燃煤电站烟气脱汞方法研究进展

陶君

（大唐环境产业集团股份有限公司，北京100097）

燃煤电站烟气脱汞方法研究进展

陶君

（大唐环境产业集团股份有限公司，北京100097）

由于汞对人体健康和生态环境的危害极大，近年来，燃煤电站汞污染问题受到广泛关注。虽然已开发出了大量的脱汞方法，但由于技术和成本问题，这些脱汞方法都没有被大规模推广使用，因此，开发高效低成本的脱汞方法势在必行。基于上述原因，论文对燃煤电站烟气脱汞方法进行了详细阐述。

燃煤电站；烟气；脱汞

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

1 引言

汞是一种生物毒性极强的重金属污染物，且具有挥发性、持久性和生物富集性，可通过食物链进入人体，对人的神经系统和生长发育产生致命影响。在汞的所有排放源中，燃煤排放的比例最高。而我国又是燃煤大国，所以在我国环保部发布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—2003）中将燃煤电站汞排放的限值规定为30μg/m3，而且该排放限值在很大程度上会被修订的更为严格，所以开发高效低成本的脱汞方法势在必行。

2 汞排放现状

燃煤排放是世界上最大的汞排放源之一。世界范围内，原煤中汞的含量通常在0.012～0.33mg/kg之间，平均值约为0.13mg/kg，而我国原煤中汞的平均含量则为0.22mg/kg[1]，高出世界平均水平0.09mg/kg。截至2012年年底，我国燃煤每年向大气中排放的汞就高达150t，约为美国年排放量的2倍。

3 燃煤电站烟气脱汞技术现状

在燃煤烟气中，汞主要以3种形式存在，分别是单质汞（Hg0）、气态二价汞（Hg2+）和颗粒汞（Hgp），三者之和称为总汞（HgT）。在汞的3种形态中，因Hg2+具有较高的水溶性，所以Hg2+可在燃煤电站现有的湿法脱硫装置（WFGD）内被高效脱除；而Hgp则可在燃煤电站现有的除灰装置（ESP、FF）内与烟气中的飞灰一同被脱除。但与Hg2+和Hgp相比，Hg0的脱除则十分困难，因为Hg0极易挥发且难溶于水，所以，燃煤电站现有的烟气净化装置难以将其脱除。因此，Hg0的高效脱除是当前燃煤电站烟气脱汞技术研究的关键所在。经过几十年的研究，目前，Hg0的脱除技术主要有吸附剂脱除技术、催化氧化脱除技术、高级氧化脱除技术和传统氧化脱除技术，如图1所示。

图1 燃煤电站Hg0脱除技术

3.1 吸附剂脱除技术

吸附剂脱除技术是目前较为成熟的脱汞技术，并且已有工业应用。目前，报道过的吸附剂种类很多，其中应用最为广泛的是炭基吸附剂。炭基吸附剂主要包括普通活性炭、化学改性活性炭和活性炭纤维等。其中，普通活性炭的价格相对较低，但其对汞的吸附效率不高，通常在30%左右[2]；与普通活性炭相比，经过化学改性（重金属改性、硫化改性、卤化改性、催化氧化改性等）后的活性炭对汞的吸附率会显著提高，这是由于化学改性可以提高活性炭对汞的化学吸附能力；活性炭纤维则属于第三代炭基吸附剂，其对汞的吸附能力要高出普通活性炭2～3个数量级[3]，这是由于在活性炭纤维表面具有含氧和含氮的官能团，而这2类官能团对Hg0的吸附氧化具有明显的促进作用[4]。

3.2 催化氧化脱除技术

大量实验结果表明，传统的商业钒钛体系SCR催化剂可以将烟气中的Hg0催化氧化成Hg2+。而且随着NOx标放标准的日益严苛，绝大部分燃煤电站均已配备了SCR脱销装置。所以，燃煤电站烟气中汞的催化氧化脱除技术也受到了广泛关注。目前，研究较多的SCR催化剂主要有贵金属催化剂、金属氧化物催化剂、复合金属氧化物催化剂、负载型催化剂。

