燃煤电厂汞排放控制技术介绍

燃煤电厂汞排放控制技术介绍燃煤电厂汞排放控制技术介绍 摘要 摘要 本文浅要分析了汞在燃煤中的赋存形态及其排放特性 并根据影响汞去除率的主要因素 简要介 绍了当前一些汞排放控制技术 关键词关键词 赋存形态 去除率 洗煤 活性炭 前言前言 汞是目前主要的全球性污染物之一 在大气中停留时间长 毒 性大 并且具有生物累积作用 对人群健康构成很大威胁 全球每 年排放到大气中的汞总量约为5000吨 而燃煤过程中汞排放占相当 大的比重 根据美国环保署 EPA 1997年给美国国会的汞研究报告显 示 燃煤电厂是最大的汞排放污染源 与燃油相比 燃煤产生的汞 排放要高出10倍到100倍 因此燃煤电厂对于汞污染物的排放控制刻 不容缓 一 一 汞在燃煤中的赋存形态及其排放特性汞在燃煤中的赋存形态及其排放特性 要控制燃煤电厂汞排放 就必须先了解汞在燃煤中的存在形态 及其特性 以便对症下药 煤中大部分汞是以固溶物形式存在于黄 铁矿中 以硫化物结合态 有机物结合态和残渣态存在 也可能有 部分微细的独立汞矿物分布在黄铁矿和有机物组分中 汞是煤中较易挥发的痕量元素之一 煤粉经过燃烧 其中的汞 主要分为两部分 一部分伴随着灰渣的形成 直接存留于灰渣和飞 灰中 另一部分在火焰温度下随着煤中黄铁矿 Fes 和朱砂 HgS 等 含汞物质的分解 以单质形态释放到烟气中 由于炉内高温 单质 汞是煤粉中的汞在火焰温度下存在的主要形式 当烟气流出炉膛 流经换热面 烟气温度逐渐降低时 一部分的气相单质汞会被飞灰 通过物理吸附 化学吸附和化学反应等途径吸收 从而转化为以颗 粒态存在的汞 P 这一部分包括HgC12 HgO HgSO4和HgS等 一 部分的气相单质汞在烟气温度降低到一定范围时 会被烟气中的含 氯物质氧化而生成气相氯化汞 HgC12 目前学术界认为烟气中气态 二价态汞多数为HgCl2 g 最后还有一部分气相单质汞仍保持不变 随烟气排出 研究表明 在空气污染控制器的上游烟气中的气相汞 中Hg2 占50 80 单质汞Hg0占20 50 二 二 影响汞去除率的主要因素影响汞去除率的主要因素 燃煤烟气中的汞主要有三种形态 二价汞 Hg2 单质汞 Hg0 颗粒汞 HgP 脱除汞的有效性取决于烟气中汞的形态分 布 而形态分布与飞灰成分 温度 烟气成分如 SOx NOx 氯化物 等有关 1 汞的形态对汞去除率的影响 Hg0挥发性高且难溶于水 是相对比较稳定的形态 难以被污染 控制设备收集 而HgCl2在湿法中较容易溶解 能有效去除Hg2 2 不同烟气处理方式对汞去除率的影响 电除尘器和机械除尘器只能除去被飞灰吸附的颗粒态汞 因此 去除效果并不明显 通常不被用于烟气脱汞 烟气的湿法净化和半 干法净化装置对汞均有一定的脱除作用 且湿法优于半干法 3 煤种的差异对汞去除率的影响 不同的煤在燃烧过程中Hg0氧化为Hg2 的比例有很大不同 大致 在20 95 质量分数 当煤中Cl 含量较高时 氧化态汞的比例也较 高 而当钙和碱性成分含量较高时 碱性烟气会与Cl 反应 降低Cl 的含量 从而降低汞的氧化 此外 汞在灰分中的固留与灰分中C的 含量有很大关系 C的质量分数约占5 时 汞的固留较高 约在80 100 质量分数 三 三 汞排放控制技术汞排放控制技术 现有的燃煤电厂汞污染控制主要通过以下三种方式 燃烧前脱 汞 燃烧中脱汞和燃烧后脱汞 1 燃烧前脱汞 洗煤是减少汞排放最简单而有效的方法 一般而言 浮选法可 获得约2 1 3 7 质量分数 的去除率 去除率与煤的种类 煤 的清洗 分选技术 原煤中的含汞水平等都有关系 美国能源部 DOE 还研究利用其他非物理洗煤方法从原煤中除汞 与传统的洗煤 技术相比 先进的化学物理洗煤技术对汞的去除率能够达到 64 5 比燃烧后净化设备具有更大的经济效益 另外还有煤的热处理技术 此法是在不损失碳素的温度条件下 使烟煤温和热解从而降低汞的排放 有研究人员研究了煤中的汞燃 烧前的预脱除过程 结果显示 在280 