中國(guó)電力行業(yè)汞脫除現(xiàn)狀及未來(lái)應(yīng)用技術(shù)探討

李大龍

摘要：燃煤電廠的汞污染問(wèn)題成為電力行業(yè)發(fā)展過(guò)程中繼SO2、NOx之后的又一重大熱點(diǎn)問(wèn)題。本文針對(duì)新形勢(shì)下我國(guó)燃煤電廠如何最大化的利用現(xiàn)有設(shè)施和設(shè)備，以高效、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)手段最大程度的滿足新版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)汞排放的要求，并提出解決辦法。同時(shí)本文分析了國(guó)際上對(duì)汞污染物排放控制的政策發(fā)展歷史和趨勢(shì)，結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況，提出了在今后一段時(shí)期內(nèi)最適宜在我國(guó)電力行業(yè)應(yīng)用的汞排放控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：汞 污染 排放 燃煤電廠

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（b）-0119-02

目前，汞排放的檢測(cè)和污染控制問(wèn)題已經(jīng)成為全球環(huán)境問(wèn)題的新熱點(diǎn)和前沿研究領(lǐng)域。2002年，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）專門對(duì)全球汞污染狀況進(jìn)行了評(píng)估，指出“人為活動(dòng)的汞排放已經(jīng)明顯改變了全球汞的自然循環(huán)，對(duì)人類健康和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅”。

我國(guó)煤平均汞含量為0.22mg/kg，屬于高汞煤居多的國(guó)家。2008年，我國(guó)燃煤電廠實(shí)際排放的大氣汞就超過(guò)了110t，是世界上通過(guò)化石燃料燃燒排放大氣汞最多的國(guó)家。如果不采取任何控制措施，預(yù)計(jì)2020年我國(guó)燃煤電廠產(chǎn)生的大氣汞將高達(dá)310～450t，屆時(shí)我國(guó)能源行業(yè)將面臨巨大的汞排放壓力。

與國(guó)外相比，中國(guó)燃煤電廠的脫硝、除塵和脫硫的普及率是很高的，尤其是脫硝將作為強(qiáng)制控制的目標(biāo)列入排放標(biāo)準(zhǔn)。所以國(guó)外一些主流的汞污染控制技術(shù)，不一定適用于中國(guó)。對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，如何最大化的利用現(xiàn)有的設(shè)備，發(fā)展出一條最適合于目前中國(guó)國(guó)情的汞污染控制之路，兼具經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，最有很大的意義。

1燃煤電廠汞排放特點(diǎn)及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律

1.1燃煤電廠汞排放特點(diǎn)

區(qū)別于一般的人類活動(dòng)汞排放，燃煤電廠的汞排放具有下列的顯著特點(diǎn)。

（1）排放集中。燃煤電廠是最大的人為汞排放污染源，據(jù)統(tǒng)計(jì)2005年全球人為汞排放總量中，46.5%源于化石燃料的燃燒，而其中約70%又來(lái)源于燃煤電廠的燃燒耗煤。煤燃燒時(shí)，汞大部分隨煙氣排入大氣，而進(jìn)入飛灰和底灰的則只占一小部分。

（2）危害分布廣，周期長(zhǎng)。盡管燃煤排放的大氣汞Hg0含量較低，但由于其不溶于水，且揮發(fā)性極強(qiáng)，排放后可在大氣中停留達(dá)1年以上，極易通過(guò)大氣擴(kuò)散造成全球性的汞污染，是汞污染控制中最難的部分。

（3）排放源多樣，有氣體源，水源和固體源。從氣體源來(lái)說(shuō)，煙氣中汞的排放量已經(jīng)納入了環(huán)保部門的監(jiān)管范圍內(nèi)。固體源主要是電廠排放的燃煤廢渣。電廠所排放的廢水中也含有大量的汞。盡管現(xiàn)在很多電廠施行了廢水零排放的政策，但汞僅僅只是從廢水中轉(zhuǎn)移到了污泥中，本質(zhì)上并沒(méi)有被去除，累積之下依然對(duì)周邊環(huán)境造成潛在危害。

1.2汞的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律

煤中的汞按存在形態(tài)一般可以分為有機(jī)汞和無(wú)機(jī)汞。煤粉在燃燒過(guò)程中，煤中的汞高溫下受熱揮發(fā)以汞蒸汽的形態(tài)存在于煙氣中。

