烟气汞污染及控制.

烟气汞污染及控制

1 前言

汞是煤中最易挥发的重金属元素之一， 大气中的汞可以通过呼吸作用随气体进入人体， 也可以沿食物链通过消化系统被人体吸收， 对人体的危害极大。随着世界各国对大气中汞污染问题的日益关注， 燃煤烟气中排放的汞已成为目前我国迫切需要解决的一个重大环境问题。2003 年我国人为汞排放量为250 t，其中约有39%来源于煤的燃烧[1]。2005 年我国电站燃煤锅炉气态汞总排放量约为147 t，固态汞排放量约为47 t，总汞排放量约占世界燃煤汞排放量的10%左右[2]。因此如何有效地控制燃煤过程中汞的排放已经成为一个亟待解决的问题。

2 现有烟气脱汞技术与进展

2.1 利用现有污染控制设备脱除烟气中的汞 2.1.1 利用除尘设备除去烟气中的汞

目前电厂应用的除尘设备有静电除尘器（ESP）和布袋除尘器（FF），这些除尘设备在降低颗粒物排放的同时，能够在一定程度上减少汞的污染，去除率与烟气中汞的形态、除尘器类型等因素有关。相关研究表明，ESP 能除去烟气中小于20%的汞[3]。其对汞的吸附和脱除效果与飞灰中碳含量、颗粒粒径以及吸附于其表面的其他元素的物化特性等因素有关。和ESP 相比，FF 可以捕集几乎所有颗粒粒径大于0.1μm 的尘粒，所以其对烟气中汞的脱除效果更加良好。

ESP 和FF 能够有效脱除Hg(p)，但对Hg0和Hg2?的脱除率相对较

低，且脱除效果易受烟气特性的影响。因此仅仅依靠常规除尘设备来去除烟气中汞，还不能满足环境要求。目前，基于FF 或是ESP 的吸附剂喷入技术，能够有效地提高燃煤烟气中汞的脱除效率，是一种很有应用前景的脱汞方法，它主要是利用吸附剂的吸附性能，将烟气中的汞吸附在吸附剂上，然后被下游的除尘设备去除。基于FF 和ESP 的活性炭喷入技术去除烟气中汞有3 种方案[4]：（1）在除尘设备之前，直接向烟气中喷入活性炭；（2）在ESP 之后，对烟气进行喷淋冷却，然后喷入活性炭，用FF 收集吸附后的活性炭；（3）在空气预热器之后，对烟气进行喷淋冷却，然后在ESP 之前喷入活性炭。但此技术因投资费用较大且运行成本较高，电厂一般难以承受。

1.1.2 利用脱硫设备除去烟气中的汞

为了降低SO2污染，新建电站都要安装脱硫设备，老的电站也在逐步增加脱硫设备。这些脱硫设备在脱除硫的同时，也能够去除烟气中部分汞。L.Zhang 等[5]利用Ontario Hydro Method 方法，对中国6 家电厂的汞排放进行比较分析，发现湿法烟气脱硫（WFGD）设备对Hg2? 的脱除效率可达78%，但仅能去除烟气中3.14%的Hg0。WFGD 的汞脱除效率与汞的形态密切相关，而烟气中Hg2?所占比例变化很大，Hg2?含量越大，WFGD 设备的汞脱除效率越大。在WFGD 脱硫过程中，脱硫浆液pH 值、温度等对烟气中汞形态的转移也有影响作用，脱硫效率变化较大。鲍静静等[6]在脱硫剂中添加KMnO4、Fenton 试剂、Na2S 等添加剂来提高WFGD 设备的脱汞效率，不同添加剂的效果有所不同，其中Na2S 效果最为显著，主要原因是由于Na2S 会分解产生S0、S2-，

与烟气中Hg0、HgCl2 反应生成HgS，吸收的Hg2?被固定，从而抑制单质汞的重新生成。

除WFGD 设备外，半干法脱硫设备同样能够有效去除烟气中的汞。东南大学杨立国等[7]考察某电厂100MW 燃煤锅炉的新式整体脱硫工艺(NID)半干法脱硫设备的脱汞性能。研究表明，燃煤烟气流经NID 设备后，烟气中Hg2?含量比例有所提高;汞平衡计算分析表明，NID半干法脱硫设备可以脱除燃煤烟气中的绝大部分汞，脱除效率达到86.6%～92.2%。图1为NID系统示意图，其中箭头所指为汞主要流向。目前，中国科学院过程工程研究所基于自主研发的循环流化床半干法脱硫技术[8]，通过开发非均相氧化吸附剂以及对一体化脱除工艺的优化，以实现循环流化床半干法脱硫脱硝脱汞一体化。