華曉宇，滕敏華，沈佩華

（浙江省潔凈煤技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心，杭州 310052）

2011年7月，我國(guó)環(huán)境保護(hù)部門(mén)頒布了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，標(biāo)準(zhǔn)要求2012年后的新建電廠，燃煤機(jī)組排放煙氣中的汞含量不得超過(guò)0.03mg／m3。本文將根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)某發(fā)電集團(tuán)燃煤機(jī)組的汞排放進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)汞排放控制的策略進(jìn)行探索，包括對(duì)該發(fā)電集團(tuán)燃煤機(jī)組的常用煤種中汞含量的檢測(cè)，并在某臺(tái)機(jī)組上對(duì)汞的形態(tài)轉(zhuǎn)換和排放量進(jìn)行測(cè)定。本文還將結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)提供的汞排放數(shù)據(jù)建立該發(fā)電集團(tuán)燃煤機(jī)組汞排放量估算模型，并對(duì)機(jī)組的汞排放形態(tài)和排放強(qiáng)度進(jìn)行估算。

1 汞排放的估算方法

燃煤機(jī)組汞的年排放量與鍋爐的年平均用煤量、煤中平均汞含量和汞排放影響系數(shù)有關(guān)，不同的煤種汞的含量和排放影響系數(shù)不同，因此為了估算燃煤機(jī)組汞的年排放量就必須了解煤種平均汞含量和排放影響系數(shù)。

1.1 估算模型

燃煤機(jī)組的汞排放包括氣態(tài)汞和固態(tài)汞，其中氣態(tài)汞通過(guò)煙氣向大氣排放，固態(tài)汞通過(guò)與鍋爐底渣、除塵器飛灰、脫硫廢水和石膏結(jié)合后排放。汞排放量與鍋爐年平均用煤量、煤中平均汞含量以及汞排放影響系數(shù)有關(guān)，其中汞排放影響系數(shù)指燃煤機(jī)組氣態(tài)汞排放量占汞排放總量的比例，與機(jī)組的煙氣處理方式等有關(guān)。燃煤機(jī)組氣態(tài)汞的年排放量估算模型為：

式中：Wg為燃煤機(jī)組氣態(tài)汞的年排放量，g；Mi為鍋爐單位容量的第i種煤年平均用煤量，t／MW；Ci為第i種煤中平均汞含量，mg／kg；TFi為第i種煤的汞排放影響系數(shù)。

燃煤中的汞按TFi比例以氣態(tài)排放，固態(tài)汞排放影響因素即為（1－TFi），因此剩下的固態(tài)汞年排放量Ws估算模型為：

式中：Ws為燃煤機(jī)組固態(tài)汞的年排放量，g。

Mi的確定需要對(duì)機(jī)組的年耗煤量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；Ci的確定需要對(duì)燃煤的汞含量進(jìn)行測(cè)定，不同來(lái)源的燃煤有不同的汞含量，由于機(jī)組的燃煤來(lái)源是變化的，因此必須考慮一年內(nèi)煤種的變化，準(zhǔn)確反映機(jī)組燃煤的汞含量；TFi的確定應(yīng)當(dāng)根據(jù)燃煤機(jī)組的汞排放量進(jìn)行測(cè)定，汞排放量與燃煤機(jī)組的系統(tǒng)組成有關(guān)，燃用同樣的煤種，由于燃煤機(jī)組的系統(tǒng)組成不同，汞排放量也會(huì)不同，因此汞排放影響系數(shù)也會(huì)不同。

1.2 煤種平均汞含量

集團(tuán)下機(jī)組所用的燃煤以我國(guó)北方產(chǎn)的優(yōu)混、蒙混、大混等煙煤為主，以及少量（5%左右）澳洲和印尼進(jìn)口煤；這些煤的汞含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 集團(tuán)燃用的幾種煤汞含量 mg／kg

1.3 煙氣汞排放影響系數(shù)

根據(jù)煤種特性、燃燒方式和現(xiàn)有電除塵、脫硫、脫硝等煙氣處理裝置，集團(tuán)下的燃煤機(jī)組系統(tǒng)組成可以按表2分類(lèi)。

表2 集團(tuán)燃煤機(jī)組的系統(tǒng)組成部分和分類(lèi)方式

目前，該發(fā)電集團(tuán)的燃煤機(jī)組以300MW及以上的容量為主，年耗煤量約4 200萬(wàn)t，大部分鍋爐采用四角切圓燃燒，部分采用前后墻對(duì)沖燃燒；鍋爐的煙氣顆粒物控制全部采用靜電除塵裝置（ESP）；SO2控制基本采用濕法脫硫（WFGD），只有1臺(tái)125MW的機(jī)組采用了半干法石灰石噴射法（SD）脫硫；氮氧化物的排放采用低NOx燃燒器控制，部分機(jī)組同時(shí)采用選擇性催化還原（SCR）技術(shù)。發(fā)電集團(tuán)下的燃煤機(jī)組可以分成五類(lèi)，見(jiàn)表3。

