燃煤電廠汞減排技術(shù)研究

管一明，許月陽(yáng)，薛建明，王宏亮，王小明，王 錚

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京 210031)

燃煤電廠汞減排技術(shù)研究

管一明，許月陽(yáng)，薛建明，王宏亮，王小明，王 錚

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京 210031)

介紹了燃煤電廠汞的3種排放形態(tài)，分析了燃煤電廠汞減排技術(shù)，如燃燒添加劑技術(shù)、吸收劑噴射技術(shù)、穩(wěn)定劑固汞防溢技術(shù)、絡(luò)合劑絮凝脫汞技術(shù)等。在此基礎(chǔ)上提出了燃煤電廠汞減排技術(shù)選擇影響因素，即燃煤煤質(zhì)、運(yùn)行工況、脫汞后副產(chǎn)物等，為我國(guó)電力行業(yè)汞污染控制及減排提供了參考。

燃煤電廠;汞減排;脫汞;研究

汞是燃煤電廠繼煙塵、SO2、NOx后要嚴(yán)格控制的污染物之一。聯(lián)合國(guó)環(huán)保署擬于2013年形成全球的約束性控汞文件，為此，我國(guó)政府積極進(jìn)行控制汞排放的相關(guān)工作，“十二五”期間的重點(diǎn)工作是有選擇地進(jìn)行汞減排技術(shù)的試點(diǎn)和示范工程。因此，研究燃煤電廠汞減排技術(shù)是當(dāng)前的迫切任務(wù)。

1 燃煤電廠汞的排放形態(tài)［1－2］

燃煤煙氣中的汞有3種存在形態(tài):元素態(tài)汞(Hg0)，氧化態(tài)汞(Hg2+)，顆粒態(tài)汞(HgP)。元素態(tài)汞(Hg0)，又稱(chēng)單質(zhì)汞，是燃煤煙氣中汞的主要形式之一，單質(zhì)汞具有較高的揮發(fā)性，幾乎不溶于水，在大氣中停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)0.5～2年。它是最難控制的形態(tài)之一，也是燃煤煙氣脫汞的難點(diǎn)，在一定條件下可以被吸附在固體表面，在電除塵器中可被部分捕集，主要取決于溫度及飛灰特性，濕法脫硫系統(tǒng)對(duì)其洗滌效率極低。氧化態(tài)汞(Hg2+)，存在形式為HgX2，理想的陰離子為鹵素，具有水溶性和揮發(fā)性，容易被吸附，較易在電除塵器中被除去，受溫度及飛灰特性影響顯著，較易通過(guò)濕法脫硫裝置洗滌除去，在其濃度比較高的情況下，可采用硫化物使汞穩(wěn)定后再脫除。顆粒態(tài)汞(HgP)，容易被吸附和荷電，在大氣中停留時(shí)間短，易被電除塵器除去，效果也取決于溫度及飛灰特性。

2 燃煤電廠汞減排技術(shù)研究

目前，國(guó)內(nèi)外燃煤電廠采用的成熟脫汞技術(shù)主要有燃燒添加劑技術(shù)、除塵器之前噴射吸附劑技術(shù)、吸收塔內(nèi)添加穩(wěn)定劑技術(shù)、脫硫廢水絡(luò)合絮凝技術(shù)。具體加入點(diǎn)及工藝流程見(jiàn)圖1。

2.1 燃煤中添加脫汞添加劑

在煤上噴灑微量的添加劑，在燃燒過(guò)程中會(huì)釋放氧化劑，能有效地將煙氣里的元素態(tài)汞轉(zhuǎn)化成氧化態(tài)汞，從而利于后面的飛灰吸附、除塵捕集和濕法捕捉，達(dá)到脫除汞的目的。

大多數(shù)添加劑為鹵素添加劑，主要為溴素或溴化物添加劑，燃燒過(guò)程中會(huì)釋放氧化劑和堿性物質(zhì)以氧化除汞。鹵素直接氧化汞是汞的主要反應(yīng)，其反應(yīng)式為:

Cl2作為氧化劑對(duì)煙氣中的SO2非常敏感，容易發(fā)生Chlorine－Griffin反應(yīng)，其反應(yīng)式為:

圖1 燃煤電廠脫汞減排技術(shù)工藝流程示意

溴對(duì)SO2不敏感，SO2在鍋爐及尾部煙道內(nèi)基本不消耗溴，所以，溴素及各種溴鹽成為各家脫汞技術(shù)的首選。

2.2 吸附劑噴射技術(shù)

吸附劑噴射技術(shù)核心是特定配方的吸附劑［3］，通常是以溴化活性炭為代表的各種溴素吸附劑［4］、改性飛灰［5］、其他配方的粉體吸附劑等。吸附劑的噴射分散系統(tǒng)通過(guò)氣力輸送將吸附劑均勻噴射至空預(yù)器前(或后)的煙道中，吸附劑吸附脫汞后隨飛灰被除塵器所捕集脫除。吸附劑往往用量很少或性質(zhì)與飛灰匹配，一般不會(huì)影響飛灰的質(zhì)量及其綜合利用(見(jiàn)圖2)。

