静电除尘器中的活性炭喷射脱汞数值研究*

冯宇轩，罗坤，樊建人

(浙江大学能源清洁利用国家重点实验室， 杭州 310027)

汞是一种常见的工业原料和产物，具有剧毒性且能在生态系统中进行生物积累，对环境和人体健康有着极大的破坏力[1-3]。为限制汞在大气中的排放，2013年联合国通过了一项具有全球法律约束力的《水俣公约》[4]。在《水俣公约》中提到有色金属冶炼和火力发电厂是最重要的汞排放来源。而中国作为燃煤大国，是全球大气汞排放量最多的国家之一，约占全球大气汞排放总量的33%左右，并且每年以4.8%的速度递增[5]，因此中国在新型汞污染排放控制技术的研究上面临十分严峻的挑战。

目前，活性炭喷射除汞技术(powdered sorbent injection, PSI)是公认最有潜力的燃煤脱汞技术之一[6]。PSI 技术的原理是在除尘设备(静电除尘器或布袋除尘器)上游的烟道喷入粉状吸附剂，通常是粉状活性炭颗粒(pulverized activated carbon, PAC)。在流动过程中，吸附剂颗粒吸附烟气中的汞，将气态单质汞转化为氧化态汞和颗粒状汞，最终通过颗粒去除装置将这些活性炭与汞协同脱除[7]。

静电除尘器(electrostatic precipitator, ESP)是目前燃煤电厂运用最多的高效除尘设备之一，其基本原理是通过电极高压放电使空气电离，让粉尘颗粒荷电从而在电场力作用下附着到集尘板上[8]。由于静电除尘本身是一个较为复杂的多场耦合的气固两相流问题，特别是考虑到颗粒迁移和电动力(electro hydrodynamic, EHD)效应的影响，研究ESP中汞和吸附剂颗粒同时去除的机理是一项挑战。此前有许多学者利用实验或数值模拟手段研究活性炭喷射脱汞的机理和操作参数的影响，例如周强等[9]利用模拟烟气管道喷射脱汞实验平台进行活性炭喷射除汞实验，重点研究活性炭尺寸、烟气温度、汞浓度等因素对汞脱除的影响。……