脫汞，通宵達(dá)旦燒鍋爐

田媛

董璐是東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院熱能工程專業(yè)的博士二年級(jí)學(xué)生，他的課題主要是研究如何更高效低廉地除去燃煤煙氣中的汞。在向我們介紹他“高大上”的專業(yè)前，董璐先調(diào)侃了下自己：“其實(shí)我們就是燒鍋爐的。”玩笑歸玩笑，他口中的“燒鍋爐”其實(shí)是為了模擬一個(gè)真實(shí)的燃煤環(huán)境，以探究他們的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)燃煤煙氣中汞的去除效率。因?yàn)闊仩t會(huì)污染環(huán)境，也會(huì)產(chǎn)生噪音，所以這項(xiàng)模擬實(shí)驗(yàn)被安排在每個(gè)周六或周日的凌晨進(jìn)行，“盡管通宵達(dá)旦地?zé)仩t很辛苦，但我們是為了環(huán)境保護(hù)而奮戰(zhàn)，這很值得?！?/p>

更有效更低廉更環(huán)保

工業(yè)革命以后，煤炭開始大量燃燒，科技的進(jìn)步給人們帶來機(jī)遇和變化，也同樣帶來了挑戰(zhàn)和矛盾。被同學(xué)們戲稱為“鍋爐哥”的董璐就在做與此相關(guān)的環(huán)保課題研究。 “我做的課題是如何除去燃煤煙氣中的污染物汞?，F(xiàn)在我國(guó)發(fā)電廠仍然以煤炭為主要燃料，大量煤炭的燃燒產(chǎn)生了大量污染環(huán)境的煙氣，這些煙氣中含有二氧化硫、氮化物和汞化物等有毒氣體。早前國(guó)家就發(fā)布了對(duì)燃煤電廠煙氣中硫、氮污染物排放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此電廠大多數(shù)都有完善的脫硫、脫硝裝置，但是這些裝置對(duì)煙氣中的汞脫除效果并不明顯?！?/p>

關(guān)于汞，董璐重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了一個(gè)時(shí)間——2015年1月1日，因?yàn)槟且惶靽?guó)家新頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》開始實(shí)施。在這份標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)燃煤鍋爐中汞排放的濃度要求限值控制為0.03mg/m3，也就是說，工廠和企業(yè)也要開始對(duì)燃煤煙氣中的汞配備專業(yè)的脫汞裝置了?！睆膰?guó)家需求和市場(chǎng)需求這個(gè)層面的角度出發(fā)，董璐和實(shí)驗(yàn)組的小伙伴們開始了一系列關(guān)于燃煤煙氣中如何脫汞的調(diào)研。

董璐向我們介紹說：“汞是具有劇毒性的物質(zhì)，在燃煤煙氣中可以0價(jià)的單質(zhì)態(tài)、+1價(jià)不穩(wěn)定的狀態(tài)以及+2價(jià)化合物態(tài)存在。對(duì)于0價(jià)的單質(zhì)態(tài)汞，我們可以用活性炭直接進(jìn)行吸附，+2價(jià)化合物態(tài)可以直接溶于水除去，而+1價(jià)不穩(wěn)定的狀態(tài)一般可以通過化學(xué)變化把它轉(zhuǎn)化為0價(jià)態(tài)或者+2價(jià)態(tài)來除去?！?2價(jià)的化合物態(tài)溶于水除去簡(jiǎn)單又便捷，但用活性炭吸附除去可不那么低廉和經(jīng)濟(jì)了。在企業(yè)和工廠的實(shí)際應(yīng)用中，普通的活性炭會(huì)通過一定的化學(xué)改性轉(zhuǎn)變?yōu)樯虡I(yè)活性炭，用商業(yè)活性炭脫除燃煤煙氣中1千克汞大約需要10萬元人民幣，而中國(guó)一年排放的燃煤煙氣中總共約300噸汞，“想想這個(gè)價(jià)格，這對(duì)注重生產(chǎn)成本的企業(yè)和工廠可是個(gè)大問題啊?！?/p>

