蔡天忠，劉含笑，王建忠，駱建友，方小偉，吳　金，許東旭

(浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，浙江 諸暨　311800)

燃煤煙氣中Hg存在形態(tài)主要有3種：氣態(tài)元素汞(Hg0)、氧化態(tài)汞(Hg2+)和固體顆粒態(tài)汞(Hgp)。煙氣中汞的形態(tài)分布主要與燃煤中氯元素含量和溫度的影響有關(guān)，現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)要求燃煤電廠Hg排放限值為30μg/m3，但隨著超低排放的全面實(shí)施，燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)修訂勢在必行，屆時(shí)，極有可能會(huì)對Hg等有毒重金屬提出更嚴(yán)格要求。

1　中國燃煤電廠煙氣Hg控制需求分析

圖1　中國燃煤汞排放區(qū)域分布圖(2007年)

Hg等有毒重金屬對人類及生物環(huán)境造成的危害極大，中國為世界Hg排放第一大國。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的數(shù)據(jù)顯示2005年全球人為排放汞的總量約2000t，而中國的排放量達(dá)到了800多t，相當(dāng)于印度與美國總和的3倍，約占全球排放量的40%。聯(lián)合國環(huán)保署發(fā)布報(bào)告稱，燃煤電廠是全球最大的人為汞污染源。美國EPA估算美國燃煤排放的汞占其全部汞排放的33%。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)描述，2000年中國燃煤排汞219.5 t，遠(yuǎn)高于美國(21.2 t)，中國汞排放中燃煤電廠占比約為35%，其中，Hg0、Hg2+和Hgp占比分別約為16%、61%、23%。中國燃煤Hg排放區(qū)域分布如圖1所示，主要集中在中、東部地區(qū)。根據(jù)《中國燃煤電廠大氣汞排放控制研究》(2010年)計(jì)算，在基準(zhǔn)、常規(guī)和加嚴(yán)三種燃煤電廠汞排放控制情景，到2020年大氣汞排放量將比2008年分別增加56%～67%、50%和基本保持不變。不同控制情景下中國燃煤電廠大氣汞排放總量如圖2所示。

圖2　不同控制情景下中國燃煤電廠大氣汞排放總量

中國燃煤電廠煙氣超低排放各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于美國，唯有Hg排放較美國寬松，如圖3所示。2005年美國環(huán)保署(EPA)頒布了《清潔空氣汞法規(guī)》(Clean Air Mercury Rule)，成為世界上首個(gè)針對燃煤電廠Hg排放實(shí)施限制標(biāo)準(zhǔn)的國家，目前美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，燃用非低階煤和低階煤的現(xiàn)役燃煤電廠Hg的排放限值分別為0.013 lb/GWh和0.12 lb/GW，燃用非低階煤和低階煤的新建燃煤電廠Hg的排放限值分別為0.0002 lb/GWh和0.04 lb/GW，美國燃煤電廠Hg排放限值大致在2μg/m3～5μg/m3。我國關(guān)于汞排放和控制技術(shù)的研究起步較晚，《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)，規(guī)定了火力發(fā)電鍋爐的汞及其化合物的排放限值為30μg/m3。《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4915-2013)、《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 30484-2013)等標(biāo)準(zhǔn)，也均對汞排放量給出了限值要求。隨著燃煤電廠煙氣超低排放的全面實(shí)施，燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)修訂勢在必行，屆時(shí)，極有可能會(huì)對Hg等有毒重金屬提出更嚴(yán)格要求。

圖3中美燃煤電廠大氣污染物排放限值對標(biāo)

2　國內(nèi)外燃煤電廠煙氣Hg控制技術(shù)現(xiàn)狀

國內(nèi)外已有燃煤電廠煙氣脫Hg技術(shù)應(yīng)用。燃煤電廠Hg排放控制技術(shù)主要集中在三個(gè)方面：燃燒前脫Hg、燃燒中脫Hg和燃燒后脫Hg。

