李大龍

摘要：燃煤電廠的汞污染問題成為電力行業(yè)發(fā)展過程中繼SO2、NOx之后的又一重大熱點(diǎn)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(xiàn)有設(shè)施和設(shè)備，以高效、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)手段最大程度的滿足新版標(biāo)準(zhǔn)中對汞排放的要求，并提出解決辦法。同時(shí)本文分析了國際上對汞污染物排放控制的政策發(fā)展歷史和趨勢，結(jié)合國內(nèi)的實(shí)際情況，提出了在今后一段時(shí)期內(nèi)最適宜在我國電力行業(yè)應(yīng)用的汞排放控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：汞 污染 排放 燃煤電廠

中圖分類號：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)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(jīng)成為全球環(huán)境問題的新熱點(diǎn)和前沿研究領(lǐng)域。2002年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）專門對全球汞污染狀況進(jìn)行了評估，指出“人為活動(dòng)的汞排放已經(jīng)明顯改變了全球汞的自然循環(huán)，對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了嚴(yán)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(shí)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(yù)計(jì)2020年我國燃煤電廠產(chǎn)生的大氣汞將高達(dá)310～450t，屆時(shí)我國能源行業(yè)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(qiáng)制控制的目標(biāo)列入排放標(biāo)準(zhǔn)。所以國外一些主流的汞污染控制技術(shù)，不一定適用于中國。對于中國來說，如何最大化的利用現(xiàn)有的設(shè)備，發(fā)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(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，最有很大的意義。

1燃煤電廠汞排放特點(diǎn)及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律

1.1燃煤電廠汞排放特點(diǎn)

區(qū)別于一般的人類活動(dòng)汞排放，燃煤電廠的汞排放具有下列的顯著特點(diǎn)。

（1）排放集中。燃煤電廠是最大的人為汞排放污染源，據(jù)統(tǒng)計(jì)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(shí)，汞大部分隨煙氣排入大氣，而進(jìn)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(fā)性極強(qiáng)，排放后可在大氣中停留達(dá)1年以上，極易通過大氣擴(kuò)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(jīng)納入了環(huán)保部門的監(jiān)管范圍內(nèi)。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(xiàn)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(zhuǎn)移到了污泥中，本質(zhì)上并沒有被去除，累積之下依然對周邊環(huán)境造成潛在危害。

1.2汞的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律

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

在通常的爐膛溫度范圍內(nèi)（1200℃～1500℃），大部分汞的化合物在溫度高于800℃時(shí)處于熱不穩(wěn)定狀態(tài)，會(huì)分解成元素態(tài)汞。因此在爐內(nèi)高溫下，煤中幾乎所有的汞（包括無機(jī)汞和有機(jī)汞）都會(huì)轉(zhuǎn)變成元素汞并以氣態(tài)形式進(jìn)入煙氣[1]。煙氣中汞的存在形式主要包括氣相汞（單質(zhì)汞Hg0和氣相二價(jià)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(tài)受到煤種、燃燒條件及煙氣成分等多種因素影響。

2 現(xiàn)有設(shè)備和措施的汞脫除能力分析

對于國內(nèi)的主流燃煤電廠來說，現(xiàn)有的設(shè)備和措施主要以燃燒后脫汞為主。2011年，環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的最新版的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中，規(guī)定對于全部鍋爐，自2015年1月1日起執(zhí)行0.03mg/m3的汞排放限值。對于已經(jīng)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(shè)施即能滿足要求。若為了減少汞排放而專門新增一套系統(tǒng)，無論從經(jīng)濟(jì)性還是實(shí)用性上來說，目前都不具備條件。

燃煤電廠現(xiàn)有的具有汞脫除能力的設(shè)備按安裝位置依次有SCR脫硝反應(yīng)系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)以及濕法脫硫系統(tǒng)。下面對這些系統(tǒng)進(jìn)行分別簡要綜述。

（1）SCR系統(tǒng)。SCR系統(tǒng)的脫汞能力主要體現(xiàn)在催化劑可以將Hg0氧化為Hg2+，增加煙氣中Hg2+的濃度，進(jìn)一步提高濕法脫硫系統(tǒng)中汞的去除效率。諸多研究均已證實(shí)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(shí)SCR催化劑催化氧化Hg0的效率可高達(dá)80%～90%[2]。但總體上來講，催化氧化的過程是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，其主要機(jī)理需要進(jìn)一步的深入研究才能完全掌握。

（2）除塵系統(tǒng)。現(xiàn)在燃煤電廠應(yīng)用廣泛的除塵系統(tǒng)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(tài)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(jī)理捕獲飛灰顆粒，通常用來脫除高比電阻粉塵和微細(xì)粉塵，尤其在脫除微細(xì)粉塵方面，有其獨(dú)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(xiàn)好于靜電除塵器。

