某180 t/h循环流化床锅炉的汞脱除测定试验

2022-10-13刘含笑陈招妹郭高飞孟银灿郦冰峰

冶金能源 2022年5期

刘含笑陈招妹郭高飞孟银灿郦冰峰姚斌

(浙江菲达环保科技股份有限公司)

可以预见，在未来很长时期内煤炭仍将是中国的基础能源。中国煤种Hg含量偏高，一般在0～45 000 μg/kg(平均值为200 μg/kg)[1]，普遍高于其他国家，是世界平均水平的2倍[2-8]。而Hg的挥发性强，对人体和环境危害大，且参与全球迁移，是燃煤污染物治理的重点和难点。发电是我国煤炭消耗量最大的行业，而煤粉炉和循环流化床(CFB)锅炉是大规模火力发电的两种主流技术[9]，关于煤粉炉对Hg的生成和排放特征国内外研究较多[10-14]，但对循环流化床锅炉的研究偏少。李晓航等[14-15]研究发现，循环流化床锅炉飞灰中未燃尽碳含量明显高于煤粉炉，因此对气态Hg的吸附性能更强。蔡维中等[16]研究表明，循环流化床锅炉烟气中的Hg迁移至飞灰中的占比最高，对某410 t/h循环流化床锅炉进行测试，飞灰中Hg占总生成量的70%。

文章针对某180 t/h循环流化床锅炉，开展气态Hg和颗粒Hg的测定试验，研究循环流化床锅炉Hg的生成及脱除特性，为后续循环流化床锅炉的Hg排放控制提供借鉴。

1 研究对象

1.1 工程条件

工程配备180 t/h的高温高压(9.81 MPa，540 ℃)燃煤循环流化床锅炉，为单锅筒横置式、单炉膛、自然循环、全悬吊结构，并建有除尘、脱硫、脱硝，工艺流程见图1。采用的袋式除尘器主要技术参数见表1。机组燃用的设计煤种及校核煤种的煤质分析见表2和表3，挥发分含量在24.96%～38.32%，含硫量在0.31%～0.75%。试验期间，不掺烧污泥仅烧煤，实烧煤种汞含量在145.6～289.4 μg/kg，加权平均值为248.5 μg/kg，高于全国均值。

图1 工艺流程

表1 袋式除尘器的主要技术参数

表2 工业分析 %

表3 元素分析 %

1.2 试验方法

分别在布袋除尘器进出口烟道，设置ZR-3700A型烟气汞综合采样器进行气态Hg样品采集，采样系统如图2所示，主要包括活性炭吸附管、带防尘罩的采样探头、带加热的采样枪(加热温度≥120 ℃)、温度传感器、除湿装置、采样控制器和采样泵等。采集的气态Hg样品吸附在活性炭中，试验采用两段式活性炭吸附管，第二段用于判定样品是否失效。一般来说，当烟气中Hg浓度超过1 μg/m3时，穿透率(第二段活性炭中Hg含量占第一段的比例)应不超过10%；当烟气中Hg浓度不足1 μg/m3时，穿透率应不超过20%。烟气中的颗粒Hg主要通过测定烟尘浓度及烟尘飞灰Hg含量来折算，其中，烟尘采样采用崂应3012H自动烟尘采样仪、崂应1085B常规烟尘采样枪，测试方法符合GB 13931-2017标准要求。

图2 气态Hg采样系统

现场采集的煤、烟尘及活性炭样品均需要送至实验室进行Hg含量分析化验，使用的设备为RA-915F汞分析仪。该汞分析仪的操作原理是基于热解法将结合态Hg转变为元素态并通过载气(空气)将元素汞连续地从原子化器输送至分析池，Hg质量浓度的测定基于使用高频调制光偏振的塞曼原子吸收光谱(ZAAS-HFM)。该汞分析仪用来直接检测固体样品中的Hg含量，不需要进行前处理(如酸消解等)。

2 试验结果及分析

2.1 气态Hg的测定

采用多次测定取平均值的方式，分别在袋式除尘器进出口采集4组样品，活性炭吸附管中的汞含量分为两段，分别测定第一、第二段样品，直接相加计算得到烟气中气态Hg含量。袋式除尘器进口烟气中气态Hg含量在1.01～1.19 μg/m3，平均值为1.12 μg/m3，出口烟气中气态Hg含量在0.17～0.22 μg/m3，平均值为0.20 μg/m3，具体数值见表4。经计算，袋式除尘器对气态Hg的平均脱除效率达82.14%，主要是因为滤袋表面会沉积一层粉饼层，粉尘颗粒比较面积大，且内含未燃尽碳等成分，对气态Hg具有较强的吸附效果。

表4 气态Hg浓度测定结果 μg/m3

2.2 颗粒Hg的测定

在袋式除尘器进出口采集3组烟尘样品，滤筒及内部飞灰样品一起称重分析，分别测定和计算分析，袋式除尘器进口烟气飞灰中Hg含量在1 454～1 741 μg/kg，经换算颗粒Hg含量在12.51～12.82 μg/m3，平均值为12.68 μg/m3；出口烟气飞灰中Hg含量在3.4～9.0 μg/kg，经换算颗粒Hg含量在0.012～0.018 μg/m3，平均值为0.015 μg/m3，具体数值见表5。经计算，袋式除尘器对颗粒Hg的平均脱除效率达99.88%，与袋式除尘器的除尘效率(99.78%)相当。值得注意的是，循环流化床锅炉飞灰的中位粒径(样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径)、比表面积以及未燃尽碳含量等反应吸附特性的物化指标均优于煤粉炉的飞灰，并且相同质量飞灰中Hg的集聚程度是煤粉炉飞灰的3倍以上[15-17]。