表3 典型電廠燃煤機(jī)組基本組成及TFi的確定

排放影響因素的確定十分困難，要得到各類(lèi)組成的機(jī)組準(zhǔn)確可靠的煙氣汞排放影響系數(shù)，必須有大量測(cè)定結(jié)果作為依據(jù)，但是目前集團(tuán)還沒(méi)有設(shè)立燃煤汞的排放監(jiān)測(cè)，因此缺乏可以參考的數(shù)據(jù)。本文只能對(duì)某電廠的汞排放進(jìn)行實(shí)測(cè)，結(jié)合清華大學(xué)和浙江大學(xué)的部分測(cè)試整理結(jié)果［1］，然后對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)取平均值，利用平均值確定部分典型燃煤機(jī)組的汞排放影響系數(shù)。

根據(jù)文獻(xiàn)資料，低NOx燃燒器的安裝和鍋爐爐型對(duì)機(jī)組的汞排放幾乎沒(méi)有影響，TFi的估算可以忽略它的影響。同時(shí)由于爐內(nèi)溫度較高，絕大多數(shù)汞都轉(zhuǎn)化為零價(jià)汞隨煙氣排出，因此爐內(nèi)噴鈣脫硫?qū)Fi的估算影響也可以忽略。

根據(jù)3號(hào)機(jī)組的汞排放實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，安裝有ESP、WFGD和SCR脫硝裝置的鍋爐（表3第1組），TFi的估算值僅為0.096；根據(jù)其他文獻(xiàn)資料［2］，對(duì)于安裝有ESP和 WFGD設(shè)備的鍋爐（表3第2組第4組和第5組，TFi的估算值0.310；對(duì)于表3第3組的煙氣汞排放影響系數(shù)與只安裝有ESP的機(jī)組相同，TFi的估算值TFi在0.870左右。

2 集團(tuán)燃煤機(jī)組的汞排放量

2011年，集團(tuán)下20臺(tái)機(jī)組的氣態(tài)汞、固態(tài)汞和總汞的年排放量見(jiàn)表4，表中TFi的取值與鍋爐煙氣處理裝置有關(guān)，參見(jiàn)表3。從估算結(jié)果來(lái)看，2011年該集團(tuán)電廠燃煤鍋爐總汞排放量約為8.680t，其中氣態(tài)汞總排放量約為2.47t，占總汞排放量的28.4%。

表4 2011年各機(jī)組的燃煤組成及汞排放情況

3 汞排放減排策略

燃煤機(jī)組汞控制的方法很多，包括燃燒前、燃燒中和燃燒后控制技術(shù)?？紤]到經(jīng)濟(jì)性、安全性和穩(wěn)定性，結(jié)合集團(tuán)下燃煤機(jī)組的煙氣處理裝置和實(shí)際的汞排放情況，利用已有的污染控制設(shè)備脫汞是最可行的方法。例如機(jī)組的汞排放量與煙氣凈化裝置有關(guān)，已有的選擇性催化還原脫硝裝置、電除塵器、濕法脫硫系統(tǒng)都可以脫除煙氣中的部分汞。

該集團(tuán)的機(jī)組全部都裝有ESP，而ESP對(duì)脫除顆粒汞具有極高的效率，一般大于99%。近期因?yàn)閲?guó)家環(huán)保對(duì)燃煤電廠粉塵排放的要求，集團(tuán)將把部分燃煤機(jī)組改造為高效控制電除塵、電袋、或濕式除塵器，此舉將進(jìn)一步提高除塵設(shè)備對(duì)顆粒汞的吸附，通過(guò)除塵器可以基本除去煙氣中的顆粒汞，達(dá)到較高的煙氣汞脫除率。

3.1 零價(jià)汞的脫除

零價(jià)汞的脫除，直接從煙氣中捕捉是目前較為可行的方法，將煙氣中的零價(jià)汞氧化，然后依靠FGD脫除氧化態(tài)汞的方法也比較有效。

1）直接從煙氣中捕捉方法 采用煙氣汞吸收劑噴射技術(shù)，可以直接從煙氣中捕捉零價(jià)汞，汞脫除效率高，但運(yùn)營(yíng)成本較高，經(jīng)濟(jì)性有待于解決。

