燃煤电厂飞灰改性吸附剂脱汞技术

徐旭东，寿志毅，李文华，刘含笑，颜士娟，冯国华,郭高飞，

(1.浙江菲达环保科技股份有限公司,浙江 诸暨 311800； 2.浙江浙能温州发电有限公司,浙江 乐清 325602)

中国50%以上的燃煤应用于燃煤电厂，而燃煤电厂排放的Hg占全国总排放的比例超过50%[1]。中国现有的燃煤电厂超低排放要求各项指标均优于美国，但未对Hg提出更严格的排放指标，GB13223-2011要求燃煤电厂的Hg排放限值是30μg/m3，但可以预计，随着超低排放的全面实施，对燃煤电厂Hg等有毒重金属排放限值要求也将日益趋严[2]。

燃煤电厂Hg控制技术主要有燃烧前、燃烧中和燃烧后脱Hg技术，其中，燃烧后烟气Hg脱除技术又可以分为利用现有设备协同脱Hg和外加设备吸附脱Hg两种[3-4]，其中，烟道喷射改性飞灰吸附脱Hg技术可行性强，经济性好，对原有设备影响小，是前景较好的脱Hg技术之一。

1 燃煤电厂协同脱汞能力及Hg的分布特征

燃煤电厂现有脱硝、除尘及脱硫设备对烟气中的Hg有一定的转化或协同脱除能力。根据相关文献中对国内6个电厂汞排放结果的分析，SCR能促使HgO氧化成Hg2+，电除尘器可脱除绝大部分的Hgp，效率可达6.07%～46.41%；石灰石-石膏湿法脱硫对Hg2+和总Hg的脱除效率分别为78.99%、42.09%。燃煤烟气中的Hg经过现有设备的协同控制后，可满足30μg/m3的排放要求。

图1 某300MW机组电厂痕量元素的分布特征

2 飞灰改性吸附脱Hg技术

王树民[1]等基于对国内部分电厂的现场实测，Hg的排放浓度在0.19μg/m3～11.3μg/m3，现有设备的综合协同脱Hg效率在17.8%～96.7%。张永生[5]等基于现场实测，对某300MW机组不同采样点的痕量元素(含Hg)特性进行了系统分析，如图1所示。燃煤电厂排放的Hg主要含在炉渣、粉煤灰、石膏及烟气中，且在环境资源利用中，石膏中微量元素的稳定性弱于粉煤灰，这可能意味着微量元素应该尽可能地保留在粉煤灰中，以减缓微量元素在环境中的扩散。

2.1 传统飞灰脱Hg技术

燃煤飞灰对Hg具有吸附能力，尤其是飞灰中的未燃尽碳对Hg具有较好的吸附效果[6]。相关研究表明，飞灰颗粒表面的碳元素能与M(Ti、Si等)元素形成C-M键，从而有效促进零价Hg0氧化成Hg2+，并被吸附在颗粒表面形成颗粒Hgp。

脱Hg性能方面，在较高Hg浓度的试验条件(>0.25mg/m3)下，飞灰对Hg的吸附效率约为活性炭的三分之一；而低浓度Hg环境中，飞灰可以实现与商业活性炭相当的脱Hg效率。因此，对于燃煤电厂这种低Hg烟气，在性能方面，是可以采用飞灰脱汞的。

2.2 改性飞灰吸附脱Hg技术

为进一步提高飞灰对Hg的吸附脱除能力，可通过卤族元素(如Cl、Br等)、金属(如Mn、Fe、Cu等)及其化合物等进行改性。如相关试验研究表明，HBr改性的飞灰脱汞效率(98.4%)明显高于CaCl2(67.5%)和CaBr2(46.4%)，远远优于原始飞灰(8.1%)。

2.3 基于机械破碎和溴化物改性相结合的飞灰脱汞性能[7]

有研究表明，通过机械研磨粗颗粒飞灰，使得飞灰暴露新鲜表面，可进一步提高Hg的吸附效率，且提效幅度与研磨时间正相关，研磨达到50min到峰值，磨削超过50min并没有进一步改善。汞吸附试验结果表明，机械化学处理技术结合溴化化合物的加入提高了粉煤灰的汞吸附性能。物理和化学因素都有助于提高捕获性能。增加磨削时间，产生的颗粒较小，表面积较大，暴露了更多未燃烧的碳，这导致了更好的汞吸附。对改性粉煤灰的热重量分析表明，随着磨削时间的增加，燃烧峰值温度向较低温度变化。结果表明，机械处理增加了粉煤灰的热活性。

3 结语

机械和溴化物改性飞灰吸附脱Hg技术兼顾的脱Hg性能，和投资、运行费用的经济性，是当前技术经济性最好的吸附脱Hg技术。