【摘要】對(duì)燃煤電廠中汞的排放特性進(jìn)行了研究，并依此對(duì)脫汞技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。研究發(fā)現(xiàn)，燃煤產(chǎn)生的大部分汞都?xì)埩粼陔姵龎m器底灰和煙氣中，分別占到約42%和39%，其中煙氣中汞的排放形式主要為零價(jià)汞;在濕法脫硫系統(tǒng)中被脫除的二價(jià)汞絕大多數(shù)殘留在石膏漿液中，脫硫廢水中汞殘留較少。根據(jù)分析和測(cè)試，脫硫系統(tǒng)和濕電系統(tǒng)對(duì)二價(jià)汞具有好的脫除效果，脫硝系統(tǒng)會(huì)將部分零價(jià)汞轉(zhuǎn)化為二價(jià)汞，且可脫除部分顆粒汞。
【關(guān)鍵詞】燃煤電廠;汞;排放;脫汞技術(shù)
1導(dǎo)言
汞及其衍生物含有劇毒，并具有持久性、易遷移性和生物富集性等特性，可在大氣和食物鏈中持久存在、遠(yuǎn)距離遷移和全球傳播，給全球環(huán)境及生物圈造成莫大的威脅。人類作為食物鏈最高層次者，所受的危害最大。醫(yī)學(xué)研究表明，汞對(duì)人類的大腦、脊椎、肝臟、腎臟有不同程度的損害，且會(huì)影響人的感覺(jué)、視覺(jué)、味覺(jué)和行為舉止。北美178個(gè)品種鳥(niǎo)類的病態(tài)與死亡;北極熊毛皮汞含量翻至14世紀(jì)的11倍;魚(yú)、貝、蝦被污染;孕婦誤食含甲基苯的魚(yú)致使胎兒發(fā)育畸形等都表明了汞污染的嚴(yán)重性。在這種形勢(shì)下，2013年《水俁公約》正式在日本簽署，標(biāo)志著汞污染控制已達(dá)成全球共識(shí)。
2研究與分析
2.1汞存在的形態(tài)
燃煤排放到大氣的汞分為3種形態(tài)：1)氣態(tài)零價(jià)汞，又稱氣態(tài)元素汞或氣態(tài)單質(zhì)汞，表示為Hg0;2)氣態(tài)二價(jià)汞，又稱“氣態(tài)氧化汞”，以HgCl2為主，表示為Hg2+;3)顆粒吸附汞(不區(qū)分價(jià)態(tài))，表示為Hgp。不同形態(tài)的汞都有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，因此其排放、傳播和沉積特性也是不同的。由于Hg0具有化學(xué)性質(zhì)不活潑和相當(dāng)?shù)偷乃苄缘忍攸c(diǎn)，因此難以被捕獲。當(dāng)其被排入大氣后，會(huì)停留很長(zhǎng)時(shí)間，并隨著大氣的運(yùn)動(dòng)，輸送到遠(yuǎn)離排放源的區(qū)域。而Hg2+具有水溶性，可以溶于濕法脫硫設(shè)備的石膏漿液中，并且氧化態(tài)汞也較容易被吸附到顆粒物上，其在大氣中的停留周期也較短，一般在排放源附近沉降。大部分Hgp可以隨顆粒物的捕獲而脫除。
影響燃煤電廠煙氣中汞的形態(tài)分布的因素非常復(fù)雜，其中煤種成分的影響很明顯，另外當(dāng)煙氣通過(guò)煙氣凈化設(shè)備時(shí)，部分不同形態(tài)的汞會(huì)相互轉(zhuǎn)化。我國(guó)燃煤煤種多樣、各種成分占比各不相同，燃煤中的汞排放形態(tài)也呈現(xiàn)不同的狀態(tài)。
2.2汞的排放特性
有研究發(fā)現(xiàn)，燃煤電廠所用燃煤的含汞量為17～385μg/kg，每個(gè)電廠的燃煤含汞區(qū)別較大。對(duì)某電廠進(jìn)行了汞的相關(guān)測(cè)試和分析，某電廠燃煤主要采用的優(yōu)混、大混和淮南煤的汞含量算術(shù)平均值213.1ng/g，汞在不同燃燒產(chǎn)物中的分布情況見(jiàn)圖1。
