低溫等離子體強化燃煤煙氣Hg~0氧化的氣氛影響及特性探究

王俊杰 卞曉鴿 楊帆 夏尚 楊誠

摘 要：燃煤煙氣成分對于低溫等離子體氧化元素汞的影響，可以通過分析交流高壓放電產(chǎn)生低溫等離子體強化模擬煙氣中的Hg0氧化進行模擬研究。基于此，本文針對低溫等離子體強化燃煤煙氣Hg～0氧化的試驗裝置以及試驗方法進行分析，并從低溫等離子體的輸入能量以及氣相汞形態(tài)分布與質量平衡等角度，來探索低溫等離子體強化燃煤煙氣Hg～0氧化的氣氛影響及特性。

關鍵詞：低溫等離子體;燃煤煙氣;汞氧化

燃煤煙氣當中存在的這種成分對于低溫等離子氧化元素汞都可能帶來一定的影響，其中，伴隨著能量的加大，Hg0氧化率也會增加，這是由于模擬煙氣當中氧氣分解產(chǎn)生的自由基數(shù)目不斷增加導致的。但同時，輸入能量過大還會造成模擬煙氣當中的N2產(chǎn)生了分解現(xiàn)象，從而產(chǎn)生了NO來消耗了O自由基的數(shù)量。從本質上來講，低溫等離子的存在推動了NO以及SO2氧化Hg0，并且同時還能夠有效實現(xiàn)脫硫脫硝，具有較為深遠的現(xiàn)實意義。

1 試驗裝置與試驗方式簡介

我國是一個煤炭消耗大國，因此我國的環(huán)境也要承受著煤炭燃耗所帶來的大量空氣污染以及殘渣污染。煤炭在燃燒過程當中，最主要的污染物之一就是汞，這一物質不僅會造成環(huán)境的破壞，還會影響到人們的健康，是一種強致癌物。為了能夠降低汞的危害產(chǎn)生了解脫汞技術，現(xiàn)階段正在研究的燃煤煙氣活性炭噴射技術就是一種應用效果較好的技術。但是在此基礎上還應該了解低溫等離子體強化燃煤煙氣Hg～0氧化的氣氛影響及特性，以此來不斷提升脫硫、脫硝的水平。[1]

本次試驗主要使用到的氧化實驗裝置系統(tǒng)，其中分別在不同的部位配備了專業(yè)的系統(tǒng)，能夠有效模擬煤炭燃燒產(chǎn)生的煙氣成分，同時進行低溫等離子體的反應，促進檢測脫硫、脫硝工作的水平。利用這套試驗裝置，能夠有效地探索N2在流經(jīng)50℃恒溫水浴的汞滲透管后，再經(jīng)過預熱，流到低溫等離子反應器當中，在其中產(chǎn)生一定的反應，最后保證能夠利用相關的測量儀器來檢測液體和氣體當中的成分，了解到氧化的效率與質量。在模擬煙氣的環(huán)境當中，需要主義的一點在與，必須要把控實際的煤炭使用狀況，而不能夠一味地立足于實驗室環(huán)境，必須要考慮到現(xiàn)實當中的燃煤煙氣產(chǎn)生環(huán)境。

2 試驗結果分析

2.1 低溫等離子體的輸入能量

在試驗當中，低溫等離子體的輸入能量，和相關的物質質量濃度之間具有著一定的關聯(lián)。在O2以及N2的氣氛之下，初始Hg0的濃度達到了一定的數(shù)值，并且在低溫等離子體不同輸入能量時，汞的具體濃度也發(fā)生了一定的變化。而汞的濃度變化，會伴隨著時間的推移而不斷改變。在打開等離子體瞬間，容器內(nèi)部的Hg0與O會產(chǎn)生反應，從而形成了氧化汞，在氧化汞形成以后，會順著反應器的空間進行移動，從而反應器出口部分的Hg0濃度會降低。低溫等離子體當中，不同輸入能量的條件會直接影響到Hg0的平衡氧化率，這也意味著在實際的工作與生活當中，想要促進燃煤煙氣當中各種物質的有效平衡，也需要注重平衡氧化率的問題。并且，在試驗裝置當中，兩個電極之間的電壓以及電磁場的強度不斷提升，會造成高能電子的數(shù)量增加，從而有效推動了O2分子的分解速率。

