燃煤電站煙氣脫汞方法研究進(jìn)展

陶君

（大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京100097）

燃煤電站煙氣脫汞方法研究進(jìn)展

陶君

（大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京100097）

由于汞對人體健康和生態(tài)環(huán)境的危害極大，近年來，燃煤電站汞污染問題受到廣泛關(guān)注。雖然已開發(fā)出了大量的脫汞方法，但由于技術(shù)和成本問題，這些脫汞方法都沒有被大規(guī)模推廣使用，因此，開發(fā)高效低成本的脫汞方法勢在必行?；谏鲜鲈?，論文對燃煤電站煙氣脫汞方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

燃煤電站；煙氣；脫汞

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.035

1 引言

汞是一種生物毒性極強(qiáng)的重金屬污染物，且具有揮發(fā)性、持久性和生物富集性，可通過食物鏈進(jìn)入人體，對人的神經(jīng)系統(tǒng)和生長發(fā)育產(chǎn)生致命影響。在汞的所有排放源中，燃煤排放的比例最高。而我國又是燃煤大國，所以在我國環(huán)保部發(fā)布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223—2003）中將燃煤電站汞排放的限值規(guī)定為30μg/m3，而且該排放限值在很大程度上會被修訂的更為嚴(yán)格，所以開發(fā)高效低成本的脫汞方法勢在必行。

2 汞排放現(xiàn)狀

燃煤排放是世界上最大的汞排放源之一。世界范圍內(nèi)，原煤中汞的含量通常在0.012～0.33mg/kg之間，平均值約為0.13mg/kg，而我國原煤中汞的平均含量則為0.22mg/kg[1]，高出世界平均水平0.09mg/kg。截至2012年年底，我國燃煤每年向大氣中排放的汞就高達(dá)150t，約為美國年排放量的2倍。

3 燃煤電站煙氣脫汞技術(shù)現(xiàn)狀

在燃煤煙氣中，汞主要以3種形式存在，分別是單質(zhì)汞（Hg0）、氣態(tài)二價(jià)汞（Hg2+）和顆粒汞（Hgp），三者之和稱為總汞（HgT）。在汞的3種形態(tài)中，因Hg2+具有較高的水溶性，所以Hg2+可在燃煤電站現(xiàn)有的濕法脫硫裝置（WFGD）內(nèi)被高效脫除；而Hgp則可在燃煤電站現(xiàn)有的除灰裝置（ESP、FF）內(nèi)與煙氣中的飛灰一同被脫除。但與Hg2+和Hgp相比，Hg0的脫除則十分困難，因?yàn)镠g0極易揮發(fā)且難溶于水，所以，燃煤電站現(xiàn)有的煙氣凈化裝置難以將其脫除。因此，Hg0的高效脫除是當(dāng)前燃煤電站煙氣脫汞技術(shù)研究的關(guān)鍵所在。經(jīng)過幾十年的研究，目前，Hg0的脫除技術(shù)主要有吸附劑脫除技術(shù)、催化氧化脫除技術(shù)、高級氧化脫除技術(shù)和傳統(tǒng)氧化脫除技術(shù)，如圖1所示。

圖1 燃煤電站Hg0脫除技術(shù)

3.1 吸附劑脫除技術(shù)

吸附劑脫除技術(shù)是目前較為成熟的脫汞技術(shù)，并且已有工業(yè)應(yīng)用。目前，報(bào)道過的吸附劑種類很多，其中應(yīng)用最為廣泛的是炭基吸附劑。炭基吸附劑主要包括普通活性炭、化學(xué)改性活性炭和活性炭纖維等。其中，普通活性炭的價(jià)格相對較低，但其對汞的吸附效率不高，通常在30%左右[2]；與普通活性炭相比，經(jīng)過化學(xué)改性（重金屬改性、硫化改性、鹵化改性、催化氧化改性等）后的活性炭對汞的吸附率會顯著提高，這是由于化學(xué)改性可以提高活性炭對汞的化學(xué)吸附能力；活性炭纖維則屬于第三代炭基吸附劑，其對汞的吸附能力要高出普通活性炭2～3個(gè)數(shù)量級[3]，這是由于在活性炭纖維表面具有含氧和含氮的官能團(tuán)，而這2類官能團(tuán)對Hg0的吸附氧化具有明顯的促進(jìn)作用[4]。

3.2 催化氧化脫除技術(shù)

大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，傳統(tǒng)的商業(yè)釩鈦體系SCR催化劑可以將煙氣中的Hg0催化氧化成Hg2+。而且隨著NOx標(biāo)放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)苛，絕大部分燃煤電站均已配備了SCR脫銷裝置。所以，燃煤電站煙氣中汞的催化氧化脫除技術(shù)也受到了廣泛關(guān)注。目前，研究較多的SCR催化劑主要有貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、復(fù)合金屬氧化物催化劑、負(fù)載型催化劑。

雖然SCR催化劑對Hg0的催化氧化具有一定效果，但催化氧化機(jī)理還未明確，目前，比較主流的機(jī)理有2種，但均未得到證實(shí)，所以汞的催化氧化機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

