燃煤電廠煙氣脫汞技術(shù)探討及適用性分析

王偉樂(lè)蘇

（內(nèi)蒙古大唐國(guó)際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010206）

1 燃煤電廠生產(chǎn)煙氣中的汞

1.1 燃煤電廠生產(chǎn)煙氣中汞的形態(tài)

燃煤電廠生產(chǎn)煙氣中汞的形態(tài)與燃燒煤種、鍋爐燃燒方式、運(yùn)行條件、除塵類(lèi)型以及生產(chǎn)布置格局等都有關(guān)系，改變其煙氣中汞的形態(tài)就必須改變上述內(nèi)容。總汞是以單質(zhì)汞、顆粒態(tài)汞、二價(jià)汞3 種形態(tài)存在，大致來(lái)講就是以氣態(tài)形式存在于煙氣中。根據(jù)我國(guó)燃煤電廠生產(chǎn)過(guò)程中煙氣汞的存在形式分析，約20%存在于燃煤機(jī)組中，80%存在于生產(chǎn)尾部煙氣中，伴隨著煙氣溫度的不斷下降，其中有部分單價(jià)汞會(huì)直接轉(zhuǎn)化為顆粒態(tài)汞以及離子汞；另外還有一部分被氧化后的二價(jià)汞，二價(jià)汞會(huì)溶于工業(yè)生產(chǎn)廢水中，最終沉淀于土壤之中，侵害人類(lèi)動(dòng)物食物鏈，造成更大危害影響。針對(duì)燃煤電廠生產(chǎn)煙氣中的汞排放檢查、汞污染控制是相當(dāng)有必要的，燃煤電廠必須運(yùn)用最先進(jìn)的汞檢測(cè)與脫汞技術(shù)方法[1]。

1.2 燃煤電廠生產(chǎn)煙氣中汞的檢測(cè)方法

煙氣中汞的檢測(cè)目前主要有兩種方法，分別為在線分析法和取樣分析法。汞的形態(tài)不盡相同，需要采用不同的檢測(cè)方法，準(zhǔn)確控制煙氣中汞的排放含量。以下簡(jiǎn)單介紹目前在技術(shù)性上比較領(lǐng)先的汞的在線檢測(cè)技術(shù)。

汞的在線檢測(cè)技術(shù)是在傳統(tǒng)安大略（OHM）法基礎(chǔ)之上提出的，它能夠精確檢測(cè)燃煤電廠生產(chǎn)煙氣中汞的含量，且分析方法、效果應(yīng)用到位。不過(guò)該方法取樣時(shí)間偏長(zhǎng)，在取樣后需要對(duì)樣品再進(jìn)行復(fù)原與消解操作，此時(shí)需要結(jié)合汞分析儀對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，其檢測(cè)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜繁瑣。目前所采用的汞在線連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單質(zhì)汞、二價(jià)汞和顆粒態(tài)汞的實(shí)時(shí)在線連續(xù)檢測(cè)，再通過(guò)加熱使汞氣自然蒸發(fā)。運(yùn)用到氬氣作為載氣便攜裝置，配合原子熒光發(fā)射器對(duì)汞蒸氣波長(zhǎng)進(jìn)行分析，將得到的熒光光譜強(qiáng)弱與汞蒸氣含量比進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)出熒光光譜強(qiáng)度。目前在國(guó)內(nèi)，這種在線監(jiān)測(cè)技術(shù)非常流行，它對(duì)于汞污染的控制相當(dāng)?shù)轿唬驳玫搅谁h(huán)保監(jiān)督部門(mén)的認(rèn)可與批準(zhǔn)。為更好適應(yīng)國(guó)家環(huán)保檢測(cè)要求，近年來(lái)各地燃煤電廠對(duì)于汞實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)在線檢測(cè)技術(shù)的研究也愈發(fā)深入，甚至已經(jīng)成為我國(guó)科研院所的重點(diǎn)研究技術(shù)之一[2]。

2 燃煤電廠生產(chǎn)煙氣脫汞技術(shù)

2.1 煙氣脫汞技術(shù)的研究應(yīng)用

傳統(tǒng)燃煤電廠在建設(shè)期間少有考慮到煙氣脫汞問(wèn)題，因此可能沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的脫汞設(shè)備，主要是利用燃燒后的煙氣脫汞技術(shù)。一般工況下，爐渣排放中的汞含量大約占到燃煤中汞的2%左右，另外在煙氣中氣態(tài)汞的存在形式更為明顯，大約占到90%以上，主要包含了單質(zhì)汞、二價(jià)汞和顆粒態(tài)汞[3]。

