基于除尘超低排放的协同脱汞技术

鉴于4H高效微旋流除尘除雾装置独特的技术优势、高效的除尘除雾效果，2017年1月11日，北京至清时光环保工程技术有限公司委托合格第三方机构--潍坊优特检测服务有限公司，采用冷原子吸收分光光度法，对高密万仁热电有限公司城北电厂A、B脱硫塔进行总汞排放值检测。检测结果：当吸收塔入口总汞值60微克工况下、吸收塔出口的总汞排放值在20微克左右，低于国家规定的排放标准。

从另一个侧面验证了“4H高效微旋流除尘除雾装置”在脱除超细颗粒物、除雾方面的可靠效果。

A塔汞及其化合物实测结果(mg/Nm3 )

B塔汞及其化合物实测结果(mg/Nm3 )

关于燃煤中的汞

我国燃煤中汞的含量为0.1～5.5 mg/kg。研究表明各种煤中汞的含量由高到低依次为 ：烟煤 >褐煤>焦煤 >无烟煤 >气煤>长焰煤 ，汞的平均质量浓度约为 0.22 mg/kg。我国燃煤的主要煤种是褐煤，褐煤燃烧产生的烟气中，汞的形态以元素态为主，意味着我国控制治理汞排放的任务比较艰巨。GB13223“火电厂大气污染物排放标准”规定汞的排放值为：0.03 mg/Nm3。

燃煤电厂烟气中汞的存在形式，主要包括气态单质汞(Hg0)、氧化态汞(Hg2+)和固相颗粒态汞(HgP)，三者合称为总汞(HgT)。即：HgT = Hg0+Hg2++HgP存在。Hg0-气态单质汞，存在于烟气中.难溶于水，它与烟气中的其它成分发生均相反应生成Hg2+,被飞灰颗粒吸附而成颗粒汞HgP。Hg2+-氧化态汞，易溶于水，能被湿法脱硫循环浆液带走，也能被湿式喷淋装置脱除。通过FGD系统和SCR脱硝装置可去除90%的HgT。HgP-颗粒态汞， 它由固相HgCl2、Hg0、HgS04、HgS组成。可用电除尘器(ESP)或布袋除尘器、钎维过滤器脱除。

关于燃煤电厂汞形态转化的影响因素

电厂煤粉炉燃烧过程中，煤中的汞受热挥发以汞蒸汽的形态存在于烟气中。一般炉膛温度在1200～1500℃，大多汞的化合物在温度高于800c处于不稳定状态，它们将分解成热力稳定态Hg0。

在炉内高温下，大部分煤中无机汞和有机汞转变成Hg0，并以气态形式停留于烟气中。据估计，残留在底灰中的汞含量一般占总汞的2%～7%。因此，煤燃烧过程中汞的排放研究应该以烟气中汞的形态转化规律和脱除为重点。燃煤电厂汞形态转化的影响因素主要包括：

煤种。燃煤煤种不同，汞的形态分布也不同。烟煤燃烧时，烟气中Hg2+含量高，Hg0含量偏低;褐煤燃烧时烟气中Hg0含量较高。总之，褐煤燃烧过程中单质汞含量最高，亚烟煤次之，烟煤最低。

燃烧方式及温度。与司炉和链条炉相比，煤粉炉燃烧效率较高，烟气中气态汞含量高，留在底渣中的汞较少。研究表明，温度高于800℃时，烟气中的汞主要是以Hg0(g)存在，同时有少量氧化汞;温度低于470℃时，主要形式是Hg2+。

烟气气氛。过量空气系数对Hg0与Hg2+比例影响较大，氧化性气氛对元素汞的氧化有促进作用，还原性的气氛不利于氧化态汞的生成，而大部分锅炉烟气都是还原性气氛，这是总汞主要部分为元素态汞的原因之一。

烟气成分。燃煤中氯含量也会对汞的形态有一定影响，氯含量高，烟气中氧化态汞含量也高，反之亦然。所以，氯元素虽然不能改变总汞含量，但却直接影响着汞的形态。

元素态汞的脱除相对困难，为提高总脱汞效率，通过改变相关条件，促进元素态汞向二价汞离子的转化将是燃煤电厂汞控制技术领域的一项重要研究课题。

关于4H高效微旋流除尘除雾装置的协同脱汞机理

研发4H高效微旋流除尘除雾装置初期，我们认为：减少燃煤锅炉颗粒物烟尘排放的最大难点，是如何实现对烟尘中超细烟尘颗粒(5um及以下)的控制。研究开发的目的，是在对烟尘中超细颗粒烟尘的物理特性、不同工况流体运动中的状态进行充分研究分析基础上，建立流体力学模型，探索适合控制超细烟尘颗粒(5um及以下)的最佳装置结构。

研究开发工作遵循了以下原则：1、旋流结构下的湍流环境，有利于对超细烟尘颗粒的控制;2、旋流结构下，运动产生压力差形成的流体加速度，对超细烟尘颗粒的控制起决定性作用。

四种条件的流场模拟，分别检验4H装置在其他条件不变的情况下，对粒径为15um、10um、8um、5um以下烟尘颗粒的脱除情况。4H装置可以行程中间完全脱除粒径为15um、10um、8um的烟尘颗粒;粒径5um以下工况的烟尘脱除率达80%以上，按照重量百分比折算，远低于5mg/Nm3排放标准。

研究表明：虽然以颗粒态形式存在的汞占煤燃烧中汞排放的比例较低，但这部分汞大多存在于亚微米级颗粒中，而一般电除尘器对这部分粒径范围内的颗粒脱除效果较差。4H高效微旋流除尘除雾装置恰恰解决了这个难题。

氧化态汞的脱除，归功于4H高效微旋流除尘除雾装置的高效除雾效率。4H高效微旋流除尘除雾装置以流体力学为原理构造相互叠加的微旋流环境，达到超细液滴高速碰撞、集结、脱除的目的，烟气在经过4H高效微旋流除尘除雾装置时，氧化态汞充分溶于回收的液体中;由于溶解迅速，极大减少了溶解的Hg2+还原成Hg0重新进入烟气的可能，大大提高了4H高效微旋流除尘除雾装置的汞脱除效率。

参考文献：

1、赵毅、张自丽，《电厂燃煤过程中汞控制技术研究》。2010年4月《电力科技与环保》。

2、徐稳定、石林、耿曼，《燃煤电厂烟气中汞控制技术研究概况》。2006年11月《电站系统工程》。