電廠煙氣脫汞技術(shù)及經(jīng)濟分析

　　【摘 要】對燃煤電廠中汞的排放特性進行了研究，并依此對脫汞技術(shù)進行了簡要分析。研究發(fā)現(xiàn)，燃煤產(chǎn)生的大部分汞都殘留在電除塵器底灰和煙氣中，分別占到約42%和39%，其中煙氣中汞的排放形式主要為零價汞;在濕法脫硫系統(tǒng)中被脫除的二價汞絕大多數(shù)殘留在石膏漿液中，脫硫廢水中汞殘留較少。根據(jù)分析和測試，脫硫系統(tǒng)和濕電系統(tǒng)對二價汞具有好的脫除效果，脫硝系統(tǒng)會將部分零價汞轉(zhuǎn)化為二價汞，且可脫除部分顆粒汞。

　　【關(guān)鍵詞】燃煤電廠;汞;排放;脫汞技術(shù)

　　1導言

　　汞及其衍生物含有劇毒，并具有持久性、易遷移性和生物富集性等特性，可在大氣和食物鏈中持久存在、遠距離遷移和全球傳播，給全球環(huán)境及生物圈造成莫大的威脅。人類作為食物鏈最高層次者，所受的危害最大。醫(yī)學研究表明，汞對人類的大腦、脊椎、肝臟、腎臟有不同程度的損害，且會影響人的感覺、視覺、味覺和行為舉止。北美178個品種鳥類的病態(tài)與死亡;北極熊毛皮汞含量翻至14世紀的11倍;魚、貝、蝦被污染;孕婦誤食含甲基苯的魚致使胎兒發(fā)育畸形等都表明了汞污染的嚴重性。在這種形勢下，2013年《水俁公約》正式在日本簽署，標志著汞污染控制已達成全球共識。

　　2 研究與分析

　　2.1 汞存在的形態(tài)

　　燃煤排放到大氣的汞分為3種形態(tài)：1)氣態(tài)零價汞，又稱氣態(tài)元素汞或氣態(tài)單質(zhì)汞，表示為Hg0;2)氣態(tài)二價汞，又稱“氣態(tài)氧化汞”，以HgCl2為主，表示為Hg2+;3)顆粒吸附汞(不區(qū)分價態(tài))，表示為Hgp。不同形態(tài)的汞都有獨特的物理和化學性質(zhì)，因此其排放、傳播和沉積特性也是不同的。由于Hg0具有化學性質(zhì)不活潑和相當?shù)偷乃苄缘忍攸c，因此難以被捕獲。當其被排入大氣后，會停留很長時間，并隨著大氣的運動，輸送到遠離排放源的區(qū)域。而Hg2+具有水溶性，可以溶于濕法脫硫設(shè)備的石膏漿液中，并且氧化態(tài)汞也較容易被吸附到顆粒物上，其在大氣中的停留周期也較短，一般在排放源附近沉降。大部分Hgp可以隨顆粒物的捕獲而脫除。

　　影響燃煤電廠煙氣中汞的形態(tài)分布的因素非常復雜，其中煤種成分的影響很明顯，另外當煙氣通過煙氣凈化設(shè)備時，部分不同形態(tài)的汞會相互轉(zhuǎn)化。我國燃煤煤種多樣、各種成分占比各不相同，燃煤中的汞排放形態(tài)也呈現(xiàn)不同的狀態(tài)。

　　2.2汞的排放特性

　　有研究發(fā)現(xiàn)，燃煤電廠所用燃煤的含汞量為17～385μg/kg，每個電廠的燃煤含汞區(qū)別較大。對某電廠進行了汞的相關(guān)測試和分析，某電廠燃煤主要采用的優(yōu)混、大混和淮南煤的汞含量算術(shù)平均值213.1ng/g，汞在不同燃燒產(chǎn)物中的分布情況見圖1。