C时 大约80 质量分数 的 汞可以被脱除 在此工艺温度下 煤中只有少量挥发性物质损失 温和热解去除有害物的观点为我们提供了一种新的污染防治战略 2 燃烧中脱汞 流化床燃烧 流化床燃烧能降低烟气中汞和其他微量重金属的排放 在流化 床燃烧器中进行的高氯烟煤燃烧试验中 汞几乎全部被氧化成了 HgCl2 绝大部分Hg被飞灰及后续脱硫设施除去 低氮燃烧 低氮燃烧技术通常采用降低火焰温度 N2浓度和O2浓度的方法来 控制NOx的排放 此法由于操作温度较低 增加了烟气中氧化态汞的 含量 因此有利于汞的控制 炉膛喷入吸附剂 常用的吸附剂为活性炭吸附剂 向飞等人通过浸渍法在活性炭 上负载催化剂MgC1z CoC1z MnC1 对活性炭进行改性 发现它们 能与活性炭表面的官能团形成具有独特催化性能的配合物 对汞的 氧化 化学吸附起到配位催化作用 添加石灰石 研究表明 向燃煤中添加石灰石 可导致烟气中的汞由气态向 固态转化 降低气态汞的含量 3 燃烧后脱汞 燃烧后脱汞目前研究较广 效果较好的一种方法是采用活性炭 对汞进行吸附去除 活性炭吸附法脱汞可通过两种方式实现 一是 在颗粒脱除装置前喷人活性炭 吸附了汞之后的活性炭颗粒在通过 除尘器时被除去 二是使燃煤烟气通过活性炭吸附床 第一种方式 比较有应用潜力 魏国强等通过在静电除尘器 ESP 前喷射活性炭进 行研究 结果表明 该方法可实现对烟气中汞的吸收 而吸收了汞 的活性炭颗粒将被ESP所捕获 从而降低烟气的汞排放 烟气中汞的 去除率受活性炭喷入量的影响 当活性炭喷射量小于200kg Mm3时 汞的去除率会随喷射量的增加而急剧增加 活性炭的喷射量大于 200kg Mm3时 汞的去除率将稳定在一个高于90 的水平 活性炭 脱汞技术已被美国应用于垃圾焚烧炉汞污染控制上 并获得了很好 的脱汞效果 但由于燃煤电厂与垃圾焚烧所产生的烟气中各物质的 含量有较大差别等因素 该方法目前还不能很好的应用于燃煤电厂 中 另外活性炭吸附脱汞成本昂贵 直接采用活性炭吸附成本过高 燃煤电厂很难承受 因此 许多研究人员开始开发新型的低价吸附 剂 目前现有的一些烟气净化技术对汞的脱除也有一定效果 比如 除尘设备如电除尘器 布袋除尘器能够高效的去处烟气中的Hg P 气态汞也能通过被吸附在飞灰上被电除尘器 ESP 或布袋除尘器捕获 研究发现 对烟气中汞的去除作用最为明显的是含有各项异性活性 炭的飞灰 含隋性碳的飞灰对烟气中的汞几乎没有吸附作用 另外 汞的去除率还与飞灰的温度和纤维过滤器 FF 的运行温度有关 温 度越高 汞的去除率越低 干法脱硫装置可以较易去除烟气中的颗粒态汞Hg P 而气态单 质汞Hg0和化合态二价汞Hg2 则能被吸附在喷射干式吸附剂脱硫系统 中的飞灰 硫酸钙或亚硫酸钙颗粒表面 在烟气通过ESP或FF时被捕 获 ESP对汞的去除率为50 FF对汞的去除率可达80 以上 当烟 气通过FF上由飞灰和干浆粒结成的阻塞层时 气态汞的捕获将会进 一步增强 汞的去除率可高达90 以上 湿法烟气脱硫 WFGD 循环浆液可吸收易溶于水的化合态二价汞 Hg2 吸收效率可达69 选择性催化还原 SCR 装置在还原NOx的 同时 也可将Hg0氧化成更易被WFGD脱除的Hg2 Hg0被SCR装置催化 氧化的效率可达80 90 四 结语 目前 很多脱汞技术都仍处于实验室阶段 在燃煤电厂中还没 有找到一种成熟 可投入商业应用的脱汞技术 我们既要考虑脱汞 效率 又要考虑脱汞成本因素 一般而言 燃烧前脱汞可获得大约 37 的去除率 但是燃烧前脱汞技术并不能完全解决汞的排放控制 问题 有关燃烧过程中脱除汞的研究很少 燃烧后脱汞 即烟气脱汞 是 未来电厂汞污染控制的主要方式 因为其脱汞效率较好 且可以利 用现有的烟气净化设备进行改造 随着我国对燃煤锅炉汞及其化合 物排放限值的要求越来越严格 开发出一种适用于燃煤电厂的成本 低 效率高的脱汞技术 是我们当前急需解决的问题 参考文献 1 周劲松 骆中泱 任建莉等 燃煤汞排放的