中國電力行業汞脫除現狀及未來應用技術探討

李大龍

摘要：燃煤電廠的汞污染問題成為電力行業發展過程中繼SO2、NOx之后的又一重大熱點問題。本文針對新形勢下我國燃煤電廠如何最大化的利用現有設施和設備，以高效、經濟的技術手段最大程度的滿足新版標準中對汞排放的要求，并提出解決辦法。同時本文分析了國際上對汞污染物排放控制的政策發展歷史和趨勢，結合國內的實際情況，提出了在今后一段時期內最適宜在我國電力行業應用的汞排放控制技術。

關鍵詞：汞 污染 排放 燃煤電廠

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0119-02

目前，汞排放的檢測和污染控制問題已經成為全球環境問題的新熱點和前沿研究領域。2002年，聯合國環境規劃署（UNEP）專門對全球汞污染狀況進行了評估，指出“人為活動的汞排放已經明顯改變了全球汞的自然循環，對人類健康和生態系統構成了嚴重威脅”。

我國煤平均汞含量為0.22mg/kg，屬于高汞煤居多的國家。2008年，我國燃煤電廠實際排放的大氣汞就超過了110t，是世界上通過化石燃料燃燒排放大氣汞最多的國家。如果不采取任何控制措施，預計2020年我國燃煤電廠產生的大氣汞將高達310～450t，屆時我國能源行業將面臨巨大的汞排放壓力。

與國外相比，中國燃煤電廠的脫硝、除塵和脫硫的普及率是很高的，尤其是脫硝將作為強制控制的目標列入排放標準。所以國外一些主流的汞污染控制技術，不一定適用于中國。對于中國來說，如何最大化的利用現有的設備，發展出一條最適合于目前中國國情的汞污染控制之路，兼具經濟性和實用性，最有很大的意義。

1燃煤電廠汞排放特點及遷移轉化規律

1.1燃煤電廠汞排放特點

區別于一般的人類活動汞排放，燃煤電廠的汞排放具有下列的顯著特點。

（1）排放集中。燃煤電廠是最大的人為汞排放污染源，據統計2005年全球人為汞排放總量中，46.5%源于化石燃料的燃燒，而其中約70%又來源于燃煤電廠的燃燒耗煤。煤燃燒時，汞大部分隨煙氣排入大氣，而進入飛灰和底灰的則只占一小部分。

（2）危害分布廣，周期長。盡管燃煤排放的大氣汞Hg0含量較低，但由于其不溶于水，且揮發性極強，排放后可在大氣中停留達1年以上，極易通過大氣擴散造成全球性的汞污染，是汞污染控制中最難的部分。

（3）排放源多樣，有氣體源，水源和固體源。從氣體源來說，煙氣中汞的排放量已經納入了環保部門的監管范圍內。固體源主要是電廠排放的燃煤廢渣。電廠所排放的廢水中也含有大量的汞。盡管現在很多電廠施行了廢水零排放的政策，但汞僅僅只是從廢水中轉移到了污泥中，本質上并沒有被去除，累積之下依然對周邊環境造成潛在危害。

1.2汞的遷移轉化規律

煤中的汞按存在形態一般可以分為有機汞和無機汞。煤粉在燃燒過程中，煤中的汞高溫下受熱揮發以汞蒸汽的形態存在于煙氣中。

在通常的爐膛溫度范圍內（1200℃～1500℃），大部分汞的化合物在溫度高于800℃時處于熱不穩定狀態，會分解成元素態汞。因此在爐內高溫下，煤中幾乎所有的汞（包括無機汞和有機汞）都會轉變成元素汞并以氣態形式進入煙氣[1]。煙氣中汞的存在形式主要包括氣相汞（單質汞Hg0和氣相二價汞Hg2+）和固相顆粒汞Hgp，這三者稱為總汞。Hg0、Hg2+和HgP在中國燃煤大氣汞排放中所占的比例分別為16%、61%和23%。煙氣中汞的形態受到煤種、燃燒條件及煙氣成分等多種因素影響。

2 現有設備和措施的汞脫除能力分析

對于國內的主流燃煤電廠來說，現有的設備和措施主要以燃燒后脫汞為主。2011年，環境保護部發布的最新版的《火電廠大氣污染物排放標準》中，規定對于全部鍋爐，自2015年1月1日起執行0.03mg/m3的汞排放限值。對于已經配備全部脫硫脫硝除塵裝置的電廠來說，正常情況下不需增加任何新的設施即能滿足要求。若為了減少汞排放而專門新增一套系統，無論從經濟性還是實用性上來說，目前都不具備條件。

燃煤電廠現有的具有汞脫除能力的設備按安裝位置依次有SCR脫硝反應系統，除塵系統以及濕法脫硫系統。下面對這些系統進行分別簡要綜述。

（1）SCR系統。SCR系統的脫汞能力主要體現在催化劑可以將Hg0氧化為Hg2+，增加煙氣中Hg2+的濃度，進一步提高濕法脫硫系統中汞的去除效率。諸多研究均已證實SCR催化劑可顯著提高煙氣中氧化性組分對Hg0的氧化效率，300℃時SCR催化劑催化氧化Hg0的效率可高達80%～90%[2]。但總體上來講，催化氧化的過程是一個十分復雜的過程，其主要機理需要進一步的深入研究才能完全掌握。

