電袋復合除塵器協同脫汞裝置設計與應用探討

李元海

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 背景

隨著污染情況的加劇，社會對環境問題的持續關注以及大眾環保意識增強，汞的排放已成為日益突出的問題。目前，我國燃煤電廠大氣汞污染控制試點工作正式啟動，并在新的排放標準《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）中規定了汞及其化合物的排放限值。然而，目前，國內外還缺少經濟高效的汞排放控制技術，因此，加快開發具有我國自主知識產權的脫汞技術顯得尤為迫切。

在汞排放控制技術方面，國內外先后開發了吸附劑吸附法、利用現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合處理脫汞法等。其中，活性炭吸附劑噴射技術（ACI）已得到初步商業化應用。ACI 技術主要借助于現有的除塵設備，對所噴入煙氣的活性炭吸附劑進行同時收集。

現有技術中，先噴射活性炭吸附劑對煙氣中的汞進行吸附，然后，采用電除塵器或布袋除塵器對煙氣中顆粒物（包括粉塵顆粒和活性炭顆粒）進行收集。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、經濟的脫除煙氣中汞的設備亟待解決，因此，電袋復合除塵器協同脫汞應運而生。

2 電袋復合除塵器協同脫汞裝置的設計

2.1 電袋復合除塵器協同脫汞簡介

電袋復合除塵器是由電除塵和布袋除塵相結合的除塵設備，前級由高壓放電電極對煙氣進行電暈放電，形成電場，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后級濾袋時，干凈煙氣滲透過濾袋，而煙氣中的粉塵則被濾袋纖維阻擋在表面，從而達到除塵目的。

在電袋復合除塵器基本結構不變的基礎上，合理調整電場區與濾袋區之間的距離，在電場區與濾袋區之間增設一套高效活性炭吸附劑噴射裝置（見圖1）。在前級電場區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，并且電袋復合除塵器的清灰周期較長，噴入的活性炭吸附劑將與煙氣充分混合，在濾袋清灰前對汞進行充分吸附。清灰后，活性炭將被過濾而收集到袋區灰斗中，而大部分顆粒粉塵已收集在電場區的灰斗中。采用本技術對于整體飛灰的二次利用影響非常小，并且對整個除塵系統的阻力也不會有明顯影響。

圖1 電袋復合除塵器協同脫汞設備

2.2 電袋復合除塵器協同脫汞的特點

與現有除塵協同脫汞設備相比，具有以下突出優點：相比電除塵器和袋式除塵器，電袋復合除塵器對細微粉塵PM2.5 有更高的捕集效率，也包括極細的顆粒汞的捕集。因為有更長的清灰周期，電袋復合除塵器可有效延長濾袋表面吸附劑的作用時間，提高捕集汞的效率。荷電的粉塵與荷電的吸附劑產生氣溶膠效應，顆粒汞和單質汞更容易被吸附，提高捕集效率。電場區收集大部分粉塵，到達濾袋區的粉塵量大大減少，減少吸附劑的噴入量。大部分顆粒粉塵已經在前級電場區收集，而后級濾袋區收集的顆粒粉塵量較少，混入活性炭吸附劑飛灰量相應較少，不影響整體飛灰的利用。

2.3 電袋復合除塵器協同脫汞裝置的設計

（1）脫汞裝置組成。脫汞裝置由羅茨風機、吸附劑倉、卸料閥、噴射閥、混合分配器、噴射管組成（見圖2）。

圖2 脫汞設備示意圖

羅茨風機提供氣源，吸附劑倉裝載活性炭，活性炭通過卸料閥的開啟，到達噴射閥，與氣源在混合分配器內充分混合。再進入噴射管組后噴射到煙氣流向截面，吸附煙氣中的汞。

（2）脫汞裝置的設計。以下以某燃煤電廠660MM 機組為例，進行脫汞裝置的設計。

①吸附劑倉的設計。該機組的正常煙氣量為364 萬Nm3/h，最大入口汞濃度為40ug/Nm3，要求總脫汞效率達到87.5%。根據此工況，按照經驗值，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 小時為一個儲量周期，則所需吸附劑倉容量為109.3×30/0.45/106=7.3m3。吸附劑倉采用上部圓筒、下部錐體結構?？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噴射管組的設計。根據電袋復合除塵器的內部空間、陽極板高度，布置噴射管組。該機組配套電袋復合除塵器為雙列，圖3 僅示意單列。除塵器內每跨8.9m 設置一組噴射管組，噴射管之間間距為2m，故噴射管組由5 根噴射管構成。每根噴射管長度為13.5m（陽極板高度13m 加0.5m），相鄰兩管間的噴嘴采用位置交叉形式，見圖3。脫汞裝置所用的活性炭屬細粒粉塵。為避免管道內壁的磨損，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^氣量為0.607m3，管內氣速為12m/s，可算出總管內徑取為Ф254mm。同時，得出各噴射管管內徑為Ф40mm。

圖3 單列除塵器布管至意圖

③羅茨風機的選用。根據設計需要總的空氣量和壓力損失，進行風機的選取。同時，風機在實際風量和風壓比計算值上裕量10%～20%，因為氣力輸送系統的漏風率和系統阻力會隨粉塵濃度變化。該脫汞設備中，單臺風機對應單列除塵器，即供氣量為整臺除塵器的一半（0.607/2×3600=1092.6m3/h）。而 風 機 選 取 風 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。根據壓力損失計算公式：Δp ＝m（λL/D+∑ζ）vg2ρ/2，查詢相關資料和參數，最終得出風機風壓取0.3MPa。由以上風機的風量、風壓，按照所需防護等級等，選取風機。

④勻速給料裝置的設計。為保證活性炭粉的均勻混入，需在噴射閥前、卸料閥后增設一個勻速給料裝置?；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，其可通過控制電機轉速而達到控制投入活性炭粉量。如測定螺旋給料機每轉的投入量為0.3g/r，則可設定電機轉速為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、混合分配器等閥門元器件，由不同廠家提供型號。根據吸附劑倉下料口DN100，選取卸料閥接口為DN100；根據總管內徑Ф254mm 和前后壓力損失量，選取噴射閥型號；根據總管管徑、噴射管管徑、噴射管數量，選取混合分配器。

3 應用前景

隨著環保要求的不斷提高，國家對汞排放的把關也將越來越嚴格。脫汞也將成為與脫硫、脫硝、除塵一樣的產業發展，市場前景廣闊。除塵脫汞一體化電袋復合除塵器是集除塵協同脫汞的復合設備。協同控制技術具有設備投資和運行費用低、脫汞效率高、設備簡單等優點，是目前國際上煙氣多污染物協同脫除的新工藝，大大提升了我國電袋復合除塵產業在國際上的產品競爭力，對提升現有燃煤鍋爐煙氣多污染物脫除技術的有效性及經濟性具有重要意義，對我國燃煤鍋爐煙氣治理和實現自主創新有重要的理論意義和應用價值。

4 結語

脫汞裝置使用于電袋復合除塵器，基于電袋復合除塵裝置所具有的特點，利用低成本的吸附劑或煙氣調質劑，強化脫除細顆粒物的同時脫除汞，實現多種污染物的協同控制，最終形成完善的協同控制技術。除塵脫汞一體化電袋復合除塵器可有效地降低燃煤煙氣中粉塵和汞的排放量，對控制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，保護環境和人類健康。