磁性吸附劑脫汞機(jī)理及技術(shù)研究進(jìn)展

商永強(qiáng)，趙永椿

(1.華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州 450046； 2.華中科技大學(xué) 煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074)

0 引言

汞作為環(huán)境中毒性最強(qiáng)的重金屬之一，因具有易揮發(fā)、持久性、長(zhǎng)距離遷移性及生物富集性而受到廣泛關(guān)注[1-3]。由于我國(guó)以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，大量煤炭中的汞通過(guò)燃燒釋放至大氣中，且燃煤汞排放量還在以每年4.8%的速度遞增。根據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的《Global Mercury Assessment 2013》，2010年全球排放大氣汞約1 960 t，中國(guó)是最大的人為源大氣汞排放國(guó)，排放量達(dá)575 t，其中180 t來(lái)自于煤炭燃燒。燃煤發(fā)電行業(yè)已成為大氣汞排放控制的重點(diǎn)領(lǐng)域。

傳統(tǒng)活性炭噴射技術(shù)能夠有效脫除煙氣中的Hg0，但該方法為了保證較高的脫汞效率，要求大量噴射活性炭吸附劑，運(yùn)行成本高，過(guò)高的碳汞比也不利于飛灰的再利用，且脫汞效率受煙氣中SO2等酸性氣體組分及吸附劑與煙氣混合效果影響較大[4]。國(guó)內(nèi)電廠目前采用現(xiàn)有污控設(shè)備協(xié)同脫汞技術(shù)，通過(guò)利用選擇性催化還原(SCR)催化劑促進(jìn)Hg0向Hg2+的轉(zhuǎn)化，除塵設(shè)備捕獲吸附在顆粒物上的顆粒態(tài)汞(Hgp)，濕法脫硫設(shè)備吸收Hg2+，也可獲得一定的汞控制效果，但由于鍋爐燃燒情況復(fù)雜多變，污控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定等原因，協(xié)同脫汞技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定脫汞[5-6]。且協(xié)同脫汞過(guò)程會(huì)導(dǎo)致被脫除的汞進(jìn)入活性炭、飛灰、脫硫廢水等電廠廢棄物中，造成二次釋放與污染[7-8]。

為解決汞的二次污染問(wèn)題，可在除塵器前噴射磁性脫汞吸附劑，吸附劑捕集汞后隨飛灰被除塵器捕獲，再通過(guò)磁分選回收，從而阻斷燃煤煙氣中的汞向環(huán)境遷移[9-10]。文獻(xiàn)[9]利用共沉淀法制備Fe3O4-Ag復(fù)合納米顆粒吸附劑，在固定床吸附試驗(yàn)中獲得了90.0%的脫汞效率，并對(duì)酸性氣體具有良好抗性。文獻(xiàn)[11]利用密度泛函理論研究了Hg0在MnFe2O4表面被HCl氧化的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)該過(guò)程基于朗格繆爾-欣謝爾伍德機(jī)理(L-H機(jī)理)，反應(yīng)速率控制步驟是Hg0向HgCl的轉(zhuǎn)化過(guò)程，而Hg0被MnFe2O4表面的O2氧化過(guò)程中，HgO表現(xiàn)出了很高的化學(xué)反應(yīng)活性，被吸附的汞與表面氧的反應(yīng)過(guò)程是反應(yīng)速率控制步驟；文獻(xiàn)[12]使用磁性沸石負(fù)載納米銀顆粒，在實(shí)際電廠應(yīng)用中獲得了80.0%的脫汞效率，且脫汞后的吸附劑易與飛灰分離回收；文獻(xiàn)[13]發(fā)現(xiàn)Fe-Ti-V尖晶石催化劑在100 ℃下實(shí)現(xiàn)了90.0%以上的脫汞能力，通過(guò)將脫汞后的催化劑加熱至300 ℃即可實(shí)現(xiàn)催化劑再生；文獻(xiàn)[14]制備的Fe3O4-NH2-Pb催化劑能夠在8 h內(nèi)維持93.0%的脫汞效率，且適用于200～300 ℃的較高溫度；文獻(xiàn)[15]制備的Mn-Fe尖晶石催化劑利用Mn4+陽(yáng)離子對(duì)汞實(shí)現(xiàn)了高效氧化，經(jīng)過(guò)400 ℃高溫處理后，催化劑飽和磁強(qiáng)度顯著提升，便于與除塵器中的飛灰分離。盡管磁性吸附劑的研發(fā)工作已取得了一定進(jìn)展，但目前仍面臨著制備過(guò)程復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，難以大批量制備等問(wèn)題。

