吴剑波，滕敏华，华晓宇

（浙江浙能技术研究院有限公司，杭州310003）

电除尘器不同电场汞分布特性研究

吴剑波，滕敏华，华晓宇

（浙江浙能技术研究院有限公司，杭州310003）

为研究燃煤发电厂汞的排放，通过采集不同容量机组的静电除尘器底灰及烟气中飞灰，分析了各个电场下部底灰中的汞含量。结果表明：相比其他因素，煤中携带的汞含量对底灰中汞分布影响最大，煤在完成燃烧后将大部分汞转移到了电除尘底灰中；在电除尘的各级电场中，飞灰汞浓度呈现逐级上升后再下降的趋势。不同电场汞浓度差异的原因与烟气颗粒物的大小及电除尘内部烟气流速有关。

飞灰颗粒；汞分布；电除尘

0 引言

汞作为一种常温下即可蒸发的重金属，生物毒性极强；且在生物链中存在生物富集作用，严重威胁人类健康。2005年据北极检测评估计划（AMAP）和联合国环境规划署估计，全球总共因人为因素产生了1 930 t汞，其中燃煤发电厂因燃煤产生的汞排放量大约在880 t，占到45%，是目前最大的人为汞污染源。

相关的大气污染物排放标准要求烟气中汞排放浓度控制在30 μg/m3以下。而目前汞排放控制研究尚处于探索阶段，越来越多的研究指向了“SCR（选择性催化还原）系统的氧化作用+电除尘飞灰的吸附作用+湿式脱硫装置的吸收作用”的协同脱汞技术这条道路。美国环境保护署对美国的燃煤发电厂调查后认为飞灰能吸附40%左右的汞，但对电除尘实际脱除的颗粒汞缺乏足够的现场数据。以下就电除尘器不同电场中的汞含量分布特性进行研究。

1 研究对象及方法

以300 MW与1 000 MW容量的典型燃煤锅炉为研究主体，其设计煤种、主要污染物和脱除装置近似，如表1所示。在300 MW燃煤机组满负荷状态，1 000 MW燃煤机组分别在500 MW与1 000 MW 2个负荷状态下提取样品，并研究不同煤种组合的汞含量分布特性。

表1 选取的典型机组

原煤的样品取自给煤机入口；电除尘灰从4个电场分别取样，在机组稳定运行4 h后取自各自仓泵的底端；烟气中的飞灰样品用等速取样装置取自电除尘进口截面或空预器出口截面。如图1所示。

图1 飞灰取样点

飞灰样品的汞浓度测定采用Lumex品牌的PYRO-915+型热解炉、配合RA-915M汞分析仪进行。该分析仪采用基于采崩高频偏振光调谐技术和塞曼背景校正技术的原子吸收光谱法（ZAASHFM），其操作原理如图2所示。

图2 汞分析仪操作原理

2 测试结果与分析

2.1 电除尘底灰汞含量对比

试验期间，机组1烧优混煤，测得煤中的汞浓度为242 μg/kg。各个电场中底灰的汞含量依次为195，264，165，129 μg/kg，呈现先增加后减小的形态，电场二中汞含量最高。

机组2烧富动煤和神混煤，测得煤中的汞浓度分别为81.2与10.9 μg/kg。满负荷时，电场中底灰的汞含量依次为527，901，1 691，1 272 μg/kg，也呈现先增加后减小的形态，但是在电场三中汞含量最高；机组2在50%额定负荷时的趋势与满负荷时相同，也是在电场三中汞含量最高；底灰中的整体浓度略低于满负荷工况。

2台机组不同负荷时除尘器底灰中汞浓度见表2，从中可以看出，不同机组容量的锅炉，在不同负荷的情况下，从电场一至电场四底灰汞浓度均呈现逐级增加后又逐级减弱的趋势。

表2 2台机组除尘器灰的汞浓度

由于4级电除尘装置串联设计，其布置结构决定了飞灰颗粒越粗越容易在电场中脱除，因此电除尘四级电场下底灰的粒径必然逐级减小[1]，而颗粒越细小比表面积越大，越容易吸附气态汞等污染物。因此，在电除尘前半段，底灰中汞浓度随电场增加而逐级增大。针对这一点，也有研究者提出是飞灰含碳量的影响[2]：含碳量高的颗粒比电阻低，不容易在前几级电场沉降收集，由于二次扬尘的作用，使得电除尘器第三电场的飞灰含碳量往往最高；而飞灰中残碳表面的含氧、含氮等官能团有利于将汞吸附于飞灰颗粒表面[4，5]。电除尘器的最后一级电场，在不同工况下的汞浓度都出现不同程度的下降，这是由于最后一级电场飞灰含量急剧减少，不利于吸附。

