燃煤电厂汞减排技术研究

管一明，许月阳，薛建明，王宏亮，王小明，王 铮

(国电科学技术研究院，江苏南京 210031)

燃煤电厂汞减排技术研究

管一明，许月阳，薛建明，王宏亮，王小明，王 铮

(国电科学技术研究院，江苏南京 210031)

介绍了燃煤电厂汞的3种排放形态，分析了燃煤电厂汞减排技术，如燃烧添加剂技术、吸收剂喷射技术、稳定剂固汞防溢技术、络合剂絮凝脱汞技术等。在此基础上提出了燃煤电厂汞减排技术选择影响因素，即燃煤煤质、运行工况、脱汞后副产物等，为我国电力行业汞污染控制及减排提供了参考。

燃煤电厂;汞减排;脱汞;研究

汞是燃煤电厂继烟尘、SO2、NOx后要严格控制的污染物之一。联合国环保署拟于2013年形成全球的约束性控汞文件，为此，我国政府积极进行控制汞排放的相关工作，“十二五”期间的重点工作是有选择地进行汞减排技术的试点和示范工程。因此，研究燃煤电厂汞减排技术是当前的迫切任务。

1 燃煤电厂汞的排放形态［1－2］

燃煤烟气中的汞有3种存在形态:元素态汞(Hg0)，氧化态汞(Hg2+)，颗粒态汞(HgP)。元素态汞(Hg0)，又称单质汞，是燃煤烟气中汞的主要形式之一，单质汞具有较高的挥发性，几乎不溶于水，在大气中停留时间长达0.5～2年。它是最难控制的形态之一，也是燃煤烟气脱汞的难点，在一定条件下可以被吸附在固体表面，在电除尘器中可被部分捕集，主要取决于温度及飞灰特性，湿法脱硫系统对其洗涤效率极低。氧化态汞(Hg2+)，存在形式为HgX2，理想的阴离子为卤素，具有水溶性和挥发性，容易被吸附，较易在电除尘器中被除去，受温度及飞灰特性影响显著，较易通过湿法脱硫装置洗涤除去，在其浓度比较高的情况下，可采用硫化物使汞稳定后再脱除。颗粒态汞(HgP)，容易被吸附和荷电，在大气中停留时间短，易被电除尘器除去，效果也取决于温度及飞灰特性。

2 燃煤电厂汞减排技术研究

目前，国内外燃煤电厂采用的成熟脱汞技术主要有燃烧添加剂技术、除尘器之前喷射吸附剂技术、吸收塔内添加稳定剂技术、脱硫废水络合絮凝技术。具体加入点及工艺流程见图1。

2.1 燃煤中添加脱汞添加剂

在煤上喷洒微量的添加剂，在燃烧过程中会释放氧化剂，能有效地将烟气里的元素态汞转化成氧化态汞，从而利于后面的飞灰吸附、除尘捕集和湿法捕捉，达到脱除汞的目的。

大多数添加剂为卤素添加剂，主要为溴素或溴化物添加剂，燃烧过程中会释放氧化剂和碱性物质以氧化除汞。卤素直接氧化汞是汞的主要反应，其反应式为:

Cl2作为氧化剂对烟气中的SO2非常敏感，容易发生Chlorine－Griffin反应，其反应式为:

图1 燃煤电厂脱汞减排技术工艺流程示意

溴对SO2不敏感，SO2在锅炉及尾部烟道内基本不消耗溴，所以，溴素及各种溴盐成为各家脱汞技术的首选。

2.2 吸附剂喷射技术

吸附剂喷射技术核心是特定配方的吸附剂［3］，通常是以溴化活性炭为代表的各种溴素吸附剂［4］、改性飞灰［5］、其他配方的粉体吸附剂等。吸附剂的喷射分散系统通过气力输送将吸附剂均匀喷射至空预器前(或后)的烟道中，吸附剂吸附脱汞后随飞灰被除尘器所捕集脱除。吸附剂往往用量很少或性质与飞灰匹配，一般不会影响飞灰的质量及其综合利用(见图2)。

图2 吸附剂储存及喷射分散系统

吸附剂储存及喷射分散系统由储仓、给料机、罗茨风机、喷射器、气力输送管路、分布管、喷枪组成。物料通过气力输送进入烟气排放系统，一般可以在空预热器前或电除尘器前喷入烟气系统，吸附脱汞后随飞灰被除尘器捕捉，吸附剂用量很少，不会影响到飞灰的综合利用。

2.3 稳定剂固汞防溢技术

稳定剂往往与煤基脱汞添加剂联合使用，煤基脱汞添加剂在燃烧中释放出氧化剂将促进元素汞的氧化，氧化态汞随烟气在湿法脱硫吸收塔内被洗涤进入浆液，当浆液中Hg2+浓度达到一定数值时，汞洗涤效率就会下降，增加稳定剂，通过络合作用固定汞等重金属元素，可以有效地防止汞的逃逸，提高湿法脱硫装置对汞的洗涤效率。

2.4 络合剂絮凝脱汞技术

络合剂絮凝脱汞技术一般采用向脱硫废水中添加特定配方的、对汞具有高亲和性和选择性的有机高分子熬合剂或络合剂，通过络合物、熬合物的形式促进了絮凝物的产生，在常规水处理过程中通过沉淀、过滤将之除去，并使排水中所产生的汞等重金属污染物浓度降低(见图3)。有研究表明，络合剂或熬合剂对金属熬合选择性顺序为:Hg＞Ag＞Cd＞Cu＞Pb＞Zn＞ Co(II)＞Ni＞Fe(II)＞Mn。

