燃煤電廠汞減排技術研究

管一明，許月陽，薛建明，王宏亮，王小明，王 錚

(國電科學技術研究院，江蘇南京 210031)

燃煤電廠汞減排技術研究

管一明，許月陽，薛建明，王宏亮，王小明，王 錚

(國電科學技術研究院，江蘇南京 210031)

介紹了燃煤電廠汞的3種排放形態，分析了燃煤電廠汞減排技術，如燃燒添加劑技術、吸收劑噴射技術、穩定劑固汞防溢技術、絡合劑絮凝脫汞技術等。在此基礎上提出了燃煤電廠汞減排技術選擇影響因素，即燃煤煤質、運行工況、脫汞后副產物等，為我國電力行業汞污染控制及減排提供了參考。

燃煤電廠;汞減排;脫汞;研究

汞是燃煤電廠繼煙塵、SO2、NOx后要嚴格控制的污染物之一。聯合國環保署擬于2013年形成全球的約束性控汞文件，為此，我國政府積極進行控制汞排放的相關工作，“十二五”期間的重點工作是有選擇地進行汞減排技術的試點和示范工程。因此，研究燃煤電廠汞減排技術是當前的迫切任務。

1 燃煤電廠汞的排放形態［1－2］

燃煤煙氣中的汞有3種存在形態:元素態汞(Hg0)，氧化態汞(Hg2+)，顆粒態汞(HgP)。元素態汞(Hg0)，又稱單質汞，是燃煤煙氣中汞的主要形式之一，單質汞具有較高的揮發性，幾乎不溶于水，在大氣中停留時間長達0.5～2年。它是最難控制的形態之一，也是燃煤煙氣脫汞的難點，在一定條件下可以被吸附在固體表面，在電除塵器中可被部分捕集，主要取決于溫度及飛灰特性，濕法脫硫系統對其洗滌效率極低。氧化態汞(Hg2+)，存在形式為HgX2，理想的陰離子為鹵素，具有水溶性和揮發性，容易被吸附，較易在電除塵器中被除去，受溫度及飛灰特性影響顯著，較易通過濕法脫硫裝置洗滌除去，在其濃度比較高的情況下，可采用硫化物使汞穩定后再脫除。顆粒態汞(HgP)，容易被吸附和荷電，在大氣中停留時間短，易被電除塵器除去，效果也取決于溫度及飛灰特性。

2 燃煤電廠汞減排技術研究

目前，國內外燃煤電廠采用的成熟脫汞技術主要有燃燒添加劑技術、除塵器之前噴射吸附劑技術、吸收塔內添加穩定劑技術、脫硫廢水絡合絮凝技術。具體加入點及工藝流程見圖1。

2.1 燃煤中添加脫汞添加劑

在煤上噴灑微量的添加劑，在燃燒過程中會釋放氧化劑，能有效地將煙氣里的元素態汞轉化成氧化態汞，從而利于后面的飛灰吸附、除塵捕集和濕法捕捉，達到脫除汞的目的。

大多數添加劑為鹵素添加劑，主要為溴素或溴化物添加劑，燃燒過程中會釋放氧化劑和堿性物質以氧化除汞。鹵素直接氧化汞是汞的主要反應，其反應式為:

Cl2作為氧化劑對煙氣中的SO2非常敏感，容易發生Chlorine－Griffin反應，其反應式為:

圖1 燃煤電廠脫汞減排技術工藝流程示意

溴對SO2不敏感，SO2在鍋爐及尾部煙道內基本不消耗溴，所以，溴素及各種溴鹽成為各家脫汞技術的首選。

2.2 吸附劑噴射技術

吸附劑噴射技術核心是特定配方的吸附劑［3］，通常是以溴化活性炭為代表的各種溴素吸附劑［4］、改性飛灰［5］、其他配方的粉體吸附劑等。吸附劑的噴射分散系統通過氣力輸送將吸附劑均勻噴射至空預器前(或后)的煙道中，吸附劑吸附脫汞后隨飛灰被除塵器所捕集脫除。吸附劑往往用量很少或性質與飛灰匹配，一般不會影響飛灰的質量及其綜合利用(見圖2)。

