李元海

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 背景

隨著污染情況的加劇，社會(huì)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的持續(xù)關(guān)注以及大眾環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，汞的排放已成為日益突出的問(wèn)題。目前，我國(guó)燃煤電廠大氣汞污染控制試點(diǎn)工作正式啟動(dòng)，并在新的排放標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）中規(guī)定了汞及其化合物的排放限值。然而，目前，國(guó)內(nèi)外還缺少經(jīng)濟(jì)高效的汞排放控制技術(shù)，因此，加快開(kāi)發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的脫汞技術(shù)顯得尤為迫切。

在汞排放控制技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)外先后開(kāi)發(fā)了吸附劑吸附法、利用現(xiàn)有除塵脫硫脫硝裝置的脫汞法、電暈放電等離子體脫汞法以及電催化氧化聯(lián)合處理脫汞法等。其中，活性炭吸附劑噴射技術(shù)（ACI）已得到初步商業(yè)化應(yīng)用。ACI 技術(shù)主要借助于現(xiàn)有的除塵設(shè)備，對(duì)所噴入煙氣的活性炭吸附劑進(jìn)行同時(shí)收集。

現(xiàn)有技術(shù)中，先噴射活性炭吸附劑對(duì)煙氣中的汞進(jìn)行吸附，然后，采用電除塵器或布袋除塵器對(duì)煙氣中顆粒物（包括粉塵顆粒和活性炭顆粒）進(jìn)行收集。然而，高濃度的大量煙氣將消耗巨量的活性炭吸附劑，造成脫汞成本居高不下。一種高效、經(jīng)濟(jì)的脫除煙氣中汞的設(shè)備亟待解決，因此，電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞應(yīng)運(yùn)而生。

2 電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞裝置的設(shè)計(jì)

2.1 電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞簡(jiǎn)介

電袋復(fù)合除塵器是由電除塵和布袋除塵相結(jié)合的除塵設(shè)備，前級(jí)由高壓放電電極對(duì)煙氣進(jìn)行電暈放電，形成電場(chǎng)，煙氣中粉塵荷電被吸附而脫離氣流從而去除大部分顆粒粉塵，攜帶少量粉塵的煙氣通過(guò)后級(jí)濾袋時(shí)，干凈煙氣滲透過(guò)濾袋，而煙氣中的粉塵則被濾袋纖維阻擋在表面，從而達(dá)到除塵目的。

在電袋復(fù)合除塵器基本結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上，合理調(diào)整電場(chǎng)區(qū)與濾袋區(qū)之間的距離，在電場(chǎng)區(qū)與濾袋區(qū)之間增設(shè)一套高效活性炭吸附劑噴射裝置（見(jiàn)圖1）。在前級(jí)電場(chǎng)區(qū)去除大部分顆粒粉塵及部分顆粒汞前提下，噴入的活性炭吸附劑將與少量粉塵接觸，提高了活性炭吸附劑的利用率和吸附效果，有效減少其噴入量，并且電袋復(fù)合除塵器的清灰周期較長(zhǎng)，噴入的活性炭吸附劑將與煙氣充分混合，在濾袋清灰前對(duì)汞進(jìn)行充分吸附。清灰后，活性炭將被過(guò)濾而收集到袋區(qū)灰斗中，而大部分顆粒粉塵已收集在電場(chǎng)區(qū)的灰斗中。采用本技術(shù)對(duì)于整體飛灰的二次利用影響非常小，并且對(duì)整個(gè)除塵系統(tǒng)的阻力也不會(huì)有明顯影響。

圖1 電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞設(shè)備

2.2 電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞的特點(diǎn)