由圖1可知汞在底渣、電除塵器底灰(簡(jiǎn)稱ESP底灰，下同)、脫硫石膏(含脫硫廢水)及煙氣中的分布情況。底渣中的汞很少，不到0.1%，幾乎可以忽略不計(jì);汞在ESP底灰中分布較多，達(dá)到42.9%;其次是分布在煙氣、石膏漿液(含廢水)中。另根據(jù)檢測(cè)，煙氣排放中汞的主要形態(tài)為Hg0，占到了39.1%，而恰恰最難脫除的汞形態(tài)就是Hg0。據(jù)理論和實(shí)測(cè)研究，濕法脫硫可脫除大量Hg2+，因此針對(duì)脫硫系統(tǒng)中的石膏漿液和脫硫廢水進(jìn)行了檢測(cè)分析。由檢驗(yàn)結(jié)果可知，石膏漿液中的汞主要以Hg2+的形式存在;Hg2+主要以HgSO4的形式存在，還有少量以HgCl2的形式存在，其總汞含量285.6μg/L，而脫硫廢水中的總汞含量?jī)H為20.6μg/L，僅為脫硫系統(tǒng)中汞脫除總量的6.7%。
2.3相關(guān)脫汞技術(shù)分析
根據(jù)現(xiàn)有的研究，針對(duì)燃煤電廠煙氣脫汞的技術(shù)可知，現(xiàn)有的脫汞技術(shù)可分為爐前和爐后。爐前主要是指采用洗煤等潔凈煤技術(shù)，使燃煤進(jìn)入鍋爐燃燒之前先脫除大部分的汞，如采用泡沫浮選方法進(jìn)行洗煤，使煤的汞含量可減少30%以上，進(jìn)而采用溫和熱解法，使汞受熱蒸發(fā)，進(jìn)一步減少煤中的汞含量，脫除效率可達(dá)80%以上。借助這2種潔凈煤技術(shù)可使煤在進(jìn)入鍋爐燃燒前減少汞含量85%。但國(guó)內(nèi)入爐前的洗煤率非常低，而發(fā)達(dá)國(guó)家則有40%以上的洗煤率。
脫硫裝置(FGD)和濕式電除塵器(WESP)對(duì)汞的脫除能力較強(qiáng)，尤其是對(duì)Hg2+的脫除效率達(dá)到89.66%，這2個(gè)設(shè)備對(duì)Hg2+的脫除能力在之前多個(gè)研究文獻(xiàn)[4-6,12]中均有提及。但FGD和WESP對(duì)Hg0幾乎沒(méi)有脫除能力，在上表可以看到經(jīng)過(guò)這2個(gè)設(shè)備后Hg0含量有所增加，這在以往研究中未見(jiàn)相關(guān)內(nèi)容。根據(jù)前文對(duì)FGD系統(tǒng)中循環(huán)漿液和廢水的汞含量檢測(cè)結(jié)果可知，循環(huán)漿液中含有大部分的Hg2+，于是可猜測(cè)煙氣經(jīng)過(guò)FGD后，攜帶了大量含有Hg2+的漿液霧滴進(jìn)入WESP，可能在電場(chǎng)環(huán)境中Hg2+發(fā)生了還原反應(yīng)，進(jìn)而生成Hg0，但該結(jié)論仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
3單質(zhì)汞的脫除技術(shù)
3.1吸附劑噴入技術(shù)
該方法利用吸附劑的物理吸附和化學(xué)吸附性質(zhì)，在顆粒吸附裝置前噴入吸附劑，將單質(zhì)汞捕獲之后被除塵裝置脫除，其吸附效率決定脫除效率。由于吸附劑對(duì)單質(zhì)汞的物理吸附能力有限，故吸附劑的化學(xué)吸附能力已成為決定單質(zhì)汞脫除效率的主導(dǎo)因素。因此，如何提高吸附劑的化學(xué)吸附能力已成為當(dāng)下脫汞技術(shù)研究的核心方向。下面將介紹幾種吸附劑以及它的化學(xué)改性吸附劑。
3.1.1飛灰
飛灰中所含有的無(wú)機(jī)化合物如Fe2O3、CuO也會(huì)促進(jìn)汞的氧化。再者，增大比表面積及適中的顆粒粒徑均有利于飛灰對(duì)單質(zhì)汞的吸附;過(guò)高的溫度會(huì)抑制飛灰的吸附能力。吸附了汞的飛灰最終可由布袋除塵器FF或靜電除塵器ESP捕獲。實(shí)驗(yàn)表明飛灰顆粒越細(xì)則汞含量越高，飛灰中90%以上的汞存在于粒徑小于0.125mm的飛灰粒子上[15]。除塵器對(duì)1um以下的灰粒很難捕獲，因此，除塵設(shè)備只能脫除部分含汞飛灰，這是飛灰作為吸附劑的缺點(diǎn)之一。
