燃煤煙氣電袋復合除塵脫汞協同技術探討

尤燕青

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

汞是一種有毒的重金屬元素，汞污染對人類及生物環境造成的危害極大。全球每年排放到大氣中的汞總量約為5000t，其中4000t是人為的結果[1]，而燃煤導致的汞污染是最為嚴重的。煤在燃燒過程中產生的汞大部分隨著煙氣排入大氣，成為環境汞污染的主要來源。由于汞在大氣中的停留時間很長，毒性也大，因此對于汞的排放控制研究已成為研究熱點。

1 汞控制技術研究現狀

有關汞排放控制技術的研究主要有三種：燃燒前脫汞、燃燒中脫汞和燃燒后脫汞。目前，研究較多的是燃燒后脫汞。燃燒后脫汞（即煙氣脫汞）是未來電廠汞污染控制的主要方式，其脫汞方法主要有以下幾種：吸附劑法、化學沉淀法和化學氧化法[2]。

1.1 吸附劑法

吸附劑法主要是利用多孔性固態物質的吸附作用來處理污染物的一種常用方法，包括物理吸附和化學吸附兩種方式。一般吸附劑都兼有物理吸附、化學吸附功能，兩種吸附過程可以同時進行。目前，用于煙氣脫汞的吸附劑主要有：活性炭、飛灰和金屬吸收劑。其中，活性炭脫汞技術是最為集中且較成熟的一種方法，脫汞率可達96%。

1.2 化學沉淀法

化學沉淀法是通過化學試劑與汞發生化學反應生成沉淀，從而將汞除去。目前，應用比較多的方法主要有：碘化鉀溶液洗滌法、氯化法、硫化鈉法[3]。

1.3 化學氧化法

煙氣中的Hg2+化合物較易溶于水，在濕法煙氣脫硫系統（WFGD）中，無論是用石灰、石灰石或是活性炭作為吸收劑，均可除去約90%的Hg2+，而對Hg0沒有明顯的脫除作用。通過某些物質的催化作用將Hg0氧化成Hg2+，然后再采用常規的方法去除Hg2+，將單質汞轉變成二價汞就比較容易除去了。

2 現有煙氣處理設備脫汞效果

2.1 除塵設備脫汞效果

運行良好的電除塵器和布袋除塵器能有效地捕獲煙氣中的顆粒物能夠高效地去除顆粒態Hg(p)。氣態汞能被吸附在飛灰上，并在電除塵或布袋除塵中被捕獲。Richard Miller等[4]研究了COHPAC（一種電袋復合除塵器）結合TOXECON技術在燃煤鍋爐顆粒物控制和脫汞上的協同作用，具體工藝如下圖所示。該工藝已在Presque Isle電廠試用，測試結果顯示其在多污染物（SO2、NOx等）控制及脫汞上均有很好的效果。

工藝流程圖

2.2 脫硫裝置脫汞效果

2.2.1 干法脫硫裝置對汞脫除的效果

在干法脫硫系統中，顆粒態汞Hg(p)很容易被除去，Hg0和Hg2+能潛在地被吸附在飛灰、硫酸鈣或亞硫酸鈣顆粒表面。當煙氣通過ESP或FF時，顆粒態汞能很容易地被吸附和捕獲。

2.2.2 濕法脫硫裝置脫汞效果

Hg2+易溶于水，能被濕法煙氣脫硫（WFGD）循環液吸收，吸收效率可達69%[5]。然而氣態單質汞Hg0難溶于水，不能被循環液吸收。值得注意的是在通常的WFGD系統中，Hg0不但不會被吸收，還會略微有所增加，增加的原因是部分Hg2+被還原。

2.2.3 脫硝設備脫汞效果

選擇性催化還原（SCR）裝置在還原NOx的同時能夠將Hg0氧化成Hg2+。Hg2+相對更易被濕式噴淋裝置脫除。Hg0被SCR裝置催化氧化效率的高低受催化反應器的空塔速度、反應的溫度、氨的濃度、催化劑的壽命、氣流中氯的濃度等[6]因素影響。

3 電袋脫汞技術探討

3.1 電袋復合技術脫汞優勢

目前，煙氣脫汞還沒有一種成熟的技術，開發有發展前景的汞控制技術是很有必要的，活性炭噴射吸附方法（Activated Carbon Injection，ACI）是研究較多的汞控制技術之一。然而，在常規的單級煙氣除塵系統中使用ACI技術，尚存在許多問題。首先是活性炭的消耗量很大，導致運行成本很高；混入飛灰中的活性炭會影響飛灰利用價值；另外，最關鍵的問題是，一般的ACI技術對零價汞去除效果較差。

為此，也有研究采用塵、炭分級收集的組合方法（如TOXECON工藝），使活性炭的循環及飛灰的利用等問題得到解決，但由于該技術采用了兩套除塵系統，工藝復雜、設備投資過高。電袋復合的除塵形式，可望為ACI技術的使用提供契機。初步評估，電袋復合除塵器具有如下優點：