在通常的爐膛溫度范圍內(nèi)（1200℃～1500℃），大部分汞的化合物在溫度高于800℃時(shí)處于熱不穩(wěn)定狀態(tài)，會(huì)分解成元素態(tài)汞。因此在爐內(nèi)高溫下，煤中幾乎所有的汞（包括無(wú)機(jī)汞和有機(jī)汞）都會(huì)轉(zhuǎn)變成元素汞并以氣態(tài)形式進(jìn)入煙氣[1]。煙氣中汞的存在形式主要包括氣相汞（單質(zhì)汞Hg0和氣相二價(jià)汞Hg2+）和固相顆粒汞Hgp，這三者稱為總汞。Hg0、Hg2+和HgP在中國(guó)燃煤大氣汞排放中所占的比例分別為16%、61%和23%。煙氣中汞的形態(tài)受到煤種、燃燒條件及煙氣成分等多種因素影響。

2 現(xiàn)有設(shè)備和措施的汞脫除能力分析

對(duì)于國(guó)內(nèi)的主流燃煤電廠來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的設(shè)備和措施主要以燃燒后脫汞為主。2011年，環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的最新版的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中，規(guī)定對(duì)于全部鍋爐，自2015年1月1日起執(zhí)行0.03mg/m3的汞排放限值。對(duì)于已經(jīng)配備全部脫硫脫硝除塵裝置的電廠來(lái)說(shuō)，正常情況下不需增加任何新的設(shè)施即能滿足要求。若為了減少汞排放而專門新增一套系統(tǒng)，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)性還是實(shí)用性上來(lái)說(shuō)，目前都不具備條件。

燃煤電廠現(xiàn)有的具有汞脫除能力的設(shè)備按安裝位置依次有SCR脫硝反應(yīng)系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)以及濕法脫硫系統(tǒng)。下面對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行分別簡(jiǎn)要綜述。

（1）SCR系統(tǒng)。SCR系統(tǒng)的脫汞能力主要體現(xiàn)在催化劑可以將Hg0氧化為Hg2+，增加煙氣中Hg2+的濃度，進(jìn)一步提高濕法脫硫系統(tǒng)中汞的去除效率。諸多研究均已證實(shí)SCR催化劑可顯著提高煙氣中氧化性組分對(duì)Hg0的氧化效率，300℃時(shí)SCR催化劑催化氧化Hg0的效率可高達(dá)80%～90%[2]。但總體上來(lái)講，催化氧化的過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，其主要機(jī)理需要進(jìn)一步的深入研究才能完全掌握。

（2）除塵系統(tǒng)。現(xiàn)在燃煤電廠應(yīng)用廣泛的除塵系統(tǒng)為靜電除塵器（ESP）和布袋除塵器（FF）。電除塵器和布袋除塵器均能高效地捕獲煙氣中的顆粒物，間接地捕獲了顆粒物上的Hgp；吸附在飛灰上的部分氣態(tài)汞也能被捕獲。相比之下，布袋除塵器通過(guò)使煙氣流過(guò)致密織物，利用過(guò)濾和其它機(jī)理捕獲飛灰顆粒，通常用來(lái)脫除高比電阻粉塵和微細(xì)粉塵，尤其在脫除微細(xì)粉塵方面，有其獨(dú)特的效果，而這部分微顆粒上富集了大量的汞，所以布袋除塵器的除汞表現(xiàn)好于靜電除塵器。

（3）濕法脫硫系統(tǒng)。脫硫設(shè)施溫度相對(duì)較低，溫度區(qū)間在40℃～60℃之間，有利于Hg0的氧化和Hg2+的吸收，是目前去除汞最有效的凈化設(shè)備。特別是在濕法脫硫系統(tǒng)中，由于Hg2+易溶于水，容易與石灰石或石灰吸收劑反應(yīng)，所以約90%的Hg2+能夠在濕法脫硫系統(tǒng)中被去除。Hg2+所占比例是影響脫硫設(shè)施對(duì)汞去除率的主要因素，因此提高煙氣中Hg2+的比例，將直接影響脫硫設(shè)施對(duì)汞的去除效果。

3 新型強(qiáng)化除汞技術(shù)簡(jiǎn)介

目前，脫汞技術(shù)可以分為專門脫汞技術(shù)和新型強(qiáng)化脫汞技術(shù)。專門的脫汞技術(shù)主要就是吸附劑吸附技術(shù)，主要的吸附劑為活性炭，活性炭纖維，飛灰，鈣基吸附劑等等。而國(guó)內(nèi)外采用的新型、可靠的強(qiáng)化脫汞技術(shù)則主要有燃煤添加劑技術(shù)，除塵器前噴射吸附劑技術(shù)，吸收塔內(nèi)添加穩(wěn)定劑技術(shù)和脫硫廢水絡(luò)合絮凝技術(shù)。

