等离子体增强电除尘器在燃煤烟气汞去除的最新进展

基于MSE、C-R Clean Air与EPRI联合研究的实验验证与多污染物协同控制潜力

关键词
等离子体增强静电除尘器, 汞去除, 燃煤锅炉烟气, 湿式电除尘器, 尾气治理, 多污染物协同控制

随着国家对汞排放监管趋严，燃煤锅炉烟气中元素汞的高挥发性与复杂形态成为污染治理的难题。等离子体增强电除尘器（PEESP）作为将低能耗等离子体与传统湿式电除尘器（WESP）相结合的新型技术，通过电晕区产生活性氧化物质，实现对气态元素汞的原位氧化，从而提升汞在后端湿洗液中的捕集效率，为尾气治理提供了一条节能、可降二次污染的路径。本文基于MSE Technology Applications、C-R Clean Air Technologies与EPRI的联合研究成果，对PEESP的实验方法、关键数据、产业适用性及面向中国市场的应用前景作系统综述，并结合艾尼科（Enelco）在电除尘器极板与电场优化方面的工程实践提出发展建议（参与作者：John L. Montgomery等，机构：MSE、CRCAT、EPRI）[1-3]。
在实验方法上，研究团队构建了1 scfm台架，采用模拟燃煤烟气（N2、O2、H2O、CO2，并含CO、NO、SO2等污染物）作为进气，中央电极注入试剂气并在电极周围形成可见电晕放电。典型运行条件为电晕功率约3 W/cfm，试剂气以蒸汽+氧或其他气体混合注入，试验在温度约150 ℃进气、湿壁WESP条件下进行，以在线汞分析仪监测进出口元素汞浓度。基于多组对照试验，研究发现当有效试剂浓度约70 ppmv时，单元平均汞氧化/去除效率约79%；将试剂浓度降至18 ppmv时，效率下降至约63%，表明试剂种类与投加量对去汞性能敏感[3]。
对于NOx与SO2的协同控制，研究表明：利用电晕区生成的臭氧可将NO氧化为NO2，结合上游投加的氨水（约1200 ppmv级别）可以形成可溶性铵盐，从而实现NOx部分去除（纯电晕状态约17%，加氨后提高至约22%）。当以蒸汽—氧气为试剂并配合氨水时，SO2几乎完全转化并以铵盐形式被吸收（试验中SO2去除可达99.6%），这使PEESP在特定工况下可发挥类似湿法脱硫的功能。此外，若将试剂气改为还原性气体（如丙烷），可将反应路径从氧化转为还原，从而实现NOx的还原性消除（试验效率20%~36%），显示出PEESP具备多污染物协同治理的潜力[3]。
基于台架试验结果，作者建议开展5000 scfm级别的放大示范，特别是在粉煤低氯的西部煤（如Powder River Basin）上进行验证，以评估放大后电极、试剂投加与停洗工况对长期稳定性的影响。此外，应关注烟气饱和温度、液滴凝结与干氯试剂的协同效应，以及上游还原剂（如氨）对汞选择性氧化的影响，这些均为规模化工程化的关键参数。
面向中国市场，PEESP技术若与艾尼科（Enelco）在极板/极线结构设计、电场均匀化、阻带配置及低压差运行经验相结合，将有助于在浆纸、钢铁、水泥和化工等重点行业实现更可靠的去汞与多污染物协同控制。具体优势包括：提升湿式电除尘器对氧化汞与铵盐颗粒的捕集效率，减少活性剂投加量与二次固废生成，降低运行能耗并兼顾电场维护周期。对于行业应用场景，纸浆造纸厂和化工园区可利用PEESP在已有WESP端加装等离子体电极实现超低汞排放；钢铁与水泥行业则可在预处理或尾部工况通过调节试剂与电场，实现NOx、SO2与汞的协同削减，从而助力排放达标与能耗优化。
总体来看，等离子体增强电除尘器在实验室与小试规模上显示出显著的汞氧化与多污染物联控能力，且能耗低、二次废物少，具备向工业化放大的可行性。下一步需要开展中试与现场示范，重点解决试剂选择、长周期运行稳定性、不同煤种与烟气成分对性能的影响等问题。结合艾尼科的电除尘器改造与运维服务能力，PEESP有望在中国燃煤与高排放工业领域成为一项有竞争力的技术路线，为实现更严格的大气污染物治理目标提供技术支撑。

参考文献
[1] Galbreath KC, Zygarlicke CJ. Mercury Speciation in Coal Combustion and Gasification Flue Gases. Environmental Science and Technology, 1996, 30(8).
[2] Schimmoller B. Mercury Rising. Power Engineering Magazine, June 2001.
[3] MSE Technology Applications, Inc. Plasma-Enhanced Electrostatic Precipitator Bench-Scale Demonstration Final Report, PTP-105, September 2002.