圖2 吸附劑儲(chǔ)存及噴射分散系統(tǒng)

吸附劑儲(chǔ)存及噴射分散系統(tǒng)由儲(chǔ)倉(cāng)、給料機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)、噴射器、氣力輸送管路、分布管、噴槍組成。物料通過(guò)氣力輸送進(jìn)入煙氣排放系統(tǒng)，一般可以在空預(yù)熱器前或電除塵器前噴入煙氣系統(tǒng)，吸附脫汞后隨飛灰被除塵器捕捉，吸附劑用量很少，不會(huì)影響到飛灰的綜合利用。

2.3 穩(wěn)定劑固汞防溢技術(shù)

穩(wěn)定劑往往與煤基脫汞添加劑聯(lián)合使用，煤基脫汞添加劑在燃燒中釋放出氧化劑將促進(jìn)元素汞的氧化，氧化態(tài)汞隨煙氣在濕法脫硫吸收塔內(nèi)被洗滌進(jìn)入漿液，當(dāng)漿液中Hg2+濃度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，汞洗滌效率就會(huì)下降，增加穩(wěn)定劑，通過(guò)絡(luò)合作用固定汞等重金屬元素，可以有效地防止汞的逃逸，提高濕法脫硫裝置對(duì)汞的洗滌效率。

2.4 絡(luò)合劑絮凝脫汞技術(shù)

絡(luò)合劑絮凝脫汞技術(shù)一般采用向脫硫廢水中添加特定配方的、對(duì)汞具有高親和性和選擇性的有機(jī)高分子熬合劑或絡(luò)合劑，通過(guò)絡(luò)合物、熬合物的形式促進(jìn)了絮凝物的產(chǎn)生，在常規(guī)水處理過(guò)程中通過(guò)沉淀、過(guò)濾將之除去，并使排水中所產(chǎn)生的汞等重金屬污染物濃度降低(見(jiàn)圖3)。有研究表明，絡(luò)合劑或熬合劑對(duì)金屬熬合選擇性順序?yàn)?Hg＞Ag＞Cd＞Cu＞Pb＞Zn＞ Co(II)＞Ni＞Fe(II)＞Mn。

圖3 液相絡(luò)合、螯合絮凝脫汞過(guò)程［1］

3 影響汞減排技術(shù)選擇和設(shè)計(jì)的重要因素

我國(guó)汞污染控制及減排工作剛起步，汞污染控制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系正在醞釀中，盡管近兩年來(lái)關(guān)于汞污染及其控制技術(shù)的各種交流合作日漸頻繁，但國(guó)內(nèi)尚未有技術(shù)引進(jìn)和工程示范的報(bào)道。根據(jù)國(guó)內(nèi)外調(diào)研、技術(shù)交流及考察情況，經(jīng)過(guò)研究分析，目前在我國(guó)，燃煤電廠汞污染控制及減排技術(shù)應(yīng)用在技術(shù)選擇、設(shè)計(jì)等方面應(yīng)考慮煤質(zhì)、工況、副產(chǎn)物利用及對(duì)電廠運(yùn)行影響等因素。

3.1 煤質(zhì)因素

據(jù)調(diào)研分析，目前國(guó)外多數(shù)電廠燃用的煤種為高氯、低硫、低灰分煤種，而我國(guó)目前燃煤呈現(xiàn)低氯、高硫、高灰份特性，煤質(zhì)差異導(dǎo)致燃燒后的煙氣存在氯、SO2、粉塵濃度等諸多煙氣特性不同，尤其是除塵器前的煙氣粉塵濃度較高，甚至是美國(guó)同類(lèi)機(jī)組的2～3倍，飛灰特性也存有差異。因此，我國(guó)在汞減排技術(shù)研發(fā)和引進(jìn)時(shí)，應(yīng)借鑒歐美市場(chǎng)所采用脫汞技術(shù)和脫汞產(chǎn)品，如燃煤添加劑和噴射吸附劑、穩(wěn)定劑、絡(luò)合劑、螯合劑等，充分考慮我國(guó)燃煤特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)具有中國(guó)特色的脫汞工藝和產(chǎn)品，技術(shù)引進(jìn)亦有一個(gè)實(shí)際應(yīng)用中的適應(yīng)性問(wèn)題。

3.2 工況因素

我國(guó)煤炭的市場(chǎng)化導(dǎo)致電廠基本無(wú)法燃用設(shè)計(jì)煤種或與設(shè)計(jì)相近煤種，多數(shù)電廠燃煤來(lái)源廣泛，煤質(zhì)的多變也是技術(shù)引進(jìn)及應(yīng)用面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。近年來(lái)，我國(guó)火電發(fā)展迅速，許多地區(qū)機(jī)組負(fù)荷不足，機(jī)組調(diào)峰頻繁，負(fù)荷波動(dòng)較大，工況的復(fù)雜多變，也會(huì)給汞減排工作帶來(lái)很多困難。目前，我國(guó)火電生產(chǎn)運(yùn)行面臨著很高的成本壓力，燃煤摻燒是各家電廠控制成本的基本手段之一，然而各種摻燒，如褐煤摻燒、泥煤摻燒，勢(shì)必導(dǎo)致煙氣量、粉塵、飛灰特性等一些列復(fù)雜變化，這對(duì)采用燃煤添加劑或噴射吸附劑脫汞存在著一定的影響。