除了使用傳統(tǒng)除汞方法不實(shí)惠經(jīng)濟(jì)的問題，董璐和實(shí)驗(yàn)組的小伙伴們還注意到了一個(gè)問題：活性炭是一次性使用的，吸附了有毒的汞之后只能就地填埋，這無疑會(huì)造成一定的土地污染；另一方面，汞本身也有自身的用途，可以用于電子電器產(chǎn)品以及水銀溫度計(jì)等的制作，就地填埋無疑也造成了一定的資源浪費(fèi)。于是他們提出了一個(gè)新的想法：有沒有可以既除去燃煤煙氣中的污染物汞，又能將汞進(jìn)行回收利用的新方法？除了活性炭，還有什么更有效更低廉的脫汞方式呢？

新路子三好處

就在董璐和實(shí)驗(yàn)組的小伙伴們?yōu)榱藢ふ颐摴男路ㄗ咏诡^爛額時(shí)，一個(gè)機(jī)會(huì)悄悄來臨。在一次實(shí)驗(yàn)室與南京當(dāng)?shù)仄髽I(yè)的合作會(huì)談中，董璐注意到一位環(huán)保工程師提到了汞的特殊性質(zhì)：汞可以與金、銀、鈀等貴金屬在低溫狀態(tài)下結(jié)合，而在高溫環(huán)境中，汞又可以與這些貴金屬分離。聽到他無意中提起的這個(gè)性質(zhì)，董璐就像在茫茫夜途中看到了指明燈一般，當(dāng)即一拍腦門：“用貴金屬來作吸附劑，再結(jié)合汞的這個(gè)特殊性質(zhì)，不就可以解決既吸收汞，又回收利用的問題了？”董璐為這個(gè)意外捕捉到的靈感欣喜若狂，當(dāng)天晚上回到實(shí)驗(yàn)室后就開始著手查這方面的文獻(xiàn)和資料，以求完善自己的實(shí)驗(yàn)思路。實(shí)驗(yàn)組的小伙伴們也紛紛加入了進(jìn)來。講起那時(shí)的情形，董璐眼里閃著激動(dòng)的光：“那晚大家的情緒都十分高漲，在接下來的幾天都一鼓作氣，甚至有一天通宵工作，這股勁頭就好像在我們實(shí)驗(yàn)室馬上要誕生一項(xiàng)影響人類的重大發(fā)明一樣！”

功夫不負(fù)有心人，在連續(xù)作戰(zhàn)兩個(gè)星期后，董璐的實(shí)驗(yàn)小組對(duì)這個(gè)治汞的新方法有了相對(duì)完善的實(shí)驗(yàn)思路——利用具有磁性的貴金屬作為吸附劑來脫汞。當(dāng)談到這部分時(shí)，董璐才算是真正講到了自己的“主場(chǎng)”，他一改之前的沉穩(wěn)嚴(yán)肅，開始滔滔不絕起來：“我們的新方法主要有三個(gè)方面的好處：第一是用貴金屬作為汞的吸附劑，利用貴金屬在低溫下與汞結(jié)合，在高溫下與汞分離的特性，來達(dá)到既除去燃煤煙氣中的汞又將這部分汞回收再利用的目的。第二呢，貴金屬吸附劑不像傳統(tǒng)的活性炭吸附劑是一次性的，可以循環(huán)多次利用，這也是一種資源的節(jié)約?！?/p>

當(dāng)講到第三方面的好處時(shí)，董璐給我們賣了個(gè)關(guān)子，先聊起了煤炭燃燒后的生成物——飛灰?！帮w灰也叫做粉煤灰，是煤在燃燒過程中排出的微小灰粒，如果對(duì)其不加以控制，讓其排放在大氣中，它們就成為霧霾的元兇了。在以往的環(huán)保思路中，工廠和企業(yè)一貫都是使用布袋除塵器將它收集起來，即使采用活性炭吸附了煙氣中的汞，活性炭也會(huì)隨著飛灰被吸入除塵器，后期一起被填埋處理?！边@時(shí)，董璐話鋒一轉(zhuǎn)：“飛灰也是水泥的原料之一，在原來傳統(tǒng)的方法中，吸附了汞的活性炭會(huì)污染飛灰，使得飛灰無法再被利用，于是我們就考慮，能不能使用一種新型除汞吸附劑，在吸附煙氣中汞的同時(shí)，還能將它們從飛灰中分離出來？于是，我們想到了磁性！”這可真是一個(gè)妙招！這時(shí)，董璐才自信滿滿地講起脫汞新方法的第三個(gè)好處：“用磁性處理過貴金屬后，貴金屬會(huì)附帶一定的磁性，我們便可以利用吸鐵石將貴金屬和其他物質(zhì)分開。簡(jiǎn)單來說，就是先用貴金屬可以將汞脫去，加入磁性后，又可以將吸附了汞的貴金屬和飛灰分開，于是飛灰也可以被收集再利用了?！?/p>