其中，燃燒前脫Hg方法主要是通過改進(jìn)煤的洗選技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，如發(fā)達(dá)國家的原煤洗選率達(dá)40%～100%，而中國僅22%，洗選煤實(shí)際上是Hg減排的最簡單和有效的方法之一。

燃燒中脫汞主要通過改進(jìn)燃燒方式來實(shí)現(xiàn)，如CFB技術(shù)、爐膛噴入吸附劑、低氮燃燒技術(shù)等。煤粉爐(爐膛溫度約1200℃～1500℃)，煤中Hg幾乎都成為Hg0，較難脫除，所以目前脫Hg技術(shù)的重點(diǎn)是將Hg0轉(zhuǎn)化為氧化態(tài)汞(Hg2+)和固體顆粒態(tài)汞(Hgp)。

燃燒后煙氣Hg脫除技術(shù)主要有兩方面：第一，利用燃煤電廠現(xiàn)有大氣污染控制設(shè)備，如SCR脫硝加裝Hg氧化催化劑等；第二，利用一些吸附劑或吸附劑耦合改性劑來吸附Hg，如活性碳類、改性飛灰、鈣基類吸附劑、礦物(硅鋁鈣)吸附劑等。

美國針對活性炭吸附脫Hg開展了大量工程試驗(yàn)并進(jìn)行了推廣應(yīng)用；日本日立研制的Hg氧化催化劑，在某720MW機(jī)組SCR末級(第4級)布置，可將Hg脫除效率從30%提高至60%；華能國際對Hg氧化催化劑進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并將其寫入其企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《燃煤電廠煙氣協(xié)同治理技術(shù)指南》(試行)；華北電力大學(xué)研制了飛灰改性脫Hg技術(shù)，在脫Hg效果相當(dāng)?shù)那疤嵯?，噴料量約為活性炭的2倍，成本不到1/3，并已在神華國華三河電廠300MW機(jī)組、神華國華徐州電廠1000MW機(jī)組上工程應(yīng)用。

3　煙氣中Hg的采樣方法

目前煙氣中Hg采樣方法如表1所示，主要有30B法和OHM法。樣品測定主要有冷原子熒光、高頻塞曼原子吸收法、冷原子吸收等。

表1　汞采樣方法

4　結(jié)語

鑒于國內(nèi)燃煤電廠超低改造接近尾聲，傳統(tǒng)塵、硫、氮市場恐現(xiàn)斷崖式下滑，而Hg治理市場尚未正式啟動(dòng)。有必要對國內(nèi)燃煤電廠煙氣Hg排放數(shù)據(jù)進(jìn)行全面調(diào)研、梳理，并開展煙氣Hg控制技術(shù)及測試技術(shù)研究，以應(yīng)對未來3～5年電力環(huán)保需求。

[1]ASTM D6784-02 Standard test method for elemental， oxidized，particle-bound，and total mercury in flue gas generated from coal-fired stationary sources (Ontario-Hydro Method)[S].Pennsylvania: American Society for Testing and Materials International,2008．

[2]EPA Method 30B，Determination of total vapor phase mercury emissions from coal-fired combustion sources using carbon sorbent traps[S].Washington D.C.: United States Environmental Protection Agency,2008.

[3]United States Environmental Protection Agency (US EPA). EPA Method 29. Determination of metals emissions from stationary sources. Washington,DC: US EPA,1992.

[4]Senior C L,Helble J I,Sarofim A F.Predicting the speciation of mercury emissions from coal fired power plants[C]//Proceedings of the Air Quality II: Mercury，Trace Elements，and Particulate Matter Conference,Mclean: VA，2000，19-21( A5-2)．

[5]Belkin H E,Finkelman R B,Zheng B S,et al.Human health effects of domestic combustion of coal: a causal factor for arsenosis and fluorosis in rural China[C]//Proceeding of the Air Quality Conference.McLean:[s.n.],1998.

[6]劉含笑，郭瀅，章培南，等．燃煤電廠煙氣中Hg的測試方法研究[J]．中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2017，39(12)：59-62．