虽然SCR催化剂对Hg0的催化氧化具有一定效果，但催化氧化机理还未明确，目前，比较主流的机理有2种，但均未得到证实，所以汞的催化氧化机理还有待进一步研究。

SCR催化剂对Hg0的催化氧化效率受多种因素影响，如烟气成分、催化剂制备温度、反应温度等，表1给出了一些因素对SCR催化剂催化氧化效率的影响[5]。在保证现有SCR催化剂脱硝的高效性、稳定性以及经济可行性的前提条件下提高其对Hg0的催化氧化效率是该技术的研究重点。

表1 影响SCR催化剂催化氧化Hg0的因素及作用机理

3.3 高级氧化脱除技术

高级氧化技术（AOTs）是指可以通过物理或者化学方法产生羟基（-OH）的一类技术。AOTs是广泛应用于水处理和土壤修复的技术，但近期有报道指出该技术在燃煤电站烟气净化方面也有良好表现，所以该技术也被用来脱除燃煤电站烟气中的SO2、NOx、Hg0、H2S、VOCs等污染物。AOTs包含很多种技术，但其中可用于脱除Hg0的技术主要有4种，即等离子体氧化技术、光催化氧化技术、光化学氧化技术、活化氧化技术。虽然AOTs技术在脱除燃煤电站Hg0的领域具有较好的应用前景，但与吸附剂脱除技术和催化氧化脱除技术相比，AOTs技术属于前沿性研究，在该技术被大规模工业应用之前，还有许多技术问题需要解决。

3.4 传统氧化脱除技术

传统氧化脱除技术是指将烟气与氧化剂溶液相接触，从而将烟气中的Hg0氧化成Hg2+。该技术主要是通过将氧化剂溶液加入到石灰石浆液中或在脱硫塔内新增喷淋层来实现的。目前，常用的氧化剂包括高锰酸钾、亚氯酸钠、二氧化氯、高铁酸盐、次氯酸钾等。该方法的优点是脱汞速率快、净化效率高、不易挥发、沉淀物少且比较经济，但该方法会引入新的离子，从而带来设备结垢、腐蚀等危害，还会带来后续废水处理问题。此外，氧化剂在氧化Hg0的同时还会氧化烟气中的SO2，从而大量消耗氧化剂，降低脱汞效率。

4 结论

随着我国环保要求的不断提高，特别是对大气雾霾治理的日益关切，燃煤电站汞污染的治理刻不容缓。目前，国家规定燃煤电站汞排放的限值为30μg/m3，随着我国经济的不断发展，此限值还会被修订得更为严格，所以高效低成本的烟气脱汞技术亟待开发。而目前可行性最高的脱汞技术是利用燃煤电站现有的污染物治理装置进行协同脱除，对常规的SCR催化剂进行改性，开发出可以高效催化氧化Hg0的SCR催化剂，在不影响脱硝效率的前提下尽可能地提高SCR催化剂对Hg0的催化氧化效果。此技术无需对燃煤电站现有的装置进行任何改造，是目前最经济、最实用的途径，将成为今后发展方向，具有广阔发展前景。

【1】王起超，沈文国，麻壮伟.中国燃煤汞排放量估算[J].中国环境科学,1999,19(4):318-321.

【2】熊银伍，杜铭华，朱书全，等.煤基吸附剂脱除烟气中气态汞的研究现状[J].洁净煤技术,2007,13(1):36-39.

【3】毛吉献，王凡，王红梅，等.燃煤烟气脱汞技术研究进展[J].能源环境保护,2010,24(2):1-5.

【4】曾汉才,王欣,李松柳,等.活性炭纤维脱除燃煤烟气中汞的试验研究[J].华中科技大学学报(自然科学版),2006,34(7):1-4.

【5】夏文青,黄亚继,李睦.燃煤脱汞技术研究进展[J].能源研究与利用,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，黑龙江双鸭山人，工程师，从事燃煤电站烟气污染物治理研究。