燃煤烟气电袋复合除尘脱汞协同技术探讨

尤燕青

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

汞是一种有毒的重金属元素，汞污染对人类及生物环境造成的危害极大。全球每年排放到大气中的汞总量约为5000t，其中4000t是人为的结果[1]，而燃煤导致的汞污染是最为严重的。煤在燃烧过程中产生的汞大部分随着烟气排入大气，成为环境汞污染的主要来源。由于汞在大气中的停留时间很长，毒性也大，因此对于汞的排放控制研究已成为研究热点。

1 汞控制技术研究现状

有关汞排放控制技术的研究主要有三种：燃烧前脱汞、燃烧中脱汞和燃烧后脱汞。目前，研究较多的是燃烧后脱汞。燃烧后脱汞（即烟气脱汞）是未来电厂汞污染控制的主要方式，其脱汞方法主要有以下几种：吸附剂法、化学沉淀法和化学氧化法[2]。

1.1 吸附剂法

吸附剂法主要是利用多孔性固态物质的吸附作用来处理污染物的一种常用方法，包括物理吸附和化学吸附两种方式。一般吸附剂都兼有物理吸附、化学吸附功能，两种吸附过程可以同时进行。目前，用于烟气脱汞的吸附剂主要有：活性炭、飞灰和金属吸收剂。其中，活性炭脱汞技术是最为集中且较成熟的一种方法，脱汞率可达96%。

1.2 化学沉淀法

化学沉淀法是通过化学试剂与汞发生化学反应生成沉淀，从而将汞除去。目前，应用比较多的方法主要有：碘化钾溶液洗涤法、氯化法、硫化钠法[3]。

1.3 化学氧化法

烟气中的Hg2+化合物较易溶于水，在湿法烟气脱硫系统（WFGD）中，无论是用石灰、石灰石或是活性炭作为吸收剂，均可除去约90%的Hg2+，而对Hg0没有明显的脱除作用。通过某些物质的催化作用将Hg0氧化成Hg2+，然后再采用常规的方法去除Hg2+，将单质汞转变成二价汞就比较容易除去了。

2 现有烟气处理设备脱汞效果

2.1 除尘设备脱汞效果

运行良好的电除尘器和布袋除尘器能有效地捕获烟气中的颗粒物能够高效地去除颗粒态Hg(p)。气态汞能被吸附在飞灰上，并在电除尘或布袋除尘中被捕获。Richard Miller等[4]研究了COHPAC（一种电袋复合除尘器）结合TOXECON技术在燃煤锅炉颗粒物控制和脱汞上的协同作用，具体工艺如下图所示。该工艺已在Presque Isle电厂试用，测试结果显示其在多污染物（SO2、NOx等）控制及脱汞上均有很好的效果。

工艺流程图

2.2 脱硫装置脱汞效果

2.2.1 干法脱硫装置对汞脱除的效果

在干法脱硫系统中，颗粒态汞Hg(p)很容易被除去，Hg0和Hg2+能潜在地被吸附在飞灰、硫酸钙或亚硫酸钙颗粒表面。当烟气通过ESP或FF时，颗粒态汞能很容易地被吸附和捕获。

2.2.2 湿法脱硫装置脱汞效果

Hg2+易溶于水，能被湿法烟气脱硫（WFGD）循环液吸收，吸收效率可达69%[5]。然而气态单质汞Hg0难溶于水，不能被循环液吸收。值得注意的是在通常的WFGD系统中，Hg0不但不会被吸收，还会略微有所增加，增加的原因是部分Hg2+被还原。

2.2.3 脱硝设备脱汞效果

选择性催化还原（SCR）装置在还原NOx的同时能够将Hg0氧化成Hg2+。Hg2+相对更易被湿式喷淋装置脱除。Hg0被SCR装置催化氧化效率的高低受催化反应器的空塔速度、反应的温度、氨的浓度、催化剂的寿命、气流中氯的浓度等[6]因素影响。

3 电袋脱汞技术探讨

3.1 电袋复合技术脱汞优势

目前，烟气脱汞还没有一种成熟的技术，开发有发展前景的汞控制技术是很有必要的，活性炭喷射吸附方法（Activated Carbon Injection，ACI）是研究较多的汞控制技术之一。然而，在常规的单级烟气除尘系统中使用ACI技术，尚存在许多问题。首先是活性炭的消耗量很大，导致运行成本很高；混入飞灰中的活性炭会影响飞灰利用价值；另外，最关键的问题是，一般的ACI技术对零价汞去除效果较差。

为此，也有研究采用尘、炭分级收集的组合方法（如TOXECON工艺），使活性炭的循环及飞灰的利用等问题得到解决，但由于该技术采用了两套除尘系统，工艺复杂、设备投资过高。电袋复合的除尘形式，可望为ACI技术的使用提供契机。初步评估，电袋复合除尘器具有如下优点：

