燃煤电厂烟气脱汞技术探讨及适用性分析

王伟乐苏

（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010206）

1 燃煤电厂生产烟气中的汞

1.1 燃煤电厂生产烟气中汞的形态

燃煤电厂生产烟气中汞的形态与燃烧煤种、锅炉燃烧方式、运行条件、除尘类型以及生产布置格局等都有关系，改变其烟气中汞的形态就必须改变上述内容。总汞是以单质汞、颗粒态汞、二价汞3 种形态存在，大致来讲就是以气态形式存在于烟气中。根据我国燃煤电厂生产过程中烟气汞的存在形式分析，约20%存在于燃煤机组中，80%存在于生产尾部烟气中，伴随着烟气温度的不断下降，其中有部分单价汞会直接转化为颗粒态汞以及离子汞；另外还有一部分被氧化后的二价汞，二价汞会溶于工业生产废水中，最终沉淀于土壤之中，侵害人类动物食物链，造成更大危害影响。针对燃煤电厂生产烟气中的汞排放检查、汞污染控制是相当有必要的，燃煤电厂必须运用最先进的汞检测与脱汞技术方法[1]。

1.2 燃煤电厂生产烟气中汞的检测方法

烟气中汞的检测目前主要有两种方法，分别为在线分析法和取样分析法。汞的形态不尽相同，需要采用不同的检测方法，准确控制烟气中汞的排放含量。以下简单介绍目前在技术性上比较领先的汞的在线检测技术。

汞的在线检测技术是在传统安大略（OHM）法基础之上提出的，它能够精确检测燃煤电厂生产烟气中汞的含量，且分析方法、效果应用到位。不过该方法取样时间偏长，在取样后需要对样品再进行复原与消解操作，此时需要结合汞分析仪对检测结果进行分析，其检测过程相对复杂繁琐。目前所采用的汞在线连续监测技术能够实现对单质汞、二价汞和颗粒态汞的实时在线连续检测，再通过加热使汞气自然蒸发。运用到氩气作为载气便携装置，配合原子荧光发射器对汞蒸气波长进行分析，将得到的荧光光谱强弱与汞蒸气含量比进行对比，检测出荧光光谱强度。目前在国内，这种在线监测技术非常流行，它对于汞污染的控制相当到位，也得到了环保监督部门的认可与批准。为更好适应国家环保检测要求，近年来各地燃煤电厂对于汞实时动态在线检测技术的研究也愈发深入，甚至已经成为我国科研院所的重点研究技术之一[2]。

2 燃煤电厂生产烟气脱汞技术

2.1 烟气脱汞技术的研究应用

传统燃煤电厂在建设期间少有考虑到烟气脱汞问题，因此可能没有专门的脱汞设备，主要是利用燃烧后的烟气脱汞技术。一般工况下，炉渣排放中的汞含量大约占到燃煤中汞的2%左右，另外在烟气中气态汞的存在形式更为明显，大约占到90%以上，主要包含了单质汞、二价汞和颗粒态汞[3]。

2.2 活性炭吸附技术的改性

在燃煤电厂中，主要对活性炭进行活化处理，确保其浓度被控制在20%～50%，配合ZnCl 溶液、磷酸溶液、铵盐溶液等大约浸泡24 h 左右，最后进行烘干处理。烘干后的活性炭可直接放置在炭化炉中，配合氮气保护进行加热活化，再配合水蒸气进行活化，确保活性炭吸附技术实施温度最高达到1100 ℃，如此保持最长240 min 即可停止加热。在自然冷却后，再进行110 ℃真空干燥，予以备用即可。

2.3 活性炭载银制备技术应用

基于真空干燥技术在恒温状态下利用银离子溶液与0.1～1 mg/L 活性炭进行混合实验，选择在恒温水状态下连续振荡约24 h，最终过滤溶液部分，采用蒸馏水对活性炭进行反复冲洗即可，在最高110 ℃的真空环境下烘干即可。

在改性与载银活性炭处理方面，一方面需要保留活性炭相对巨大的比表面积，一方面也需要优化调整其吸附量，提高其吸附速度，确保其再生能力进一步加强。在该过程中，需要利用活性炭载银制备活性汞，确保汞以蒸汽形式正常溢出，最后对汞蒸汽进行冷凝后再进行二次回收[4]。

2.4 低温等离子体脱附技术应用

如果对载银活性炭进行烟气吸附，分析其汞饱和浓度，可考虑利用低温等离子体对其进行再生二次处理，保证在一定条件下快速物理分解汞，让汞以污染最小的蒸汽形式溢出即可。可考虑采用低温等离子体反应器，其再生时间控制在60 min 内，利用气体放电产生低温等离子体对活性炭进行深度吸附，避免采用加热或减压操作，其能耗相对较低，放电速度相对较快，工艺流程十分简单。