3.3 脫汞后的副產(chǎn)物

目前，各種脫汞技術(shù)的副產(chǎn)物主要有三個(gè)去向，灰渣、脫硫廢水處理后的污泥、石膏。石膏和灰渣主要用于建材行業(yè)，如果作為熟料添加劑則汞溢出或浸出的可能性很小;如果用于燒制水泥、磚等，二次回窯，則汞會(huì)再次釋放出來(lái)。脫硫廢水處理后的污泥應(yīng)按相應(yīng)要求進(jìn)行填埋和處理，以防止汞等重金屬的再次溢出。因此，燃煤電廠脫汞技術(shù)及除汞產(chǎn)品應(yīng)考慮副產(chǎn)物利用及防止二次溢出的措施。

3.4 對(duì)電廠運(yùn)行影響

汞減排技術(shù)在國(guó)外進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用時(shí)間很短，現(xiàn)有的汞減排技術(shù)對(duì)燃煤電廠的生產(chǎn)運(yùn)行的影響還有待進(jìn)一步研究和探討。在燃煤中添加脫汞添加劑，如有較強(qiáng)氧化性的溴、溴化鈣等，溴素在燃燒及燃燒后隨煙氣的遷移過(guò)程中，因其較強(qiáng)的氧化性，對(duì)鍋爐及其后續(xù)設(shè)備存在一定的影響，但是否存在腐蝕問(wèn)題，需要通過(guò)示范驗(yàn)證與跟蹤研究。在國(guó)外溴、溴化氫屬于危險(xiǎn)品，脫汞過(guò)程中是否會(huì)存在溴、溴化氫的逃逸問(wèn)題尚待研究。載溴活性碳噴射技術(shù)，因活性碳的添加會(huì)影響飛灰的綜合利用和運(yùn)行成本，活性碳的選擇和用量非常重要。

采用飛灰改性或其他配方的添加劑或吸附劑，其相對(duì)用量較大，如果加在煤中或爐膛中，可能會(huì)對(duì)鍋爐燃燒效率產(chǎn)生一定的影響;如果用于除塵器前噴射吸附脫汞，可能會(huì)增加除塵器入口的煙塵濃度，增加除塵系統(tǒng)的除塵壓力，部分現(xiàn)有機(jī)組脫汞，可能會(huì)提出新的除塵改造要求。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)燃煤電廠汞減排技術(shù)的研發(fā)或引進(jìn)，應(yīng)結(jié)合我國(guó)國(guó)情，建議盡早啟動(dòng)相關(guān)技術(shù)研究工作，并建立示范工程，為今后汞污染控制及減排提供技術(shù)支撐。汞減排技術(shù)的選擇需分析對(duì)燃煤電廠現(xiàn)有設(shè)施的潛在影響，并考慮相應(yīng)措施。

［1］王立剛，劉柏謙.燃煤汞污染及其控制［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2008.

［2］楊詳花，段鈺鋒，江貽滿(mǎn)，等.燃煤鍋爐煙氣和飛灰中汞形態(tài)分布研究［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2007，35(12):55 －58.

［3］柏 源，薛建明，許月陽(yáng)，等.燃煤煙氣中汞控制技術(shù)研究［J］.電力科技與環(huán)保，2010，26(6):12 －15.

［4］劉聽(tīng)，蔣 勇.美國(guó)燃煤火力發(fā)電廠汞控制技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀［J］.高科技與產(chǎn)業(yè)化，2009，(3):92 －95.

［5］趙毅，要 杰，馬宵穎，等.用現(xiàn)行設(shè)備進(jìn)行煙氣脫汞技術(shù)研究［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2009，35(3):14 －26.

［6］中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì).2010年汞污染控制及減排技術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集［C］.北京:2010.

Research on mercury emission reduction technology of coal－fired power plants

The three morphological form of mercury emissions from coal－ fired power plants are analyzed.The mercury emission reduction technologies in coal－ fired power plants are studied，such as combustion additive，absorbent spray，stabilizing agent，complexing agent demercuration technopogy.The various factors affecting mercury emission reduction technology choice of coal－ fired power plants are put forward.The research provided reference for mercury pollution control and emission reduction of electric power industry in our country.

coal－fired power plant;mercury emission reduction;demercuration;research

X701.7

B

1674－8069(2012)02－026－03

國(guó)家環(huán)保公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(200909025)

2011-11-22;

2012-03-07

管一明(1968-)，女，江蘇無(wú)錫人，碩士，主要從事火電廠SO2、NOx、重金屬等污染物控制技術(shù)的研發(fā)、咨詢(xún)和應(yīng)用。E－ mail:guanyiming@nepri.com