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　　燃煤電廠汞脫除技術(shù)

 

　　哈爾濱脫硫脫硝介紹一、燃煤電廠汞排放現(xiàn)狀

 

　　據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署2010年數(shù)據(jù)，全球人為汞排放總量為1960噸。其中，人工/小規(guī)模采金和燃煤是最主要的人為汞排放源，約占人為總排量的37%和24%。因燃煤向大氣排放汞474噸，其中超過85%的排放源自電廠燃煤和工業(yè)用燃煤。

 

　　中國是全球汞公約締約國之一，該公約是2013年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署為推進全球汞污染物控制而制訂的世界性公約。該公約要求大型燃煤發(fā)電廠和燃煤鍋爐應(yīng)具備控制汞排放的配套措施。目前我國能源需求總量中煤炭所占比例約為70%，而用于燃煤電廠的約占三分之一。由此可見，我國燃煤電廠汞污染控制形勢嚴峻。

 

　　哈爾濱脫硫脫硝介紹二、汞的化學(xué)形態(tài)

 

　　煤燃燒過程中大多數(shù)微量元素殘留在底渣和飛灰中，由于汞的熔點為-38.87℃，在常溫下具有很強的揮發(fā)性，因此它在燃煤過程中與其他微量元素有著截然不同的化學(xué)行為。

 

　　燃煤電廠的原煤首先進入制粉系統(tǒng)(循環(huán)流化床鍋爐為破碎篩分系統(tǒng))，煤在破碎的過程中產(chǎn)生熱量，因此會有極少量的汞從煤中揮發(fā)出來。煤中的汞進人爐膛后，絕大部分在火焰溫度下轉(zhuǎn)化為單質(zhì)汞(Hg0)。煙氣經(jīng)過水冷壁、過熱器、再熱器和省煤器后逐步冷卻，在此過程中，氣相單質(zhì)汞將會發(fā)生以下幾種不同的變化：

 

　　(1)部分氣相單質(zhì)汞被飛灰通過物理吸附、化學(xué)吸附和化學(xué)反應(yīng)等幾種途徑吸收，轉(zhuǎn)化為以顆粒態(tài)存在的顆粒汞(HgP);

 

　　(2)部分氣相單質(zhì)汞與其他燃燒產(chǎn)物相互作用產(chǎn)生氧化態(tài)汞(Hg2+)，這部分汞包括HgCl2、HgO、HgSO4和HgS等，含氯物質(zhì)對氣態(tài)單質(zhì)汞的氧化起最主要作用，煙氣中的氣態(tài)二價汞大多數(shù)是HgCl2，氣相氯化汞中一部分保持氣態(tài)隨煙氣排出，一部分被飛灰顆粒吸收轉(zhuǎn)變成顆粒態(tài)汞;

 

　　(3)最后一部分氣相單質(zhì)汞保持不變，隨煙氣排出。

 

　　因此煙氣中汞主要以顆粒態(tài)汞(HgP)、氧化態(tài)汞(Hg2+、Hg+)以及單質(zhì)汞(Hg0)三種形式存在，這三種形態(tài)合稱為總汞(HgT)。單質(zhì)汞(Hg0)是環(huán)境大氣中汞的主要形式，它具有較高的揮發(fā)性和較低的水溶性，極易在大氣中通過長距離大氣運輸形成全球性的汞污染。氧化態(tài)汞可以形成許多有機或無機化合物，氧化態(tài)汞的無機化合物比較穩(wěn)定，在環(huán)境中普遍存在。大多數(shù)氧化態(tài)汞易溶于水，氯化汞的水溶性大于6.9×1010ng/L，因此氧化態(tài)汞在大氣中僅僅可以停留幾天或者更短時間，然后在釋放點附近沉積。據(jù)國際能源與技術(shù)實驗室(NETL)報道，煙氣中汞的形態(tài)隨著燃煤種類的不同而變化，對于煤粉爐，煙煤燃燒產(chǎn)生的煙氣中，Hg0約占總汞的20%，Hg2+約占35%，Hgp約占45%;無煙煤燃燒的煙氣中，Hg0約占總汞的65%，Hg2+約占20%，Hgp約占15%;褐煤燃燒的煙氣中，Hg0約占總汞的85%，Hg2+約占10%，Hgp約占5%。