煤中的含鐵組分在燃燒過(guò)程中分解、熔融，會(huì)產(chǎn)生具有磁性和潛在脫汞能力的磁珠[11]。本研究利用飛灰中磁珠改性制備可回收的磁性脫汞吸附劑，對(duì)復(fù)雜煙氣組分適應(yīng)性良好，并實(shí)現(xiàn)了多次循環(huán)再生高效脫汞，實(shí)現(xiàn)了大氣汞排放控制與飛灰的資源化利用[16-18]。

1 Co3O4改性磁珠脫汞

過(guò)渡金屬氧化物可通過(guò)其具有的晶格氧與吸附氧實(shí)現(xiàn)對(duì)Hg0的氧化，繼而將汞脫除，同時(shí)，煙氣中含有的O2可補(bǔ)充被消耗的氧，從而實(shí)現(xiàn)脫汞能力的再生。本研究使用Co(NO3)2浸漬磁珠后熱解，制備Co3O4改性磁珠用于固定床脫汞試驗(yàn)。

1.1 Co3O4改性磁珠脫汞性能分析

在實(shí)驗(yàn)室建立了固定床脫汞效率測(cè)試臺(tái)架，通過(guò)改變通入反應(yīng)器的氣體組分，測(cè)試了Co3O4改性磁珠在復(fù)雜煙氣組分下一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)脫汞效率。控制總氣體流量為1.2 L/min，反應(yīng)器溫度為150 ℃，每次試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為30 min，反應(yīng)器入口初始汞濃度為85.00 μg/m3。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示(圖中模擬煙氣組分：N2+ 4.0% O2+12.0% CO2+300 μL/L NO+1 200 μL/L SO2+10 μL/L HCl)。

圖1 Co3O4改性磁珠在復(fù)雜煙氣組分下的脫汞效率Fig.1 Mercury removal efficiency of modified Co3O4ferrospheres in flue gas with complex components

試驗(yàn)結(jié)果表明，Co3O4改性磁珠能夠在低氯復(fù)雜煙氣組分下維持良好的脫汞效率。相較于純N2氣氛，當(dāng)氣流中添加4.0% O2時(shí)，汞穿透時(shí)間增加，脫汞效率上升，該過(guò)程符合金屬氧化物非均相催化機(jī)理(M-M機(jī)理)，可由下列反應(yīng)過(guò)程表述：

(1)

(2)

(3)

