【技术】国内外燃煤电厂烟气汞脱除技术简介

1 汞简介

汞分为有机汞和无机汞，电厂锅炉煤粉的燃烧过程中，煤中的汞将因受热挥发并以汞蒸气的形态存在于烟气中。烟气中汞的存在形式主要包括气相汞(单质汞和气相二价汞)和固相颗粒汞，这三者称为总汞。

2 国外脱汞技术

2000-2007年，美国能源部资助现场演示项目，在50多个电厂进行一个月以上的实地测试。发现溴化活性碳除汞效果显著，活性碳喷射经济有效，尤其是喷射溴化活性碳最为有效。从2005年开始活性碳喷射(ACI)技术逐步商业化，现在全美10%的锅炉已经订购或安装了活性碳喷射系统。

(1) 炉前溴化添加剂

燃煤电厂炉前溴化添加剂脱汞技术就是在电厂输煤皮带上或给煤机里加入溴盐溶液，也可直接将溶液喷入锅炉炉膛。在烟气中溴离子氧化元素汞形成Hg2+，脱硝装置SCR可加强元素汞和溴的氧化形成更多的Hg2+，Hg2+溶于水从而被脱硫装置所捕获，从而达到除汞目的。这种技术对装备了SCR和脱硫装置的燃煤电厂脱汞效果好，成本低。而且由于加入煤里的溴相对煤本身含有的氯很少，所以添加到煤里的溴盐不会对锅炉加重腐蚀。现在很多装备了SCR和WFGD的美国燃煤电厂正在测试这种脱汞技术，其中一些电厂已取得了很好的汞控制效果。

案例：炉前溴盐添加剂脱汞技术在某60万kW燃煤机组的应用。

在2007年底，溴盐添加剂脱汞技术被应用到一台装备了脱硝装置(SCR)、静电除尘器和烟气湿法脱硫的60万千瓦燃煤机组上，锅炉烧PRB煤(PowderRiver Basin Coal，美国次烟煤)，溴化钙溶液分别以4ppm、8ppm、12ppm、22ppm(溴煤比)加入煤中。22ppm溴含量相当于大约11升溴化钙溶液或19公斤溴化钙加入315吨煤里，未控制前汞的平均排放浓度为13μg/m3。锅炉喷入溴化钙溶液后脱汞效果显著。

此案例说明溴化钙溶液是一种很好的汞氧化剂，利用烟气湿法脱硫装置能有效控制汞的排放。而且喷射系统简单，除汞成本低。值得注意的是被控制的汞都进入烟气湿法脱硫装置排出的石膏或排入废水里，需要二次处理。但由于除汞成本低，此技术对现今装备了SCR和湿法脱硫装置的燃煤电厂具有很好的参考价值。

(2)炉后喷射溴化粉状活性炭吸附剂

主要是粉状溴化活性炭在静电除尘器或布袋除尘器前喷入，烟气里的汞和活性炭上的溴反应并被活性炭吸附，最后被经典除尘器所补集。

案例：底特律爱迪生•圣克莱尔(DetroitEdison’s stclair)电厂 该电厂仅配有静电除尘器作为粉尘控制设备。美国约有75%的燃煤电厂准备采用stclair电厂控制汞排放的技术。

3 国内技术

国内尚未针对燃煤电厂汞排放制定针对性控制措施，仅依靠当前的除尘、脱硫等环保治理设施，对汞排放有一定的控制作用。

华中科技大学煤燃烧国家重点实验室副主任张军营介绍说，燃煤电厂的汞污染控制在国内还处于起步阶段，国家还没有烟气汞排放标准，成熟的除汞技术在国内也还是空白，只有少数几家科研单位在做研发。国外的除汞技术多是针对低硫煤开发的，而我国燃煤的硫含量都较高，因此国外技术要成功地应用到国内的燃煤电厂，还要经过改进。

