发布时间 : 星期日 文章(2)燃煤电厂烟气汞监测技术培训手册更新完毕开始阅读
第1章 燃煤电厂大气汞排放
实际上，在通过后续的除尘、脱硫、脱硝设施时，烟气中不同形态的汞均被不同程度地脱除。目前我国新建燃煤电厂大多采用四电场以上的电除尘器，平均除尘效率可达到99%以上。截至2008年底，全国单机容量200MW及以上火力发电机组中，96%以上的机组采用电除尘器，3%的机组安装袋式除尘器，1%的机组安装电袋复合式除尘器。截至2010年底，全国脱硫机组装机容量占全部火电机组容量的比例由2005年的14%提高到80%。我国燃煤电厂烟气脱硫工艺以石灰石-石膏湿法脱硫为主，占已投运100MW及以上烟气脱硫机组容量的91%，海水脱硫工艺占3%。清华大学、浙江大学等研究机构对我国部分电厂电除尘系统的除汞效果开展了研究，结果表明静电除尘器的平均汞去除效率为29%。我国布袋除尘器脱汞效果的测试数据不多，基本上在40%~76%之间。电除尘和湿法脱硫的总脱汞效率约为62%。
基于煤炭含汞量、电煤消耗量和大气污染控制设施的脱汞效率，计算得到2005年中国燃煤电厂大气汞排放为123吨。2005年以来，我国实施的关停小火电机组、电厂安装烟气脱硫装置等一系列脱硫措施，显著减少了燃煤电厂的大气汞。2005~2008年，上述措施对大气汞的总协同脱除效果为36.8吨。其中，新建机组均上脱硫设施减少大气汞排放14.7吨，老机组上脱硫设施减少大气汞排放15.3吨，关停小火电减少大气汞排放6.7吨。尽管如此，2008年我国燃煤电厂大气汞排放仍超过113吨，其中内蒙古、江苏、山东、河南、广东、河北、山西等省份排放量较大（如图1所示）。
15燃煤电厂汞排放(t)129630安徽北京重庆福建甘肃广东广西贵州海南河北黑龙江河南湖北湖南内蒙古江苏江西吉林辽宁宁夏青海陕西山东上海山西四川天津新疆西藏云南浙江
图1 2008年我国各省燃煤电厂大气汞排放量
5
第1章 燃煤电厂大气汞排放
燃煤电厂排放的汞60%以上是Hg0，由于Hg0在大气中停留时间较长，可以在数千公里内传输，我国燃煤电厂的大气汞排放受到全球的关注。燃煤电厂的汞污染控制是国际汞公约谈判的焦点问题，发达国家强烈要求制定具有法律约束力的条款，包括汞减排目标、国家行动计划和排放标准等。
实际上，燃煤电厂的大气汞排放对我国生态环境的影响更为显著。大量汞排放导致我国许多地区的大气汞污染严重。已有的监测结果表明，贵阳、沈阳、北京、上海、重庆、兰州等城市的大气总汞浓度均高于国外城市。清华大学的研究表明，我国燃煤电厂的大气汞排放对华北和华东地区的大气汞浓度和汞沉降的贡献约10%～15%。
当前我国政府高度重视汞污染防治工作。2009年国务院下发的《国务院办公厅转发环境保护部等部门关于加强重金属污染防治工作指导意见的通知》中将汞污染防治列为工作重点，2010年5月又发布《国务院办公厅转发环境保护部等部门关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量指导意见的通知》，进一步提出建设火电机组烟气脱硫、脱硝、除尘和除汞等多污染物协同控制示范工程。2010年9月，国家环境保护部联合五大电力集团，启动了燃煤电厂大气汞污染控制试点工作，为火电厂大气汞排放限值的实施提供技术储备。
1.2
燃煤烟气汞的释放、转化和去除机理
