低温等离子体强化燃煤烟气Hg~0氧化的气氛影响及特性探究

王俊杰 卞晓鸽 杨帆 夏尚 杨诚

摘 要：燃煤烟气成分对于低温等离子体氧化元素汞的影响，可以通过分析交流高压放电产生低温等离子体强化模拟烟气中的Hg0氧化进行模拟研究。基于此，本文针对低温等离子体强化燃煤烟气Hg～0氧化的试验装置以及试验方法进行分析，并从低温等离子体的输入能量以及气相汞形态分布与质量平衡等角度，来探索低温等离子体强化燃煤烟气Hg～0氧化的气氛影响及特性。

关键词：低温等离子体;燃煤烟气;汞氧化

燃煤烟气当中存在的这种成分对于低温等离子氧化元素汞都可能带来一定的影响，其中，伴随着能量的加大，Hg0氧化率也会增加，这是由于模拟烟气当中氧气分解产生的自由基数目不断增加导致的。但同时，输入能量过大还会造成模拟烟气当中的N2产生了分解现象，从而产生了NO来消耗了O自由基的数量。从本质上来讲，低温等离子的存在推动了NO以及SO2氧化Hg0，并且同时还能够有效实现脱硫脱硝，具有较为深远的现实意义。

1 试验装置与试验方式简介

我国是一个煤炭消耗大国，因此我国的环境也要承受着煤炭燃耗所带来的大量空气污染以及残渣污染。煤炭在燃烧过程当中，最主要的污染物之一就是汞，这一物质不仅会造成环境的破坏，还会影响到人们的健康，是一种强致癌物。为了能够降低汞的危害产生了解脱汞技术，现阶段正在研究的燃煤煙气活性炭喷射技术就是一种应用效果较好的技术。但是在此基础上还应该了解低温等离子体强化燃煤烟气Hg～0氧化的气氛影响及特性，以此来不断提升脱硫、脱硝的水平。[1]

本次试验主要使用到的氧化实验装置系统，其中分别在不同的部位配备了专业的系统，能够有效模拟煤炭燃烧产生的烟气成分，同时进行低温等离子体的反应，促进检测脱硫、脱硝工作的水平。利用这套试验装置，能够有效地探索N2在流经50℃恒温水浴的汞渗透管后，再经过预热，流到低温等离子反应器当中，在其中产生一定的反应，最后保证能够利用相关的测量仪器来检测液体和气体当中的成分，了解到氧化的效率与质量。在模拟烟气的环境当中，需要主义的一点在与，必须要把控实际的煤炭使用状况，而不能够一味地立足于实验室环境，必须要考虑到现实当中的燃煤烟气产生环境。

2 试验结果分析

2.1 低温等离子体的输入能量

在试验当中，低温等离子体的输入能量，和相关的物质质量浓度之间具有着一定的关联。在O2以及N2的气氛之下，初始Hg0的浓度达到了一定的数值，并且在低温等离子体不同输入能量时，汞的具体浓度也发生了一定的变化。而汞的浓度变化，会伴随着时间的推移而不断改变。在打开等离子体瞬间，容器内部的Hg0与O会产生反应，从而形成了氧化汞，在氧化汞形成以后，会顺着反应器的空间进行移动，从而反应器出口部分的Hg0浓度会降低。低温等离子体当中，不同输入能量的条件会直接影响到Hg0的平衡氧化率，这也意味着在实际的工作与生活当中，想要促进燃煤烟气当中各种物质的有效平衡，也需要注重平衡氧化率的问题。并且，在试验装置当中，两个电极之间的电压以及电磁场的强度不断提升，会造成高能电子的数量增加，从而有效推动了O2分子的分解速率。

2.2 气相汞形态分布与质量平衡

气相汞形态的分布会受到模拟烟气初始质量浓度的影响，并且伴随着输入能量的变化而产生变化。一般情况下来检测汞形态的浓度采用的都是OHM汞测试标准方法，这种方式下，能够有效地获取到低温等离子体前后作用时汞的具体平衡状态。并且，在低温等离子以及喷O3这两种方式下，氧化汞的具体浓度都会产生一定的比那话。试验研究表明了显示当中，燃煤烟气里含有的大部分Hg0将会被氧化，从而产生大量的氧化物，能够有效地保证整体燃煤烟气会受到一定的影响。[2]

2.3 O2含量对Hg0氧化率的影响

在试验过程当中，燃煤烟气的模拟烟气会在初始状况下保持一个较为稳定的浓度，并且伴随着能量输入的变化而产生氧化的现象。具体的变化首先体现在了反应初始阶段，在这一阶段Hg0氧化率一般都控制在了5%左右，此时在烟气当中的N2的数值也是较为稳定的。但是伴随着O2的含量不断增加，Hg0的氧化率也会逐渐增加，当O2的含量达到了一定数值之后，Hg0的氧化率可以增加到了80%，从而达到了很好的氧化效果，对于燃煤烟气的成分控制来说十分关键。

2.4 NO浓度与SO2含量对Hg0氧化率的影响

燃煤烟气当中除了O2以外，NO的浓度与SO2含量对于Hg0的氧化率也具有一定的影响。在燃煤烟气当中，排放的NOx中，NO占到了约95%的成分，这也意味着NO的浓度较大，对于整体的Hg0氧化具有十分重要的意义。并且，低温等离子体当中，Hg0氧化的氧化剂主要来源也不能够离开NO的存在。而针对SO2作为燃煤烟气污染的主要成分之一，不同浓度环境下Hg0的氧化率也会产生变化，而当SO2的体积浓度达到了740ml/m3时，这是Hg0的氧化率也达到了巅峰值，接下来如果SO2的浓度继续增大，氧化率反而会下降。经过相关的试验研究可以了解到，低温等离子体当中，SO2的存在能够影响到分解以及氧化这两个环节，并且SO2在进行分解之后，等离子作用下的SO2还会发生不完全的分解，从而影响到了整体的燃煤烟气成分变化以及汞的氧化活动。

3 结论

综上所述，可以了解到以下几点内容，首先在模拟烟气当中能够实现高能电子以及氧自由基数目的增加，同时还能够伴随着输入能量的变化而产生一定的变化。低温等离子在放电的过程当中，其中不同的成分会伴随着放电现象产生分解，例如O2分解出的大量自由基O都会成为Hg0的氧化剂，并且能够保证在低温等离子的作用之下，CO2也能够促进Hg0的氧化。

参考文献：

[1]张君.低温等离子氧化Hg～0及改性吸附剂脱汞研究[D].东南大学，2017.

[2]张君，段钰锋.低温等离子体强化燃煤烟气Hg～0氧化的气氛影响及特性分析[J].东南大学学报（自然科学版），2016，46（02）：297-303.