3.1.2活性炭
基于FF和ESP的吸附劑噴入技術(shù)所使用的就是活性炭或改性活性炭，它是當(dāng)前應(yīng)用較多的噴入式煙氣脫汞工藝。活性炭的汞吸附過(guò)程由膜傳質(zhì)、顆粒內(nèi)擴(kuò)散和汞在活性位的吸附三步驟組成。煙氣中氣相汞分子先透過(guò)流體相間膜向吸附劑表面?zhèn)鬟f，之后由活性炭表面細(xì)孔擴(kuò)散至內(nèi)部活性位點(diǎn)并最終吸附在活性位上。
3.1.3其他吸附劑
價(jià)格低廉，資源豐富的黏土、有較大表面積和較低壓降的化海泡石、高溫和低溫下吸附能力都強(qiáng)的沸石和添加氧化劑的鈣基吸附劑等對(duì)單質(zhì)汞的吸附都大有用途。
4結(jié)束語(yǔ)
1)2015年1月1日起實(shí)施的《火電廠煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)中明確規(guī)定汞及其化合物濃度不得超過(guò)0.03mg/m3，這給我國(guó)火電廠污染治理帶來(lái)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，同時(shí)也預(yù)示著國(guó)內(nèi)將掀起一股脫汞技術(shù)研究熱潮。
2)利用現(xiàn)有的污染控制設(shè)備已經(jīng)能高效脫除顆粒汞與二價(jià)汞，高效脫除單質(zhì)汞是目前研究難點(diǎn)。對(duì)于單質(zhì)汞的脫除，采用改性活性炭的吸附劑噴入技術(shù)是一門(mén)成熟、應(yīng)用較廣的技術(shù)。而諸如飛灰、活性焦等廉價(jià)吸附劑噴入技術(shù)研究尚淺，實(shí)踐應(yīng)用效果差。SCR脫硝工藝脫汞是一門(mén)很有前景的技術(shù)，催化劑能有效實(shí)現(xiàn)單質(zhì)汞的氧化，因此，尋找廉價(jià)髙效的催化劑是當(dāng)前研究的核心。
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附：中汞聯(lián)盟簡(jiǎn)介
中國(guó)汞污染防治技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟(中汞聯(lián)盟)是由從事汞污染防治領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)、技術(shù)咨詢、環(huán)保規(guī)劃等服務(wù)的多家單位自愿組成，立足汞污染防治技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，推動(dòng)汞污染防治技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。中汞聯(lián)盟由中國(guó)科學(xué)院北京綜合研究中心(國(guó)家環(huán)境保護(hù)汞污染防治工程技術(shù)中心，簡(jiǎn)稱汞中心)牽頭發(fā)起，以“汞聯(lián)盟+互聯(lián)網(wǎng)”的方式，與國(guó)內(nèi)知名環(huán)保網(wǎng)站“北極星節(jié)能環(huán)保網(wǎng)”合作推進(jìn)聯(lián)盟建設(shè)，秉承“高端定位、高端引領(lǐng)”理念，整合汞污染防治技術(shù)領(lǐng)域多項(xiàng)資源。中汞聯(lián)盟旨在推進(jìn)國(guó)際汞公約履約進(jìn)程，并落實(shí)國(guó)家汞污染防治戰(zhàn)略，以開(kāi)放合作共享的態(tài)度，面向科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)、政府、個(gè)人，提供多層次、高標(biāo)準(zhǔn)的汞污染防治技術(shù)服務(wù)。
