燃煤电厂超低排放系统中烟气汞的迁移规律研究

陈瑶姬

(浙江天地环保科技有限公司，浙江杭州 310003)

燃煤电厂超低排放系统中烟气汞的迁移规律研究

陈瑶姬

(浙江天地环保科技有限公司，浙江杭州 310003)

通过对1台1000MW燃煤机组超低排放系统中烟气汞的测试结果进行分析，发现湿法脱硫对Hg2+有较好脱除效果，排出的汞分别存在于石膏和脱硫废水中，其比例为0.15∶1;湿电对烟气汞的脱除效率低于30%;低进口烟温可提升低低温电除尘器的脱汞能力，试验中其脱汞效率超过50%;脱硫废水的汞含量远低于国家标准。

燃煤机组;超低排放;烟气汞;迁移

0 引言

2013年中国加入《水俣公约》，这份国际公约给我国带来空前巨大的限汞压力。我国是大气汞的排放大国，据研究，人为排放汞约有三分之二来自于化石燃料的燃烧［1］，其中电力部门燃煤所产生的汞占化石燃料产生汞的33% ～36%［2］，由此可见，控制燃煤电厂烟气中的汞排放十分必要。

燃煤排放到大气中的汞有3种形态，即气态零价汞Hg0、气态二价汞Hg2+和颗粒汞Hgp［3-5］，不同形态的汞具有不同的物理和化学特性，针对不同形态的汞需要有不同的脱除方法。近年来，随着超低排放在燃煤电厂全面推广，因此，本文就燃煤电厂超低排放系统中烟气汞的迁移规律进行了研究，为其汞的脱除提供理论基础。

1 试验方法及条件

在某1000MW燃煤机组上进行烟气中汞含量测试，采用EPA METHOD 30B法，测试方法见下图。该燃煤机组炉后环保系统采用低低温电除尘器+湿法脱硫装置 +湿式电除尘器，燃煤的汞含量为44μg/kg。在脱硫塔前烟道截面、脱硫塔出口与湿式电除尘器中间烟道截面和烟囱总排口截面上各布置有4个不同位置的测点，以降低流场均匀性对测量值的影响。

图1 EPA METHOD 30B测试法

同时，对锅炉底灰、脱硫废水和脱硫循环浆液进行汞含量检测。

2 结果与讨论

2.1 脱硫和湿电系统中的汞迁移

受烟道中流场分布不均匀的影响，脱硫前和脱硫后烟道4个测点的测量值差异较大，测量值分别为3.02～4.53μg/m3和2.84～4.39μg/m3，总排口由于截面较小且流场较为均匀，4个测点的测量值接近，为2.65～2.87μg/m3。于是，将4个测点的测量值取平均值后可见烟气汞在超低排放系统中的脱除路径，具体可见图2。

图2 脱硫前后各测点的烟气汞浓度

如图2所示，脱硫前烟气汞含量为3.69μg/m3，经过脱硫系统后，烟气汞含量为3.76μg/m3，稍有增加。据研究，湿法脱硫系统对Hg2+的脱除能力较强，可达到80%以上［6-7］。

同样有研究发现，湿法脱硫装置对烟气中的Hg0几乎没有吸收效果［8-9］，且脱硫出口Hg0浓度增加，说明部分Hg2+在湿法脱硫装置中被还原成Hg0［10-11］，其还原机理如下［9］:

进而有研究认为由于以上原因而导致湿法脱硫装置对总汞的脱除效率为0，甚至烟气汞含量增加［11-12］，具体可见图3，这也解释了本文中脱硫后的烟气汞含量要稍高于脱硫前的现象。

图3 其他研究中的湿法脱硫装置前后的汞浓度［9］

从脱硫系统出来的烟气通过湿电之后，烟气汞从3.76μg/m3降至2.78μg/m3，湿电对烟气汞的脱除效率为26.06%，与以往研究结果［9］有所不同，本次试验中湿电对烟气汞的脱除能力不强，湿电所脱除的汞随着水膜而进入湿电废水中，这可能与烟气中汞的形态有关系。

