王俊杰 卞曉鴿 楊帆 夏尚 楊誠(chéng)
摘 要:燃煤煙氣成分對(duì)于低溫等離子體氧化元素汞的影響,可以通過(guò)分析交流高壓放電產(chǎn)生低溫等離子體強(qiáng)化模擬煙氣中的Hg0氧化進(jìn)行模擬研究?;诖?,本文針對(duì)低溫等離子體強(qiáng)化燃煤煙氣Hg~0氧化的試驗(yàn)裝置以及試驗(yàn)方法進(jìn)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(zhì)量平衡等角度,來(lái)探索低溫等離子體強(qiáng)化燃煤煙氣Hg~0氧化的氣氛影響及特性。
關(guān)鍵詞:低溫等離子體;燃煤煙氣;汞氧化
燃煤煙氣當(dāng)中存在的這種成分對(duì)于低溫等離子氧化元素汞都可能帶來(lái)一定的影響,其中,伴隨著能量的加大,Hg0氧化率也會(huì)增加,這是由于模擬煙氣當(dāng)中氧氣分解產(chǎn)生的自由基數(shù)目不斷增加導(dǎo)致的。但同時(shí),輸入能量過(guò)大還會(huì)造成模擬煙氣當(dāng)中的N2產(chǎn)生了分解現(xiàn)象,從而產(chǎn)生了NO來(lái)消耗了O自由基的數(shù)量。從本質(zhì)上來(lái)講,低溫等離子的存在推動(dòng)了NO以及SO2氧化Hg0,并且同時(shí)還能夠有效實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝,具有較為深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。
1 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方式簡(jiǎn)介
我國(guó)是一個(gè)煤炭消耗大國(guó),因此我國(guó)的環(huán)境也要承受著煤炭燃耗所帶來(lái)的大量空氣污染以及殘?jiān)廴尽C禾吭谌紵^(guò)程當(dāng)中,最主要的污染物之一就是汞,這一物質(zhì)不僅會(huì)造成環(huán)境的破壞,還會(huì)影響到人們的健康,是一種強(qiáng)致癌物。為了能夠降低汞的危害產(chǎn)生了解脫汞技術(shù),現(xiàn)階段正在研究的燃煤煙氣活性炭噴射技術(shù)就是一種應(yīng)用效果較好的技術(shù)。但是在此基礎(chǔ)上還應(yīng)該了解低溫等離子體強(qiáng)化燃煤煙氣Hg~0氧化的氣氛影響及特性,以此來(lái)不斷提升脫硫、脫硝的水平。[1]
本次試驗(yàn)主要使用到的氧化實(shí)驗(yàn)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(shí)進(jìn)行低溫等離子體的反應(yīng),促進(jìn)檢測(cè)脫硫、脫硝工作的水平。利用這套試驗(yàn)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(guò)預(yù)熱,流到低溫等離子反應(yīng)器當(dāng)中,在其中產(chǎn)生一定的反應(yīng),最后保證能夠利用相關(guān)的測(cè)量?jī)x器來(lái)檢測(cè)液體和氣體當(dāng)中的成分,了解到氧化的效率與質(zhì)量。在模擬煙氣的環(huán)境當(dāng)中,需要主義的一點(diǎn)在與,必須要把控實(shí)際的煤炭使用狀況,而不能夠一味地立足于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境,必須要考慮到現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的燃煤煙氣產(chǎn)生環(huán)境。
2 試驗(yàn)結(jié)果分析
2.1 低溫等離子體的輸入能量
在試驗(yàn)當(dāng)中,低溫等離子體的輸入能量,和相關(guān)的物質(zhì)質(zhì)量濃度之間具有著一定的關(guān)聯(lián)。在O2以及N2的氣氛之下,初始Hg0的濃度達(dá)到了一定的數(shù)值,并且在低溫等離子體不同輸入能量時(shí),汞的具體濃度也發(fā)生了一定的變化。而汞的濃度變化,會(huì)伴隨著時(shí)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(huì)產(chǎn)生反應(yīng),從而形成了氧化汞,在氧化汞形成以后,會(huì)順著反應(yīng)器的空間進(jìn)行移動(dòng),從而反應(yīng)器出口部分的Hg0濃度會(huì)降低。低溫等離子體當(dāng)中,不同輸入能量的條件會(huì)直接影響到Hg0的平衡氧化率,這也意味著在實(shí)際的工作與生活當(dāng)中,想要促進(jìn)燃煤煙氣當(dāng)中各種物質(zhì)的有效平衡,也需要注重平衡氧化率的問(wèn)題。并且,在試驗(yàn)裝置當(dāng)中,兩個(gè)電極之間的電壓以及電磁場(chǎng)的強(qiáng)度不斷提升,會(huì)造成高能電子的數(shù)量增加,從而有效推動(dòng)了O2分子的分解速率。
2.2 氣相汞形態(tài)分布與質(zhì)量平衡
氣相汞形態(tài)的分布會(huì)受到模擬煙氣初始質(zhì)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(lái)檢測(cè)汞形態(tài)的濃度采用的都是OHM汞測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(huì)產(chǎn)生一定的比那話。試驗(yàn)研究表明了顯示當(dāng)中,燃煤煙氣里含有的大部分Hg0將會(huì)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(huì)受到一定的影響。[2]
2.3 O2含量對(duì)Hg0氧化率的影響
在試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中,燃煤煙氣的模擬煙氣會(huì)在初始狀況下保持一個(gè)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(yīng)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(shí)在煙氣當(dāng)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(huì)逐漸增加,當(dāng)O2的含量達(dá)到了一定數(shù)值之后,Hg0的氧化率可以增加到了80%,從而達(dá)到了很好的氧化效果,對(duì)于燃煤煙氣的成分控制來(lái)說(shuō)十分關(guān)鍵。
2.4 NO濃度與SO2含量對(duì)Hg0氧化率的影響
燃煤煙氣當(dāng)中除了O2以外,NO的濃度與SO2含量對(duì)于Hg0的氧化率也具有一定的影響。在燃煤煙氣當(dāng)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(duì)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(dāng)中,Hg0氧化的氧化劑主要來(lái)源也不能夠離開NO的存在。而針對(duì)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(huì)產(chǎn)生變化,而當(dāng)SO2的體積濃度達(dá)到了740ml/m3時(shí),這是Hg0的氧化率也達(dá)到了巔峰值,接下來(lái)如果SO2的濃度繼續(xù)增大,氧化率反而會(huì)下降。經(jīng)過(guò)相關(guān)的試驗(yàn)研究可以了解到,低溫等離子體當(dāng)中,SO2的存在能夠影響到分解以及氧化這兩個(gè)環(huán)節(jié),并且SO2在進(jìn)行分解之后,等離子作用下的SO2還會(huì)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(dòng)。
3 結(jié)論
綜上所述,可以了解到以下幾點(diǎn)內(nèi)容,首先在模擬煙氣當(dāng)中能夠?qū)崿F(xiàn)高能電子以及氧自由基數(shù)目的增加,同時(shí)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(guò)程當(dāng)中,其中不同的成分會(huì)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(huì)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(jìn)Hg0的氧化。
參考文獻(xiàn):
[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(xué),2017.
[2]張君,段鈺鋒.低溫等離子體強(qiáng)化燃煤煙氣Hg~0氧化的氣氛影響及特性分析[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,46(02):297-303.