氣流中的O2可補(bǔ)充和再生，從而使催化劑在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持較高的脫汞效率。因此，O2濃度對(duì)Co3O4改性磁珠的脫汞性能具有重要影響。SO2對(duì)磁珠脫汞效率表現(xiàn)出明顯的抑制作用，且隨著SO2體積比的增加而增強(qiáng)。在向氣流中添加400 μL/L SO2后，脫汞效率由85.5%降低至82.5%，進(jìn)一步將SO2體積比增加至1 200 μL/L，脫汞效率被顯著削弱至72.1%。在氣流中增加4.0% O2可部分恢復(fù)磁珠脫汞能力。SO2抑制催化脫汞過(guò)程的機(jī)理主要是與Hg0在催化劑表面發(fā)生了競(jìng)爭(zhēng)吸附。首先在含汞N2氣氛中處理磁珠2 h，然后切斷Hg0，通入1 200 μL/L SO2，發(fā)現(xiàn)了明顯的汞脫附峰，如圖2所示，從而證明了SO2與汞發(fā)生的競(jìng)爭(zhēng)吸附阻礙了磁珠對(duì)汞的脫除。NO對(duì)磁珠脫汞效率的影響具有兩面性。在純N2氣氛下添加50 μL/L NO可將脫汞效率由85.5%提高至93.5%，進(jìn)一步提高NO體積比至300 μL/L，脫汞效率卻出現(xiàn)下降。這是由于NO在晶格氧和化學(xué)吸附態(tài)氧的作用下生成的NO2，NO+和NO3-等物質(zhì)可迅速將Hg0氧化，促進(jìn)汞的脫除，但生成的HgO會(huì)覆蓋催化劑表面活性位點(diǎn)，導(dǎo)致脫汞效率下降。在含有300 μL/L NO的氣流中添加4.0% O2可恢復(fù)一部分脫汞效率，但仍比N2+4.0% O2氣氛下的脫汞效率低，這是由于NO2在催化劑表面被吸附后，生成了Co(NO3)2造成催化劑失活。HCl能夠顯著提升磁珠脫汞效率，并增強(qiáng)磁珠在含有NO,SO2等組分的復(fù)雜煙氣條件下的抗干擾能力。這是由于HCl能夠在表面氧的作用下轉(zhuǎn)化為Cl2，極大促進(jìn)Hg0的氧化與化學(xué)吸附。此外，HCl被吸附在催化劑表面后，可形成活性氯位點(diǎn)，促進(jìn)汞的非均相氧化。SO2與Hg0發(fā)生的競(jìng)爭(zhēng)吸附如圖2所示。

圖2 SO2與Hg0發(fā)生的競(jìng)爭(zhēng)吸附Fig.2 Competitive adsorption of SO2 and Hg0

1.2 Co3O4改性磁珠再生性能分析

脫汞吸附劑的再生性能是工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)。本研究中，將經(jīng)過(guò)脫汞試驗(yàn)的Co3O4改性磁珠在400 ℃下加熱2 h，迫使被吸附的汞發(fā)生脫附，從而實(shí)現(xiàn)再生活化。對(duì)于再生后的磁珠，在低氯模擬煙氣(N2+4.0% O2+12.0% CO2+300 μL/L NO+1 200 μL/L SO2+10 μL/L HCl)條件下進(jìn)行5次循環(huán)再生脫汞試驗(yàn)，結(jié)果表明，再生磁珠與新鮮磁珠吸附劑的脫汞能力相近，Co3O4改性磁珠易于活化再生，且再生脫汞能力強(qiáng)。Co3O4改性磁珠循環(huán)再生脫汞效率如圖3所示。

圖3 Co3O4改性磁珠循環(huán)再生脫汞效率Fig.3 Mercury removal efficiency of regenerated modified Co3O4 ferrospheres

2 CuCl2改性磁珠脫汞

Cu是一種過(guò)渡金屬，對(duì)汞具有潛在的催化氧化能力，CuCl2中的氯元素能夠促進(jìn)汞在低氯煙氣環(huán)境中的氧化，因此，CuCl2改性脫汞吸附劑也受到了廣泛關(guān)注。本研究采用熱解CuCl2溶液等體積浸漬磁珠制備CuCl2改性磁珠，獲得了脫汞性能良好的改性磁珠催化劑，并進(jìn)一步研究了CuCl2改性磁珠脫汞機(jī)理與活化再生條件。