2）把零價(jià)汞氧化方法 安裝了SCR的機(jī)組，煙氣流經(jīng)SCR催化劑時(shí)，煙氣里大多數(shù)的單質(zhì)汞將被氧化并被煙氣中的飛灰所吸附，并且經(jīng)過(guò)電除塵器后煙氣中絕大部分的顆粒汞會(huì)隨飛灰被脫除。氧化態(tài)汞容易溶于水，當(dāng)煙氣經(jīng)過(guò)濕法脫硫系統(tǒng)時(shí)，煙氣中的大部分氧化態(tài)汞會(huì)被濕法脫硫系統(tǒng)脫除而殘留在脫硫產(chǎn)物中。SCR技術(shù)的前期投資雖然較大，但為了脫硝該集團(tuán)計(jì)劃在所有機(jī)組中都安裝SCR，因此利用SCR脫汞也更可行。

煙氣汞排放實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，安裝了SCR、ESP和FGD的機(jī)組，汞的總排放可以降低90.4%，如果集團(tuán)下屬全部燃煤機(jī)組裝備都安裝SCR，氣態(tài)汞排放可降至0.827t，比目前減少80%。不過(guò)由于煤種、燃燒方式以及SCR催化劑成分等不同，飛灰對(duì)煙氣汞的高吸附率可能和SCR催化劑成分和煙氣成分有關(guān)，煙氣凈化裝置的脫汞能力也不盡相同，實(shí)際效果還需進(jìn)一步確認(rèn)。

3.2 二價(jià)汞的脫除

對(duì)于二價(jià)汞的脫除，普遍認(rèn)為最有效的方式是利用二價(jià)汞的可溶性通過(guò)濕法脫硫裝置對(duì)煙氣中的二價(jià)汞進(jìn)行脫除。但根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及文獻(xiàn)參考資料，雖然WFGD可以脫除煙氣中大部分二價(jià)汞，但有一部分二價(jià)汞可能會(huì)還原成零價(jià)汞，使尾氣中零價(jià)汞濃度升高。因此汞在脫硫漿液中的穩(wěn)定性還有待于進(jìn)一步研究。

3.3 脫汞技術(shù)的進(jìn)步

隨著國(guó)家環(huán)保政策的日趨嚴(yán)格，完全依靠現(xiàn)有污染物脫除裝置，可能達(dá)不到今后國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，因此必須關(guān)注更有效的脫汞的方法。爐前溴化添加劑脫汞技術(shù)和燃燒后的噴射溴化粉狀活性炭吸附劑等方法是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ拿摴夹g(shù)。燃煤電廠爐前溴化添加劑脫汞技術(shù)可以在電廠輸煤皮帶上或給煤機(jī)里加入溴化鹽溶液，也可以直接將溶液噴入鍋爐爐膛，其機(jī)理與SCR催化劑的作用一樣也是把零價(jià)汞氧化后再除去，但是投資和運(yùn)行成本較低，總汞脫除率控制在80%以上，適用于國(guó)家對(duì)脫汞要求不嚴(yán)的時(shí)期。燃燒后的活性碳噴射技術(shù)目前被認(rèn)為是最可靠的汞控制技術(shù)，總汞脫除效率在94%左右，可適用于世界上最嚴(yán)格的汞排放要求，但投資和運(yùn)行成本較高。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)發(fā)電燃煤機(jī)組的汞排放量估算結(jié)果，2011年該發(fā)電集團(tuán)下的燃煤機(jī)組氣態(tài)汞排放量約為2.467t，固態(tài)汞排放量約為6.254t，總汞排放量約為8.680t，氣態(tài)汞排放濃度在0.001～0.030mg／m3之間，滿(mǎn)足國(guó)家目前環(huán)保要求。集團(tuán)下的15號(hào)機(jī)組采用干法脫硫，屬汞排放濃度最高0.030mg／m3，遠(yuǎn)高于采用濕法脫硫的機(jī)組。

燃煤機(jī)組裝置WFGD和SCR后對(duì)汞的脫除貢獻(xiàn)率較大，如果該發(fā)電集團(tuán)下屬燃煤機(jī)組全部裝備WFGD和SCR，該發(fā)電集團(tuán)的年氣態(tài)汞排放可降至0.833t，比目前減少66.2%，是目前最佳的汞控制策略。當(dāng)然，隨著國(guó)家環(huán)保政策的日趨嚴(yán)格，完全依靠現(xiàn)有污染物脫除裝置不一定能達(dá)到今后的排放標(biāo)準(zhǔn)，因此要關(guān)注燃燒前的爐前溴化添加劑脫汞技術(shù)和燃燒后的噴射溴化粉狀活性炭吸附劑等脫汞技術(shù)的發(fā)展。

［1］劉飛，喬少華，晏乃強(qiáng)，等.燃煤煙氣中零價(jià)汞控制技術(shù)研究進(jìn)展［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù).2012（06）：58－63.

［2］王書(shū)肖，郝吉明.中國(guó)燃煤電廠大氣汞排放及控制潛力［R］.北京：國(guó)家環(huán)保部，2011.