汞是煤中最易挥发的痕量元素之一，在煤粉燃烧温度下，Hg0是汞的热力稳定形式，大部分汞的化合物是热力不稳定的，它们将分解成单质汞。因此，绝大部分汞在煤燃烧过程中，以Hg0形式蒸发释放进入气相，残留在底灰中的汞的含量一般小于1%。在复杂的燃烧后环境中，Hg0将经历一系列复杂的物理变化和化学变化，一部分被催化氧化为Hg2+X（X为Cl2，O，SO4等），一部分被氯化氧化为HgCl2。部分Hg0和Hg2+X被烟气中的飞灰吸附，形成颗粒态汞Hgp，如图2所示。Hg0具有高的挥发性和极低的水溶性，最难被传统污染控制装置除去；Hg2+挥发性低些，易溶于水，较易控制；Hgp能够随飞灰被除尘器去除，最容易控制。
6
第1章 燃煤电厂大气汞排放
催化氧化氯化氧化吸附飞灰形成煤燃烧中燃烧后
图2 燃煤过程中汞的释放与形态转化
利用静电除尘器（ESP）和布袋除尘器（FF）可以高效地捕获烟气中的颗粒物。电除尘器的除尘效率一般可达到99%以上。这样，烟气中以颗粒形式存在的颗粒态汞可同时得到脱除。但一般认为，颗粒汞占煤燃烧中汞排放总量的比例小于5%，且这部分汞大多存在于亚微米颗粒中，而一般电除尘器对这部分粒径范围的颗粒脱除效率很低，所以电除尘器的脱汞能力有限。但在使用高氯煤的锅炉，烟气中会产生更多的未燃尽碳（UBC），氯和碳会促使氧化汞和颗粒汞的形成，使静电除尘器获得大约在45%以上的脱颗粒态汞效率。对于一些含有高UBC组分的烟煤，除尘设备对汞的去除率甚至可达80%。但是由于未燃尽碳会造成能量的损失，总的来说，需要在电厂整体运行效率和汞去除率间寻找一个平衡。
对冷端电除尘器而言，由于烟气经过省煤器，温度得到降低，在烟气冷却过程中，汞经历一系列物理和化学变化，部分凝结在飞灰颗粒表面上，与热端除尘器相比，冷端电除尘器用于脱除颗粒态汞更为有效，除汞效率大约为30%。布袋除尘器要比静电除尘除汞率更高，而且能更有效地去除细小颗粒物。布袋除尘过程中气体与飞灰接触的时间要比在静电除尘里更长，因此它促进了汞在飞灰中的吸收。此外，布袋除尘器还提供了更好的接触
7
第1章 燃煤电厂大气汞排放
环境，因此布袋除尘器能去除绝大部分的颗粒态汞和一部分氧化汞。美国报道的布袋除尘器的平均脱汞效率为80%~90%。
气态Hg2+通常是水溶性的，因此可以被湿法脱硫设施有效地脱除。有实验数据表明，石灰石湿法烟气脱硫系统可以捕获90%以上的氧化汞。但是，在一些条件下，氧化汞可能会在湿法烟气脱硫中还原成元素汞，然后再被释放出去。在湿法烟气脱硫中随着液体中汞含量的增多，汞的再释放潜力变大。因此，在湿法烟气脱硫中，优化协同脱汞效果的策略主要是防止汞的再释放。通过添加剂，如硫化物试剂，可以减少氧化汞还原成元素汞的数量，以使脱汞效率保持在77%以上。
利用催化剂使烟气中的Hg0转化为Hg2+，可以大大提高脱汞效率。选择性催化还原脱硝反应是在催化剂的表面发生的。在一定条件下，选择性催化还原催化剂，可以促进元素汞氧化生成氧化汞，改变汞的化学形态。因此，选择性催化还原装置本身虽然不能除汞，但是增加了湿法烟气脱硫上游Hg2+的比例，进而提高了湿法烟气脱硫的脱汞效率，从而达到协同除汞的效果。选择性催化还原对Hg0的氧化取决于煤的氯含量、催化剂种类、氨的浓度等因素。
为了取得高效烟气脱汞效率，已经开发了一些强化脱汞技术，主要是吸附剂喷射脱汞技术。吸附剂喷射技术是利用吸附剂对汞的吸附作用，将气态汞转化为颗粒态汞，并在除尘设备中去除。国外大部分研究集中在高效、经济的吸收剂的研制，主要包括活性炭、飞灰、钙基吸收剂等，应用最广的是活性炭。
用活性炭吸附烟气中的汞可以通过以下两种方式，一种是在除尘装置前喷入粉末活性炭（PAC），另外一种是将烟气通过活性炭吸附床。在活性炭改性方面，研究者运用化学方法将活性炭表面渗入氯、溴或者碘，以增强活性炭的活性。由于氯、溴或者碘与汞之间的反应能防止活性炭表面的汞再次蒸发逸出，可提高吸附效率。适当增加活性炭的喷射量，或者使用经溴化或氯化的活性炭，可以达到90%以上的汞去除率，但是该技术的主要问题是脱汞成本高。
8