燃煤電廠煙氣中汞的控制技術及需求分析

蔡天忠，劉含笑，王建忠，駱建友，方小偉，吳　金，許東旭

(浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江 諸暨　311800)

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

1　中國燃煤電廠煙氣Hg控制需求分析

圖1　中國燃煤汞排放區域分布圖(2007年)

Hg等有毒重金屬對人類及生物環境造成的危害極大，中國為世界Hg排放第一大國。聯合國環境規劃署的數據顯示2005年全球人為排放汞的總量約2000t，而中國的排放量達到了800多t，相當于印度與美國總和的3倍，約占全球排放量的40%。聯合國環保署發布報告稱，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%。據相關文獻描述，2000年中國燃煤排汞219.5 t，遠高于美國(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排放區域分布如圖1所示，主要集中在中、東部地區。根據《中國燃煤電廠大氣汞排放控制研究》(2010年)計算，在基準、常規和加嚴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指標均優于美國，唯有Hg排放較美國寬松，如圖3所示。2005年美國環保署(EPA)頒布了《清潔空氣汞法規》(Clean Air Mercury Rule)，成為世界上首個針對燃煤電廠Hg排放實施限制標準的國家，目前美國標準規定，燃用非低階煤和低階煤的現役燃煤電廠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。我國關于汞排放和控制技術的研究起步較晚，《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)，規定了火力發電鍋爐的汞及其化合物的排放限值為30μg/m3。《水泥工業大氣污染物排放標準》(GB 4915-2013)、《電池工業污染物排放標準》(GB 30484-2013)等標準，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施，燃煤電廠大氣污染物排放標準修訂勢在必行，屆時，極有可能會對Hg等有毒重金屬提出更嚴格要求。

圖3中美燃煤電廠大氣污染物排放限值對標

2　國內外燃煤電廠煙氣Hg控制技術現狀

國內外已有燃煤電廠煙氣脫Hg技術應用。燃煤電廠Hg排放控制技術主要集中在三個方面：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煤的洗選技術來實現，如發達國家的原煤洗選率達40%～100%，而中國僅22%，洗選煤實際上是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燃燒方式來實現，如CFB技術、爐膛噴入吸附劑、低氮燃燒技術等。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技術的重點是將Hg0轉化為氧化態汞(Hg2+)和固體顆粒態汞(Hgp)。

燃燒后煙氣Hg脫除技術主要有兩方面：第一，利用燃煤電廠現有大氣污染控制設備，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并進行了推廣應用；日本日立研制的Hg氧化催化劑，在某720MW機組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氧化催化劑進行了系統研究，并將其寫入其企業標準《燃煤電廠煙氣協同治理技術指南》(試行)；華北電力大學研制了飛灰改性脫Hg技術，在脫Hg效果相當的前提下，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機組、神華國華徐州電廠1000MW機組上工程應用。

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　結語

鑒于國內燃煤電廠超低改造接近尾聲，傳統塵、硫、氮市場恐現斷崖式下滑，而Hg治理市場尚未正式啟動。有必要對國內燃煤電廠煙氣Hg排放數據進行全面調研、梳理，并開展煙氣Hg控制技術及測試技術研究，以應對未來3～5年電力環保需求。

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