國內外汞排放控制技術

摘 要：目前世界范圍內針對不同種類的汞在煤炭燃燒的各個階段都研究了相應的控制汞排放的技術與方法。燃煤汞污染控制技術的主要思路應結合燃煤利用的過程，技術突破的主要方向是燃燒前除汞、燃燒中控制和燃燒后脫汞，燃燒后脫汞的方法主要分為煙氣污染控制工藝協(xié)同控制的方法和吸附劑注入的方法。

關鍵詞：除汞 排放 控制

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（a）-0091-01

應用較為廣泛的燃燒前除汞的方法主要是洗選煤技術，洗選煤不僅可以出去原煤中的部分灰分硫分，可有效的提高煤炭的燃盡性能并控制相應污染物的排放。洗選加工還可使煤炭中以各種形式與硫元素結合的重金屬礦物質得以去除。Snit等人以5種原煤為試驗對象，采取不同的方法選煤，發(fā)現不同選煤方法對煤中汞的脫除效率不同，但平均的脫除基本在26%、51%、68%，可有效減少進入爐膛中的汞量[2]。美國能源部還開發(fā)了其他的洗煤方法，可高效脫除原煤中的汞，包括重液旋流器、選擇性油團聚和磁分離法等方法[2]。

燃燒中除汞是指在通過調整爐膛燃燒方式，或爐膛噴射添加劑等以降低氣相中汞的含量。低氮燃燒技術和再燃技術不僅可以降低爐膛內NOx的整體水平，同時，也可降低煙氣中汞的含量，提高顆粒汞含量的份額，研究表明循環(huán)硫化床燃燒方式在降低爐膛SOx、NOx的同時也可在一定程度上控制Hg和其他部分重金屬的排放[3]。有研究指出在煤中添加氧化劑如：以氯酸為主要物質新型氧化劑和鹵素類物質添加劑或者含鐵類、鈣類、鈀類的物質作為氧化劑，可有效提高元素汞的氧化效率。

燃燒后除汞的方法主要分為煙氣污染控制工藝協(xié)同控制的方法和吸附劑注入的方法。煙氣污染控制工藝主要是指通過電廠煙氣凈化裝置，包括除塵設備、脫銷設備和脫硫設備等，在凈化電廠煙氣的同時，控制汞排放。SCR催化劑雖然不能直接捕獲汞，對其進行脫除，但是它對Hg0的氧化也十分有效，可以有效提高汞的氧化，以便于其他設備對汞的捕獲，研究發(fā)現煙氣中的HCl是造成SCR將Hg0氧化成Hg2+的主要因素，CaoY等實驗發(fā)現當煙氣中存在氫鹵酸蒸汽時，Hg0的氧化率可達到40%～80%；電廠靜電除塵器如靜電除塵器（ESP）袋式除塵器（FF）等均可有效除去煙氣中的煙塵，且能高效捕獲顆粒汞Hgp，平均汞脫出率的達27%；濕式脫硫塔（WFGD）一般放置的煙氣凈化流程的中下游，不僅能夠有效降低煙氣中SOx的含量，并且由于煙氣中氧化態(tài)的汞溶于水，當煙氣流經FGD時，煙氣中的部分汞溶于石灰石石膏漿液中，從而80%～95%的氧化態(tài)的汞可實現由氣相到固相的轉化。但由于Hg0不溶于水，在此階段并不能實現對其的脫除，研究表明，部分Hg2+會在WFGD處發(fā)生還原導致排入煙囪的尾氣中Hg0含量的增加，所以減少Hg0的排放的關鍵是提高其在煙道中像Hg2+的轉化效率。

