燃煤锅炉的汞污染及排放控制研究

第 3期 2 0 1 3年 5月 锅炉制造 B0I LER MANUF ACTURI NG N o 3 Ma v 2 0 1 3 文章编号 ： C N 2 31 2 4 9 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 4 6 0 2 燃煤锅炉 的汞污染及排放控制研究 王伟来， 胡双男 ( 哈 尔滨锅炉厂有限责任公司， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 4 6 ) 摘要： 本文介绍了汞排放对于环境和人类健康的影响， 探讨了在燃煤锅炉中汞的释放和转化形式以及燃煤 锅炉控制汞排放的主要措施。 关键词： 煤 ； 锅炉； 汞 ； 排放； 控制 中图分类号 ： T K 2 2 9 文献标识码 ： B Re s e a r c h o f M e r c ur y Po l l u t i o n a n d Emi s s i o n Co n t r o l f o r Co a l Fi r e d Bo i l e r s Wa n g We i l a i ， Hu S h u a n gn a n ( H a r b i n B o i l e r C o ， L t d ， H a r b i n 1 5 0 0 4 6 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T he e f f e c t s o f me r c u r y e mi s s i o n o n t h e e n v i r o n me n t a n d h u ma n h e a l t h a r e i n t r o d uc e d， t h e s t a t u s o f me r c u r y e mi s s i o n f r o m c o a lfir e d bo i l e r a n d i t s t r a n s f o r ma t i o n， t h e f a c t o r s a f f e c t i n g me r c u ry s pe c i a t i o n， a n d t h e me r c u ry e mi s s i o n c o n t r o l t e c h n o l o g i e s a b r o a d we r e r e v i e we d Ke y wo r d s： c o a l ； b o i l e r ； me r c u r y； e mi s s i o； c o n t r o l 0 引 言 我国能源主要 以煤为主， 燃煤 电厂也是全 国 最大的大气 污染源。近年来的研究发现 ， 在煤 的 燃烧过程中， 除 了形成 S o x 、 N o x等污染物之外 ， 同 时会排放出微量的含重金属物质 的污染物。这些 重金属污染物 的排放量虽小 ， 然而危害更大。其 中， 重金属汞的污染越来越受到人们的重视 。 1 燃煤 中汞 的存在形 式 C、 H、 O、 N、 S是构成 煤 的主要元 素 ， 除此之 外 ， 煤中还含有微量的 A l 、 C a 、 N a 、 K等， 同时还含 有多种痕量重金属元素 ， 如 H g ( 汞 ) 、 B e 、 Mn 、 C r 、 N i 、 s e 等。对于煤中汞的存在形式 ， 一般认为， 煤 中的汞元素的存 在形式主要是 以固溶物赋存 于 F e S ( 黄铁矿 ) 中； 但也有 另一种 观点 ， 认 为汞元 素是以细小 的机械包裹物的独立矿物 ( 辰砂 ) 形 式存在于黄铁矿 中， 并且不 同期次形成 的黄铁矿 中汞的分布有显著不同。 世界平均煤种含汞量为 0 1 7 m g k g ， 而我国 的煤中所含汞量达到 0 5 7 9 mg k g ， 因此 ， 我 国燃 煤 的汞排放问题更应该引起人们的重视。 2 锅炉燃烧过程 中汞 的释放 煤在锅炉中燃烧 时， 汞的变化过程是较为复 杂的物理 、 化学作用的结果 ， 最终大部分汞以气溶 收稿 日期 ： 2 0 1 21 2 2 8 作者简介 ： 王伟来( 1 9 7 9一) 男， 汉族 ， 黑龙江人， 哈尔滨锅炉厂责任有限公司 ， 2 0 0 2年毕业于东北 电力 大学热能工程专业 ， 从 事锅炉设 计开发工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 王伟来 ， 等 ： 燃煤锅炉 的汞污染及排放控制研究 4 7 胶颗粒物的形式排 出。