2.1 CuCl2改性磁珠脫汞性能分析

使用固定床脫汞效率測(cè)試系統(tǒng)對(duì)CuCl2在不同煙氣組分下的脫汞效率進(jìn)行了測(cè)試，反應(yīng)器溫度為120 ℃，氣體總流量為1.2 L/min，試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為2 h，反應(yīng)器入口初始汞質(zhì)量濃度為85.00 μg/m3。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 CuCl2改性磁珠瞬時(shí)脫汞效率[19]Fig.4 Instantaneous mercury removal efficiency of modified CuCl2 ferrospheres[19]

SO2對(duì)金屬氧化物基催化劑的汞氧化過(guò)程具有顯著的抑制效應(yīng)。但CuCl2改性磁珠在試驗(yàn)中表現(xiàn)出了良好的SO2抗性，在氣流中含有1 200 μL/L高體積比SO2的情況下仍在2 h內(nèi)維持了95.0%以上的脫汞效率。當(dāng)存在O2時(shí)，1 600 μL/L SO2會(huì)輕微抑制CuCl2改性磁珠的脫汞效率。為探究SO2對(duì)脫汞效率的抑制特性，在氣流中連續(xù)添加不同體積比的SO2和O2進(jìn)行脫汞效率測(cè)試，如圖5所示：在a點(diǎn)前使用純N2氣氛進(jìn)行測(cè)試，在a點(diǎn)和b點(diǎn)分別加入400 μL/L與1 200 μL/L SO2進(jìn)行試驗(yàn)，在c點(diǎn)加入4.0% O2，在d點(diǎn)切斷SO2和O2，僅余N2氣氛，在e點(diǎn)恢復(fù)添加1 200 μL/L SO2與4.0% O2。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖6 瞬時(shí)再生脫汞效率試驗(yàn)Fig.6 Experiment of instantaneous regenerated mercury removal efficiency

圖5 SO2對(duì)磁珠脫汞效率的影響Fig.5 Effect of SO2 on the mercury removal efficiency of ferrospheres

試驗(yàn)結(jié)果表明，SO2不會(huì)對(duì)CuCl2改性磁珠的脫汞能力產(chǎn)生顯著影響，但當(dāng)氣氛中含有O2時(shí)，脫汞效率明顯下降，在切斷SO2和O2后，脫汞效率無(wú)法恢復(fù)，說(shuō)明SO2與O2同時(shí)存在時(shí)與催化劑發(fā)生了反應(yīng)，造成了催化劑表面化學(xué)特性的改變，導(dǎo)致催化劑部分失活。而NO的存在不會(huì)對(duì)磁珠脫汞效率產(chǎn)生明顯影響。為進(jìn)一步研究多種酸性氣體同時(shí)存在時(shí)的影響，對(duì)比了N2+4.0% O2+1 200 μL/L SO2+10 μL/L HCl和N2+4.0% O2+300 μL/L NO+10 μL/L HCl氣氛下的脫汞效率，試驗(yàn)結(jié)果表明，HCl能夠減輕SO2的抑制作用，NO和HCl同時(shí)存在時(shí)，能夠相對(duì)提高Hg0的脫除效率。

2.2 CuCl2改性磁珠再生性能分析

由于在低氯模擬煙氣下進(jìn)行試驗(yàn)后，SO2和O2的共同作用會(huì)導(dǎo)致磁珠表面化學(xué)結(jié)構(gòu)被破壞，產(chǎn)生CuSO4，HgO等惰性物質(zhì)，覆蓋脫汞活性位點(diǎn)，因此，再生CuCl2改性磁珠前首先需要將被吸附的含硫物質(zhì)與氧化態(tài)汞除去，再向再生氣流中添加O2和HCl，補(bǔ)充被消耗的活性氧、氯脫汞物質(zhì)。本研究中，將CuCl2改性磁珠在不同氣氛下加熱至400 ℃維持2 h以除去惰性物質(zhì)。試驗(yàn)獲得的瞬時(shí)再生脫汞效率如圖6所示。

