燃煤电厂烟气中汞的控制技术及需求分析

蔡天忠，刘含笑，王建忠，骆建友，方小伟，吴　金，许东旭

(浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨　311800)

燃煤烟气中Hg存在形态主要有3种：气态元素汞(Hg0)、氧化态汞(Hg2+)和固体颗粒态汞(Hgp)。烟气中汞的形态分布主要与燃煤中氯元素含量和温度的影响有关，现有国家标准要求燃煤电厂Hg排放限值为30μg/m3，但随着超低排放的全面实施，燃煤电厂大气污染物排放标准修订势在必行，届时，极有可能会对Hg等有毒重金属提出更严格要求。

1　中国燃煤电厂烟气Hg控制需求分析

图1　中国燃煤汞排放区域分布图(2007年)

Hg等有毒重金属对人类及生物环境造成的危害极大，中国为世界Hg排放第一大国。联合国环境规划署的数据显示2005年全球人为排放汞的总量约2000t，而中国的排放量达到了800多t，相当于印度与美国总和的3倍，约占全球排放量的40%。联合国环保署发布报告称，燃煤电厂是全球最大的人为汞污染源。美国EPA估算美国燃煤排放的汞占其全部汞排放的33%。据相关文献描述，2000年中国燃煤排汞219.5 t，远高于美国(21.2 t)，中国汞排放中燃煤电厂占比约为35%，其中，Hg0、Hg2+和Hgp占比分别约为16%、61%、23%。中国燃煤Hg排放区域分布如图1所示，主要集中在中、东部地区。根据《中国燃煤电厂大气汞排放控制研究》(2010年)计算，在基准、常规和加严三种燃煤电厂汞排放控制情景，到2020年大气汞排放量将比2008年分别增加56%～67%、50%和基本保持不变。不同控制情景下中国燃煤电厂大气汞排放总量如图2所示。

图2　不同控制情景下中国燃煤电厂大气汞排放总量

中国燃煤电厂烟气超低排放各项指标均优于美国，唯有Hg排放较美国宽松，如图3所示。2005年美国环保署(EPA)颁布了《清洁空气汞法规》(Clean Air Mercury Rule)，成为世界上首个针对燃煤电厂Hg排放实施限制标准的国家，目前美国标准规定，燃用非低阶煤和低阶煤的现役燃煤电厂Hg的排放限值分别为0.013 lb/GWh和0.12 lb/GW，燃用非低阶煤和低阶煤的新建燃煤电厂Hg的排放限值分别为0.0002 lb/GWh和0.04 lb/GW，美国燃煤电厂Hg排放限值大致在2μg/m3～5μg/m3。我国关于汞排放和控制技术的研究起步较晚，《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，规定了火力发电锅炉的汞及其化合物的排放限值为30μg/m3。《水泥工业大气污染物排放标准》(GB 4915-2013)、《电池工业污染物排放标准》(GB 30484-2013)等标准，也均对汞排放量给出了限值要求。随着燃煤电厂烟气超低排放的全面实施，燃煤电厂大气污染物排放标准修订势在必行，届时，极有可能会对Hg等有毒重金属提出更严格要求。

图3中美燃煤电厂大气污染物排放限值对标

2　国内外燃煤电厂烟气Hg控制技术现状

国内外已有燃煤电厂烟气脱Hg技术应用。燃煤电厂Hg排放控制技术主要集中在三个方面：燃烧前脱Hg、燃烧中脱Hg和燃烧后脱Hg。

其中，燃烧前脱Hg方法主要是通过改进煤的洗选技术来实现，如发达国家的原煤洗选率达40%～100%，而中国仅22%，洗选煤实际上是Hg减排的最简单和有效的方法之一。

燃烧中脱汞主要通过改进燃烧方式来实现，如CFB技术、炉膛喷入吸附剂、低氮燃烧技术等。煤粉炉(炉膛温度约1200℃～1500℃)，煤中Hg几乎都成为Hg0，较难脱除，所以目前脱Hg技术的重点是将Hg0转化为氧化态汞(Hg2+)和固体颗粒态汞(Hgp)。

燃烧后烟气Hg脱除技术主要有两方面：第一，利用燃煤电厂现有大气污染控制设备，如SCR脱硝加装Hg氧化催化剂等；第二，利用一些吸附剂或吸附剂耦合改性剂来吸附Hg，如活性碳类、改性飞灰、钙基类吸附剂、矿物(硅铝钙)吸附剂等。

美国针对活性炭吸附脱Hg开展了大量工程试验并进行了推广应用；日本日立研制的Hg氧化催化剂，在某720MW机组SCR末级(第4级)布置，可将Hg脱除效率从30%提高至60%；华能国际对Hg氧化催化剂进行了系统研究，并将其写入其企业标准《燃煤电厂烟气协同治理技术指南》(试行)；华北电力大学研制了飞灰改性脱Hg技术，在脱Hg效果相当的前提下，喷料量约为活性炭的2倍，成本不到1/3，并已在神华国华三河电厂300MW机组、神华国华徐州电厂1000MW机组上工程应用。

3　烟气中Hg的采样方法

目前烟气中Hg采样方法如表1所示，主要有30B法和OHM法。样品测定主要有冷原子荧光、高频塞曼原子吸收法、冷原子吸收等。

表1　汞采样方法

4　结语

鉴于国内燃煤电厂超低改造接近尾声，传统尘、硫、氮市场恐现断崖式下滑，而Hg治理市场尚未正式启动。有必要对国内燃煤电厂烟气Hg排放数据进行全面调研、梳理，并开展烟气Hg控制技术及测试技术研究，以应对未来3～5年电力环保需求。

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[6]刘含笑，郭滢，章培南，等．燃煤电厂烟气中Hg的测试方法研究[J]．中国环保产业，2017，39(12)：59-62．