SCR催化劑對Hg0的催化氧化效率受多種因素影響，如煙氣成分、催化劑制備溫度、反應(yīng)溫度等，表1給出了一些因素對SCR催化劑催化氧化效率的影響[5]。在保證現(xiàn)有SCR催化劑脫硝的高效性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)可行性的前提條件下提高其對Hg0的催化氧化效率是該技術(shù)的研究重點(diǎn)。

表1 影響SCR催化劑催化氧化Hg0的因素及作用機(jī)理

3.3 高級氧化脫除技術(shù)

高級氧化技術(shù)（AOTs）是指可以通過物理或者化學(xué)方法產(chǎn)生羥基（-OH）的一類技術(shù)。AOTs是廣泛應(yīng)用于水處理和土壤修復(fù)的技術(shù)，但近期有報(bào)道指出該技術(shù)在燃煤電站煙氣凈化方面也有良好表現(xiàn)，所以該技術(shù)也被用來脫除燃煤電站煙氣中的SO2、NOx、Hg0、H2S、VOCs等污染物。AOTs包含很多種技術(shù)，但其中可用于脫除Hg0的技術(shù)主要有4種，即等離子體氧化技術(shù)、光催化氧化技術(shù)、光化學(xué)氧化技術(shù)、活化氧化技術(shù)。雖然AOTs技術(shù)在脫除燃煤電站Hg0的領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景，但與吸附劑脫除技術(shù)和催化氧化脫除技術(shù)相比，AOTs技術(shù)屬于前沿性研究，在該技術(shù)被大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用之前，還有許多技術(shù)問題需要解決。

3.4 傳統(tǒng)氧化脫除技術(shù)

傳統(tǒng)氧化脫除技術(shù)是指將煙氣與氧化劑溶液相接觸，從而將煙氣中的Hg0氧化成Hg2+。該技術(shù)主要是通過將氧化劑溶液加入到石灰石漿液中或在脫硫塔內(nèi)新增噴淋層來實(shí)現(xiàn)的。目前，常用的氧化劑包括高錳酸鉀、亞氯酸鈉、二氧化氯、高鐵酸鹽、次氯酸鉀等。該方法的優(yōu)點(diǎn)是脫汞速率快、凈化效率高、不易揮發(fā)、沉淀物少且比較經(jīng)濟(jì)，但該方法會引入新的離子，從而帶來設(shè)備結(jié)垢、腐蝕等危害，還會帶來后續(xù)廢水處理問題。此外，氧化劑在氧化Hg0的同時(shí)還會氧化煙氣中的SO2，從而大量消耗氧化劑，降低脫汞效率。

4 結(jié)論

隨著我國環(huán)保要求的不斷提高，特別是對大氣霧霾治理的日益關(guān)切，燃煤電站汞污染的治理刻不容緩。目前，國家規(guī)定燃煤電站汞排放的限值為30μg/m3，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，此限值還會被修訂得更為嚴(yán)格，所以高效低成本的煙氣脫汞技術(shù)亟待開發(fā)。而目前可行性最高的脫汞技術(shù)是利用燃煤電站現(xiàn)有的污染物治理裝置進(jìn)行協(xié)同脫除，對常規(guī)的SCR催化劑進(jìn)行改性，開發(fā)出可以高效催化氧化Hg0的SCR催化劑，在不影響脫硝效率的前提下盡可能地提高SCR催化劑對Hg0的催化氧化效果。此技術(shù)無需對燃煤電站現(xiàn)有的裝置進(jìn)行任何改造，是目前最經(jīng)濟(jì)、最實(shí)用的途徑，將成為今后發(fā)展方向，具有廣闊發(fā)展前景。

【1】王起超，沈文國，麻壯偉.中國燃煤汞排放量估算[J].中國環(huán)境科學(xué),1999,19(4):318-321.

【2】熊銀伍，杜銘華，朱書全，等.煤基吸附劑脫除煙氣中氣態(tài)汞的研究現(xiàn)狀[J].潔凈煤技術(shù),2007,13(1):36-39.

【3】毛吉獻(xiàn)，王凡，王紅梅，等.燃煤煙氣脫汞技術(shù)研究進(jìn)展[J].能源環(huán)境保護(hù),2010,24(2):1-5.

【4】曾漢才,王欣,李松柳,等.活性炭纖維脫除燃煤煙氣中汞的試驗(yàn)研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,34(7):1-4.

【5】夏文青,黃亞繼,李睦.燃煤脫汞技術(shù)研究進(jìn)展[J].能源研究與利用,2015(6):24-29.

Research Development of Method for Removing Mercury from Flue Gas in Coal-fired Power Stations

TAO Jun
（DatangEnvironmentIndustryGroupCo.Ltd.,Beijing 100097,China）

Because of the great danger of mercury to the human body and ecological environment,in recent years,mercury pollution in coal-firedpowerstationshasattractedwidespreadattention.Although alargenumberof methodstoremovemercuryhavebeendeveloped,they are not widelyused due to technical problems,or the cost.So it is imperative to develop the methods with high efficiency and low cost for the mercuryremoval.Basedontheabovereasons,themethodsforremovingmercuryfromfluegasincoal-firedpowerstationsarediscussedindetail.

coal-firedpowerstation;fluegas;mercuryremoval

X701.7

A

1007-9467（2016）10-0082-03

2016-09-12

陶君（1986～），男，黑龍江雙鴨山人，工程師，從事燃煤電站煙氣污染物治理研究。