火力發電廠煙氣脫汞技術的研究與分析

于海霞

摘要：煤炭在我國能源的生產和消費結構中長期處于主導地位，而火力發電廠燃煤占煤炭消耗量的40%以上，是最主要的煙氣排放源。在燃煤過程中，多種有害或潛在有害的微量元素以不同形式排放到大氣中，其中汞不易被除塵器捕獲、在大氣中停留時間長、對環境和人體會造成極大的危害，因此有效控制燃煤汞排放是我國環境汞污染控制的重中之重。

關鍵詞：火力發電廠;燃煤;汞排放;煙氣脫汞

從1999年開始，我國火力發電廠向大氣釋放的汞以9%的年均速率在增長，而向電站固體廢物中釋放的汞也已8%的速率在增長。按現有的脫汞技術和設備，到2020年，我國燃煤煙氣汞的年排放量將達到620t，如果不采取措施，按我國國民經濟和社會發展對煤炭資源需求的增長，我國燃煤工業排入大氣的汞勢必會繼續增長，因此本文將就火力發電廠煙氣脫汞技術的問題展開研究。

1.我國燃煤汞排放的現狀

受資源結構和技術水平等因素的影響，長期以來我國都是煤炭生產和消耗大國，煤炭的年消耗量約占能源總消費的72.5%。調查顯示，2050年我國煤炭占一次性能源消耗的比例仍將超過50%，從我國能源資源的狀況來看，以煤炭為主體的能源結構在今后相當長一段時間內仍然不會改變。

一般而言，煤中汞的濃度比較低，我國煤炭中汞的平均含量約為0.22mg/kg。雖然我國燃煤中汞元素的量很少，但由于數量眾多的燃煤消耗，仍然會向大氣中釋放數量巨大的汞。Wu?et?al估算出我國在1978-1995年間，燃煤排放的大氣汞約為2400t，以每年4.8%的增長速率增長。考慮到我國對電力需求的高速增長在未來一段時期內還將繼續，因此預計到2015年前后，電力行業將超過工業排放成為我國最大的燃煤汞排放源。

2.火力發電廠煙氣脫汞技術的分析

2.1?活性炭

作為一種常見吸附劑，活性炭不僅能去除煙氣中的汞，還可以吸附SO2、NO和HCl等。活性炭對汞的吸附是一個多元化的過程，它包括吸附、凝結、擴散及化學反應等過程，與吸附劑本身的物理性質、溫度、煙氣氣體成分、停留時間、煙氣中汞濃度、C/Hg比例等因素有關。

粉末活性炭是目前火力發電廠煙氣脫汞中使用最多的吸附劑，一般而言，隨著煙氣中Hg2+的增加，粉末活性炭對汞的捕集效率也會提高。但值得注意的是，對以下三類電廠的燃煤及污染控制設備的使用情況，粉末活性炭的成效卻并不明顯：第一類是火力發電廠燃燒低品位的煤，采用靜電除塵器，煤中的氯含量較低;第二類是火力發電廠燃燒低品位的煤，采用噴霧干燥脫硫和布袋除塵系統;第三類是火力發電廠燃燒高硫煤，煙氣中含有的大量的三氧化硫能富集在粉末活性炭表面上，影響汞的吸附。

2.2?鈣基和飛灰

鈣基類物質在火力發電廠十分常見，容易獲取且價格低廉，因此成為實現同時脫硫脫汞的研究熱點。現階段對鈣基類吸附劑的研究主要集中在兩個方面：一方面是對鈣基類材料的比表面性質進行改良，增加其比表面積;另一方面是以鈣基類材料為載體，在其表面負載具有一定氧化性能的物質，以增強其對汞的脫除。

燃煤爐燃燒產生的飛灰粒徑極細，具有一定的經濟價值，是一種潛在的汞吸附劑。飛灰對火力發電廠煙氣汞去除的效果差別很大，主要取決于飛灰中磁鐵礦的含量以及飛灰中類晶石結構的氧化鐵含量。飛灰吸附汞的過程是一個多元化的過程，包括吸附、凝結、擴撒以及化學反應等過程，其對汞的脫除效率與煙氣溫度、煙氣成分、飛灰成分、飛灰汞比等因素有關，另外飛灰中的多種金屬氧化物對Hg0有不同程度的催化氧化作用。

2.3?金屬及氧化物

很多金屬和金屬氧化物都能夠作為元素汞氧化的催化劑，火力發電廠使用金屬及金屬氧化物催化劑時，需要將金屬及氧化物組分負載在載體上（如蜂窩陶瓷）。例如有學者以TiO2為載體，比較了V2O5、NiO、CuO、MoO3、Fe2O3和WO3的汞氧化性能，結果發現V2O5/TiO2和CuO/TiO2在10%的負載下表現最優的汞氧化性能。

貴金屬（如金、鉑、銥、銀和銅）也具有較好的脫汞效果，雖然貴金屬的價格較高，但是由于只需要少量的負載就可以達到較好的脫汞效果（將1%的貴金屬負載在99%的氧化鋁上就能在140℃使元素汞的氧化效率達到75%），并且貴金屬具有較高的元素汞轉換效率并能夠再生使用，因此我國已經嘗試將其應用在火力發電廠煙氣中元素汞的氧化脫除上。

2.4?SCR催化劑

事實上，火力發電廠最優化的脫汞方式之一是將煙氣中的元素汞在現有的SCR裝置上，和控制氮氧化物一起，實現聯合脫除的模式，這一方面可以減少場地及裝置的再建和運行費用，另外也可減少含汞飛灰等電廠副產品的二次污染，實現集中控制。

SCR催化劑催化氧化元素汞的機制目前尚未完全清楚，一些學者提出了幾種可能性，大多數研究都發現了元素汞可以吸附在SCR催化劑的表面。一般認為SCR催化劑還原氮氧化物以及氧化元素汞分別為兩個區域進行，第一個是入口附近，這里的NH3比較多，SCR表面的活性位主要被氨占據，這個區域發生NO的還原反應;在SCR催化劑的后半程，大部分NH3被消耗，此時占據催化劑表面的主要是HCl或者Cl2，在這個區域實現元素汞的氧化反應。

目前商用SCR催化劑的主要成分是以TiO2為載體的V2O5/WO3，針對此類SCR催化劑催化氧化煙氣中元素汞的研究不僅僅局限在實驗室規模上，已經進行過中試尺度規模的運行測試，這些研究還考察了主要的脫汞影響因素，如煙氣中主要氣體組分（HCl的濃度、NO的濃度和NO/NH3比值等）、煙氣溫度和燃煤類型等的影響。

3.小結

目前我國火力發電廠還沒有一項成熟、可應用的脫汞技術，大部分脫汞技術還處于實驗室研究階段。日后針對火力發電廠煙氣脫汞的研究重點將集中在如何有效利用現有污染控制設備以提高汞的脫除效率，走復合式污染控制的道路。因此，利用煙氣脫硝的控制設備來實現協同脫汞有明顯的優勢，其應用前景非常廣闊。

參考文獻：

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如果以上分析能為這方面提供一點見解的話，我希望在不久的將來，能為解決此問題及延長襯板的使用壽命做出自己的貢獻。

參考文獻?：

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