燃煤電廠煙道噴射吸附劑脫Hg技術研究

駱建友，許東旭，劉含笑，趙勝清，王建忠，方小偉，顏士娟

（浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800）

引言

Hg等有毒重金屬對環境和人類健康均有較大危害，中國的Hg排放量世界第一，約占全球的40%，是美國和印度排放量的3倍。我國燃煤電廠的Hg排放量占國內全部排放量的35%，其中，各種形態的汞（Hg0、Hg2+和Hgp）分別約為16%、61%、23%[1]。我國現有的燃煤電廠超低排放要求各項指標均優于美國，但未對Hg提出更嚴格的排放指標，《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）要求燃煤電廠的Hg排放限值是30μg/m3，但可以預計，隨著超低排放的全面實施，對燃煤電廠Hg等有毒重金屬排放限值要求也將日益趨嚴[2]。

燃煤電廠Hg控制技術主要有燃燒前、燃燒中和燃燒后脫Hg技術，其中，燃燒后煙氣Hg脫除技術又可分為利用現有設備協同脫Hg和外加設備吸附脫Hg兩種，按吸附系統或裝置不同，吸附脫Hg有固定床脫Hg和吸附劑噴射脫Hg兩種[3]，前者一般布置在除塵后的低煙塵濃度區域，但依然會存在堵灰、阻力大、能耗高等問題；后者的布置位置相對靈活，且用于煙道噴射的吸附劑也有活性炭類、改性飛灰、鈣基類吸附劑、礦物（硅、鋁、鈣）等多種。煙道噴射吸附脫Hg技術可行性強，對原有設備的影響較小，是發展前景最好的脫Hg技術。本文對各類煙道噴射吸附脫汞技術的原理、特點、適用范圍、性能、研究進展等進行總結和分析，旨在為后續技術優化提供借鑒。

1 活性炭吸附脫Hg

活性炭吸附脫Hg技術原理如右圖所示，其表面具有良好的微孔結構，比表面積大，吸附性強，既有物理吸附，也有化學吸附，活性炭表面的含氧官能團（如羥基-OH、羰基C=O、羧基-COOH內酯基等）可將零價Hg0氧化成二價Hg2+。

活性炭脫汞原理

活性炭吸附脫Hg裝置一般布置在除塵裝置前，吸附Hg后的活性炭在除塵裝置中收集后，與粉煤灰一起輸送至灰庫。活性炭對Hg的吸附效率與煙氣中Hg濃度、活性炭噴射量、活性炭在煙氣中停留時間等因素正相關，當煙溫超過100℃時，活性炭比表面積物理吸附對脫Hg性能的影響開始減小。但值得注意的是，活性炭的吸附特性是非選擇性的，不僅能吸附煙氣中的Hg，還能吸附其他成分，且吸附后不容易再生，因此往往對新鮮活性炭的消耗量較大[4]，一般活性炭跟煙氣中Hg的質量比在2000 ∶ 1～15,000 ∶ 1，成本較高。該技術目前在美國應用最多，據美國能源局估計，脫除1磅Hg（0.45kg），需25,000～70,000美元[5]。

2 改性活性炭吸附脫Hg

活性炭的改性主要是通過鹵族元素（如Cl、Br等）、金屬（如Mn、Fe、Cu等）及其化合物等方式來實現，在活性炭表面形成新的活性中心，提高活性炭吸附性能。相關研究表明，通過氯化物改性活性炭，在實驗條件140℃時，對Hg的吸附效率大于90%；摻雜CeO2的活性炭脫Hg效率可達70%，再加入Mn之后，效率可達90%。

目前，國外成熟的改性活性炭產品有美國Cabot公司的DARCO HG系列、Albemarle公司的B- PAC溴化活性炭系列等。脫Hg效率可達70%～98%，每吸附1磅Hg的成本約為2000～20,000美元。

通過鹵族元素或金屬及其化合物改性的活性炭雖然吸附效率增強，但仍然無法實現和飛灰分離回用，脫Hg成本較高。相關研究發現，通過活性炭內加入永磁物質（如鐵離子），可使脫Hg吸附劑具有較好的可回收特性[6、7]；近年來，第三代活性炭材料——活性碳纖維的使用，進一步提高了活性炭的脫Hg效率[8、9]。

3 飛灰吸附脫Hg

燃煤飛灰對Hg具有吸附能力，尤其是飛灰中的未燃盡炭對Hg具有較好的吸附效果[10]。相關研究表明，飛灰顆粒表面的碳元素能與M（Ti、Si等）元素形成C-M鍵，從而有效促進零價Hg0氧化成Hg2+，并被吸附在顆粒表面形成顆粒Hgp。

脫Hg性能方面，在較高Hg濃度的試驗條件（＞0.25mg/m3）下，飛灰對Hg的吸附效率約為活性炭的1/3；而低濃度Hg環境中，飛灰可實現與活性炭相當的脫Hg效率。因此，對于燃煤電廠的低Hg煙氣，在性能方面，是可以采用飛灰脫Hg的。有研究表明，通過機械研磨粗顆粒飛灰，使得飛灰暴露新鮮表面，可進一步提高Hg的吸附效率，且提效幅度與研磨時間（≤50min）正相關[11]。

4 改性飛灰吸附脫Hg

為進一步提高飛灰對Hg的吸附脫除能力，可通過鹵族元素（如Cl、Br等）、金屬（如Mn、Fe、Cu等）及其化合物等進行改性。如相關試驗研究表明，HBr改性的飛灰脫汞效率（98.4%）明顯高于CaCl2（67.5%）和CaBr2（46.4%），遠遠優于原始飛灰（8.1%）。

5 結語

活性炭噴射脫Hg技術較為成熟，但其成本較高，且增大了除塵負荷；燃煤飛灰吸附脫Hg技術受飛灰組分（尤其是飛灰含碳量）等影響較大，性能不穩定；改性飛灰吸附脫Hg技術兼顧的脫Hg性能和投資、運行費用的經濟性，是當前技術經濟性最好的吸附脫Hg技術。