由于除尘器中的电场灰能够附着在电除尘器极板上，客观上可以延长飞灰与气态汞的接触时间，增强对气态汞的吸附效果。因此较大的飞灰量有利于增加底灰中的汞浓度。这就解释了同一机组相同煤种情况下，50%额定负荷时底灰中的汞浓度要低于满负荷时的现象。

2.2 不同煤种下的电除尘底灰汞含量对比

机组2在1 000 MW负荷下采用蒙混煤替代神混煤进行对比试验，结果如图3所示。图中煤中汞浓度均为按煤量加权后的均值，结果测得富动煤和蒙混煤中汞浓度分别为32.0与8.1 μg/kg。试验中各个电场中底灰的汞含量依次为162，338，723，1 190 μg/kg。同基础组对比可以发现，随着煤种汞含量降低54.6%，底灰中的汞浓度下降明显，前3个电场的汞浓度均下降了55%以上。

蒙混和神混煤的常规组分近似，灰分均在10%左右。由此可见，相比与其他因素，煤中携带的汞含量对底灰中汞的整体分布影响最大。

图3 不同煤种的底灰中汞浓度对比

2.3 除尘前飞灰与电场灰汞含量对比

通过提取电除尘前烟气中的飞灰样品进行分析可以发现，除尘前飞灰中的汞浓度均不同程度地低于电场一底灰中的汞浓度，如图4所示：机组1飞灰中的汞浓度为电场一底灰的66.7%，而机组2中差异更大，仅为29%。这是由于烟气通过除尘器时，通流面积大大增加，烟气设计流速约2 m/s，颗粒物在除尘装置内停留时间越长，颗粒吸附汞比例越高。这也表明烟气中汞在尾部烟道内的转化过程受反应速率及反应时间等动力学因素的影响较大。

图4 除尘前飞灰和电场一底灰中汞浓度对比

3 结论

（1）相比其他因素，煤中携带的汞含量对底灰中汞分布影响最大，煤在完成燃烧后将大部分汞转移到了电除尘底灰中。

（2）在主要完成除尘工作的前三级电场中，飞灰汞浓度呈现逐级上升的趋势。在不同机组容量、不同负荷或煤质变化的情况下均存在这一规律。

（3）引起不同电场汞浓度差异的原因有2个：亚微米级颗粒物有利于气态汞吸附，且飞灰粒径越小，比表面积越大，越有利于汞吸附；电除尘内部烟气流速较小时，颗粒停留时间越长，越有利于汞吸附。

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（本文编辑：杨勇）

Research on Characteristic of Mercury Distribution in Different Electric Fields in Electrostatic Precipitator

WU Jianbo，TEN Minhua，HUA Xiaoyu
（Zhejiang Energy Group Research and Development，Hangzhou 310003，China）

In order to research mercury emission of coal-fired power plants，the paper analyzes mercury content in bottom ash below electric fields by collecting bottom ash of electrostatic precipitators of units with different capacities and fly ash in flue gas.The result shows that the mercury content in the coal influences mercury distribution in bottom ash most；most of the mercury in the burnt coal is transferred to bottom ash of electrostatic precipitator；in each electric field level of electrostatic precipitator，the mercury content in the fly ash tends to increase level by level and then decreases.The mercury content differences in different electric fields are related to particles in flue gas and flow rate of flue gas in electrostatic precipitators.

fly ash particle；mercury distribution；electrostatic precipitation

X701.3

：B

：1007-1881（2014）11-0046-03

2014-09-11

吴剑波（1987－），男，浙江东阳人，硕士，工程师，从事热力性能试验和燃烧、脱汞技术的研究。