從實(shí)驗(yàn)臺(tái)走向工業(yè)臺(tái)

實(shí)驗(yàn)思路有了，實(shí)驗(yàn)計(jì)劃也有了，一切準(zhǔn)備就緒，就等上實(shí)驗(yàn)臺(tái)一決高下了！為了探究實(shí)驗(yàn)方法對(duì)燃煤煙氣中汞的實(shí)際去除效率，董璐和實(shí)驗(yàn)組的小伙伴們需要進(jìn)行兩部分實(shí)驗(yàn)，董璐笑著說：“第一部分是在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成，第二部分是在工業(yè)臺(tái)上完成，也就是被大家調(diào)侃的燒鍋爐了。”

所謂的第一部分實(shí)驗(yàn)，就是在模擬燃煤煙氣的環(huán)境中，用一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)易的裝置完成脫汞并檢測(cè)其有效。具體來講，實(shí)驗(yàn)臺(tái)就是在一個(gè)由玻璃罩罩起來的密閉空間里，先將含有汞的燃煤煙氣充滿整個(gè)空間，然后用密閉空間中裝有磁性貴金屬吸附劑的玻璃反應(yīng)器完成脫汞。這些吸附劑被研磨成直徑為200微米的細(xì)小顆粒，在充滿了燃煤煙氣的玻璃反應(yīng)器中呈現(xiàn)出懸浮狀態(tài)，可以順著煙氣流動(dòng)。在流動(dòng)的過程中，吸附劑就可以與汞蒸汽進(jìn)行接觸碰撞，然后以一種強(qiáng)于物理吸附的吸附形式結(jié)合，從而除去燃煤煙氣中的汞。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用磁性貴金屬作為吸附劑的脫汞方法在常溫下對(duì)汞的脫除效率可以近乎達(dá)到100%，在150攝氏度以上時(shí)，脫汞效率能達(dá)到80%。董璐說：“我們?cè)谶@里使用的吸附劑是貴金屬銀，因?yàn)殂y相對(duì)來說最便宜，不過為了達(dá)到更理想的實(shí)驗(yàn)效果，我們后期還會(huì)采用鉑和金?！?/p>

然而在企業(yè)或工廠實(shí)際處理燃煤煙氣的過程中，可不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單在一個(gè)柜子大小的空間里能解決的事。為了更準(zhǔn)確地模擬真實(shí)的環(huán)境，董璐和小伙伴們必須開始第二部分實(shí)驗(yàn)——燒鍋爐。實(shí)驗(yàn)中所用的工業(yè)臺(tái)是指一個(gè)五層樓高的鍋爐房，這棟鍋爐房相當(dāng)于一個(gè)小型燃煤鍋爐，“它包含脫硫裝置、脫硝裝置、布袋除塵器、吸附劑噴射裝置等全套環(huán)保裝置，旨在真實(shí)的應(yīng)用情況下評(píng)測(cè)脫汞效果。”之后，“鍋爐哥”董璐又帶領(lǐng)小伙伴們燒了無數(shù)個(gè)通宵的鍋爐。在每一個(gè)從鍋爐房里出來的清晨，董璐走出鍋爐房的第一件事，就是拍拍實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)本上的煤灰。雖然關(guān)于如何繼續(xù)提高單次的脫汞效率、如何在溫度較高的情況下仍保持較高的脫汞效率等一些問題還需要董璐和伙伴們進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)和研究，但那些為了課題而奮斗的日日夜夜并沒有白費(fèi)，在第十一屆中韓清潔能源會(huì)議上，董璐的相關(guān)論文被邀請(qǐng)宣讀?！瓣P(guān)于燃煤煙氣中的污染處理問題，人類還有很長(zhǎng)的路要走，我們做的，不過站在前人的肩膀上往前挪了一小步。”

責(zé)任編輯：曹曉晨