（1）电袋复合除尘器除尘效率高，可以满足中长期粉尘标准排放要求；

（2）电袋复合除尘器具有更高的捕集微细粉尘PM2.5效率，对极细的颗粒汞也有良好的捕集效果；

（3）电袋复合除尘器清灰周期长，延长了吸附剂和汞的作用时间，提高汞的捕集效率；

（4）荷电粉尘和荷电吸附剂的气溶胶效应，有利于颗粒汞和单质汞的吸附，提高汞的捕集效率；

（5）前级电场收集绝大部分粉尘使得后级滤袋的粉尘少，喷入的吸附剂受到粉尘污染（中毒）小，可以提高吸附剂的效果，提高汞的吸附效果，同时减少吸附剂的喷入量；

（6）美国EERC（能源与环境研究中心）已经进行电袋脱汞测试，结果脱汞效率达到90%以上。

3.2 电袋除尘脱汞协同技术探讨

结合电袋除尘特点，在有效脱除细颗粒物的同时脱除汞，做到除尘脱汞协同进行，同时使协同控制具有设备投资和运行费用低、脱汞效率高、设备简单等优点。为此，电袋脱汞技术可从以下几点进行探讨：

（1）吸附剂的喷射位置

吸附剂的喷射是一项关键技术。烟气中汞的浓度很低，吸附剂喷射进入烟气中时，要保证吸附剂能够充分、均匀地与烟气接触，从而吸附烟气中的汞，同时要求吸附剂尽可能少混入飞灰中，因此吸附剂的喷射位置对电袋脱汞影响很大。电袋复合除尘器采用前电后袋的模式，烟气中80%以上的粉尘在电场区被除去，袋区收集的飞灰较少。利用电袋除尘特点，在电区后、袋区前进行活性炭喷射，这样只有少量飞灰与活性炭混合，可以避免活性炭对大部分飞灰的二次污染，同时有利于活性炭的再生。

（2）吸附剂的改性

吸附剂的吸附效率是吸附脱汞系统运行的关键参数，如何对活性炭进行物理、化学处理，提高吸附效率，是一个研究热点。由于活性炭价格高昂，为了降低活性炭脱汞成本，需对活性炭进行改性，提高活性炭的吸附能力，减少活性炭用量，节约成本。

（3）吸附剂的再生

吸附剂的再生是一项关键技术，同时也是一大技术难点。烟气中汞浓度很低，要达到高的脱汞效率，吸附剂的相对消耗量较大。为了减少消耗，在吸附剂吸附汞之后，应该进行解吸附工艺脱附所吸收的汞，然后将脱汞后的吸附剂循环利用起来，以减少吸附剂的消耗，降低脱汞成本。

（4）烟气调质剂的开发

在不采用任何固体吸附剂的情况下，在烟气进入除尘器之前，加入微量的烟气调质剂（0.1ppm以内），通过ESP弱电场以及飞灰与调质剂间的协同作用，促使烟气中的零价汞氧化并转化为颗粒汞，显著提高电袋装置的除汞作用。选择合适的调质剂，可将所捕集的汞转化为低毒稳定的化合物，实现烟气中汞及其它污染物的综合控制。

4 烟气脱汞发展趋势

汞污染控制是未来烟气治理技术的研究热点，烟气脱汞技术的发展应通过提高现有烟气控制设备的脱汞效率，尤其是提高除尘、脱硫和脱硝装置的脱汞效率，达到多污染物的协同控制。利用电袋复合除尘器在燃煤电厂烟气除尘上的优势，结合其除尘特点，开发相应的脱汞技术，达到除尘脱汞一体化，将是脱汞技术的发展方向。

[1]Thomas D Brown， Dennis N Smith， Richard A Hargis， etal. Mercury measurement and its control： what we know， have learned， and need to further investigate[J]. Journal of the Air & Waste Management Association， 1999， 6.

[2]洪燕，杜云贵，隋建才. 燃煤电厂烟气脱汞控制技术[R].第二届国际脱硫环保技术与设备贸易展览会暨循环经济高峰论坛.

[3]孟昭华.冶炼烟气制酸的除汞技术[J].硫酸工业，1986（2）：12-16．

[4]Richard Miller， etal. Effective Use of both COHPACTM & TOXECONTM technologies as the “Technology for Future” for Particulate & Mercury Control on Coal Fired Boilers.

[5]James Reynolds.Mercury removal via wet ESP [J].Power，148（8）：54-59.

[6]Richardson C Machalek，Miller S Dene，C Chang R.Effect of NOx Control Processes on Mercury Speciation in Utility Flue Gas [A].International conference on Air Quality [C].Crystal City：VA，September 9-12，2002.