普遍被接受 的观点是 ： 在 燃煤锅炉最终排 出的烟气中 ， 汞的最终形 态有气 相 和固相两种 ， 其 中包 括单 质汞 H g 0和离 子汞 h g 2+( 气相) 以及 固相汞 Hg ( P ) 。 燃煤电站 中汞 的排放形式有三种 ： 存在于 固 体颗粒中， 随固体颗粒一起排出； 以气相二价汞的 形式随烟气排 出； 以气相单质汞的形 式随烟气排 出 。 统计表明， 汞的人 为排放量约 占总排放量 的 3 4， 其 中燃 煤释放 的汞 占全球 人为排放 总量 的 6 0 3 污染对环境及人类的危害 在 自然力的作用下 ， 汞会在土壤 、 大气和水体 中循环迁移 。汞可以在 风的作用下 ， 在大气 中悬 浮， 并飘散到各处 ， 并 随着雨水降落到土壤和江河 湖海中。这些汞还会再挥发 ， 或者在雨水 的作用 下 ， 冲入地下或者渗入土壤 ， 还有部分会残 留在江 河等地表水 中。地表水 中的汞 ， 经过沉降作用 ， 会 停 留在江河底部 。汞的毒性很强 ， 包括各种汞 的 化合物， 同样对人类有害 。单质的汞 和汞 的无机 化合物会对人体肝脏和肾脏造成破坏 。汞的有机 化合物会对大脑造成严重伤害 ， 在人体 内的提 留 时间非常长 ， 而且它的化学性质很稳定 ， 会在人体 内长期累积 。从汞的化学性质来看 ， 属于较不活 泼 的金属 ， 通常不易与其它物质发生反应 ， 因此 ， 一 旦释放 ， 它会在 自然环境中长期存在 ， 很难通过 自然作用 自行降解消失。 目前燃煤锅炉释放的汞 对生态环境 的污染较为严重 ， 已成为我 国面临的 重要环境问题之一。 4 燃煤锅炉控制汞排放 的主要措施 对控制燃煤锅炉 的汞污染 、 减少汞 的排放 ， 目 前 的研究方 向主要 面向两个方面 ： 燃烧前脱汞和 燃烧后脱汞 。其 中以燃烧后脱汞技术的研究最为 广泛 ， 是汞排放控制技术的主导方 向。 燃烧后脱汞技术主要面 向两个 方面 ： 一是汞 吸收方法 ， 通过活性碳 、 硅土 、 高岭土、 飞灰、 沸石 等 固体吸收剂 的吸附作 用来 吸收烟气 中的残 留 汞， 此外， 对于气体吸收剂、 液体溶液吸收剂的试 验研究也有一定 的开展 ； 二是 电晕放 电等离子体 脱汞技术 ， 这是一项较新的技术 ， 目前 尚在研究开 发中。现主要介 绍吸收剂脱汞技术 ， 其 中又 以活 性炭喷射技术较为常见和易于实行。 活性炭喷射技术就是利用活性炭较强的吸附 作用去除烟气中的汞。活性炭的吸附原理是一个 较为复杂的物理 化学过程 ， 在吸附过程 中， 起作 用的是活性炭分 子与汞分子之 间的静电引力时 ， 称为物理吸附 ； 而活性炭分子 与汞分子之间 的发 生化学反应 ， 化学键起作用时称为化学吸附。实 际上 ， 这两个过程 同时都存在。影响吸附效果的 主要 因素包括活性炭颗粒大小 、 表面积等 ， 烟气温 度 、 烟气 密度 、 烟气在吸附剂处 的停 留时间， 烟气 组分 、 汞元素的含量等等。 活性炭喷射技术主要分 为两种方式 ： 一种是 在烟气进入除尘器之前喷射活性炭 ， 使其在烟气 中吸收汞 ， 然后再在除尘器中除去活性炭颗粒 ； 另 一 种是设置专 门的活性炭吸附床 ， 使烟气在其中 通过 ， 从而达到脱汞的 目的。考察表明， 第一种方 式较容易投人实际应用 。 利用活性炭吸附汞的效果很好 ， 有试验数据 表明， 可以达到 9 0 以上的脱除率。活性炭喷射 技术的优点在于脱除原理和工艺较 为简单 ， 既可 以与现有除尘设备联合使用 ， 或者建造专用的设 备 ， 如增加布袋 除尘 器 ， 可以达到更好 的脱汞效 果 。缺点是活性炭吸附剂成本高且 消耗量大 ， 运 行费用相对昂贵 ， 会 给燃煤 电厂带来较高的经济 负担。 5 结束语 总体来说 ， 目前烟气脱 汞技术较其他 污染物 控制技术难度大 ， 原 因就在于汞元素本身 是痕量 元素 ， 其在烟气 中的份额非常小 。很多脱 汞技术 尚在研发阶段 ， 但为了更好地保护环境 ， 为了我们 共 同生存的家园 ， 对烟气脱汞技术的研究 一定会 持续下去 。 参 考文