如此做法对汞脱附非常有利，具体可总结6 点：①在气体放电过程中会产生大量高能电子、活性离子和自由基团；②考虑到高能电子轰击作用明显，它导致活性炭固体表面吸附基态中心分子、原子、离子与亚稳态物质脱附能力增强，导致激发态分子快速解离；③考虑到等离子体中的活性离子对活性炭表面具有轰击作用，它会直接引发动能传递过程，导致汞从活性炭表面被弹射出来并参与到脱附过程中；④如果活性炭颗粒表面被轰击也会引发化学反应，导致活性炭表面层被改性；⑤如果离子轰击活性炭固体表面产生大量化学自由基，它会导致汞从吸附活性炭上直接被脱附；⑥如果等离子体化学气体中存在稳态自由基团，它会直接激发活性炭固体表面与汞之间形成相互化学作用，导致产生化学反应与脱附效应[5]。

2.5 汞蒸气回收技术应用

如果载银活性炭在低温等离子工艺条件下再生，其生产烟气中的汞蒸气就会被低温等离子冷凝处理，直接使得汞回流到储存罐中被再利用。在该过程中，如果低温等离子体脱附条件控制得当，其可将汞蒸气纯度控制在99.9%左右。一般在日常运作过程中，需要对汞烟气进行热处理。考虑到汞自身具有较大易散性，可利用热处理这一技术优势，直接对煤采取加热形式，确保其加热环节有效，且保证汞被有效扩散。

如果汞含量在化学排放过程中持续增加，则需要调整活性炭脱汞装置，避免其装置运行受阻，优化提速其生产运作过程。采用流化床对于汞回收再利用是有好处的，它在烟气通过电除尘前直接喷射活性炭颗粒，可有效吸附颗粒状态的汞，保证烟气在通过设备下游电除尘部分时被合理排除，专门捕捉吸附汞的活性炭部分，直接脱除烟气中的汞。

还可采用固定床技术，固定床不同于活性炭固定吸附床方法，它在除尘器与烟气脱硫脱销过程中会利用到烟气汞吸附技术，可确保烟气中汞含量脱除到位，这也是目前燃煤电厂合理排放烟气、降低汞污染的终端环保设施，有理想的实践运行效果。

3 烟气脱汞技术的适用性分析

利用活性炭汞脱附回收实验对烟气脱汞技术的适用性进行分析，可更好地说明活性炭在通过改性、载银后对汞的吸附效果优化。结合活性炭汞脱附回收实验来进行分析：

第一步，要对活性炭进行活化处理，确保其活化前容量占到活性炭比表面积的大约1000 m2/g 左右，将活性炭直接浸入到浓度为15%的磷酸溶液中，直接浸泡约12 h 后取出晾干。晾干的活性炭可直接放入到低温等离子体反应器中，确保其在25 ℃环境下被成功取出，配合加电压对活性炭比表面积进行再次测量，发现其比表面积已经上升到1500 m2/g，说明经过了活性炭吸附实验后其比表面积增加相当明显。

第二步，确保活化后的活性炭配合盐水进行浸泡清洗处理，在清洗后对活性炭表面的残留杂质进行分析，将其放入到烘干箱105 ℃环境中干燥约2 h。实验中要采用到质量浓度为0.1 mg/mL、0.2 mg/mL、0.3 mg/mL、0.5 mg/mL、1 mg/mL 的硝酸银溶液500 mL 进行配比处理，保证其在振荡器中维持30 ℃左右再进行恒温振荡处理，等待24 h 后过滤配合盐水洗涤处理，在80～100 ℃的烘烤箱中烘干，计算其对汞的吸附量Q 应该为：Q=（C0-C）V/m。其中，C0和C 分别代表了吸附前后的汞浓度，V 代表溶液体积，m 代表活性炭质量。

在吸附银后对活性炭的再利用进行分析，利用盐水洗涤处理，配合85 ℃环境真空烘干，最终制备载银，再分析脱附汞前、脱附汞后质量。结合控制低温等离子体反应器反应条件对载银活性汞脱附情况进一步分析，以获得相关数据内容。

最终结合实验结果进行分析，如果载银活性炭在充分吸附汞并饱和以后，可考虑采用低温等离子体反应器进行汞脱附。它的脱附效率相对较高、脱附速度快、且对活性炭的损失相对较少。通过实验结果分析，脱附汞效率将达到至少95%以上，活性炭的损失率则不到1%[6]。

4 结语

通过探讨燃煤电厂中烟气汞的脱除技术及其技术适用性内涵，希望采用活性炭配合吸附脱除技术、冷凝器冷凝技术对活性炭进行改性活化处理，最大限度增大活性炭比表面积，最终提高活性炭的汞脱附能力，确保燃煤电厂中的烟气中汞脱除与处理到位，将生产中的环境污染可能性降到最低。