燃煤電廠煙道噴射吸附劑脫Hg技術(shù)研究

駱建友，許東旭，劉含笑，趙勝清，王建忠，方小偉，顏士娟

（浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆憬?諸暨 311800）

引言

Hg等有毒重金屬對(duì)環(huán)境和人類健康均有較大危害，中國(guó)的Hg排放量世界第一，約占全球的40%，是美國(guó)和印度排放量的3倍。我國(guó)燃煤電廠的Hg排放量占國(guó)內(nèi)全部排放量的35%，其中，各種形態(tài)的汞（Hg0、Hg2+和Hgp）分別約為16%、61%、23%[1]。我國(guó)現(xiàn)有的燃煤電廠超低排放要求各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于美國(guó)，但未對(duì)Hg提出更嚴(yán)格的排放指標(biāo)，《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）要求燃煤電廠的Hg排放限值是30μg/m3，但可以預(yù)計(jì)，隨著超低排放的全面實(shí)施，對(duì)燃煤電廠Hg等有毒重金屬排放限值要求也將日益趨嚴(yán)[2]。

燃煤電廠Hg控制技術(shù)主要有燃燒前、燃燒中和燃燒后脫Hg技術(shù)，其中，燃燒后煙氣Hg脫除技術(shù)又可分為利用現(xiàn)有設(shè)備協(xié)同脫Hg和外加設(shè)備吸附脫Hg兩種，按吸附系統(tǒng)或裝置不同，吸附脫Hg有固定床脫Hg和吸附劑噴射脫Hg兩種[3]，前者一般布置在除塵后的低煙塵濃度區(qū)域，但依然會(huì)存在堵灰、阻力大、能耗高等問(wèn)題；后者的布置位置相對(duì)靈活，且用于煙道噴射的吸附劑也有活性炭類、改性飛灰、鈣基類吸附劑、礦物（硅、鋁、鈣）等多種。煙道噴射吸附脫Hg技術(shù)可行性強(qiáng)，對(duì)原有設(shè)備的影響較小，是發(fā)展前景最好的脫Hg技術(shù)。本文對(duì)各類煙道噴射吸附脫汞技術(shù)的原理、特點(diǎn)、適用范圍、性能、研究進(jìn)展等進(jìn)行總結(jié)和分析，旨在為后續(xù)技術(shù)優(yōu)化提供借鑒。

1 活性炭吸附脫Hg

活性炭吸附脫Hg技術(shù)原理如右圖所示，其表面具有良好的微孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，吸附性強(qiáng)，既有物理吸附，也有化學(xué)吸附，活性炭表面的含氧官能團(tuán)（如羥基-OH、羰基C=O、羧基-COOH內(nèi)酯基等）可將零價(jià)Hg0氧化成二價(jià)Hg2+。

活性炭脫汞原理

活性炭吸附脫Hg裝置一般布置在除塵裝置前，吸附Hg后的活性炭在除塵裝置中收集后，與粉煤灰一起輸送至灰?guī)?。活性炭?duì)Hg的吸附效率與煙氣中Hg濃度、活性炭噴射量、活性炭在煙氣中停留時(shí)間等因素正相關(guān)，當(dāng)煙溫超過(guò)100℃時(shí)，活性炭比表面積物理吸附對(duì)脫Hg性能的影響開(kāi)始減小。但值得注意的是，活性炭的吸附特性是非選擇性的，不僅能吸附煙氣中的Hg，還能吸附其他成分，且吸附后不容易再生，因此往往對(duì)新鮮活性炭的消耗量較大[4]，一般活性炭跟煙氣中Hg的質(zhì)量比在2000 ∶ 1～15,000 ∶ 1，成本較高。該技術(shù)目前在美國(guó)應(yīng)用最多，據(jù)美國(guó)能源局估計(jì)，脫除1磅Hg（0.45kg），需25,000～70,000美元[5]。

2 改性活性炭吸附脫Hg

活性炭的改性主要是通過(guò)鹵族元素（如Cl、Br等）、金屬（如Mn、Fe、Cu等）及其化合物等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，在活性炭表面形成新的活性中心，提高活性炭吸附性能。相關(guān)研究表明，通過(guò)氯化物改性活性炭，在實(shí)驗(yàn)條件140℃時(shí)，對(duì)Hg的吸附效率大于90%；摻雜CeO2的活性炭脫Hg效率可達(dá)70%，再加入Mn之后，效率可達(dá)90%。

目前，國(guó)外成熟的改性活性炭產(chǎn)品有美國(guó)Cabot公司的DARCO HG系列、Albemarle公司的B- PAC溴化活性炭系列等。脫Hg效率可達(dá)70%～98%，每吸附1磅Hg的成本約為2000～20,000美元。

通過(guò)鹵族元素或金屬及其化合物改性的活性炭雖然吸附效率增強(qiáng)，但仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)和飛灰分離回用，脫Hg成本較高。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)活性炭?jī)?nèi)加入永磁物質(zhì)（如鐵離子），可使脫Hg吸附劑具有較好的可回收特性[6、7]；近年來(lái)，第三代活性炭材料——活性碳纖維的使用，進(jìn)一步提高了活性炭的脫Hg效率[8、9]。

3 飛灰吸附脫Hg

燃煤飛灰對(duì)Hg具有吸附能力，尤其是飛灰中的未燃盡炭對(duì)Hg具有較好的吸附效果[10]。相關(guān)研究表明，飛灰顆粒表面的碳元素能與M（Ti、Si等）元素形成C-M鍵，從而有效促進(jìn)零價(jià)Hg0氧化成Hg2+，并被吸附在顆粒表面形成顆粒Hgp。

脫Hg性能方面，在較高Hg濃度的試驗(yàn)條件（＞0.25mg/m3）下，飛灰對(duì)Hg的吸附效率約為活性炭的1/3；而低濃度Hg環(huán)境中，飛灰可實(shí)現(xiàn)與活性炭相當(dāng)?shù)拿揌g效率。因此，對(duì)于燃煤電廠的低Hg煙氣，在性能方面，是可以采用飛灰脫Hg的。有研究表明，通過(guò)機(jī)械研磨粗顆粒飛灰，使得飛灰暴露新鮮表面，可進(jìn)一步提高Hg的吸附效率，且提效幅度與研磨時(shí)間（≤50min）正相關(guān)[11]。

4 改性飛灰吸附脫Hg

為進(jìn)一步提高飛灰對(duì)Hg的吸附脫除能力，可通過(guò)鹵族元素（如Cl、Br等）、金屬（如Mn、Fe、Cu等）及其化合物等進(jìn)行改性。如相關(guān)試驗(yàn)研究表明，HBr改性的飛灰脫汞效率（98.4%）明顯高于CaCl2（67.5%）和CaBr2（46.4%），遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于原始飛灰（8.1%）。

5 結(jié)語(yǔ)

活性炭噴射脫Hg技術(shù)較為成熟，但其成本較高，且增大了除塵負(fù)荷；燃煤飛灰吸附脫Hg技術(shù)受飛灰組分（尤其是飛灰含碳量）等影響較大，性能不穩(wěn)定；改性飛灰吸附脫Hg技術(shù)兼顧的脫Hg性能和投資、運(yùn)行費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性，是當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最好的吸附脫Hg技術(shù)。