2.2 活性炭吸附技術(shù)的改性

在燃煤電廠中，主要對(duì)活性炭進(jìn)行活化處理，確保其濃度被控制在20%～50%，配合ZnCl 溶液、磷酸溶液、銨鹽溶液等大約浸泡24 h 左右，最后進(jìn)行烘干處理。烘干后的活性炭可直接放置在炭化爐中，配合氮?dú)獗Ｗo(hù)進(jìn)行加熱活化，再配合水蒸氣進(jìn)行活化，確保活性炭吸附技術(shù)實(shí)施溫度最高達(dá)到1100 ℃，如此保持最長(zhǎng)240 min 即可停止加熱。在自然冷卻后，再進(jìn)行110 ℃真空干燥，予以備用即可。

2.3 活性炭載銀制備技術(shù)應(yīng)用

基于真空干燥技術(shù)在恒溫狀態(tài)下利用銀離子溶液與0.1～1 mg/L 活性炭進(jìn)行混合實(shí)驗(yàn)，選擇在恒溫水狀態(tài)下連續(xù)振蕩約24 h，最終過(guò)濾溶液部分，采用蒸餾水對(duì)活性炭進(jìn)行反復(fù)沖洗即可，在最高110 ℃的真空環(huán)境下烘干即可。

在改性與載銀活性炭處理方面，一方面需要保留活性炭相對(duì)巨大的比表面積，一方面也需要優(yōu)化調(diào)整其吸附量，提高其吸附速度，確保其再生能力進(jìn)一步加強(qiáng)。在該過(guò)程中，需要利用活性炭載銀制備活性汞，確保汞以蒸汽形式正常溢出，最后對(duì)汞蒸汽進(jìn)行冷凝后再進(jìn)行二次回收[4]。

2.4 低溫等離子體脫附技術(shù)應(yīng)用

如果對(duì)載銀活性炭進(jìn)行煙氣吸附，分析其汞飽和濃度，可考慮利用低溫等離子體對(duì)其進(jìn)行再生二次處理，保證在一定條件下快速物理分解汞，讓汞以污染最小的蒸汽形式溢出即可。可考慮采用低溫等離子體反應(yīng)器，其再生時(shí)間控制在60 min 內(nèi)，利用氣體放電產(chǎn)生低溫等離子體對(duì)活性炭進(jìn)行深度吸附，避免采用加熱或減壓操作，其能耗相對(duì)較低，放電速度相對(duì)較快，工藝流程十分簡(jiǎn)單。

如此做法對(duì)汞脫附非常有利，具體可總結(jié)6 點(diǎn)：①在氣體放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量高能電子、活性離子和自由基團(tuán)；②考慮到高能電子轟擊作用明顯，它導(dǎo)致活性炭固體表面吸附基態(tài)中心分子、原子、離子與亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)脫附能力增強(qiáng)，導(dǎo)致激發(fā)態(tài)分子快速解離；③考慮到等離子體中的活性離子對(duì)活性炭表面具有轟擊作用，它會(huì)直接引發(fā)動(dòng)能傳遞過(guò)程，導(dǎo)致汞從活性炭表面被彈射出來(lái)并參與到脫附過(guò)程中；④如果活性炭顆粒表面被轟擊也會(huì)引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致活性炭表面層被改性；⑤如果離子轟擊活性炭固體表面產(chǎn)生大量化學(xué)自由基，它會(huì)導(dǎo)致汞從吸附活性炭上直接被脫附；⑥如果等離子體化學(xué)氣體中存在穩(wěn)態(tài)自由基團(tuán)，它會(huì)直接激發(fā)活性炭固體表面與汞之間形成相互化學(xué)作用，導(dǎo)致產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)與脫附效應(yīng)[5]。

2.5 汞蒸氣回收技術(shù)應(yīng)用

如果載銀活性炭在低溫等離子工藝條件下再生，其生產(chǎn)煙氣中的汞蒸氣就會(huì)被低溫等離子冷凝處理，直接使得汞回流到儲(chǔ)存罐中被再利用。在該過(guò)程中，如果低溫等離子體脫附條件控制得當(dāng)，其可將汞蒸氣純度控制在99.9%左右。一般在日常運(yùn)作過(guò)程中，需要對(duì)汞煙氣進(jìn)行熱處理。考慮到汞自身具有較大易散性，可利用熱處理這一技術(shù)優(yōu)勢(shì)，直接對(duì)煤采取加熱形式，確保其加熱環(huán)節(jié)有效，且保證汞被有效擴(kuò)散。