2.2 低低温电除尘器中的汞迁移

经检测，炉膛底灰的汞含量小于0.5μg/kg，可认为燃煤中的汞全部进入烟气中，于是通过烟气量和燃煤中的汞含量，计算得到炉膛出口的烟气汞含量应为7.75μg/m3，如图4所示，经过低低温电除尘器之后，烟气汞含量下降至3.69μg/m3，低低温电除尘器对烟气汞的总脱除效率为52.39%，与欧美学者曾经得到的干式电除尘器对烟气汞的脱除效率小于30%的结论［13-14］不同，这是由于低低温电除尘器较普通干式电除尘器不同，具有低进口烟温和低烟气流速的特征，这在近期对冷端ESP的脱汞效率研究中得到了验证［15］，即冷端ESP对汞的脱除效率在50%左右。被低低温电除尘器脱除的烟气汞能过粉尘捕集和振打，最终进入到电除尘器底灰中。

图4 低低温电除尘器前后的烟气汞浓度

2.3 汞在脱硫液相和固相中的迁移

如前所述，烟气汞经过湿法脱硫系统后，二价汞经过喷淋进入到脱硫循环浆液中，循环浆液经过石膏脱水系统固液分离后，二价汞分别存在于固相和液相中，即石膏和脱硫废水中，其汞含量见表1。

表1 脱硫系统液相和固相中的汞含量

脱硫系统中石膏与脱硫废水的生成体积比为1.43∶1，结合表1中石膏和脱硫废水中的汞含量可知，脱硫系统排出的汞分别迁移至石膏和脱硫废水的比例为0.15∶1，意味着大部分脱硫系统排出的汞进入了脱硫废水中。脱硫废水汞含量为10.3μg/L，远低于国家标准的50μg/L。

3 结语

(1)湿法脱硫系统对Hg2+有较好的脱除效果，Hg2+经喷淋进入循环浆液中。

(2)部分烟气中的Hg2+在脱硫系统中被还原成Hg0，导致脱硫系统对烟气总汞的脱汞效果下降。

(3)在本次试验中，湿电对烟气汞的脱除效率为26.06%。

(4)低低温电除尘器对烟气汞具有较高脱除能力，在本次试验中脱除效率为52.39%，与其低进口烟温有关。

(5)脱硫系统排出的汞分别迁移至石膏和脱硫废水的比例为0.15∶1。

(6)脱硫废水的汞含量为10.3μg/L，远低于国家标准的50μg/L。

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Migration law of flue gas mercury from coal-fired plant ULE system

Through the analysis of flue gas mercury test results from a 1000MW coal-fired plant ULE system，WFGD is found to have good removal efficiency on Hg2+，which is exhausted to plaster and wastewater，and the proportion is 0.15∶1;mercury removal efficiency of WESP is less than 30%;low inlet flue gas temperature is beneficial to enhance the mercury removal efficiency of LLT-ESP，which is more than 50%in the test;mercury concentration in wastewater is far below the national standard.

coal-fired plant;ULE;flue gas mercury;migration

X701.7

:B

:1674-8069(2017)01-009-03

2016-10-26;

:2016-11-12

陈瑶姬(1984-)，女，博士，工程师，从事电厂烟气净化研究。E-mail:178540408@qq.com

《污染地块土壤环境管理办法》发布

浙江省重大科技专项重点社会发展项目(2013C03022)

国家环境保护部近日发布《污染地块土壤环境管理办法(试行)》(以下简称《办法》)，自2017年7月1日起施行。《办法》明确，地方各级环境保护主管部门负责本行政区域内的疑似污染地块和污染地块相关活动的监督管理。《办法》指出，造成土壤污染的单位或者个人应当按照"谁污染，谁治理"原则承担治理与修复的主体责任。责任主体发生变更的，由变更后继承其债权、债务的单位或者个人承担相关责任。责任主体灭失或者责任主体不明确的，由所在地县级人民政府依法承担相关责任。土地使用权依法转让的，由土地使用权受让人或者双方约定的责任人承担相关责任。土地使用权终止的，由原土地使用权人对其使用该地块期间所造成的土壤污染承担相关责任。土壤污染治理与修复实行终身责任制。

《办法》要求，县级环境保护主管部门应当建立本行政区域疑似污染地块名单，并对具有高风险的污染地块优先开展环境保护监督管理。污染地块土地使用权人应当根据风险评估结果，并结合污染地块相关开发利用计划，有针对性地实施风险管控。县级以上环境保护主管部门及其委托的环境监察机构，有权对本行政区域内的疑似污染地块和污染地块相关活动进行现场检查。