湿式电除尘系统中汞的迁移及转化实验研究

发布时间：2020-08-02 15:20

【摘要】：燃煤电厂是主要的汞排放源之一,对人体健康以及生态环境有很大的危害。为了满足超低排放的要求,部分电厂在湿法脱硫装置后安装湿式静电除尘器(WESP)控制颗粒物排放。而目前关于WESP协同脱汞的研究较少,汞在WESP中脱除的机理尚不明确。基于此,本文通过实验研究了WESP中汞的迁移及转化规律。根据WESP工作原理,搭建了模拟WESP实验台架,并对实验台架的可靠性进行了验证,对电场、烟气组分、水膜在WESP中对汞脱除的影响进行了研究。电场中的电晕风对Hg~0脱除有一定促进作用,但这种作用很微弱且仅约为1%。O_2电离产生的·O以及O_3在促进Hg~0氧化过程中起到重要作用,均可以与Hg~0反应生成HgO,且·O的影响更大。SO_2、NO、CO_2均主要通过抑制O_2产生·O自由基,从而抑制Hg~0脱除。水蒸气与O_2竞争自由电子抑制·O的生成,从而抑制Hg~0脱除。水膜主要通过裹挟作用促进脱除烟气中的Hg~0,且水膜流速、温度、pH值对水膜脱除烟气中的Hg~0没有明显影响。通过向水膜中添加NaClO_2的方法强化WESP脱汞,并分别研究了水膜特性、烟气组分对Hg~0脱除的影响。增加NaClO_2浓度可以提高水膜中ClO_2~-的浓度,进而促进Hg~0脱除。pH值对Hg~0脱除影响较大,在酸性环境中由于亚氯酸钠体系的氧化还原电位更高,且氢离子浓度更高,有利于对Hg~0的脱除。水膜温度对Hg~0脱除的影响不大,增加水膜流速有利于Hg~0脱除。当烟气中含有CO_2、SO_2、NO时,向水膜中添加NaClO_2均可以促进汞在WESP中的脱除。CO_2浓度变化对水膜脱汞影响不大。SO_2可以促进水膜脱汞,当SO_2浓度较低时增加SO_2浓度可以促进Hg~0脱除,而当SO_2浓度较高时促进作用会减弱。NO可以促进水膜脱汞。通过分析水膜中添加NaClO_2后WESP的汞脱除过程并简化条件,利用双膜理论得到了Hg~0与水膜间的总传质系数(AK_(OG))的计算方程,并根据实验结果计算得到了总传质系数为863 g/h。利用质量平衡对汞脱除过程进行分析,并建立了利用总传质系数、烟气流量、水膜流量计算WESP中Hg~0脱除率的计算模型。利用计算模型对实际脱汞过程进行分析,结果表明计算模型对估算WESP汞脱除率有一定意义。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X773
【图文】：

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图 1-1 汞循环路径[2, 3]是一种有毒重金属元素，具有挥发性、迁移性、生物累积性等特点。汞通人体后，主要损害人体神经和肾脏系统，同时对生殖、免疫、呼吸和消化生毒性影响。汞对人体神经系统有很强的毒性，即使受害者暴露在汞浓中，仍然会产生精神和行为异常，例如感知异常、智力发育迟缓、听觉和症[4]。此，有必要控制汞排放，进而减少汞污染对人体的危害。汞污染现状及相关法规前为止，我国已有部分地区受到汞污染的影响，人体健康受到威胁。在，中国东北松花江流域就曾发生过严重的汞污染事件[5, 6]，调查发现松花甲基汞中毒的特征，少数渔民可以被判定为慢性甲基汞中毒。王静等[7]通包头市新光小学受烟煤污染严重，汞污染问题也比较突出。而在全国范

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在日益严格的环保压力下，对燃煤电厂提出了超低排放的技术要求。在超低排放改造技术方案中，主要有 3 种改造方式：1、以低低温电除尘器为核心的技术路线；2、以湿式电除尘器为核心的技术路线；3、以电袋除尘器为核心的技术路线[48]。在3 种改造方式中，以湿式电除尘器为核心的技术路线对于微细颗粒物的控制效果最好，可以将颗粒物排放浓度降低到 5mg/m3以下，且对于 WFGD 出口石膏雨、酸雾和细微颗粒的脱除效果较好。以湿式电除尘器为核心的技术路线如图 1-2 所示[48]。在炉膛内采用低氮燃烧技术，使用 SCR 技术脱除 NOX，使用干式电除尘器脱除以大颗粒为主的大部分颗粒物，使用WFGD 脱除烟气中的 SOX，湿式电除尘器脱除细微颗粒物等，从而满足超低排放的要求。此种技术路线以湿式电除尘器为核心，且有研究表明[49]，湿式电除尘器对燃煤烟气中的汞有一定脱除作用。1.3 现有 WESP 及相关的脱汞研究

除尘过程

湿式电除尘器主要分为立式和卧式两种，在电厂中应用较多的是卧式湿式电除尘器，其主要由湿式电除尘器本体、阴阳极放电极、喷淋系统、灰水处理循环系统、电控系统等组成[60]。湿式电除尘器的除尘过程大致可以分为 7 个阶段：1、烟气通过多孔板变成均匀的烟气进入到 WESP 内部；2、利用电控系统在阴阳极上加电，在阴极放电极和阳极极板之间形成电场，且阴极放电极芒刺附近开始形成电晕，由阴极向烟气中释放高能电子；3、烟气从 WESP 入口进入电场放电区域后，烟气中的粉尘捕获阴极放电极放电产生的电子而荷电；4、带有电荷的粉尘颗粒在阴阳极间电场力的作用下从烟气中分离，并向阳极收尘极板运动；5、荷电的颗粒逐渐附着在阳极收尘极板表面上；6、利用喷淋系统将冲洗水喷入烟气中在极板表面形成均匀水膜，或利用溢流系统使冲洗水通过溢流的方式在极板表面形成均匀水膜，将附着在阳极板表面的灰尘冲刷到灰斗中并排出；7、从灰斗中流出的冲洗水进入排水池，由循环泵打入过滤器中，澄清水作为循环水重新进入湿式电除尘系统中进行喷淋，过滤后的废水作为脱硫工艺水或者直接排放到废水处理系统中[61]。

【参考文献】