如果汞含量在化學(xué)排放過(guò)程中持續(xù)增加，則需要調(diào)整活性炭脫汞裝置，避免其裝置運(yùn)行受阻，優(yōu)化提速其生產(chǎn)運(yùn)作過(guò)程。采用流化床對(duì)于汞回收再利用是有好處的，它在煙氣通過(guò)電除塵前直接噴射活性炭顆粒，可有效吸附顆粒狀態(tài)的汞，保證煙氣在通過(guò)設(shè)備下游電除塵部分時(shí)被合理排除，專(zhuān)門(mén)捕捉吸附汞的活性炭部分，直接脫除煙氣中的汞。

還可采用固定床技術(shù)，固定床不同于活性炭固定吸附床方法，它在除塵器與煙氣脫硫脫銷(xiāo)過(guò)程中會(huì)利用到煙氣汞吸附技術(shù)，可確保煙氣中汞含量脫除到位，這也是目前燃煤電廠合理排放煙氣、降低汞污染的終端環(huán)保設(shè)施，有理想的實(shí)踐運(yùn)行效果。

3 煙氣脫汞技術(shù)的適用性分析

利用活性炭汞脫附回收實(shí)驗(yàn)對(duì)煙氣脫汞技術(shù)的適用性進(jìn)行分析，可更好地說(shuō)明活性炭在通過(guò)改性、載銀后對(duì)汞的吸附效果優(yōu)化。結(jié)合活性炭汞脫附回收實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行分析：

第一步，要對(duì)活性炭進(jìn)行活化處理，確保其活化前容量占到活性炭比表面積的大約1000 m2/g 左右，將活性炭直接浸入到濃度為15%的磷酸溶液中，直接浸泡約12 h 后取出晾干。晾干的活性炭可直接放入到低溫等離子體反應(yīng)器中，確保其在25 ℃環(huán)境下被成功取出，配合加電壓對(duì)活性炭比表面積進(jìn)行再次測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其比表面積已經(jīng)上升到1500 m2/g，說(shuō)明經(jīng)過(guò)了活性炭吸附實(shí)驗(yàn)后其比表面積增加相當(dāng)明顯。

第二步，確保活化后的活性炭配合鹽水進(jìn)行浸泡清洗處理，在清洗后對(duì)活性炭表面的殘留雜質(zhì)進(jìn)行分析，將其放入到烘干箱105 ℃環(huán)境中干燥約2 h。實(shí)驗(yàn)中要采用到質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL、0.2 mg/mL、0.3 mg/mL、0.5 mg/mL、1 mg/mL 的硝酸銀溶液500 mL 進(jìn)行配比處理，保證其在振蕩器中維持30 ℃左右再進(jìn)行恒溫振蕩處理，等待24 h 后過(guò)濾配合鹽水洗滌處理，在80～100 ℃的烘烤箱中烘干，計(jì)算其對(duì)汞的吸附量Q 應(yīng)該為：Q=（C0-C）V/m。其中，C0和C 分別代表了吸附前后的汞濃度，V 代表溶液體積，m 代表活性炭質(zhì)量。

在吸附銀后對(duì)活性炭的再利用進(jìn)行分析，利用鹽水洗滌處理，配合85 ℃環(huán)境真空烘干，最終制備載銀，再分析脫附汞前、脫附汞后質(zhì)量。結(jié)合控制低溫等離子體反應(yīng)器反應(yīng)條件對(duì)載銀活性汞脫附情況進(jìn)一步分析，以獲得相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容。

最終結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，如果載銀活性炭在充分吸附汞并飽和以后，可考慮采用低溫等離子體反應(yīng)器進(jìn)行汞脫附。它的脫附效率相對(duì)較高、脫附速度快、且對(duì)活性炭的損失相對(duì)較少。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，脫附汞效率將達(dá)到至少95%以上，活性炭的損失率則不到1%[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)探討燃煤電廠中煙氣汞的脫除技術(shù)及其技術(shù)適用性?xún)?nèi)涵，希望采用活性炭配合吸附脫除技術(shù)、冷凝器冷凝技術(shù)對(duì)活性炭進(jìn)行改性活化處理，最大限度增大活性炭比表面積，最終提高活性炭的汞脫附能力，確保燃煤電廠中的煙氣中汞脫除與處理到位，將生產(chǎn)中的環(huán)境污染可能性降到最低。