2.2 氣相汞形態(tài)分布與質量平衡

氣相汞形態(tài)的分布會受到模擬煙氣初始質量濃度的影響，并且伴隨著輸入能量的變化而產(chǎn)生變化。一般情況下來檢測汞形態(tài)的濃度采用的都是OHM汞測試標準方法，這種方式下，能夠有效地獲取到低溫等離子體前后作用時汞的具體平衡狀態(tài)。并且，在低溫等離子以及噴O3這兩種方式下，氧化汞的具體濃度都會產(chǎn)生一定的比那話。試驗研究表明了顯示當中，燃煤煙氣里含有的大部分Hg0將會被氧化，從而產(chǎn)生大量的氧化物，能夠有效地保證整體燃煤煙氣會受到一定的影響。[2]

2.3 O2含量對Hg0氧化率的影響

在試驗過程當中，燃煤煙氣的模擬煙氣會在初始狀況下保持一個較為穩(wěn)定的濃度，并且伴隨著能量輸入的變化而產(chǎn)生氧化的現(xiàn)象。具體的變化首先體現(xiàn)在了反應初始階段，在這一階段Hg0氧化率一般都控制在了5%左右，此時在煙氣當中的N2的數(shù)值也是較為穩(wěn)定的。但是伴隨著O2的含量不斷增加，Hg0的氧化率也會逐漸增加，當O2的含量達到了一定數(shù)值之后，Hg0的氧化率可以增加到了80%，從而達到了很好的氧化效果，對于燃煤煙氣的成分控制來說十分關鍵。

2.4 NO濃度與SO2含量對Hg0氧化率的影響

燃煤煙氣當中除了O2以外，NO的濃度與SO2含量對于Hg0的氧化率也具有一定的影響。在燃煤煙氣當中，排放的NOx中，NO占到了約95%的成分，這也意味著NO的濃度較大，對于整體的Hg0氧化具有十分重要的意義。并且，低溫等離子體當中，Hg0氧化的氧化劑主要來源也不能夠離開NO的存在。而針對SO2作為燃煤煙氣污染的主要成分之一，不同濃度環(huán)境下Hg0的氧化率也會產(chǎn)生變化，而當SO2的體積濃度達到了740ml/m3時，這是Hg0的氧化率也達到了巔峰值，接下來如果SO2的濃度繼續(xù)增大，氧化率反而會下降。經(jīng)過相關的試驗研究可以了解到，低溫等離子體當中，SO2的存在能夠影響到分解以及氧化這兩個環(huán)節(jié)，并且SO2在進行分解之后，等離子作用下的SO2還會發(fā)生不完全的分解，從而影響到了整體的燃煤煙氣成分變化以及汞的氧化活動。

3 結論

綜上所述，可以了解到以下幾點內(nèi)容，首先在模擬煙氣當中能夠實現(xiàn)高能電子以及氧自由基數(shù)目的增加，同時還能夠伴隨著輸入能量的變化而產(chǎn)生一定的變化。低溫等離子在放電的過程當中，其中不同的成分會伴隨著放電現(xiàn)象產(chǎn)生分解，例如O2分解出的大量自由基O都會成為Hg0的氧化劑，并且能夠保證在低溫等離子的作用之下，CO2也能夠促進Hg0的氧化。

參考文獻：

[1]張君.低溫等離子氧化Hg～0及改性吸附劑脫汞研究[D].東南大學，2017.

[2]張君，段鈺鋒.低溫等離子體強化燃煤煙氣Hg～0氧化的氣氛影響及特性分析[J].東南大學學報（自然科學版），2016，46（02）：297-303.