燃煤電廠飛灰改性吸附劑脫汞技術

徐旭東，壽志毅，李文華，劉含笑，顏士娟，馮國華,郭高飛，

(1.浙江菲達環保科技股份有限公司,浙江 諸暨 311800； 2.浙江浙能溫州發電有限公司,浙江 樂清 325602)

中國50%以上的燃煤應用于燃煤電廠，而燃煤電廠排放的Hg占全國總排放的比例超過50%[1]。中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，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脫除技術又可以分為利用現有設備協同脫Hg和外加設備吸附脫Hg兩種[3-4]，其中，煙道噴射改性飛灰吸附脫Hg技術可行性強，經濟性好，對原有設備影響小，是前景較好的脫Hg技術之一。

1 燃煤電廠協同脫汞能力及Hg的分布特征

燃煤電廠現有脫硝、除塵及脫硫設備對煙氣中的Hg有一定的轉化或協同脫除能力。根據相關文獻中對國內6個電廠汞排放結果的分析，SCR能促使HgO氧化成Hg2+，電除塵器可脫除絕大部分的Hgp，效率可達6.07%～46.41%；石灰石-石膏濕法脫硫對Hg2+和總Hg的脫除效率分別為78.99%、42.09%。燃煤煙氣中的Hg經過現有設備的協同控制后，可滿足30μg/m3的排放要求。

圖1 某300MW機組電廠痕量元素的分布特征

2 飛灰改性吸附脫Hg技術

王樹民[1]等基于對國內部分電廠的現場實測，Hg的排放濃度在0.19μg/m3～11.3μg/m3，現有設備的綜合協同脫Hg效率在17.8%～96.7%。張永生[5]等基于現場實測，對某300MW機組不同采樣點的痕量元素(含Hg)特性進行了系統分析，如圖1所示。燃煤電廠排放的Hg主要含在爐渣、粉煤灰、石膏及煙氣中，且在環境資源利用中，石膏中微量元素的穩定性弱于粉煤灰，這可能意味著微量元素應該盡可能地保留在粉煤灰中，以減緩微量元素在環境中的擴散。

2.1 傳統飛灰脫Hg技術

燃煤飛灰對Hg具有吸附能力，尤其是飛灰中的未燃盡碳對Hg具有較好的吸附效果[6]。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三分之一；而低濃度Hg環境中，飛灰可以實現與商業活性炭相當的脫Hg效率。因此，對于燃煤電廠這種低Hg煙氣，在性能方面，是可以采用飛灰脫汞的。

2.2 改性飛灰吸附脫Hg技術

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%)。

2.3 基于機械破碎和溴化物改性相結合的飛灰脫汞性能[7]

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正相關，研磨達到50min到峰值，磨削超過50min并沒有進一步改善。汞吸附試驗結果表明，機械化學處理技術結合溴化化合物的加入提高了粉煤灰的汞吸附性能。物理和化學因素都有助于提高捕獲性能。增加磨削時間，產生的顆粒較小，表面積較大，暴露了更多未燃燒的碳，這導致了更好的汞吸附。對改性粉煤灰的熱重量分析表明，隨著磨削時間的增加，燃燒峰值溫度向較低溫度變化。結果表明，機械處理增加了粉煤灰的熱活性。

3 結語

機械和溴化物改性飛灰吸附脫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。