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1、 燃煤电厂高效协同脱汞技术分析 陈辰+田婧+陈勇摘 要：燃煤电厂汞排放控制是目前国际上研究的热点，文章对燃煤电厂中汞的排放特性进行研究，对脱汞的协同治理技术和吸附剂喷射脱除技术进行系统的总结，可以为燃煤电厂汞排放控制选择合适的方法提供参考。关键词：脱汞；协同治理；吸附剂：X701 文献标志码：A ：2095-2945（2017）22-0046-02引言燃煤电厂是人为汞排放的重要来源之一，世界各国已经引起了足够的重视，燃煤電厂汞排放控制技术包括利用现有的烟气治理设备来最大限度地控制电厂的汞排放和针对汞的专门控制技术，本文就这两个方面的技术进行系统分析。1 汞排放特性分析燃煤烟气中的汞主要有3种存
2、在形态：元素汞（Hg0）、氧化态汞（Hg2+）和颗粒态汞（Hgp）。汞的脱除效率很大程度上依赖于所排放的汞的形态分布。Hg0绝大部分以气相的形式排放到大气中，是烟气中最难捕获的汞形态；氧化态汞主要以Hg2+的形式存在（如HgC12），易被湿法洗涤系统（如湿法脱硫装置）所捕获而脱除；颗粒态汞（Hgp）指的是能与烟尘粒子结合的那部分汞，可随烟气中的飞灰被除尘装置捕获。因此，降低燃煤烟气中Hg0的比例是提高汞脱除效率的关键。2 汞脱除技术方案分析燃煤电站现有烟气治理设备，包括除尘器、SCR脱硝装置、脱硫装置和湿式静电除尘器，对重金属元素都有不同程度的直接或间接脱除作用。已有的研究结果表明，目前的烟气
3、治理设备的综合协同脱汞率可达5090%以上，对于我国境内的大部分煤种，都可以达到30g/Nm3的排放标准，因此，应优先考虑采用烟气治理设备协同脱除，如无法达到排放指标或者需要达到更高的排放标准，可以考虑采用吸附剂脱除技术。3 汞协同治理技术燃煤电站烟气治理设备都对汞都有不同程度的直接间接脱除作用，汞协同脱除技术有除尘器协同脱除、湿法脱硫协同脱除和湿式静电除尘器协同脱除，具体介绍如下。3.1 除尘器协同脱汞对易挥发的重金属Hg，其脱除效果与颗粒态汞的存在比例及除尘器的类型相关。根据美国 EPA的测试结果，静电除尘器的自然汞脱除率可达36%，布袋对汞自然脱除率最高可达90%。两种类型的除尘器（ES
4、P和FF）对各形态的汞都具有一定的脱除作用，但两者脱除的机理有所差异。在电除尘器中，粉尘荷电向收尘极移动，在移动过程中粉尘粒子会与烟气中各种形态的汞发生碰撞，使其附着在粉尘表面，随粉尘一起被脱除。在布袋除尘器中，其内部以及滤袋表面形成粉尘层一方面对Hg0和Hgp有很好的吸附能力，另外一方面烟气中的Hg0在粉尘层中通过某些金属氧化物的催化作用转化为Hg2+，从而提高了汞的脱除效率。3.2 SCR脱硝装置协同脱汞SCR脱硝装置本身不具有脱除重金属的作用，但是在SCR脱硝催化剂的作用下，将NOx转化为N2的同时，还可以促使烟气中难以捕集的Hg0氧化为水溶性的Hg2+，Hg2+能在下游的WFGD中被脱
5、除，因此SCR装置有利于汞的协同脱除。典型的SCR反应温度下汞的氧化效率为60%-80%。SCR脱硝装置对Hg0的氧化特性与煤中卤素的含量、硫含量、NH3、SCR脱硝装置运行温度和催化剂组分等多种因素有关，其中燃煤中卤素的含量对SCR脱硝装置的汞氧化性能影响显著。日立公司的研究表明，当烟气中HCl的浓度低于12ppm时，SCR脱硝装置的汞氧化性能急剧下降。针对卤素含量较低的煤种，采用SCR汞氧化催化剂或者在燃煤中添加卤族添加剂，可有效提高汞的氧化率。3.2.1 SCR汞氧化催化剂。日立公司针对卤素含量的燃煤，率先开发了汞氧化SCR催化剂。该催化剂在烟气卤化物含量极低的条件下，仍然具有很高的汞氧
6、化能力。目前，国内也已经开发出同类型产品。SCR汞氧化催化剂的用量需根据煤质条件，选择采用一层或多层SCR汞氧化催化剂。相比常规SCR催化剂，SCR汞氧化催化剂价格高2030%。采用SCR汞氧化催化剂由于不改变原催化剂层数，不会产生额外的运行费用。3.2.2 燃煤添加卤族添加剂。早期的研究表明，煤中的氯促使烟气中的汞转化为 HgCl2，是烟气中Hg2+生成的主要途径，且HgCl2形成的主要动力学路径为原子氯（Cl）和元素汞的直接反应，同时理论和试验研究都表明，Cl2在汞氧化特性上比HCl更活跃。近些年的研究发现，溴对汞氧化效果相比氯更为强烈。故目前一般采用含溴化合物作为添加剂，应用最为普遍的添
