關(guān)于燃煤電廠汞排放及其控制技術(shù)的探究

　　摘要：介紹了燃煤汞排放的現(xiàn)狀、 汞排放引起的危害及現(xiàn)行控制標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合目前對(duì)汞排放控制的最新技術(shù)，提出了改善燃煤汞排放的建議。

　　關(guān)鍵詞：汞排放;燃煤煙氣;除汞技術(shù)

　　0 引 言

　　燃煤電廠中 Hg 等痕量元素雖然排放濃度并不高，但是由于痕量元素本身的累積效應(yīng)以及高毒性，它們也成為污染物控制的主要對(duì)象。我國(guó)先后 4 次頒布實(shí)施有關(guān)燃煤電廠大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中均沒(méi)有設(shè)置汞的排放限值，在新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223 -2011)中增加汞的排放指標(biāo)。經(jīng)研究美國(guó)、 歐盟和德國(guó)的火電廠排放標(biāo)準(zhǔn)，確定我國(guó)火電廠汞及其化合物排放濃度限值為 0. 03mg/m 3(自 2015 年 1 月 1 日起實(shí)施)。

　　隨著環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，汞污染防治工作已被納入電力企業(yè)“十二五” 規(guī)劃，《重金屬污染綜合防治 “十二五” 規(guī)劃》 和《 “十二五” 重點(diǎn)區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控規(guī)劃》 都對(duì)燃煤電廠大氣汞排放控制工作做了安排。目前汞排放控制對(duì)策、 燃煤電廠汞形態(tài)分布、 排放機(jī)理及控制技術(shù)的研究被提上了議程。

　　1 汞排放的危害

　　隨著高效電除塵器、 煙氣脫硫、 煙氣脫硝、 高煙囪排放等污染控制技術(shù)的采用，煙塵、 SO 2 和NO x 的污染已得到有效的控制，燃煤電廠汞污染問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)。由于汞在 36℃就開(kāi)始蒸發(fā)，溫度越高，蒸發(fā)越快。

　　汞蒸氣可以隨著大氣環(huán)流遷移到很遠(yuǎn)的地方，隨著燃煤煙氣的排放，這些汞被擴(kuò)散到空氣中，溶解于水中，由于汞比重大，往往沉積于河底。在甲基維生素 B12 存在下，經(jīng)過(guò)厭氧細(xì)菌的作用，沉積于河底的汞離子形成了甲基汞和二甲基汞，甲基汞能積聚在水生生物中，參加食物鏈，使汞在魚(yú)體內(nèi)富集濃縮，達(dá)到極高濃度，最高可達(dá)20 萬(wàn)倍! 甲基汞進(jìn)入人體后主要侵害神經(jīng)系統(tǒng)，尤其是中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

　　數(shù)據(jù)表明，2010 年 1 ～11 月份用于發(fā)電的煤就達(dá) 10.05 億t。如按照國(guó)外燃煤中汞的平均含量 0.2 mg/kg 計(jì)算，燃煤中含汞量達(dá) 201 t。在美國(guó)，燃煤電廠已成為汞的最大排放源，每年要向大氣輸送 48 t 汞，占到全美國(guó)汞排放量的 40% 以上。

　　美國(guó)于 2003 年提出一項(xiàng)名為“清潔天空計(jì)劃” 的總統(tǒng)計(jì)劃，計(jì)劃到 2018 年，將汞排放減少69%。2005年3月美國(guó)環(huán)保署推出了《潔凈空氣汞法》(CAMR)，首次規(guī)定了該國(guó)火電廠的汞排放，這也是世界上第一個(gè)規(guī)定汞排放的法規(guī)。通過(guò) 《潔凈空氣汞法》 的實(shí)施，到2018 年初將火電廠的汞排放量的上限控制在 15t。

　　我國(guó)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223—2011)對(duì)煙氣中SOx 、NOx 、粉塵、汞及其化合物等規(guī)定了排放標(biāo)準(zhǔn)。表1 顯示了我國(guó)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)污水、 大氣中汞及其化合物的最高允許排放濃度。表2 為生活飲用水、 地下水的總Hg 量標(biāo)準(zhǔn)。

　　由表1和表2可知，我國(guó)已經(jīng)有一套關(guān)于汞及化合物的控制指標(biāo)。

　　2 燃煤電廠汞污染控制技術(shù)

　　2.1現(xiàn)有污染控制設(shè)施對(duì)汞的協(xié)同控制效果

　　利用現(xiàn)有煙氣治理設(shè)備對(duì)汞進(jìn)行脫除，可提高設(shè)備利用率，降低控制成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)汞、 SO?、 NOx 等污染物的聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)除塵脫硫脫硝脫汞一體化。目前，國(guó)內(nèi)外電廠常用靜電除塵器(ESP)和布袋除塵器(FF)、 電袋復(fù)合式除塵器去除飛灰，利用濕式脫硫(WFGD)裝置脫除煙氣中的SO?，脫硝主要采用選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR)。下面對(duì)現(xiàn)有污染控制設(shè)施的脫汞效果進(jìn)行分析：