（1）電袋復合除塵器除塵效率高，可以滿足中長期粉塵標準排放要求；

（2）電袋復合除塵器具有更高的捕集微細粉塵PM2.5效率，對極細的顆粒汞也有良好的捕集效果；

（3）電袋復合除塵器清灰周期長，延長了吸附劑和汞的作用時間，提高汞的捕集效率；

（4）荷電粉塵和荷電吸附劑的氣溶膠效應，有利于顆粒汞和單質汞的吸附，提高汞的捕集效率；

（5）前級電場收集絕大部分粉塵使得后級濾袋的粉塵少，噴入的吸附劑受到粉塵污染（中毒）小，可以提高吸附劑的效果，提高汞的吸附效果，同時減少吸附劑的噴入量；

（6）美國EERC（能源與環境研究中心）已經進行電袋脫汞測試，結果脫汞效率達到90%以上。

3.2 電袋除塵脫汞協同技術探討

結合電袋除塵特點，在有效脫除細顆粒物的同時脫除汞，做到除塵脫汞協同進行，同時使協同控制具有設備投資和運行費用低、脫汞效率高、設備簡單等優點。為此，電袋脫汞技術可從以下幾點進行探討：

（1）吸附劑的噴射位置

吸附劑的噴射是一項關鍵技術。煙氣中汞的濃度很低，吸附劑噴射進入煙氣中時，要保證吸附劑能夠充分、均勻地與煙氣接觸，從而吸附煙氣中的汞，同時要求吸附劑盡可能少混入飛灰中，因此吸附劑的噴射位置對電袋脫汞影響很大。電袋復合除塵器采用前電后袋的模式，煙氣中80%以上的粉塵在電場區被除去，袋區收集的飛灰較少。利用電袋除塵特點，在電區后、袋區前進行活性炭噴射，這樣只有少量飛灰與活性炭混合，可以避免活性炭對大部分飛灰的二次污染，同時有利于活性炭的再生。

（2）吸附劑的改性

吸附劑的吸附效率是吸附脫汞系統運行的關鍵參數，如何對活性炭進行物理、化學處理，提高吸附效率，是一個研究熱點。由于活性炭價格高昂，為了降低活性炭脫汞成本，需對活性炭進行改性，提高活性炭的吸附能力，減少活性炭用量，節約成本。

（3）吸附劑的再生

吸附劑的再生是一項關鍵技術，同時也是一大技術難點。煙氣中汞濃度很低，要達到高的脫汞效率，吸附劑的相對消耗量較大。為了減少消耗，在吸附劑吸附汞之后，應該進行解吸附工藝脫附所吸收的汞，然后將脫汞后的吸附劑循環利用起來，以減少吸附劑的消耗，降低脫汞成本。

（4）煙氣調質劑的開發

在不采用任何固體吸附劑的情況下，在煙氣進入除塵器之前，加入微量的煙氣調質劑（0.1ppm以內），通過ESP弱電場以及飛灰與調質劑間的協同作用，促使煙氣中的零價汞氧化并轉化為顆粒汞，顯著提高電袋裝置的除汞作用。選擇合適的調質劑，可將所捕集的汞轉化為低毒穩定的化合物，實現煙氣中汞及其它污染物的綜合控制。

4 煙氣脫汞發展趨勢

汞污染控制是未來煙氣治理技術的研究熱點，煙氣脫汞技術的發展應通過提高現有煙氣控制設備的脫汞效率，尤其是提高除塵、脫硫和脫硝裝置的脫汞效率，達到多污染物的協同控制。利用電袋復合除塵器在燃煤電廠煙氣除塵上的優勢，結合其除塵特點，開發相應的脫汞技術，達到除塵脫汞一體化，將是脫汞技術的發展方向。

[1]Thomas D Brown， Dennis N Smith， Richard A Hargis， etal. Mercury measurement and its control： what we know， have learned， and need to further investigate[J]. Journal of the Air & Waste Management Association， 1999， 6.

[2]洪燕，杜云貴，隋建才. 燃煤電廠煙氣脫汞控制技術[R].第二屆國際脫硫環保技術與設備貿易展覽會暨循環經濟高峰論壇.

[3]孟昭華.冶煉煙氣制酸的除汞技術[J].硫酸工業，1986（2）：12-16．

[4]Richard Miller， etal. Effective Use of both COHPACTM & TOXECONTM technologies as the “Technology for Future” for Particulate & Mercury Control on Coal Fired Boilers.

[5]James Reynolds.Mercury removal via wet ESP [J].Power，148（8）：54-59.

[6]Richardson C Machalek，Miller S Dene，C Chang R.Effect of NOx Control Processes on Mercury Speciation in Utility Flue Gas [A].International conference on Air Quality [C].Crystal City：VA，September 9-12，2002.