如圖6中a所示，在純N2氣氛下加熱再生的磁珠僅獲得了50.0%的脫汞效率，在氣流中添加4.0% O2后，脫汞效率增加至80.0%，但在短時(shí)間內(nèi)(50 min)即大幅下降，這說(shuō)明O2無(wú)法完全再生脫汞活性位點(diǎn)。CuCl2改性催化劑在含有O2的氣流中會(huì)生成Cu2OCl2，具有一定的脫汞活性，僅憑O2無(wú)法將其再生，需要在再生氣氛中進(jìn)一步添加HCl。在含有4.0% O2和10 μL/L HCl氣氛下再生的CuCl2改性磁珠獲得了與新鮮磁珠相近的脫汞能力，說(shuō)明O2和HCl的添加是磁珠脫汞活性再生的必要條件。進(jìn)一步提高再生氣氛中O2和HCl的體積比，再生磁珠的脫汞效率沒(méi)有明顯提高，但再生所需時(shí)間顯著減少，如圖6中b(對(duì)應(yīng)圖a中曲線1)所示。在含有4.0% O2和10 μL/L HCl的氣氛中再生2 h，改性磁珠獲得了93.3%的再生脫汞效率，當(dāng)HCl體積比增加至100 μL/L時(shí)，再生1 h即獲得了94.8%的脫汞效率。但進(jìn)一步提高O2體積比對(duì)再生時(shí)間無(wú)明顯影響，含有4.0% O2和21.0% O2的再生氣氛下獲得的改性磁珠脫汞效率相近。

再生活化溫度不僅會(huì)影響被吸附的硫和汞的脫附，還會(huì)對(duì)催化劑表面脫汞活性位點(diǎn)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。圖7a是不同再生溫度下獲得的再生脫汞效率(ηr)，再生氣氛中含有O2和HCl。在150 ℃下再

圖7 熱解溫度和加熱溫度對(duì)再生脫汞效率的影響Fig.7 Effect of pyrolysis temperature and heating temperature on the mercury removal efficiency of regenerated absorbent

生的磁珠未經(jīng)過(guò)高溫加熱處理，雖然在初始階段能夠高效脫汞，但在50 min內(nèi)脫汞效率即極大降低。這是由于在再生過(guò)程中，HCl或活性氯吸附在磁珠表面，參與了Hg0的氧化反應(yīng)。但這些活性物質(zhì)有限，在脫汞過(guò)程中迅速被消耗殆盡，從而在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了脫汞效率的下降。當(dāng)再生溫度提高至300 ℃，再生脫汞效率達(dá)87.2%，進(jìn)一步提高再生溫度至400 ℃，再生脫汞效率進(jìn)一步提高至93.3%，說(shuō)明脫汞活性位點(diǎn)幾乎完全被O2和HCl再生。但當(dāng)再生溫度過(guò)高(500 ℃)時(shí)，再生脫汞效率降低至65.8%，這是由于磁珠表面的銅氯活性物質(zhì)受熱分解，脫汞活性位點(diǎn)減少所導(dǎo)致的。再生時(shí)的加熱速率也對(duì)CuCl2改性磁珠再生脫汞效率產(chǎn)生了影響。對(duì)脫汞試驗(yàn)后的磁珠進(jìn)行400 ℃加熱再生，加熱速率分別為2 ℃/min,5 ℃/min和10 ℃/min，試驗(yàn)結(jié)果如圖7b(對(duì)應(yīng)圖7a中曲線1)所示。結(jié)果表明，較低的加熱速率(2 ℃/min)下可獲得最佳的再生脫汞效率，這可能是由于不同加熱速率下汞的脫附過(guò)程不同，進(jìn)一步影響了被氧化汞覆蓋的脫汞活性位點(diǎn)的暴露。但加熱速率對(duì)再生脫汞效率的影響較再生溫度的影響是不明顯的。