（3）濕法脫硫系統(tǒng)。脫硫設(shè)施溫度相對較低，溫度區(qū)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(shè)備。特別是在濕法脫硫系統(tǒng)中，由于Hg2+易溶于水，容易與石灰石或石灰吸收劑反應(yīng)，所以約90%的Hg2+能夠在濕法脫硫系統(tǒng)中被去除。Hg2+所占比例是影響脫硫設(shè)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(shè)施對汞的去除效果。

3 新型強(qiáng)化除汞技術(shù)簡介

目前，脫汞技術(shù)可以分為專門脫汞技術(shù)和新型強(qiáng)化脫汞技術(shù)。專門的脫汞技術(shù)主要就是吸附劑吸附技術(shù)，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(nèi)外采用的新型、可靠的強(qiáng)化脫汞技術(shù)則主要有燃煤添加劑技術(shù)，除塵器前噴射吸附劑技術(shù)，吸收塔內(nèi)添加穩(wěn)定劑技術(shù)和脫硫廢水絡(luò)合絮凝技術(shù)。

各種方法的投資運(yùn)行成本對比見表1。

以下重點(diǎn)比較新型強(qiáng)化脫汞技術(shù)。

（1）燃煤添加劑技術(shù)。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(xù)的飛灰吸附和濕法脫硫系統(tǒng)的捕集，達(dá)到增強(qiáng)脫汞效率的目的。現(xiàn)用的添加劑以溴素或溴化物添加劑為主，在燃燒過程中會(huì)釋放氧化劑，形成如下化學(xué)反應(yīng)：

此方法實(shí)施簡單，成本也較低，但會(huì)加重脫硫系統(tǒng)的防腐壓力。

（2）吸附劑噴射技術(shù)。此技術(shù)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(tǒng)噴射至空預(yù)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(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是針對性強(qiáng)，見效快，缺點(diǎn)是運(yùn)行成本高。

（3）吸收塔內(nèi)添加穩(wěn)定劑和氧化劑技術(shù)。濕法脫硫系統(tǒng)對Hg2+有良好的脫除性能。但是當(dāng)Hg2+達(dá)到一定的濃度后，吸收塔內(nèi)的汞脫除效率就會(huì)降低。穩(wěn)定劑的作用是通過絡(luò)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?qū)南礈煨?。同樣，若煤質(zhì)中汞含量過高，則可以在吸收塔內(nèi)噴入一些強(qiáng)制氧化劑（如溴化鈣），對Hg0進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)化以提高除汞效率。

（4）脫硫廢水絡(luò)合絮凝技術(shù)。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(jī)高分子螯合劑或絡(luò)合劑。通過螯合或絡(luò)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?，F(xiàn)在得到普遍應(yīng)用的高效汞絡(luò)合劑是有機(jī)硫。

4 適用于中國燃煤電廠的技術(shù)討論

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，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(shù)電廠由于煤質(zhì)原因排放煙氣的汞濃度超過新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(gè)方面。

（1）一般在SCR脫硝系統(tǒng)，高效除塵系統(tǒng)和濕法脫硫都具備的情況下，汞濃度會(huì)低于30μg/m3，不需加設(shè)特定的脫汞裝置。但應(yīng)具備汞的實(shí)時(shí)監(jiān)測能力。

（2）若在上述三套系統(tǒng)協(xié)同作用下，汞排放濃度還是超標(biāo)，首先應(yīng)檢測各個(gè)系統(tǒng)是否分別對氮氧化物，飛灰和二氧化硫的去除達(dá)標(biāo)，若不達(dá)標(biāo)，考慮對不達(dá)標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

（3）若三套系統(tǒng)分別達(dá)標(biāo)，而汞排放濃度仍然超標(biāo)，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(jìn)行強(qiáng)制氧化，然后考慮在輸煤皮帶或給煤機(jī)中摻入一些溴化鈣，以期在燃燒階段將Hg0轉(zhuǎn)化為容易被后續(xù)裝置去除的顆粒汞和Hg2+。摻入量應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)分析汞含量決定。

（4）最后考慮在空預(yù)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(jīng)驗(yàn)，一般利用溴化活性炭噴射技術(shù)，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(huì)解決燃煤電廠汞排放的問題，但應(yīng)該注意到，目前所有的技術(shù)都只是將煙氣中的汞收集到飛灰、石膏或污泥當(dāng)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(huán)保行業(yè)面臨的又一課題。如何最好的處理好汞排放的問題，最終達(dá)到污染減少、環(huán)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(xiàn)

[1] 楊立國，段鈺峰，楊祥花，等.燃煤電廠汞排放特性實(shí)驗(yàn)研究[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，37（5）：817-821.

[2] 劉昕，蔣勇.美國燃煤火力發(fā)電廠汞控制技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀[J].高科技與產(chǎn)業(yè)化，2009（3）：92-95.