　　脫汞

　　由圖1可知汞在底渣、電除塵器底灰(簡稱ESP底灰，下同)、脫硫石膏(含脫硫廢水)及煙氣中的分布情況。底渣中的汞很少，不到0.1%，幾乎可以忽略不計;汞在ESP底灰中分布較多，達到42.9%;其次是分布在煙氣、石膏漿液(含廢水)中。另根據(jù)檢測，煙氣排放中汞的主要形態(tài)為Hg0，占到了39.1%，而恰恰最難脫除的汞形態(tài)就是Hg0。據(jù)理論和實測研究，濕法脫硫可脫除大量Hg2+，因此針對脫硫系統(tǒng)中的石膏漿液和脫硫廢水進行了檢測分析。由檢驗結(jié)果可知，石膏漿液中的汞主要以Hg2+的形式存在;Hg2+主要以HgSO4的形式存在，還有少量以HgCl2的形式存在，其總汞含量285.6μg/L，而脫硫廢水中的總汞含量僅為20.6μg/L，僅為脫硫系統(tǒng)中汞脫除總量的6.7%。

　　2.3相關(guān)脫汞技術(shù)分析

　　根據(jù)現(xiàn)有的研究，針對燃煤電廠煙氣脫汞的技術(shù)可知，現(xiàn)有的脫汞技術(shù)可分為爐前和爐后。爐前主要是指采用洗煤等潔凈煤技術(shù)，使燃煤進入鍋爐燃燒之前先脫除大部分的汞，如采用泡沫浮選方法進行洗煤，使煤的汞含量可減少30%以上，進而采用溫和熱解法，使汞受熱蒸發(fā)，進一步減少煤中的汞含量，脫除效率可達80%以上。借助這2種潔凈煤技術(shù)可使煤在進入鍋爐燃燒前減少汞含量85%。但國內(nèi)入爐前的洗煤率非常低，而發(fā)達國家則有40%以上的洗煤率。

　　脫硫裝置(FGD)和濕式電除塵器(WESP)對汞的脫除能力較強，尤其是對Hg2+的脫除效率達到89.66%，這2個設(shè)備對Hg2+的脫除能力在之前多個研究文獻[4-6,12]中均有提及。但FGD和WESP對Hg0幾乎沒有脫除能力，在上表可以看到經(jīng)過這2個設(shè)備后Hg0含量有所增加，這在以往研究中未見相關(guān)內(nèi)容。根據(jù)前文對FGD系統(tǒng)中循環(huán)漿液和廢水的汞含量檢測結(jié)果可知，循環(huán)漿液中含有大部分的Hg2+，于是可猜測煙氣經(jīng)過FGD后，攜帶了大量含有Hg2+的漿液霧滴進入WESP，可能在電場環(huán)境中Hg2+發(fā)生了還原反應，進而生成Hg0，但該結(jié)論仍需進一步實驗進行驗證。

　　3單質(zhì)汞的脫除技術(shù)

　　3.1吸附劑噴入技術(shù)

　　該方法利用吸附劑的物理吸附和化學吸附性質(zhì)，在顆粒吸附裝置前噴入吸附劑，將單質(zhì)汞捕獲之后被除塵裝置脫除，其吸附效率決定脫除效率。由于吸附劑對單質(zhì)汞的物理吸附能力有限，故吸附劑的化學吸附能力已成為決定單質(zhì)汞脫除效率的主導因素。因此，如何提高吸附劑的化學吸附能力已成為當下脫汞技術(shù)研究的核心方向。下面將介紹幾種吸附劑以及它的化學改性吸附劑。

　　3.1.1飛灰

　　飛灰中所含有的無機化合物如Fe2O3、CuO也會促進汞的氧化。再者，增大比表面積及適中的顆粒粒徑均有利于飛灰對單質(zhì)汞的吸附;過高的溫度會抑制飛灰的吸附能力。吸附了汞的飛灰最終可由布袋除塵器FF或靜電除塵器ESP捕獲。實驗表明飛灰顆粒越細則汞含量越高，飛灰中90%以上的汞存在于粒徑小于0.125mm的飛灰粒子上[15]。除塵器對1um以下的灰粒很難捕獲，因此，除塵設(shè)備只能脫除部分含汞飛灰，這是飛灰作為吸附劑的缺點之一。