電廠中除塵器、選擇性催化還原系統(tǒng)，脫硫系統(tǒng)等可實現對大部分汞的脫除，但對于Hg0的控制仍不盡人意。近年來，國內外很多科學家經過大量研究，開發(fā)了不同物質的吸附劑。雖然國內外很多的機構、學者都在進行新型吸附劑的研究開發(fā)，但是目前使用的炭基吸附劑仍然以工業(yè)活性碳為主，目前利用活性炭吸附劑對汞進行脫除是最成熟的脫汞方法。改性活性炭具有高的表面積、大吸附量、快速吸附以及表面官能團豐富等特點，其對元素汞的吸附是物理吸附與化學吸附的結合。氯（Cl）在Hg0的均相和非均相氧化過程中起著非常重要的作用。Cao Yan等在模擬煙氣中加入4個氫鹵酸對Hg0進行氧化，發(fā)現在幾種氫鹵酸中，HBr和HI對汞的氧化能力要高于HCl和HF。Chao等發(fā)現分別用4種氯鹽和3種溴鹽改性后的活性炭其汞吸附能力均得到改善，以NaBr改性后的活性最佳：僅加入0.1%的NaBr時，4s內便可脫除95%的汞。另一類被廣泛研究是滲硫活性炭。載硫活性炭在提高脫汞效率的同是可生成穩(wěn)定的HgS亦有效減少了汞的二次釋放。研究發(fā)現載硫活性炭的除汞能力與原始活性炭的孔隙結構和硫在活性炭上的分布形態(tài)等相關，Jurng等的研究認為載硫活性炭對汞的吸附主要是化學吸附，溫度在一定范圍內的升高對于化學吸附的影響很小。為達到高效吸附的目的，人們也對活性炭用HNO3或者H2O2活化，還對活性炭進行金屬氧化物負載等實驗，以增加表面的官能團?；钚蕴坷w維和飛灰也用作電廠元素汞排放控制的研究對象。目前活性炭噴射是電廠控制元素汞排放的比較成熟的技術，調整合適的C/Hg比可有效脫除煙氣中的元素汞。美國環(huán)保署（EPA）在1997年的噴射活性碳脫汞技術的成本及效益報告中指出燃煤電站煙氣脫汞的耗費大概為1～9萬美元/kg，且成本隨煙氣中的二價汞含量增加而降低。據估算：活性炭吸附床的耗資約可達17400～38600美元。高額的成本使各國燃煤電站和科研機構不得不加大科研投入，開發(fā)出一種廉價高效的汞吸附劑。

在電廠脫硫系統(tǒng)中所用到的CaO、Ca（OH）2、CaCO3等鈣基類物質，價格低廉、原料易得，開發(fā)其在脫汞方面的潛力并加以應用有很大的前景。國外對鈣基類吸附劑研究的早期研究發(fā)現[5]：盡管CaO和Ca（OH）2對HgCl2的吸附效率很好，對單質汞的吸附效果卻很差；研究發(fā)現，當存在HCl時，帶結晶水的硫酸鈣對單質汞的吸附能力顯著增強。

硅酸鹽類礦物質如蛙石、沸石、膨潤土和高嶺土等，儲量豐富且價格低廉、對環(huán)境影響小，已經被嘗試用于燃煤煙氣脫汞。目前研究較多的是沸石分子篩，采用與改性活性炭類似的方法用滲硫，活性二氧化錳、氯化鐵溶液浸漬等，可顯著提高其汞吸附性能，另外，試驗較多的改性方法還有液溴浸漬法。美國PSI公司發(fā)現改性后的沸石吸附性能大大提高，已接近活性炭的水平。其他實驗室應用研究的脫汞的技術還包括汞齊、光催化氧化脫汞、電暈法脫汞和新型納米吸附劑脫汞等。

參考文獻

[1]王文峰，秦勇，宋黨育.煤中有害元素的洗選潔凈潛勢[J].燃料化學學報，2003（4）：295-299.

[2]趙寶江.火電廠脫汞技術綜述[J].能源環(huán)境保護，2012，26（2）：1-4.

[3]章玲，潘衛(wèi)國，吳江，等.焦爐煤氣再燃對燃煤電站鍋爐煙氣中NO降低與Hg形態(tài)轉化特性的試驗研究[C]//中國工程熱物理學會2010年燃燒學學術會議論文集.2010：1-7.