 

　　控制燃煤汞污染的關(guān)鍵是減少煙氣中的汞向大氣直接排放，顆粒態(tài)汞(HgP)多以粒子形式出現(xiàn)，可以通過捕集設(shè)備進行捕捉;氧化態(tài)汞(Hg2+)可以被濕法脫硫塔吸收;而單質(zhì)汞(Hg0)具有較高的蒸汽壓并難溶于水，是相對穩(wěn)定的形態(tài)，難以收集容易直接排入大氣?？刂茊钨|(zhì)汞(Hg0)的排放只有通過添加吸收劑捕獲或者將其轉(zhuǎn)化為易去除的氧化態(tài)汞(Hg2+)。

 

　　哈爾濱脫硫脫硝介紹三、燃煤電廠現(xiàn)有污染物減排設(shè)備的汞控制能力

 

　　現(xiàn)有的燃煤電廠煙氣凈化裝置對汞均具有一定的脫除能力，在現(xiàn)有煙氣治理設(shè)備基礎(chǔ)上對汞進行脫除，可降低汞控制成本。國電環(huán)保院曾測試了典型電廠污染物控制設(shè)施對汞的協(xié)同控制效果。靜電除塵器(ESP)、布袋除塵器(FF)、濕式脫硫(WFGD)等裝置的試驗結(jié)果如下表所示：

 

　　哈爾濱脫硫脫硝介紹四、燃煤電廠現(xiàn)有污染物減排設(shè)備的汞控制能力

 

　　目前，燃煤煙氣脫汞主流技術(shù)是氧化脫汞和吸附脫汞，兩種技術(shù)均已實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用：

 

　　1、氧化脫汞技術(shù)

 

　　氧化脫汞技術(shù)是在電廠輸煤皮帶或給煤機里直接加入溴鹽溶液，或?qū)鈶B(tài)溴化物噴入鍋爐尾部煙道。在爐膛及尾部煙道，溴離子氧化單質(zhì)汞(Hg0)形成氧化態(tài)汞(Hg2+)，SCR裝置可以加強單質(zhì)汞(Hg0)和溴的氧化形成更多的氧化態(tài)汞(Hg2+)，氧化態(tài)汞(Hg2+)溶于水從而被濕法脫硫裝置所捕獲，最終達到脫除目的。

 

　　2CaBr2+O2=2CaO+2Br2

 

　　Br2+Hg=HgBr2

 

　　氧化脫汞技術(shù)成本低，由于目前絕大多數(shù)的電廠都裝備了SCR和WFGD裝置，因此脫汞效果好。盡管溴鹽有一定的腐蝕性，但加入煤里的溴相對煤本身含有的氯而言仍然很少，因此上述脫除過程不會加重鍋爐的腐蝕。

 

　　2、爐后噴射改性粉狀活性炭吸附劑(吸附脫汞技術(shù))

 

　　吸附脫汞技術(shù)是利用吸附劑將煙氣中的氣態(tài)汞吸附、脫除。該技術(shù)在美國燃煤電廠獲得了廣泛應(yīng)用，一般是將粉末吸附劑噴射進空氣預(yù)熱器前后(除塵前)的煙道中，從而提高HgP的比例，再由除塵設(shè)備脫除。除了可以采用粉末活性炭作為吸附劑以外，還可以通過改性增加活性炭的吸附脫汞能力，目前商業(yè)化應(yīng)用較多的是溴化活性炭。

 

　　吸附脫汞技術(shù)的主要問題是吸附劑成本，以及后續(xù)的含汞固體廢物處理。根據(jù)美國環(huán)保署測算，為實現(xiàn)90%的脫汞效率，每脫除1kg汞花費約11023~61728美元;而美國能源部的估計成本更是高達55114~154320美元/kg汞。因此，該技術(shù)新近研究重點是使用廉價高效的新型吸附劑(例如活化飛灰、鈣基或鎂基吸附劑等)來代替活性炭。

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