静电除尘+汞协同控制：Indigo Agglomerator在燃煤电厂的实证表现

基于美国Plant Watson机组的试验数据解读 Indigo Technologies 与 Southern Research Institute 的联合研究

关键词
Mercury,Electrostatic Precipitator,Indigo Agglomerator,Activated Carbon,LOI,烟气脱汞,燃煤电厂

汞排放控制正在从“是否需要做”演变为“如何更经济、更高效地做”。在美国《清洁空气汞规则》推动下，燃煤电厂被要求大幅削减汞排放，一些州甚至提出 90% 的减排目标[1]。在这样的政策背景下，如何在既有静电除尘器（ESP）基础上，通过工艺优化或增设模块，实现高效汞去除，成为全球燃煤烟气治理领域的技术焦点关键词之一。

本文解读的是在 ICESP X（2006，澳大利亚）上发表的一篇试验研究性论文《Enhanced Mercury Collection Using the Indigo Agglomerator》，作者为 Rodney Truce、John Wilkins（Indigo Technologies，澳大利亚）、Robert Crynack（Indigo Technologies，美国）以及 Wallis Harrison（Particulate Control Technologies）[1]。研究聚焦于一种名为 Indigo Agglomerator 的强化混合装置，通过改善烟气中汞形态与含碳颗粒（飞灰 LOI 或喷入活性炭）的接触条件，从而显著提升后端静电除尘器的汞捕集效率。

从全球范围看，燃煤电厂仅贡献约 1% 的汞排放总量，却往往是各国监管的重点对象[1]。汞以单质、氧化态及颗粒态三种形态存在，其中单质汞可长距离传输，经沉降进入水体后转化为甲基汞，在鱼类等生物体内高度富集，对孕妇及胎儿神经系统危害尤为突出。随着欧盟等地区陆续评估汞减排政策，围绕“静电除尘器+活性炭喷射+协同技术”的一体化烟气治理解决方案，正在成为行业讨论的主流方向。

传统来看，装有静电除尘器的燃煤机组，仅依靠锅炉未完全燃烧的碳（LOI）就可被动去除约 20%–50% 的汞[1]。若在空预器后低温区喷射活性炭，可将总去除率提升至约 70%。但要稳定达到 90% 水平，尤其在只依靠 ESP 而不采用湿法洗涤或复杂协同脱汞工艺时，技术与经济性挑战都非常大。Indigo Agglomerator 所代表的思路，是通过强化烟气中气-固相混合和微观湍流，使同样量的碳资源（无论是飞灰 LOI 还是喷入活性炭）发挥出更高的“单位碳去汞效率”，从而在不大幅增加耗材的前提下拉升总去除率。

Indigo Agglomerator 的工作机理可概括为：在 ESP 入口前布置一段强化混合段，使烟气在装置内形成显著的微小尺度湍流结构。对于质量极小、扩散性强的汞蒸气分子而言，这种微湍流有足够能量将其卷吸并频繁带至含碳颗粒表面附近；而体积和惯性更大的碳颗粒（包括未燃尽碳和加入的活性炭）并不会被完全“搅飞”，而是更多处于被动被汞分子撞击、吸附的状态。通俗讲，就是在进入 ESP 之前，用最小的能耗把“气相汞”狠狠地在“碳颗粒”表面上“多搓几遍”，极大增加单位时间内的有效接触几率和接触时间，实现汞的快速吸附和颗粒态化，再由下游静电除尘器一并捕集。

论文所采用的核心实证平台，是美国密西西比电力公司 Watson 发电厂 4 号机组的一次现场试验。该机组燃用哥伦比亚 CMC 煤，典型特征是 LOI（未燃尽碳）含量较高（约 9%–16%），且其中相当一部分为细微的“炭黑/烟炱型”颗粒，即由煤中重质烃类不完全燃烧生成的极细碳粒。这类极细颗粒更容易吸附汞，同时也更倾向集中在 ESP 末端电场和后排灰斗中。

在试验布置上，机组 A、B 两侧烟气基本对称：A 侧为对照，仅配 ESP；B 侧在 ESP 入口前加装 Indigo Agglomerator。全程未喷入活性炭等外加吸附剂，只利用锅炉工况下自然生成的 LOI 作为汞吸附介质。Southern Research Institute 负责在多个取样点进行汞采样和分析：包括两侧空预器出口、A 侧 ESP 出口、B 侧 Agglomerator 出口及 ESP 出口。采样采用“汞捕集管+预过滤器”的组合，捕集管吸收气相及部分颗粒态汞，预过滤器主要截留含碳飞灰。随后由 Frontier Science 进行实验室分析，并配套进行了燃煤汞含量分析以反推理论入口浓度（约 4.5 μg/m³）。

