燃煤電站煙氣脫汞方法研究進展

陶君

（大唐環境產業集團股份有限公司，北京100097）

燃煤電站煙氣脫汞方法研究進展

陶君

（大唐環境產業集團股份有限公司，北京100097）

由于汞對人體健康和生態環境的危害極大，近年來，燃煤電站汞污染問題受到廣泛關注。雖然已開發出了大量的脫汞方法，但由于技術和成本問題，這些脫汞方法都沒有被大規模推廣使用，因此，開發高效低成本的脫汞方法勢在必行。基于上述原因，論文對燃煤電站煙氣脫汞方法進行了詳細闡述。

燃煤電站；煙氣；脫汞

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.035

1 引言

汞是一種生物毒性極強的重金屬污染物，且具有揮發性、持久性和生物富集性，可通過食物鏈進入人體，對人的神經系統和生長發育產生致命影響。在汞的所有排放源中，燃煤排放的比例最高。而我國又是燃煤大國，所以在我國環保部發布的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223—2003）中將燃煤電站汞排放的限值規定為30μg/m3，而且該排放限值在很大程度上會被修訂的更為嚴格，所以開發高效低成本的脫汞方法勢在必行。

2 汞排放現狀

燃煤排放是世界上最大的汞排放源之一。世界范圍內，原煤中汞的含量通常在0.012～0.33mg/kg之間，平均值約為0.13mg/kg，而我國原煤中汞的平均含量則為0.22mg/kg[1]，高出世界平均水平0.09mg/kg。截至2012年年底，我國燃煤每年向大氣中排放的汞就高達150t，約為美國年排放量的2倍。

3 燃煤電站煙氣脫汞技術現狀

在燃煤煙氣中，汞主要以3種形式存在，分別是單質汞（Hg0）、氣態二價汞（Hg2+）和顆粒汞（Hgp），三者之和稱為總汞（HgT）。在汞的3種形態中，因Hg2+具有較高的水溶性，所以Hg2+可在燃煤電站現有的濕法脫硫裝置（WFGD）內被高效脫除；而Hgp則可在燃煤電站現有的除灰裝置（ESP、FF）內與煙氣中的飛灰一同被脫除。但與Hg2+和Hgp相比，Hg0的脫除則十分困難，因為Hg0極易揮發且難溶于水，所以，燃煤電站現有的煙氣凈化裝置難以將其脫除。因此，Hg0的高效脫除是當前燃煤電站煙氣脫汞技術研究的關鍵所在。經過幾十年的研究，目前，Hg0的脫除技術主要有吸附劑脫除技術、催化氧化脫除技術、高級氧化脫除技術和傳統氧化脫除技術，如圖1所示。

圖1 燃煤電站Hg0脫除技術

3.1 吸附劑脫除技術

吸附劑脫除技術是目前較為成熟的脫汞技術，并且已有工業應用。目前，報道過的吸附劑種類很多，其中應用最為廣泛的是炭基吸附劑。炭基吸附劑主要包括普通活性炭、化學改性活性炭和活性炭纖維等。其中，普通活性炭的價格相對較低，但其對汞的吸附效率不高，通常在30%左右[2]；與普通活性炭相比，經過化學改性（重金屬改性、硫化改性、鹵化改性、催化氧化改性等）后的活性炭對汞的吸附率會顯著提高，這是由于化學改性可以提高活性炭對汞的化學吸附能力；活性炭纖維則屬于第三代炭基吸附劑，其對汞的吸附能力要高出普通活性炭2～3個數量級[3]，這是由于在活性炭纖維表面具有含氧和含氮的官能團，而這2類官能團對Hg0的吸附氧化具有明顯的促進作用[4]。

3.2 催化氧化脫除技術

大量實驗結果表明，傳統的商業釩鈦體系SCR催化劑可以將煙氣中的Hg0催化氧化成Hg2+。而且隨著NOx標放標準的日益嚴苛，絕大部分燃煤電站均已配備了SCR脫銷裝置。所以，燃煤電站煙氣中汞的催化氧化脫除技術也受到了廣泛關注。目前，研究較多的SCR催化劑主要有貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、復合金屬氧化物催化劑、負載型催化劑。

雖然SCR催化劑對Hg0的催化氧化具有一定效果，但催化氧化機理還未明確，目前，比較主流的機理有2種，但均未得到證實，所以汞的催化氧化機理還有待進一步研究。

SCR催化劑對Hg0的催化氧化效率受多種因素影響，如煙氣成分、催化劑制備溫度、反應溫度等，表1給出了一些因素對SCR催化劑催化氧化效率的影響[5]。在保證現有SCR催化劑脫硝的高效性、穩定性以及經濟可行性的前提條件下提高其對Hg0的催化氧化效率是該技術的研究重點。