圖2 吸附劑儲存及噴射分散系統

吸附劑儲存及噴射分散系統由儲倉、給料機、羅茨風機、噴射器、氣力輸送管路、分布管、噴槍組成。物料通過氣力輸送進入煙氣排放系統，一般可以在空預熱器前或電除塵器前噴入煙氣系統，吸附脫汞后隨飛灰被除塵器捕捉，吸附劑用量很少，不會影響到飛灰的綜合利用。

2.3 穩定劑固汞防溢技術

穩定劑往往與煤基脫汞添加劑聯合使用，煤基脫汞添加劑在燃燒中釋放出氧化劑將促進元素汞的氧化，氧化態汞隨煙氣在濕法脫硫吸收塔內被洗滌進入漿液，當漿液中Hg2+濃度達到一定數值時，汞洗滌效率就會下降，增加穩定劑，通過絡合作用固定汞等重金屬元素，可以有效地防止汞的逃逸，提高濕法脫硫裝置對汞的洗滌效率。

2.4 絡合劑絮凝脫汞技術

絡合劑絮凝脫汞技術一般采用向脫硫廢水中添加特定配方的、對汞具有高親和性和選擇性的有機高分子熬合劑或絡合劑，通過絡合物、熬合物的形式促進了絮凝物的產生，在常規水處理過程中通過沉淀、過濾將之除去，并使排水中所產生的汞等重金屬污染物濃度降低(見圖3)。有研究表明，絡合劑或熬合劑對金屬熬合選擇性順序為:Hg＞Ag＞Cd＞Cu＞Pb＞Zn＞ Co(II)＞Ni＞Fe(II)＞Mn。

圖3 液相絡合、螯合絮凝脫汞過程［1］

3 影響汞減排技術選擇和設計的重要因素

我國汞污染控制及減排工作剛起步，汞污染控制相關標準體系正在醞釀中，盡管近兩年來關于汞污染及其控制技術的各種交流合作日漸頻繁，但國內尚未有技術引進和工程示范的報道。根據國內外調研、技術交流及考察情況，經過研究分析，目前在我國，燃煤電廠汞污染控制及減排技術應用在技術選擇、設計等方面應考慮煤質、工況、副產物利用及對電廠運行影響等因素。

3.1 煤質因素

據調研分析，目前國外多數電廠燃用的煤種為高氯、低硫、低灰分煤種，而我國目前燃煤呈現低氯、高硫、高灰份特性，煤質差異導致燃燒后的煙氣存在氯、SO2、粉塵濃度等諸多煙氣特性不同，尤其是除塵器前的煙氣粉塵濃度較高，甚至是美國同類機組的2～3倍，飛灰特性也存有差異。因此，我國在汞減排技術研發和引進時，應借鑒歐美市場所采用脫汞技術和脫汞產品，如燃煤添加劑和噴射吸附劑、穩定劑、絡合劑、螯合劑等，充分考慮我國燃煤特點，開發具有中國特色的脫汞工藝和產品，技術引進亦有一個實際應用中的適應性問題。

3.2 工況因素

我國煤炭的市場化導致電廠基本無法燃用設計煤種或與設計相近煤種，多數電廠燃煤來源廣泛，煤質的多變也是技術引進及應用面臨的現實問題。近年來，我國火電發展迅速，許多地區機組負荷不足，機組調峰頻繁，負荷波動較大，工況的復雜多變，也會給汞減排工作帶來很多困難。目前，我國火電生產運行面臨著很高的成本壓力，燃煤摻燒是各家電廠控制成本的基本手段之一，然而各種摻燒，如褐煤摻燒、泥煤摻燒，勢必導致煙氣量、粉塵、飛灰特性等一些列復雜變化，這對采用燃煤添加劑或噴射吸附劑脫汞存在著一定的影響。