原始数据分析过程中，研究团队发现 B 侧空预器出口的汞捕集管浓度显著低于由燃煤分析推算及 A 侧实测水平。深入排查后发现，B 侧预过滤器上截留了大量高 LOI 细颗粒，捕获的汞远高于捕集管本体；而这些预过滤器在采样后并未立即密封保存，数周后再送检时已有部分汞挥发损失。通过对比 A、B 侧数据并假设各点预过滤器的汞损失比例相近，研究人员对 B 侧测值进行了约 54% 的修正，得到更符合物料衡算的入口汞水平。修正后的全流程质量平衡显示，B 侧空预器出口总汞浓度约 4.8 μg/m³，与 A 侧及煤质推算值基本一致。

在确保入口条件可比的前提下，A、B 两侧 ESP 出口的汞浓度成为评估 Indigo Agglomerator 贡献的最关键指标。由于 ESP 出口烟尘负荷和 LOI 已明显降低，预过滤器对结果的干扰极小、汞挥发损失也有限，因此这一段数据被认为最为可靠。统计结果表明：

• A 侧（仅 ESP）：空预器出口至 ESP 出口的总汞去除效率约 16%–21%，ESP 出口汞浓度约 3.6–4.0 μg/m³[1]。
• B 侧（Agglomerator+ESP）：总去除效率提升至约 65%–79%，ESP 出口汞浓度降至约 0.9–1.0 μg/m³[1]。

换算为相对改善幅度，装有 Indigo Agglomerator 的 B 侧，在相同燃煤条件和无外加活性炭的前提下，ESP 出口汞排放浓度约为 A 侧的 1/4，实现了约 75% 的排放降低；对应汞去除效率提升幅度约在 300%–500% 之间。更有价值的是，在 B 侧前排灰斗所测到的 LOI 水平反而略低于 A 侧，即吸附资源（可利用碳）并未增加，汞去除却显著提高，这从侧面验证了“强化混合与微湍流提升单位碳去汞效率”的机理假设。

虽然本次试验并未引入活性炭喷射，但从工艺逻辑可以推演：Indigo Agglomerator 同样可以应用于“活性炭喷射+ESP”路线，进一步提高喷炭利用效率，降低单位脱汞成本。这对正在或即将面对严格汞排放限值的电厂，尤其是以 ESP 为主、短期内难以大规模改造为湿法脱硫脱硝+湿洗涤系统的机组，提供了一个兼具技术可行性与经济性的增效路径。

从行业趋势看，静电除尘器正在从单一的“颗粒物末端治理装置”，逐步演变为“多污染物协同控制平台”的核心设备之一。围绕 ESP 的前端气流调控、含碳颗粒精细化管理以及微观混合强化，将成为未来几年工艺创新的重要方向。Indigo Agglomerator 的现场试验结果提示业内：在不改变主流程、不增加复杂湿法单元的前提下，仅通过“气固两相流组织优化”，就有可能在实际工况下实现接近法规要求水平的汞减排，为既有机组的升级改造提供了一种值得评估的选项。

对于中国乃至全球仍大量依赖燃煤发电的地区而言，如何在满足超低排放标准的同时，兼顾投资与运行成本，是烟气治理技术发展的核心矛盾。像 Indigo Agglomerator 这样以过程强化为特点的干式脱汞强化技术，与静电除尘、活性炭喷射、低温省煤器及选择性催化还原（SCR）等工艺组合，有望在下一轮行业技术迭代中，占据重要的一席之地。

关键词：Mercury，Electrostatic Precipitator，Indigo Agglomerator，Activated Carbon，LOI，烟气脱汞，燃煤电厂

参考文献：
[1] Truce R, Wilkins J, Crynack R, Harrison W. Enhanced Mercury Collection Using the Indigo Agglomerator[C]//ICESP X – Australia, 2006.

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参考文献
[1] Truce R, Wilkins J, Crynack R, Harrison W. Enhanced Mercury Collection Using the Indigo Agglomerator[C]//ICESP X – Australia, 2006.