與現(xiàn)有除塵協(xié)同脫汞設(shè)備相比，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：相比電除塵器和袋式除塵器，電袋復(fù)合除塵器對(duì)細(xì)微粉塵PM2.5 有更高的捕集效率，也包括極細(xì)的顆粒汞的捕集。因?yàn)橛懈L(zhǎng)的清灰周期，電袋復(fù)合除塵器可有效延長(zhǎng)濾袋表面吸附劑的作用時(shí)間，提高捕集汞的效率。荷電的粉塵與荷電的吸附劑產(chǎn)生氣溶膠效應(yīng)，顆粒汞和單質(zhì)汞更容易被吸附，提高捕集效率。電場(chǎng)區(qū)收集大部分粉塵，到達(dá)濾袋區(qū)的粉塵量大大減少，減少吸附劑的噴入量。大部分顆粒粉塵已經(jīng)在前級(jí)電場(chǎng)區(qū)收集，而后級(jí)濾袋區(qū)收集的顆粒粉塵量較少，混入活性炭吸附劑飛灰量相應(yīng)較少，不影響整體飛灰的利用。

2.3 電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞裝置的設(shè)計(jì)

（1）脫汞裝置組成。脫汞裝置由羅茨風(fēng)機(jī)、吸附劑倉(cāng)、卸料閥、噴射閥、混合分配器、噴射管組成（見(jiàn)圖2）。

圖2 脫汞設(shè)備示意圖

羅茨風(fēng)機(jī)提供氣源，吸附劑倉(cāng)裝載活性炭，活性炭通過(guò)卸料閥的開(kāi)啟，到達(dá)噴射閥，與氣源在混合分配器內(nèi)充分混合。再進(jìn)入噴射管組后噴射到煙氣流向截面，吸附煙氣中的汞。

（2）脫汞裝置的設(shè)計(jì)。以下以某燃煤電廠660MM 機(jī)組為例，進(jìn)行脫汞裝置的設(shè)計(jì)。

①吸附劑倉(cāng)的設(shè)計(jì)。該機(jī)組的正常煙氣量為364 萬(wàn)Nm3/h，最大入口汞濃度為40ug/Nm3，要求總脫汞效率達(dá)到87.5%。根據(jù)此工況，按照經(jīng)驗(yàn)值，吸附劑的單位用量30mg/Nm3/h，算出所需活性炭粉為3641982×30/106=109.3Kg/h。所用的粉末活性炭粒度為200 目，堆積密度為0.45g/cm3，以30 小時(shí)為一個(gè)儲(chǔ)量周期，則所需吸附劑倉(cāng)容量為109.3×30/0.45/106=7.3m3。吸附劑倉(cāng)采用上部圓筒、下部錐體結(jié)構(gòu)?？紤]活性炭粉的灰堆安息角，為保證下料順暢，下部錐體的角度取60°，卸料口為DN100。

②噴射管組的設(shè)計(jì)。根據(jù)電袋復(fù)合除塵器的內(nèi)部空間、陽(yáng)極板高度，布置噴射管組。該機(jī)組配套電袋復(fù)合除塵器為雙列，圖3 僅示意單列。除塵器內(nèi)每跨8.9m 設(shè)置一組噴射管組，噴射管之間間距為2m，故噴射管組由5 根噴射管構(gòu)成。每根噴射管長(zhǎng)度為13.5m（陽(yáng)極板高度13m 加0.5m），相鄰兩管間的噴嘴采用位置交叉形式，見(jiàn)圖3。脫汞裝置所用的活性炭屬細(xì)粒粉塵。為避免管道內(nèi)壁的磨損，含粉末氣體的最大速度約為16m/s。為防止粉塵沉積造成管道阻塞，其速度不低于為8m/s。因此，噴射管內(nèi)的氣速取為12m/s，氣體中粉末濃度為50g/m3，上面已得知，所需活性炭粉量為109.3kg/h，則可得出，每秒鐘所需氣量為109.3×103/50/3600=0.607m3?？偣苊棵脒^(guò)氣量為0.607m3，管內(nèi)氣速為12m/s，可算出總管內(nèi)徑取為Ф254mm。同時(shí)，得出各噴射管管內(nèi)徑為Ф40mm。