　　(1)除塵設(shè)備。

　　電除塵器和布袋除塵器在降低顆粒物排放的同時(shí)，能在一定程度上減少汞的污染能夠有效脫除 Hg P，但對(duì) Hg 0 和 Hg 2 + 的脫除率相對(duì)較低?；陔姵龎m器和布袋除塵器的吸附劑噴入技術(shù)可采取吸附劑噴入的方法提高燃煤煙氣中汞的脫除效率。例如將活性炭噴入煙氣中，是一種最簡(jiǎn)單自然的控制燃煤煙氣汞污染的技術(shù)，但此技術(shù)投資費(fèi)用較大、 運(yùn)行成本較高，電廠一般難以承受，因此很多研究圍繞價(jià)格較為低廉的吸附劑展開(kāi)。根據(jù)煤種的變化，基于布袋除塵器的吸附噴入技術(shù)可去除80% ～90%的汞，基于電除塵器的吸附劑噴入技術(shù)可去除 50% ～ 90% 的汞。為了綜合電除塵器和袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)出現(xiàn)了電袋復(fù)合式除塵器，其工作原理為：前級(jí)電場(chǎng)預(yù)收煙氣中80% ～90% 以上的顆粒物量，后級(jí)袋式除塵裝置攔截收集煙氣中剩余更細(xì)小的顆粒物，其除塵效率高，對(duì)汞的去除率也綜合了電除塵器和布袋除塵器的特點(diǎn)。

　　(2)脫硫裝置(WFGD)。

　　煙氣中的 Hg 2 + 化合物易溶于水，WFGD 可去除煙氣中約 90% 的 Hg2+，但對(duì)不溶于水的 Hg 0 捕捉效果不顯著。在濕法洗滌脫硫過(guò)程中，使用 H 2 S 和加入少量 EDTA 試劑，并控制各運(yùn)行參數(shù)，可明顯增加 WFGD 系統(tǒng)的汞捕捉率。在煙氣進(jìn)入脫硫塔前，加入碳基類等催化劑，以促使 Hg 0 氧化形成 Hg 2+ 化合物，也能提高汞脫除率。另外，利用 WFGD 加強(qiáng)汞脫除，對(duì)脫硫塔運(yùn)行幾乎無(wú)影響。

　　(3)脫硝設(shè)施。

　　選擇性催化還原(SCR)是常用的脫硝工藝。SCR 脫硝工藝可去除煙氣中 70% ～90% 的 NO x，但不能直接抑制煙氣中汞的排放量，而是將 NO x 還原為氮?dú)獾耐瑫r(shí)有效促進(jìn) Hg 0氧化成 Hg2+，從而有利于下游的煙氣 WFGD 對(duì)汞的吸收。

　　2.2展望我國(guó)燃煤電廠的汞控制技術(shù)

　　2010 年 -2011 年國(guó)電環(huán)保院對(duì)部分典型電廠(不同煤種不同發(fā)電機(jī)組)的現(xiàn)有污染物控制設(shè)施對(duì)汞的協(xié)同控制效果的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2。

　　2011 年 -2015 年，以現(xiàn)有非汞污染物控制設(shè)施(包括脫硝、 除塵、 脫硫設(shè)施)對(duì)汞的協(xié)同控制為主;2016 年 -2020 年，以燃燒前和燃燒中控制汞的生成量和現(xiàn)有非汞污染物控制設(shè)施對(duì)汞的協(xié)同控制為主;2021 年 -2030 年，以基于現(xiàn)有非汞污染物控制設(shè)施的脫汞技術(shù)和專用脫汞技術(shù)為主。

　　3 總 結(jié)

　　目前，很多脫汞技術(shù)都仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，在燃煤電廠中還沒(méi)有找到一種成熟、可應(yīng)用的脫汞技術(shù)。最接近應(yīng)用的是美國(guó)已用于垃圾焚燒煙氣脫汞的活性炭吸附法，但該技術(shù)費(fèi)用過(guò)高，且由于垃圾焚燒煙氣與燃煤電廠煙氣中各物質(zhì)含量差別較大，該技術(shù)目前仍不適用于燃煤電廠中。隨著我國(guó)對(duì)燃煤鍋爐汞及其化合物排放限值的要求越來(lái)越嚴(yán)格(GB13223 中對(duì)新建燃煤電廠汞及其化合物的排放限值為 0.03 mg/m³)，對(duì)于如何開(kāi)發(fā)出一種適用于燃煤電廠的成本低、效率高的脫汞技術(shù)，我們?nèi)匀蝗沃囟肋h(yuǎn)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]GB13223-2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

　　[2]白尚顯，等.燃料手冊(cè)[M].冶金工業(yè)出版社，1994

　　[3]王起超，馬如龍.煤及其灰渣中的汞[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1997，17(1)

　　[4]曹會(huì)蘭.汞的污染和危害[J].陜西環(huán)境，2003，10(1)：44-45.

　　[5]田菲.吸附劑在煙氣脫汞中的運(yùn)用[J].硅谷，2011(2)：146.