表1 影響SCR催化劑催化氧化Hg0的因素及作用機理

3.3 高級氧化脫除技術

高級氧化技術（AOTs）是指可以通過物理或者化學方法產生羥基（-OH）的一類技術。AOTs是廣泛應用于水處理和土壤修復的技術，但近期有報道指出該技術在燃煤電站煙氣凈化方面也有良好表現，所以該技術也被用來脫除燃煤電站煙氣中的SO2、NOx、Hg0、H2S、VOCs等污染物。AOTs包含很多種技術，但其中可用于脫除Hg0的技術主要有4種，即等離子體氧化技術、光催化氧化技術、光化學氧化技術、活化氧化技術。雖然AOTs技術在脫除燃煤電站Hg0的領域具有較好的應用前景，但與吸附劑脫除技術和催化氧化脫除技術相比，AOTs技術屬于前沿性研究，在該技術被大規模工業應用之前，還有許多技術問題需要解決。

3.4 傳統氧化脫除技術

傳統氧化脫除技術是指將煙氣與氧化劑溶液相接觸，從而將煙氣中的Hg0氧化成Hg2+。該技術主要是通過將氧化劑溶液加入到石灰石漿液中或在脫硫塔內新增噴淋層來實現的。目前，常用的氧化劑包括高錳酸鉀、亞氯酸鈉、二氧化氯、高鐵酸鹽、次氯酸鉀等。該方法的優點是脫汞速率快、凈化效率高、不易揮發、沉淀物少且比較經濟，但該方法會引入新的離子，從而帶來設備結垢、腐蝕等危害，還會帶來后續廢水處理問題。此外，氧化劑在氧化Hg0的同時還會氧化煙氣中的SO2，從而大量消耗氧化劑，降低脫汞效率。

4 結論

隨著我國環保要求的不斷提高，特別是對大氣霧霾治理的日益關切，燃煤電站汞污染的治理刻不容緩。目前，國家規定燃煤電站汞排放的限值為30μg/m3，隨著我國經濟的不斷發展，此限值還會被修訂得更為嚴格，所以高效低成本的煙氣脫汞技術亟待開發。而目前可行性最高的脫汞技術是利用燃煤電站現有的污染物治理裝置進行協同脫除，對常規的SCR催化劑進行改性，開發出可以高效催化氧化Hg0的SCR催化劑，在不影響脫硝效率的前提下盡可能地提高SCR催化劑對Hg0的催化氧化效果。此技術無需對燃煤電站現有的裝置進行任何改造，是目前最經濟、最實用的途徑，將成為今后發展方向，具有廣闊發展前景。

【1】王起超，沈文國，麻壯偉.中國燃煤汞排放量估算[J].中國環境科學,1999,19(4):318-321.

【2】熊銀伍，杜銘華，朱書全，等.煤基吸附劑脫除煙氣中氣態汞的研究現狀[J].潔凈煤技術,2007,13(1):36-39.

【3】毛吉獻，王凡，王紅梅，等.燃煤煙氣脫汞技術研究進展[J].能源環境保護,2010,24(2):1-5.

【4】曾漢才,王欣,李松柳,等.活性炭纖維脫除燃煤煙氣中汞的試驗研究[J].華中科技大學學報(自然科學版),2006,34(7):1-4.

【5】夏文青,黃亞繼,李睦.燃煤脫汞技術研究進展[J].能源研究與利用,2015(6):24-29.

Research Development of Method for Removing Mercury from Flue Gas in Coal-fired Power Stations

TAO Jun
（DatangEnvironmentIndustryGroupCo.Ltd.,Beijing 100097,China）

Because of the great danger of mercury to the human body and ecological environment,in recent years,mercury pollution in coal-firedpowerstationshasattractedwidespreadattention.Although alargenumberof methodstoremovemercuryhavebeendeveloped,they are not widelyused due to technical problems,or the cost.So it is imperative to develop the methods with high efficiency and low cost for the mercuryremoval.Basedontheabovereasons,themethodsforremovingmercuryfromfluegasincoal-firedpowerstationsarediscussedindetail.

coal-firedpowerstation;fluegas;mercuryremoval

X701.7

A

1007-9467（2016）10-0082-03

2016-09-12

陶君（1986～），男，黑龍江雙鴨山人，工程師，從事燃煤電站煙氣污染物治理研究。