目前，面对新兴的燃煤电厂汞减排要求和烟气中复杂的汞转化过程，普遍使用的汞减排方法是利用传统工艺及设备除汞、吸附剂除汞2 类方法。

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(1)协同除汞技术

协同除汞就是利用现有烟气处理设备，在对其他污染物进行处理的同时，实现对汞的协同控制。这种方法可以提高污染控制设备的利用率，降低控制成本，主要包括颗粒物控制单元和脱硫脱氮单元。

1)除尘器

静电除尘器(ESP)和布袋除尘器(FF)是电厂广泛使用的除尘设备。随着对颗粒物的控制，他们对烟气中的汞也有一定的去除效果。经过布袋除尘器后能去除约70%的汞，高于电除尘器的脱汞效率。

美国电科院(EPRI)对干式电除器之后增加一个湿式电除尘器(WESP)的工艺进行小型试验后发现，WESP 中的1 个电场就可脱除95%的PM2.5和大约50%的氧化汞。

2)脱硫设备

脱硫设施温度相对较低，有利于Hg0的氧化和Hg2+的吸收，是目前去除汞最有效的净化设备。由于烟气中的Hg2+极易溶于水或者其他吸收液体，因此湿式脱硫系统(WFGD)对汞具有一定的去除效果。美国能源部(DOE)的测试结果显示，用石灰石作吸收剂的脱硫系统对总汞的去除效率为10%～84%，具体效果主要受烟气中Hg2+含量的影响。

在湿法脱硫系统中，洗涤液有时会使氧化态汞通过还原反应还原成元素汞，造成汞的二次污染。目前，针对如何提高烟气中氧化汞的含量，进而提高WFGD 系统的脱汞效率，普遍使用的方法是向烟气或吸收液中添加氧化剂。

3)SCR 脱氮设备

脱硝工艺能够加强汞的氧化而增加将来烟气脱硫对汞的去除率，在该工艺除汞方面具有很大的潜在能力。不过，SCR只能氧化烟气中的汞，而没有直接的吸附去除效果，其协同除汞作用需要与其他烟气处理设备联用，才能发挥作用。

4)现有烟气处理设备联用除汞

单一处理效果不好，采用设备联用的方法在一定程度可以降低工艺的复杂性，提高汞减排的实际效果。就燃煤电厂而言，除尘、脱硫和脱硝控制装置同时运行，其联合脱汞效率可以达到85%～90%。

(2)吸附法

吸附技术利用对汞具有良好吸附性能的物质，以喷射、固定床等形式对烟气中的汞进行吸附处理，增强汞的去除效果。

1)活性炭吸附

活性炭吸附是使用较早，也较成熟的技术，主要有2种利用方式。一种是在除尘装置前喷入活性炭，另一种是采用活性炭吸附床。美国能源部(DOE)的测试结果发现，活性炭吸附作用受到了烟气成分和温度的显著影响。 现在应用较多的是想烟气中喷如粉末状活性炭(PAC)，吸附汞后由其下游的除尘器出去。但成本过高。

2)非炭基吸附剂吸附

相比活性炭，其他一些来源广泛、价格低廉的吸附剂备受研究者的关注，包括钙基类(CaCO3、CaO、Ca(OH)2、CaSO4•2H2O 等)、矿物类(沸石、矾土、蛭石、膨润土等)、金属及其氧化物类(贵金属、TiO2、Fe2O3)、生物质类和飞灰等。

(3)多污染物控制技术

美国环保署(EPA)研究的电催化性氧化工艺(ECO)是多污染物控制方法的典型技术之一。该技术虽然存在高能耗的问题，但是由于设计合理，可以单独安装和使用，还能充分回收利用处理过程的副产物，因而能适应情况不同的各种电厂。

与ECO 原理相似的还有等离子强化静电除尘技术。该技术仍处于早期研发阶段，但由于其主要利用湿法静电除尘设施改造运用，因而具有低成本的优势。

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