按照上述研究獲得的最佳再生條件，進(jìn)行多次循環(huán)再生脫汞試驗(yàn)以測(cè)試CuCl2改性磁珠再生脫汞能力的穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。新鮮磁珠的2 h累計(jì)脫汞效率為88.5%，再生磁珠的累計(jì)脫汞效率達(dá)80.5%～83.4%，再生脫汞效率為90.9%～94.2%。再生磁珠與新鮮磁珠吸附劑相比，脫汞效率未出現(xiàn)明顯下降，說(shuō)明催化劑表面化學(xué)特性未發(fā)生明顯變化。通過(guò)對(duì)新鮮磁珠和再生磁珠中Cu和Cl元素的X射線光電子能譜分析(XPS)表征，發(fā)現(xiàn)再生磁珠中Cu和Cl元素的XPS譜圖未發(fā)生明顯變化，從而證明了上述假設(shè)。圖8中的試驗(yàn)結(jié)果表明，CuCl2改性磁珠被汞穿透的時(shí)間遠(yuǎn)大于再生時(shí)間，有利于燃煤電廠的實(shí)際應(yīng)用。此外，再生過(guò)程對(duì)磁珠的磁特性沒(méi)有明顯影響，多次循環(huán)使用后的磁珠仍易于從飛灰中磁選收集，重復(fù)使用。圖中2p表示元素的電子軌道。

3 改性磁珠批量制備系統(tǒng)與噴射脫汞試驗(yàn)

3.1 改性磁珠批量制備系統(tǒng)

批量制備改性磁珠實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如圖9所示，包括磁選機(jī)、加熱攪拌罐、布袋除塵器、控制柜、壓氣機(jī)等設(shè)備，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可實(shí)現(xiàn)每小時(shí)批量制備CuCl2改性磁珠50.00 kg。飛灰經(jīng)過(guò)磁選機(jī)分選可獲得原始磁珠，將磁珠與CuCl2溶液按比例倒入加熱攪拌罐進(jìn)行浸漬并烘干即可獲得批量制備的CuCl2改性磁珠。在試驗(yàn)室固定床條件下對(duì)批量制備的改性磁珠進(jìn)行了脫汞效率測(cè)試，具體試驗(yàn)條件為：N2氣氛，氣體總流量為1.2 L/min，反應(yīng)溫度為120 ℃，磁珠用量為50.00 mg。作為對(duì)比，同時(shí)測(cè)試了改性原始飛灰和改性非磁性灰的脫汞效率。改性原灰和改性非磁性灰的制備過(guò)程與改性磁珠相同。試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

試驗(yàn)證明，批量改性磁珠具有良好的脫汞能力，能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持80.0%以上的脫汞效率，與實(shí)驗(yàn)室制備的改性磁珠具有相近的脫汞性能，并且比改性原灰、改性非磁性灰具有更強(qiáng)的脫汞能力。批量制備改性磁珠試驗(yàn)系統(tǒng)能夠在短時(shí)間大量制備脫汞能力良好的CuCl2改性磁珠，為后續(xù)試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

3.2 噴射條件優(yōu)化試驗(yàn)

脫汞吸附劑在煙道內(nèi)噴射的過(guò)程中，受磁珠粒徑、磁珠與煙氣混合時(shí)間和磁珠噴射量等的影響，噴射脫汞效率可能與固定床試驗(yàn)中獲得的效率有差異。通過(guò)在攜帶床反應(yīng)器中進(jìn)行改性磁珠噴射脫汞試驗(yàn)，探究了獲得最佳脫汞效率的優(yōu)化噴射條件。控制初始汞質(zhì)量濃度為16.40 μg/m3，氣流溫度為125 ℃。攜帶床噴射脫汞試驗(yàn)系統(tǒng)如圖11所示。

圖8 多次循環(huán)脫汞試驗(yàn)后CuCl2改性磁珠的再生穩(wěn)定性Fig.8 Regeneration stability of modified CuCl2 ferrospheres after multiple recycled mercury removal experiments