圖3 單列除塵器布管至意圖

③羅茨風(fēng)機(jī)的選用。根據(jù)設(shè)計(jì)需要總的空氣量和壓力損失，進(jìn)行風(fēng)機(jī)的選取。同時(shí)，風(fēng)機(jī)在實(shí)際風(fēng)量和風(fēng)壓比計(jì)算值上裕量10%～20%，因?yàn)闅饬斔拖到y(tǒng)的漏風(fēng)率和系統(tǒng)阻力會(huì)隨粉塵濃度變化。該脫汞設(shè)備中，單臺(tái)風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)單列除塵器，即供氣量為整臺(tái)除塵器的一半（0.607/2×3600=1092.6m3/h）。而 風(fēng) 機(jī) 選 取 風(fēng) 量 為1092.6×1.2=1300m3/h。管道的壓力損失包括管道中局部壓力損失和直管的摩擦壓力損失。該裝置中管道的總壓力損失由各管道的壓力損失累加，即氣流輸送所需空氣壓力。根據(jù)壓力損失計(jì)算公式：Δp ＝m（λL/D+∑ζ）vg2ρ/2，查詢(xún)相關(guān)資料和參數(shù)，最終得出風(fēng)機(jī)風(fēng)壓取0.3MPa。由以上風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓，按照所需防護(hù)等級(jí)等，選取風(fēng)機(jī)。

④勻速給料裝置的設(shè)計(jì)。為保證活性炭粉的均勻混入，需在噴射閥前、卸料閥后增設(shè)一個(gè)勻速給料裝置?；钚蕴棵糠昼娡度肓繛?09.3×103/60=1822g/min。勻速給料裝置選擇用螺旋給料機(jī)，其可通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速而達(dá)到控制投入活性炭粉量。如測(cè)定螺旋給料機(jī)每轉(zhuǎn)的投入量為0.3g/r，則可設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速為1822/0.3/60=101r/s。

⑤卸料閥、噴射閥、混合分配器等的選取。卸料閥、噴射閥、混合分配器等閥門(mén)元器件，由不同廠家提供型號(hào)。根據(jù)吸附劑倉(cāng)下料口DN100，選取卸料閥接口為DN100；根據(jù)總管內(nèi)徑Ф254mm 和前后壓力損失量，選取噴射閥型號(hào)；根據(jù)總管管徑、噴射管管徑、噴射管數(shù)量，選取混合分配器。

3 應(yīng)用前景

隨著環(huán)保要求的不斷提高，國(guó)家對(duì)汞排放的把關(guān)也將越來(lái)越嚴(yán)格。脫汞也將成為與脫硫、脫硝、除塵一樣的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，市場(chǎng)前景廣闊。除塵脫汞一體化電袋復(fù)合除塵器是集除塵協(xié)同脫汞的復(fù)合設(shè)備。協(xié)同控制技術(shù)具有設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用低、脫汞效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是目前國(guó)際上煙氣多污染物協(xié)同脫除的新工藝，大大提升了我國(guó)電袋復(fù)合除塵產(chǎn)業(yè)在國(guó)際上的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)提升現(xiàn)有燃煤鍋爐煙氣多污染物脫除技術(shù)的有效性及經(jīng)濟(jì)性具有重要意義，對(duì)我國(guó)燃煤鍋爐煙氣治理和實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

脫汞裝置使用于電袋復(fù)合除塵器，基于電袋復(fù)合除塵裝置所具有的特點(diǎn)，利用低成本的吸附劑或煙氣調(diào)質(zhì)劑，強(qiáng)化脫除細(xì)顆粒物的同時(shí)脫除汞，實(shí)現(xiàn)多種污染物的協(xié)同控制，最終形成完善的協(xié)同控制技術(shù)。除塵脫汞一體化電袋復(fù)合除塵器可有效地降低燃煤煙氣中粉塵和汞的排放量，對(duì)控制PM2.5及遏制霧霾的生成有有效的作用，有利于大氣污染物減排，保護(hù)環(huán)境和人類(lèi)健康。