　　3.1.2活性炭

　　基于FF和ESP的吸附劑噴入技術(shù)所使用的就是活性炭或改性活性炭，它是當前應用較多的噴入式煙氣脫汞工藝。活性炭的汞吸附過程由膜傳質(zhì)、顆粒內(nèi)擴散和汞在活性位的吸附三步驟組成。煙氣中氣相汞分子先透過流體相間膜向吸附劑表面?zhèn)鬟f，之后由活性炭表面細孔擴散至內(nèi)部活性位點并最終吸附在活性位上。

　　3.1.3其他吸附劑

　　價格低廉，資源豐富的黏土、有較大表面積和較低壓降的化海泡石、高溫和低溫下吸附能力都強的沸石和添加氧化劑的鈣基吸附劑等對單質(zhì)汞的吸附都大有用途。

　　4結(jié)束語

　　1)2015年1月1日起實施的《火電廠煙氣排放標準》(GB13223—2011)中明確規(guī)定汞及其化合物濃度不得超過0.03mg/m3，這給我國火電廠污染治理帶來嚴峻的考驗，同時也預示著國內(nèi)將掀起一股脫汞技術(shù)研究熱潮。

　　2)利用現(xiàn)有的污染控制設(shè)備已經(jīng)能高效脫除顆粒汞與二價汞，高效脫除單質(zhì)汞是目前研究難點。對于單質(zhì)汞的脫除，采用改性活性炭的吸附劑噴入技術(shù)是一門成熟、應用較廣的技術(shù)。而諸如飛灰、活性焦等廉價吸附劑噴入技術(shù)研究尚淺，實踐應用效果差。SCR脫硝工藝脫汞是一門很有前景的技術(shù)，催化劑能有效實現(xiàn)單質(zhì)汞的氧化，因此，尋找廉價髙效的催化劑是當前研究的核心。

　　參考文獻:

　　[1]夏文青,黃亞繼,李睦.燃煤脫汞技術(shù)研究進展[J].能源研究與利用,2015,06:24-29.

　　[2]陳瑤姬,孟煒,胡達清.燃煤電廠汞的排放特性和脫汞技術(shù)分析[J].能源研究與管理,2016,01:25-27+44.

　　[3]趙彬,易紅宏,唐曉龍,李倩,劉丁丁.燃煤煙氣汞形態(tài)轉(zhuǎn)化及脫除技術(shù)[J].現(xiàn)代化工,2015,01:58-62.

　　附：中汞聯(lián)盟簡介

　　中汞聯(lián)盟

　　中國汞污染防治技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟(中汞聯(lián)盟)是由從事汞污染防治領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)、技術(shù)咨詢、環(huán)保規(guī)劃等服務的多家單位自愿組成，立足汞污染防治技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，推動汞污染防治技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。中汞聯(lián)盟由中國科學院北京綜合研究中心(國家環(huán)境保護汞污染防治工程技術(shù)中心，簡稱汞中心)牽頭發(fā)起，以“汞聯(lián)盟+互聯(lián)網(wǎng)”的方式，與國內(nèi)知名環(huán)保網(wǎng)站“北極星節(jié)能環(huán)保網(wǎng)”合作推進聯(lián)盟建設(shè)，秉承“高端定位、高端引領(lǐng)”理念，整合汞污染防治技術(shù)領(lǐng)域多項資源。中汞聯(lián)盟旨在推進國際汞公約履約進程，并落實國家汞污染防治戰(zhàn)略，以開放合作共享的態(tài)度，面向科研機構(gòu)、企業(yè)、政府、個人，提供多層次、高標準的汞污染防治技術(shù)服務。