7、加剂是CaBr2，这主要是出于安全性和经济性的考虑，CaBr2较为便宜且易于处理。溴化方法主要有气相溴化法和溴盐浸渍法两种。前者利用溴蒸汽，可使添加剂到达固体深层；而后者可采用喷淋的方式，操作简单，但只能到达固体表面层。工程应用中，常采用的方法是在输煤管道和煤粉管道上喷射卤素的方法。3.3 脱硫装置协同脱汞湿法脱硫（WFGD）是目前应用最为广泛的燃煤电站脱硫技术，在中国燃煤电站所占的比例超过85%。WFGD通过石灰石浆与烟气之间的气液两相反应可实现对水溶性Hg2+的脱除，同时WFGD也能实现对烟气中Hg0的部分脱除。随着脱硫标准的提高，脱硫塔内喷淋效果得到了大幅地强化，脱硫塔的协同脱汞能力也会
8、得到进一步提升，有研究发现常规WFGD系统对烟气中Hg2+脱除效率高达85%左右，但对气态总汞的脱除效率却仅为15%左右，Hg0含量不仅没有下降反而有少量上升，此原因在于部分Hg2+在WFGD中被还原成Hg0。因此，如何经济高效地抑制浆液中Hg2+的还原和提高Hg0的脱除率已成为WFGD脱汞技术发展的关键。在WFGD中，通过在脱硫塔内增加氧化剂（如各种氯氧化剂）、以及适当降低脱硫塔反应温度，可以提高系统的脱汞效果。 3.4 湿式静电除尘器协同脱汞湿式静电除尘器也是电除尘器的一种，是直接将水雾喷向电极和电晕区，水雾在芒刺电极形成的强大的电晕场内荷电后分裂进一步雾化，通过电场力、荷电水雾的碰撞拦截
9、、吸附凝并作用，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集。湿式静电除尘器对酸雾、有毒重金属以及PM10和PM2.5有良好的脱除效果。采用WESP对颗粒汞和氧化汞的脱除效果较明显，对元素汞的脱除效率较低。4 吸附剂喷射脱汞技术吸附剂喷射技术是利用吸附剂对烟气中的气态重金属（主要是汞）的吸附作用，将气态重金属转化为颗粒态，并在除尘设备中除去，采用的主要吸附剂类型有活性炭吸附剂、非碳基吸附剂，其中已大规模工业应用的是活性炭吸附剂。4.1 活性炭喷射技术烟道活性炭喷射技术（ACI）采用活性炭作为吸附剂，是目前脱汞率最高的汞控制技术。ACI技术采用的最常规的活性炭是碳和生
10、物质的燃烧产物焦炭。活性炭吸附剂的脱除性能主要取决于其表面的活性部分和烟气中卤素元素（Cl、Br等）的含量。未经处理的活性炭的汞脱除能力有限，特别是在燃用低卤素煤种时，往往需要大量喷入才能达到较好的汞脱除效果。为了提高活性炭对汞的吸附容量及效率，提高脱汞效率，可采用改性活性碳吸附剂，能够以较小的喷入量达到较好的控制效果。使用最为广泛的改性方法是将活性炭表面经过卤素元素处理，得到的产品称为卤化活性炭。有研究者在不同的煤种及不同烟气治理设备的配置条件下测试喷射溴化粉末活性炭的脱汞率，脱汞率均在70%以上，最高可达95%。4.2 非碳基吸附剂改性活性炭的使用在带来高脱汞率的同时，也带来了高运行成本和
11、飞灰含碳量增加、飞灰再利用品质下降的问题。为了改善这一问题，提供经济有效的技术选择，国内外许多学者都致力于非碳基吸附剂的脱汞性能研究，并且取得了一些研究成果。有研究表明非碳基载体在经过活性物质改性后，可以获得较好的脱汞性能，具有较好的发展潜力。我国2013年已经在国华三河电厂开展飞灰基改性吸附剂喷射脱汞技术的试验，该技术可在现有烟气治理设备协同脱汞基础上降低汞浓度30%50%，使综合脱汞效率达到75%90%。5 汞脱除技术路线分析根据目前的环保政策，利用现有环保设备的协同治理，就可以滿足汞达到排放标准，不需要增加其他附属设备。如果煤质中的汞含量偏高，或者环保标准进一步的提高，可以考虑将向煤中喷
12、入少量的卤素添加剂，可采用喷淋的方式，在电厂的输煤皮带、给煤机或者输煤管道和煤粉管道上里加入卤素溶液，也可直接向锅炉炉膛内喷入卤素溶液，提高Hg0的氧化率，可以达到比较好的脱除效果。6 结束语本文对燃煤电厂中汞的排放特性进行分析，并从汞的脱除技术进行较为系统的研究和分析，从协同治理技术和吸附剂喷射技术两个方面进行了具体分析。利用现有环保设备对汞的协同脱除作用，就可以满足汞达到排放标准，目前不需要增加其他附属设备；如果煤质中的汞含量偏高，或者环保标准进一步的提高，可以考虑将向煤中喷入少量的卤素添加剂，提高Hg0的氧化率，就可以达到比较好的脱除效果。参考文献：1王圣，刘红志，陈辉.国内外燃煤电厂汞排放控制技术比较分析J.中国环保产业，2012，7：42-46.2陈纪玲，王志轩.燃煤电厂烟气中汞的排放与控制研究进展J.电力环境保护，2007，23（6）：45-48.3匡俊艳，徐文青，朱廷钰，等.燃煤烟气汞污染控制技术研究进展J.煤化工，2011（4）：19-23. -全文完-