3.3 脫汞后的副產物

目前，各種脫汞技術的副產物主要有三個去向，灰渣、脫硫廢水處理后的污泥、石膏。石膏和灰渣主要用于建材行業，如果作為熟料添加劑則汞溢出或浸出的可能性很小;如果用于燒制水泥、磚等，二次回窯，則汞會再次釋放出來。脫硫廢水處理后的污泥應按相應要求進行填埋和處理，以防止汞等重金屬的再次溢出。因此，燃煤電廠脫汞技術及除汞產品應考慮副產物利用及防止二次溢出的措施。

3.4 對電廠運行影響

汞減排技術在國外進入商業應用時間很短，現有的汞減排技術對燃煤電廠的生產運行的影響還有待進一步研究和探討。在燃煤中添加脫汞添加劑，如有較強氧化性的溴、溴化鈣等，溴素在燃燒及燃燒后隨煙氣的遷移過程中，因其較強的氧化性，對鍋爐及其后續設備存在一定的影響，但是否存在腐蝕問題，需要通過示范驗證與跟蹤研究。在國外溴、溴化氫屬于危險品，脫汞過程中是否會存在溴、溴化氫的逃逸問題尚待研究。載溴活性碳噴射技術，因活性碳的添加會影響飛灰的綜合利用和運行成本，活性碳的選擇和用量非常重要。

采用飛灰改性或其他配方的添加劑或吸附劑，其相對用量較大，如果加在煤中或爐膛中，可能會對鍋爐燃燒效率產生一定的影響;如果用于除塵器前噴射吸附脫汞，可能會增加除塵器入口的煙塵濃度，增加除塵系統的除塵壓力，部分現有機組脫汞，可能會提出新的除塵改造要求。

4 結語

我國燃煤電廠汞減排技術的研發或引進，應結合我國國情，建議盡早啟動相關技術研究工作，并建立示范工程，為今后汞污染控制及減排提供技術支撐。汞減排技術的選擇需分析對燃煤電廠現有設施的潛在影響，并考慮相應措施。

［1］王立剛，劉柏謙.燃煤汞污染及其控制［M］.北京:冶金工業出版社，2008.

［2］楊詳花，段鈺鋒，江貽滿，等.燃煤鍋爐煙氣和飛灰中汞形態分布研究［J］.煤炭科學技術，2007，35(12):55 －58.

［3］柏 源，薛建明，許月陽，等.燃煤煙氣中汞控制技術研究［J］.電力科技與環保，2010，26(6):12 －15.

［4］劉聽，蔣 勇.美國燃煤火力發電廠汞控制技術的發展與現狀［J］.高科技與產業化，2009，(3):92 －95.

［5］趙毅，要 杰，馬宵穎，等.用現行設備進行煙氣脫汞技術研究［J］.工業安全與環保，2009，35(3):14 －26.

［6］中國環境科學學會.2010年汞污染控制及減排技術研討會會議論文集［C］.北京:2010.

Research on mercury emission reduction technology of coal－fired power plants

The three morphological form of mercury emissions from coal－ fired power plants are analyzed.The mercury emission reduction technologies in coal－ fired power plants are studied，such as combustion additive，absorbent spray，stabilizing agent，complexing agent demercuration technopogy.The various factors affecting mercury emission reduction technology choice of coal－ fired power plants are put forward.The research provided reference for mercury pollution control and emission reduction of electric power industry in our country.

coal－fired power plant;mercury emission reduction;demercuration;research

X701.7

B

1674－8069(2012)02－026－03

國家環保公益性行業科研專項(200909025)

2011-11-22;

2012-03-07

管一明(1968-)，女，江蘇無錫人，碩士，主要從事火電廠SO2、NOx、重金屬等污染物控制技術的研發、咨詢和應用。E－ mail:guanyiming@nepri.com