各種方法的投資運(yùn)行成本對(duì)比見(jiàn)表1。

以下重點(diǎn)比較新型強(qiáng)化脫汞技術(shù)。

（1）燃煤添加劑技術(shù)。在燃煤中噴灑微量的添加劑，可以在燃燒過(guò)程中有效的將煙氣中的Hg0氧化為Hg2+，從而有利于后續(xù)的飛灰吸附和濕法脫硫系統(tǒng)的捕集，達(dá)到增強(qiáng)脫汞效率的目的?，F(xiàn)用的添加劑以溴素或溴化物添加劑為主，在燃燒過(guò)程中會(huì)釋放氧化劑，形成如下化學(xué)反應(yīng)：

此方法實(shí)施簡(jiǎn)單，成本也較低，但會(huì)加重脫硫系統(tǒng)的防腐壓力。

（2）吸附劑噴射技術(shù)。此技術(shù)通常是將以溴化活性炭為代表的各種吸附劑通過(guò)氣力輸送和均勻噴散系統(tǒng)噴射至空預(yù)器前后的煙道中，吸附劑吸附脫汞后隨飛灰一起被除塵器捕集。此項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng)，見(jiàn)效快，缺點(diǎn)是運(yùn)行成本高。

（3）吸收塔內(nèi)添加穩(wěn)定劑和氧化劑技術(shù)。濕法脫硫系統(tǒng)對(duì)Hg2+有良好的脫除性能。但是當(dāng)Hg2+達(dá)到一定的濃度后，吸收塔內(nèi)的汞脫除效率就會(huì)降低。穩(wěn)定劑的作用是通過(guò)絡(luò)合作用固定汞等重金屬，可以有效防止汞的逃逸，提高濕法脫硫?qū)南礈煨?。同樣，若煤質(zhì)中汞含量過(guò)高，則可以在吸收塔內(nèi)噴入一些強(qiáng)制氧化劑（如溴化鈣），對(duì)Hg0進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)化以提高除汞效率。

（4）脫硫廢水絡(luò)合絮凝技術(shù)。一般采用向脫硫廢水中添加特定配方的，對(duì)汞有高親和性和選擇性的有機(jī)高分子螯合劑或絡(luò)合劑。通過(guò)螯合或絡(luò)合的形式，形成含汞絮凝物，再絮凝劑和助凝劑的作用下，把汞完全沉淀在廢水污泥中?，F(xiàn)在得到普遍應(yīng)用的高效汞絡(luò)合劑是有機(jī)硫。

4 適用于中國(guó)燃煤電廠的技術(shù)討論

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，我國(guó)大部分燃煤電廠排放煙氣的汞濃度在0.2～22.8μg/m3，只有少數(shù)電廠由于煤質(zhì)原因排放煙氣的汞濃度超過(guò)新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定30μg/m3。所以針對(duì)不同的情況，綜合考慮下，最適用于我國(guó)燃煤電廠的脫汞措施有以下幾個(gè)方面。

（1）一般在SCR脫硝系統(tǒng)，高效除塵系統(tǒng)和濕法脫硫都具備的情況下，汞濃度會(huì)低于30μg/m3，不需加設(shè)特定的脫汞裝置。但應(yīng)具備汞的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力。

（2）若在上述三套系統(tǒng)協(xié)同作用下，汞排放濃度還是超標(biāo)，首先應(yīng)檢測(cè)各個(gè)系統(tǒng)是否分別對(duì)氮氧化物，飛灰和二氧化硫的去除達(dá)標(biāo)，若不達(dá)標(biāo)，考慮對(duì)不達(dá)標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

（3）若三套系統(tǒng)分別達(dá)標(biāo)，而汞排放濃度仍然超標(biāo)，推薦先考慮在脫硫漿液中加入少量的溴化鈣溶液，以在脫硫過(guò)程中對(duì)Hg0進(jìn)行強(qiáng)制氧化，然后考慮在輸煤皮帶或給煤機(jī)中摻入一些溴化鈣，以期在燃燒階段將Hg0轉(zhuǎn)化為容易被后續(xù)裝置去除的顆粒汞和Hg2+。摻入量應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)分析汞含量決定。

（4）最后考慮在空預(yù)器前后，除塵器前的煙道噴入吸附劑（如溴化活性炭）。參考國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，一般利用溴化活性炭噴射技術(shù)，可以將汞排放濃度降低到5μg/m3以下的水平。

5討論

盡管上述措施都會(huì)解決燃煤電廠汞排放的問(wèn)題，但應(yīng)該注意到，目前所有的技術(shù)都只是將煙氣中的汞收集到飛灰、石膏或污泥當(dāng)中，并不是真正的去除。含汞飛灰、石膏和污泥的處理、處置和利用將是未來(lái)電力環(huán)保行業(yè)面臨的又一課題。如何最好的處理好汞排放的問(wèn)題，最終達(dá)到污染減少、環(huán)境友好、效率提高、清潔再生的新型燃煤電廠要求，還有很多問(wèn)題需要解決。

參考文獻(xiàn)

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