（2）除塵系統。現在燃煤電廠應用廣泛的除塵系統為靜電除塵器（ESP）和布袋除塵器（FF）。電除塵器和布袋除塵器均能高效地捕獲煙氣中的顆粒物，間接地捕獲了顆粒物上的Hgp；吸附在飛灰上的部分氣態汞也能被捕獲。相比之下，布袋除塵器通過使煙氣流過致密織物，利用過濾和其它機理捕獲飛灰顆粒，通常用來脫除高比電阻粉塵和微細粉塵，尤其在脫除微細粉塵方面，有其獨特的效果，而這部分微顆粒上富集了大量的汞，所以布袋除塵器的除汞表現好于靜電除塵器。

（3）濕法脫硫系統。脫硫設施溫度相對較低，溫度區間在40℃～60℃之間，有利于Hg0的氧化和Hg2+的吸收，是目前去除汞最有效的凈化設備。特別是在濕法脫硫系統中，由于Hg2+易溶于水，容易與石灰石或石灰吸收劑反應，所以約90%的Hg2+能夠在濕法脫硫系統中被去除。Hg2+所占比例是影響脫硫設施對汞去除率的主要因素，因此提高煙氣中Hg2+的比例，將直接影響脫硫設施對汞的去除效果。

3 新型強化除汞技術簡介

目前，脫汞技術可以分為專門脫汞技術和新型強化脫汞技術。專門的脫汞技術主要就是吸附劑吸附技術，主要的吸附劑為活性炭，活性炭纖維，飛灰，鈣基吸附劑等等。而國內外采用的新型、可靠的強化脫汞技術則主要有燃煤添加劑技術，除塵器前噴射吸附劑技術，吸收塔內添加穩定劑技術和脫硫廢水絡合絮凝技術。

各種方法的投資運行成本對比見表1。

以下重點比較新型強化脫汞技術。

（1）燃煤添加劑技術。在燃煤中噴灑微量的添加劑，可以在燃燒過程中有效的將煙氣中的Hg0氧化為Hg2+，從而有利于后續的飛灰吸附和濕法脫硫系統的捕集，達到增強脫汞效率的目的。現用的添加劑以溴素或溴化物添加劑為主，在燃燒過程中會釋放氧化劑，形成如下化學反應：

此方法實施簡單，成本也較低，但會加重脫硫系統的防腐壓力。

（2）吸附劑噴射技術。此技術通常是將以溴化活性炭為代表的各種吸附劑通過氣力輸送和均勻噴散系統噴射至空預器前后的煙道中，吸附劑吸附脫汞后隨飛灰一起被除塵器捕集。此項技術的優點是針對性強，見效快，缺點是運行成本高。

（3）吸收塔內添加穩定劑和氧化劑技術。濕法脫硫系統對Hg2+有良好的脫除性能。但是當Hg2+達到一定的濃度后，吸收塔內的汞脫除效率就會降低。穩定劑的作用是通過絡合作用固定汞等重金屬，可以有效防止汞的逃逸，提高濕法脫硫對汞的洗滌效率。同樣，若煤質中汞含量過高，則可以在吸收塔內噴入一些強制氧化劑（如溴化鈣），對Hg0進行強制轉化以提高除汞效率。

（4）脫硫廢水絡合絮凝技術。一般采用向脫硫廢水中添加特定配方的，對汞有高親和性和選擇性的有機高分子螯合劑或絡合劑。通過螯合或絡合的形式，形成含汞絮凝物，再絮凝劑和助凝劑的作用下，把汞完全沉淀在廢水污泥中。現在得到普遍應用的高效汞絡合劑是有機硫。

4 適用于中國燃煤電廠的技術討論

根據監測數據，我國大部分燃煤電廠排放煙氣的汞濃度在0.2～22.8μg/m3，只有少數電廠由于煤質原因排放煙氣的汞濃度超過新標準規定30μg/m3。所以針對不同的情況，綜合考慮下，最適用于我國燃煤電廠的脫汞措施有以下幾個方面。

（1）一般在SCR脫硝系統，高效除塵系統和濕法脫硫都具備的情況下，汞濃度會低于30μg/m3，不需加設特定的脫汞裝置。但應具備汞的實時監測能力。

（2）若在上述三套系統協同作用下，汞排放濃度還是超標，首先應檢測各個系統是否分別對氮氧化物，飛灰和二氧化硫的去除達標，若不達標，考慮對不達標系統進行改造。

（3）若三套系統分別達標，而汞排放濃度仍然超標，推薦先考慮在脫硫漿液中加入少量的溴化鈣溶液，以在脫硫過程中對Hg0進行強制氧化，然后考慮在輸煤皮帶或給煤機中摻入一些溴化鈣，以期在燃燒階段將Hg0轉化為容易被后續裝置去除的顆粒汞和Hg2+。摻入量應根據煤質分析汞含量決定。

（4）最后考慮在空預器前后，除塵器前的煙道噴入吸附劑（如溴化活性炭）。參考國外的經驗，一般利用溴化活性炭噴射技術，可以將汞排放濃度降低到5μg/m3以下的水平。

5討論

盡管上述措施都會解決燃煤電廠汞排放的問題，但應該注意到，目前所有的技術都只是將煙氣中的汞收集到飛灰、石膏或污泥當中，并不是真正的去除。含汞飛灰、石膏和污泥的處理、處置和利用將是未來電力環保行業面臨的又一課題。如何最好的處理好汞排放的問題，最終達到污染減少、環境友好、效率提高、清潔再生的新型燃煤電廠要求，還有很多問題需要解決。

參考文獻

[1] 楊立國，段鈺峰，楊祥花，等.燃煤電廠汞排放特性實驗研究[J].東南大學學報：自然科學版，2007，37（5）：817-821.

[2] 劉昕，蔣勇.美國燃煤火力發電廠汞控制技術的發展及現狀[J].高科技與產業化，2009（3）：92-95.