某180 t/h循環(huán)流化床鍋爐的汞脫除測定試驗

劉含笑 陳招妹 郭高飛 孟銀燦 酈冰峰 姚 斌

(浙江菲達環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?

可以預見，在未來很長時期內煤炭仍將是中國的基礎能源。中國煤種Hg含量偏高，一般在0～45 000 μg/kg(平均值為200 μg/kg)[1]，普遍高于其他國家，是世界平均水平的2倍[2-8]。而Hg的揮發(fā)性強，對人體和環(huán)境危害大，且參與全球遷移，是燃煤污染物治理的重點和難點。發(fā)電是我國煤炭消耗量最大的行業(yè)，而煤粉爐和循環(huán)流化床(CFB)鍋爐是大規(guī)?；鹆Πl(fā)電的兩種主流技術[9]，關于煤粉爐對Hg的生成和排放特征國內外研究較多[10-14]，但對循環(huán)流化床鍋爐的研究偏少。李曉航等[14-15]研究發(fā)現(xiàn)，循環(huán)流化床鍋爐飛灰中未燃盡碳含量明顯高于煤粉爐，因此對氣態(tài)Hg的吸附性能更強。蔡維中等[16]研究表明，循環(huán)流化床鍋爐煙氣中的Hg遷移至飛灰中的占比最高，對某410 t/h循環(huán)流化床鍋爐進行測試，飛灰中Hg占總生成量的70%。

文章針對某180 t/h循環(huán)流化床鍋爐，開展氣態(tài)Hg和顆粒Hg的測定試驗，研究循環(huán)流化床鍋爐Hg的生成及脫除特性，為后續(xù)循環(huán)流化床鍋爐的Hg排放控制提供借鑒。

1 研究對象

1.1 工程條件

工程配備180 t/h的高溫高壓(9.81 MPa，540 ℃)燃煤循環(huán)流化床鍋爐，為單鍋筒橫置式、單爐膛、自然循環(huán)、全懸吊結構，并建有除塵、脫硫、脫硝，工藝流程見圖1。采用的袋式除塵器主要技術參數(shù)見表1。機組燃用的設計煤種及校核煤種的煤質分析見表2和表3，揮發(fā)分含量在24.96%～38.32%，含硫量在0.31%～0.75%。試驗期間，不摻燒污泥僅燒煤，實燒煤種汞含量在145.6～289.4 μg/kg，加權平均值為248.5 μg/kg，高于全國均值。

圖1 工藝流程

表1 袋式除塵器的主要技術參數(shù)

表2 工業(yè)分析 %

表3 元素分析 %

1.2 試驗方法

分別在布袋除塵器進出口煙道，設置ZR-3700A型煙氣汞綜合采樣器進行氣態(tài)Hg樣品采集，采樣系統(tǒng)如圖2所示，主要包括活性炭吸附管、帶防塵罩的采樣探頭、帶加熱的采樣槍(加熱溫度≥120 ℃)、溫度傳感器、除濕裝置、采樣控制器和采樣泵等。采集的氣態(tài)Hg樣品吸附在活性炭中，試驗采用兩段式活性炭吸附管，第二段用于判定樣品是否失效。一般來說，當煙氣中Hg濃度超過1 μg/m3時，穿透率(第二段活性炭中Hg含量占第一段的比例)應不超過10%；當煙氣中Hg濃度不足1 μg/m3時，穿透率應不超過20%。煙氣中的顆粒Hg主要通過測定煙塵濃度及煙塵飛灰Hg含量來折算，其中，煙塵采樣采用嶗應3012H自動煙塵采樣儀、嶗應1085B常規(guī)煙塵采樣槍，測試方法符合GB 13931-2017標準要求。

圖2 氣態(tài)Hg采樣系統(tǒng)