圖9 批量制備改性磁珠試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.9 Experimental system for batch preparation of modified ferrospheres

圖10 改性磁珠、改性原灰、改性非磁性灰脫汞效率Fig.10 Mercury removal efficiency of modified ferrospheres, modified raw ash, modified non-magnetic ash

圖11 攜帶床噴射脫汞試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.11 Injection mercury-removal experimental system with entrained-bed

吸附劑噴射量是影響脫汞效率的最主要因素。使用粒徑為45～74 μm改性磁珠，設(shè)置磁珠噴射量分別為0.22，0.44，0.89，1.09 g/m3，測(cè)試了#1,#2,#3,#4點(diǎn)的汞質(zhì)量濃度，#1—#4測(cè)點(diǎn)處磁珠與煙氣混合時(shí)間分別為0.55，1.12，1.61，2.24 s。試驗(yàn)結(jié)果如圖12所示。

圖12 磁珠噴射量對(duì)脫汞效率的影響Fig.12 Effect of ferrosphere injection volume on mercury removal efficiency

試驗(yàn)結(jié)果表明，增大磁珠噴射量可以顯著提高脫汞效率，在1.09 g/m3的噴射量下，反應(yīng)器出口處脫汞效率可達(dá)80.0%以上。噴入的吸附劑的粒徑?jīng)Q定了煙氣能夠與吸附劑接觸的面積，對(duì)脫汞效率有一定影響。試驗(yàn)了粒徑分別為45 μm以下，45～75 μm和75～125 μm磁珠的噴射脫汞效率，設(shè)置噴射量為1.09 g/m3。試驗(yàn)結(jié)果如圖13所示。

圖13 磁珠粒徑對(duì)脫汞效率的影響Fig.13 Effect of particle size on mercury removal efficiency

較小的吸附劑粒徑有利于提高噴射脫汞效率，實(shí)驗(yàn)中，粒徑在45 μm以下的磁珠脫汞效率最高，但隨著磁珠與煙氣的混合流動(dòng)，在反應(yīng)器出口處45 μm磁珠與粒徑在45～75 μm的磁珠脫汞效率接近，綜合考慮磁珠分選成本，粒徑在45～74 μm的磁珠即可滿足使用要求。綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，磁珠噴射脫汞優(yōu)化試驗(yàn)條件為噴射量1.09 g/m3，粒徑45～74 μm，較高的噴射量與較細(xì)的吸附劑粒徑有利于提高噴射脫汞效率[17-19]。

4 結(jié)論

磁性吸附劑可在除塵器前噴射脫汞，從飛灰中磁選分離，并通過(guò)加熱脫附的方法收集從燃煤煙氣中捕獲的汞，能夠解決傳統(tǒng)活性碳吸附劑帶來(lái)的汞二次釋放污染問(wèn)題，是未來(lái)脫汞吸附劑的發(fā)展方向。本研究針對(duì)現(xiàn)有磁性吸附劑制備過(guò)程復(fù)雜，使用成本高等缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了改性磁珠脫汞吸附劑，能夠適應(yīng)低氯模擬煙氣氣氛，再生活化過(guò)程簡(jiǎn)便，并在多次循環(huán)脫汞再生后維持與新鮮吸附劑相近的脫汞能力，且易于回收再利用。大規(guī)模批量制備的CuCl2改性磁珠的脫汞能力與實(shí)驗(yàn)室制備的磁珠相近，且在噴射床試驗(yàn)中獲得了良好的脫汞效果，說(shuō)明磁珠脫汞吸附劑具有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的潛力。在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，后續(xù)將在1 000 MW燃煤發(fā)電機(jī)組上進(jìn)行噴射試驗(yàn)，建立在線活化再生噴射脫汞系統(tǒng)；優(yōu)化磁珠與煙氣的混合條件，探究脫汞后磁珠上汞的脫附與收集工藝將是后續(xù)研究工作中的重點(diǎn)。