图3 液相络合、螯合絮凝脱汞过程［1］

3 影响汞减排技术选择和设计的重要因素

我国汞污染控制及减排工作刚起步，汞污染控制相关标准体系正在酝酿中，尽管近两年来关于汞污染及其控制技术的各种交流合作日渐频繁，但国内尚未有技术引进和工程示范的报道。根据国内外调研、技术交流及考察情况，经过研究分析，目前在我国，燃煤电厂汞污染控制及减排技术应用在技术选择、设计等方面应考虑煤质、工况、副产物利用及对电厂运行影响等因素。

3.1 煤质因素

据调研分析，目前国外多数电厂燃用的煤种为高氯、低硫、低灰分煤种，而我国目前燃煤呈现低氯、高硫、高灰份特性，煤质差异导致燃烧后的烟气存在氯、SO2、粉尘浓度等诸多烟气特性不同，尤其是除尘器前的烟气粉尘浓度较高，甚至是美国同类机组的2～3倍，飞灰特性也存有差异。因此，我国在汞减排技术研发和引进时，应借鉴欧美市场所采用脱汞技术和脱汞产品，如燃煤添加剂和喷射吸附剂、稳定剂、络合剂、螯合剂等，充分考虑我国燃煤特点，开发具有中国特色的脱汞工艺和产品，技术引进亦有一个实际应用中的适应性问题。

3.2 工况因素

我国煤炭的市场化导致电厂基本无法燃用设计煤种或与设计相近煤种，多数电厂燃煤来源广泛，煤质的多变也是技术引进及应用面临的现实问题。近年来，我国火电发展迅速，许多地区机组负荷不足，机组调峰频繁，负荷波动较大，工况的复杂多变，也会给汞减排工作带来很多困难。目前，我国火电生产运行面临着很高的成本压力，燃煤掺烧是各家电厂控制成本的基本手段之一，然而各种掺烧，如褐煤掺烧、泥煤掺烧，势必导致烟气量、粉尘、飞灰特性等一些列复杂变化，这对采用燃煤添加剂或喷射吸附剂脱汞存在着一定的影响。

3.3 脱汞后的副产物

目前，各种脱汞技术的副产物主要有三个去向，灰渣、脱硫废水处理后的污泥、石膏。石膏和灰渣主要用于建材行业，如果作为熟料添加剂则汞溢出或浸出的可能性很小;如果用于烧制水泥、砖等，二次回窑，则汞会再次释放出来。脱硫废水处理后的污泥应按相应要求进行填埋和处理，以防止汞等重金属的再次溢出。因此，燃煤电厂脱汞技术及除汞产品应考虑副产物利用及防止二次溢出的措施。

3.4 对电厂运行影响

汞减排技术在国外进入商业应用时间很短，现有的汞减排技术对燃煤电厂的生产运行的影响还有待进一步研究和探讨。在燃煤中添加脱汞添加剂，如有较强氧化性的溴、溴化钙等，溴素在燃烧及燃烧后随烟气的迁移过程中，因其较强的氧化性，对锅炉及其后续设备存在一定的影响，但是否存在腐蚀问题，需要通过示范验证与跟踪研究。在国外溴、溴化氢属于危险品，脱汞过程中是否会存在溴、溴化氢的逃逸问题尚待研究。载溴活性碳喷射技术，因活性碳的添加会影响飞灰的综合利用和运行成本，活性碳的选择和用量非常重要。

采用飞灰改性或其他配方的添加剂或吸附剂，其相对用量较大，如果加在煤中或炉膛中，可能会对锅炉燃烧效率产生一定的影响;如果用于除尘器前喷射吸附脱汞，可能会增加除尘器入口的烟尘浓度，增加除尘系统的除尘压力，部分现有机组脱汞，可能会提出新的除尘改造要求。

4 结语

我国燃煤电厂汞减排技术的研发或引进，应结合我国国情，建议尽早启动相关技术研究工作，并建立示范工程，为今后汞污染控制及减排提供技术支撑。汞减排技术的选择需分析对燃煤电厂现有设施的潜在影响，并考虑相应措施。

［1］王立刚，刘柏谦.燃煤汞污染及其控制［M］.北京:冶金工业出版社，2008.

［2］杨详花，段钰锋，江贻满，等.燃煤锅炉烟气和飞灰中汞形态分布研究［J］.煤炭科学技术，2007，35(12):55 －58.

［3］柏 源，薛建明，许月阳，等.燃煤烟气中汞控制技术研究［J］.电力科技与环保，2010，26(6):12 －15.

［4］刘听，蒋 勇.美国燃煤火力发电厂汞控制技术的发展与现状［J］.高科技与产业化，2009，(3):92 －95.

［5］赵毅，要 杰，马宵颖，等.用现行设备进行烟气脱汞技术研究［J］.工业安全与环保，2009，35(3):14 －26.

［6］中国环境科学学会.2010年汞污染控制及减排技术研讨会会议论文集［C］.北京:2010.

Research on mercury emission reduction technology of coal－fired power plants

The three morphological form of mercury emissions from coal－ fired power plants are analyzed.The mercury emission reduction technologies in coal－ fired power plants are studied，such as combustion additive，absorbent spray，stabilizing agent，complexing agent demercuration technopogy.The various factors affecting mercury emission reduction technology choice of coal－ fired power plants are put forward.The research provided reference for mercury pollution control and emission reduction of electric power industry in our country.

coal－fired power plant;mercury emission reduction;demercuration;research

X701.7

B

1674－8069(2012)02－026－03

国家环保公益性行业科研专项(200909025)

2011-11-22;

2012-03-07

管一明(1968-)，女，江苏无锡人，硕士，主要从事火电厂SO2、NOx、重金属等污染物控制技术的研发、咨询和应用。E－ mail:guanyiming@nepri.com