現(xiàn)場采集的煤、煙塵及活性炭樣品均需要送至實驗室進行Hg含量分析化驗，使用的設備為RA-915F汞分析儀。該汞分析儀的操作原理是基于熱解法將結合態(tài)Hg轉變?yōu)樵貞B(tài)并通過載氣(空氣)將元素汞連續(xù)地從原子化器輸送至分析池，Hg質量濃度的測定基于使用高頻調制光偏振的塞曼原子吸收光譜(ZAAS-HFM)。該汞分析儀用來直接檢測固體樣品中的Hg含量，不需要進行前處理(如酸消解等)。

2 試驗結果及分析

2.1 氣態(tài)Hg的測定

采用多次測定取平均值的方式，分別在袋式除塵器進出口采集4組樣品，活性炭吸附管中的汞含量分為兩段，分別測定第一、第二段樣品，直接相加計算得到煙氣中氣態(tài)Hg含量。袋式除塵器進口煙氣中氣態(tài)Hg含量在1.01～1.19 μg/m3，平均值為1.12 μg/m3，出口煙氣中氣態(tài)Hg含量在0.17～0.22 μg/m3，平均值為0.20 μg/m3，具體數(shù)值見表4。經計算，袋式除塵器對氣態(tài)Hg的平均脫除效率達82.14%，主要是因為濾袋表面會沉積一層粉餅層，粉塵顆粒比較面積大，且內含未燃盡碳等成分，對氣態(tài)Hg具有較強的吸附效果。

表4 氣態(tài)Hg濃度測定結果 μg/m3

2.2 顆粒Hg的測定

在袋式除塵器進出口采集3組煙塵樣品，濾筒及內部飛灰樣品一起稱重分析，分別測定和計算分析，袋式除塵器進口煙氣飛灰中Hg含量在1 454～1 741 μg/kg，經換算顆粒Hg含量在12.51～12.82 μg/m3，平均值為12.68 μg/m3；出口煙氣飛灰中Hg含量在3.4～9.0 μg/kg，經換算顆粒Hg含量在0.012～0.018 μg/m3，平均值為0.015 μg/m3，具體數(shù)值見表5。經計算，袋式除塵器對顆粒Hg的平均脫除效率達99.88%，與袋式除塵器的除塵效率(99.78%)相當。值得注意的是，循環(huán)流化床鍋爐飛灰的中位粒徑(樣品的累計粒度分布百分數(shù)達到50%時所對應的粒徑)、比表面積以及未燃盡碳含量等反應吸附特性的物化指標均優(yōu)于煤粉爐的飛灰，并且相同質量飛灰中Hg的集聚程度是煤粉爐飛灰的3倍以上[15-17]。

表5 顆粒Hg濃度測定結果 μg/m3

2.3 總Hg的減排

結合上述測定結果，數(shù)據匯總如表6所示，布袋除塵器進出口總Hg濃度分別為13.8、0.215μg/m3，脫除效率為98.44%。

表6 主要數(shù)據匯總

3 結論

分別采用ZR-3700A型煙氣汞綜合采樣器和嶗應3012H自動煙塵采樣儀、嶗應1085B常規(guī)煙塵采樣槍采集氣態(tài)Hg和顆粒Hg樣品，采用RA-915F汞分析儀對固體樣品進行分析，經測定及計算，結論如下：

(1)袋式除塵器進口煙氣中氣態(tài)Hg含量平均值為1.12 μg/m3，濾袋表面會沉積一層粉餅層，對氣態(tài)Hg具有較強的吸附效果，袋式除塵器對氣態(tài)Hg的平均脫除效率達82.14%；

(2)經測定，袋式除塵器進口煙氣飛灰中Hg含量在1 454～1 741 μg/kg，經換算顆粒Hg含量平均值為12.68 μg/m3，袋式除塵器對顆粒Hg的平均脫除效率達99.88%；

(3)布袋除塵器進出口總Hg濃度分別為13.8、0.215 μg/m3，脫除效率為98.44%。