燃煤电厂汞污染物控制现状研究

汤敏华

摘 要 燃煤电厂汞排放导致的污染问题日益严重，本文主要分析了燃煤电厂燃烧前、燃烧中和燃烧后不同階段脱汞技术现状，同时对现有污染物控制设备协同脱汞效果进行了分析和研究。

关键词 燃煤电厂;汞污染;协同脱汞

引言

随着社会对环保重视程度的增加，燃煤电厂汞污染问题越来越受到人们的关注。我国于2011年制定的《火电厂大气污染物排放标准》中要求，燃煤电厂所排放到大气的烟气中的汞及其化合物的浓度不超过30μg/m3。北京于2015年5月发布的DB11/139—2015《锅炉大气污染物排放标准》规定汞排放限值为0.5μg/m3，由此可见，我国正在加强对电厂汞污染物的治理力度，因此研究当前燃煤电厂汞控制技术，对于我国的汞污染治理有重要意义。

1燃煤汞控制技术

燃煤电厂中通过煤燃烧排放到烟气中的汞主要有元素汞（Hg0）、二价汞（Hg2+）和颗粒汞（HgP）。Hg0由于易挥发不溶于水已成为当前控制汞排放的难点。随着人们对电厂汞污染问题的不断研究，已经形成了燃烧前脱汞、燃烧中脱汞和燃烧后脱汞三个方向的脱汞技术路线。

1.1 燃烧前脱汞

燃煤电厂的燃烧前脱汞技术主要是在送入锅炉之前，通过煤炭的洗选、热解以及化学和生物等技术方法，在一定程度上降低燃煤中的汞含量。

洗选煤技术可以使用重介质法、跳汰法和浮选法，利用煤和其他杂质在密度和亲水性等方面的不同，实现将一部分的汞从入炉煤中脱除。煤炭的热解技术发展比较迅速，煤中的汞在热解过程中会逐渐析出，当热解温度达到400 ℃时，烟煤中的汞的脱除率便可以达到70%～80%[1]。燃烧前化学法脱汞技术经济性较差，现阶段尚不能被广泛使用;微生物法有较好的环保性，有比较好的应用前景，但尚处于实验室研究阶段。

1.2 燃烧中脱汞

燃烧中脱汞主要是在锅炉中添加氧化剂，将煤燃烧后产生的元素汞更多的转化成二价汞或者颗粒汞，以便于除尘设备和脱硫系统将其脱除。通常所采用的氧化剂一般为卤化物，如溴化钠、溴化钙或者含溴化铵等。

马晶晶[2]等对溴化钠的脱汞效果进行了研究，发现煤在250～400 ℃燃烧过程中，溴化钠可以促进烟气中元素汞的氧化;高正阳[3]等在研究溴化钙的性质时，发现在煤燃烧过程中加入溴化钙可以明显增加烟气中颗粒汞含量。总体来看，燃烧中脱汞技术的研究虽然取得了一定的进展，但对于大规模的现场应用实践尚有一段距离。

1.3 燃烧后脱汞

当前，科技人员对燃烧后脱汞技术的研究相对比较深入，也取得了比较好的实践。该技术主要有三个方面，一是基于活性炭等吸附剂喷射技术脱汞，二是使用专用催化剂催化氧化脱汞，三是在现有的常规污染物控制设备上进行的协同脱汞。吸附剂喷射技术脱汞效率较高，但也有高成本、影响飞灰处理等缺点，使用经济性较差。利用现有电厂污染物控制设备实现多污染物一体化脱除已成为燃烧后脱汞的研究热点。

2污染物控制设备协同脱汞

2.1 SCR协同脱汞

电厂脱硝技术通常采用选择性催化还原（SCR）工艺。SCR催化剂通常是由钒、钛和钨等金属氧化物按照一定的配比混合而成，该催化剂具有一定的催化能力。催化剂的工作温度为300～400℃，汞在此范围内会在SCR催化剂表面发生异相催化氧化，发生形态的转化，烟气中的元素汞会被氧化成二价汞，从而有利于被除尘设备和脱硫设备脱除。目前总体来看，烟气脱硝装置对汞排放的影响表现为可以促进元素汞转变为二价汞，有利于烟气汞的脱除。

2.2 除尘设备协同脱汞

燃煤电厂烟气中HgP的含量受到煤的性质、煤中的汞含量以及锅炉燃烧方式等的影响比较大，其一般赋存在烟尘之中或者烟尘表面，因此燃煤电厂可以在脱除烟尘的同时去除烟气中的HgP。当前静电除尘器是被燃煤电厂所广泛采用的除尘设备，该设备除尘率可以达到99%，在电场的作用下，以颗粒形式存在于烟气中的汞可以同飞灰一同被该设备脱除。袋式除尘器也具有较高的除尘效果，也可以将烟气中的颗粒汞脱除，此外，当烟气经过袋式除尘器时，会在滤袋之上产生一层飞灰，由于飞灰具有一定的吸附性，因此该飞灰层也可以吸附一定量的元素汞，进而使得袋式除尘器脱汞效率更高。

2.3 脱硫设备协同脱汞

湿法脱硫技术（WFGD）因具有较好的脱硫效果，已被众多的燃煤发电机组所采用。WFGD协同脱汞主要是对烟气中Hg2+的吸收，这主要是由于Hg2+易溶于水;但对于挥发性强、几乎不溶于水的Hg0的脱除能力则较弱。此外，烟气中的Hg2+经过湿法烟气脱硫系统时，有一部分会被还原为Hg0，导致WFGD的脱汞效率下降，该现象是由于烟气中SO2在脱硫塔中和石灰石浆液反应生成亚硫酸盐，进而和烟气中的Hg2+反应生成亚硫酸汞，而亚硫酸汞性质非常不稳定，分解形成Hg0，从而引起脱硫塔出口Hg0浓度升高。

因此湿法脱硫装置的脱汞效果取决于烟气中的二价汞含量以及零价汞的再释放，而抑制零价汞的再释放已成为提高脱硫设备脱汞效率的研究重点。

3结束语

随着国家环保治理力度的逐渐加大，电厂汞排放的控制逐渐被提上日程。目前燃煤电厂尚没有一套成熟、可应用的脱汞技术，在现有污染物控制设备基础上进行协同脱汞是当前燃煤电厂行之有效的经济性脱汞方案，同时，也应加强燃烧前脱汞技术的研究，通过提高洗选煤技术，进一步减轻燃煤电厂汞排放所导致的污染问题。

参考文献

[1] WANG M，KEENER T C，KHANG S J. The effect of coal volatility on mercury removal from bituminous coal during mild pyrolysis[J]. Fuel Processing Technology，2000，67（2）：147-161.

[2] 马晶晶，姚洪，罗光前，等. NaBr对煤燃烧NO还原和汞氧化影响的实验研究[J].工程热物理学报，2010（8）：149-152.

[3] 高正阳，殷立宝，周黎明，等.不同煤燃烧过程颗粒汞生成特性的实验研究[J].燃料化学学报，2012，40（9）：1135-1141.