燃煤电厂烟气汞的排放及控制研究
第３９卷第４期环境科学与管理
ＶｏＬ３９
Ｎｏ．４
２０１４年４月
ＥＮＶⅡＫ峨懈ＮＴＡＬ
ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＭＬＡＮＡＧＥⅣⅡ．ＮＴ
Ａｐｒ．２０１４
文章编号：１６７４－６１３９（２０１４）０４－０１００一Ｍ
燃煤电厂烟气汞的排放及控制研究
盘思伟１，胡将军２，唐念１，叶凯３
（１．广东电网公司电力科学研究院环保所，广东广州５１００８０；２．武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉４３００７９；
３．福建龙净环保股份有限公司实验研究中心，福建龙岩３６４０００）
摘要：随着环保意识的增强，燃煤电厂汞污染越来越受到人们的关注，对燃煤电厂烟气汞污染的控制也逐渐
成为热点。介绍了燃煤电厂烟气中汞的排放形态及特性，分析了燃煤电厂烟气汞形态转化的影响因素，综述了有关燃煤电厂烟气中汞污染控制技术及研究进展，讨论了燃烧前脱汞、燃烧中脱汞和燃烧后脱汞技术，特别分析了利用现有烟气脱硫设备吸收法脱汞、吸附法脱汞、催化氧化脱汞的技术，并对燃煤电厂烟气脱汞技术的前景进行了展望，提出结合现有烟气净化设备同时脱汞的设想。关键词：燃煤电厂；烟气；汞污染控制中图分类号：Ｘ５１１
文献标志码：Ａ
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３．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＦｕｊｉａｎＬｏｎｇｋｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｌｏｎｇｙａｎ３６４０００，Ｃｈｉｎａ）
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随着人们对环境污染的日益关注，近年来，燃煤为首个制定燃煤烟气汞排放标准的国家。中国也将机组排放的汞污染受到广泛关注。研究表明¨Ｊ，燃汞控制作为新的火电厂大气污染物排放标准（ＧＢ煤电厂是汞污染的主要人为排放源，在美国约占全１３２２３—２０１１）控制指标，汞及其化合物的排放限值
部人为汞污染排放源的４０％。燃煤电厂烟气中的为０．０３ｍｓ／ｍ３。世界范围内的燃煤平均汞含量为
汞污染成为粉尘、二氧化硫、氮氧化物后的又一重大０．１３ｍｇ／ｋｇ，中国燃煤汞含量偏高，平均汞含量为污染问题。美国环保署ＥＰＡ在２０００年１２月宣布０．２２
ｍｇ／ｋｇ，因此中国燃煤电厂汞的控制更为艰难。
开始控制燃煤机组烟气汞的排放。２００５年美国成
排放到环境中的汞会对人类健康和环境造成明显的伤害。汞进人人体后，可能会造成脑组织的损害，当收稿日期：２０１４—０２—１９
基金项目：南方电网科技项目（Ｋ—ＧＤ２０１２—３６０）
环境中汞的浓度达到一定的范围时，会造成汞中毒。作者简介：盘思伟（１９７５一），男，高级工程师，研究方向为火电厂污染
因此，要对燃煤机组的汞污染进行控制，各国也在针物监测与治理研究。
对燃煤机组汞污染的控制进行相关的研究。
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１燃煤电厂烟气汞的排放
烟气气氛会影响零价汞的氧化作用，由于烟气成分的复杂性，烟气中可能含有促进烟气中的零价１．１燃煤电厂烟气中汞的排放
汞氧化的物质存在，氧化性的烟气气氛有利于二价赋存在燃煤中的汞经过燃煤电厂的锅炉机组汞的形成，相反，还原性的气氛造成了烟气中汞以零后，开始在炉内高温下，几乎所有的汞会转变为零价价汞为主的结果。
汞进入高温的烟气，经过各污染控制设备和其他设研究表明，含氯物质有利于二价汞的形成，这可施的过程中，由于温度、烟气成分及飞灰等的影响，能是烟气中的氯将零价汞养花的结果。烟气中飞灰Ｈｇｏ会发生复杂的物理化学变化而转化为不同的形可能含有Ｆｅ：０，、ＣｕＯ等成分作为催化剂，促进零价态，最终表现为三种形态：颗粒态汞（Ｈ９９）、氧化态汞的氧化作用。
汞（Ｈ９２＋）以及元素态汞（Ｈｇｏ）。一般颗粒态汞易于总之，烟气中的汞的形态及分布受多种因素影被除尘器收集，Ｈ９２＋易溶于水，易于被ＷＦＧＤ脱除；响，研究各种因素在燃煤烟气汞形态的影响机理可而Ｈｇｏ挥发性高、不溶于水，不溶于酸，很难被除尘以作为一个研究方向。研究各种因素的具体作用机器去除。因此，汞的排放形态直接影响汞的脱除制，可为燃煤电厂烟气中汞污染控制提供参考。
效率。
２燃煤电厂烟气中汞污染控制技术
１．２燃煤电厂烟气汞形态转化的影响因素
在燃煤电厂中，不同形态的汞的含量及比例受按照锅炉中煤的燃烧过程，燃煤电厂烟气中汞到多种因素的综合作用，主要包括煤种、锅炉的燃烧污染控制技术分为燃烧前脱汞、燃烧中脱汞和燃烧方式及燃烧温度、烟气气氛以及烟气中的ＨＣｌ和飞后脱汞。
灰等。
２．１燃烧前脱汞
燃煤电厂烟气中的汞含量及形态与燃煤锅炉燃该方法主要措施是洗煤技术，就是通过一定的烧的煤种密切相关。研究表明，烟煤燃烧产生的烟物理清洗技术将密度比煤大的含汞化合物分离出气中的汞是以氧化态为主的，亚烟煤燃烧后，烟气中来。洗煤技术是在汞的源头上进行汞控制的方法，的二价汞含量与零价汞含量相当，褐煤燃烧后烟气研究表明，洗煤过程至少能够脱除５１％的汞，目前中以零价汞为主［２］。美国燃煤以烟煤为主，燃煤电发达国家的原煤入洗率为４０％～１００％，远高于
厂排放的汞是以氧化态为主，脱除相对简单；中国煤中国‘３ｌ。
碳以褐煤为主，燃煤烟气的汞以零价汞为主，因此烟浮选法也是一种燃烧前脱汞技术，浮选法是将气脱汞难度更大。
有机浮选及加入粉煤浆液，使得无机的Ｈｇ作为浮锅炉燃烧温度影响汞的形态，在炉膛温度较高选废渣而脱除的。浮选法能够脱除原煤中的２１％时，烟气中零价汞含量较大，大多数的二价汞形成的一３７％的汞，浮选法的汞去除率与煤种、煤中汞的浓氧化物不稳定，会发生分解生成单质汞。当烟气温度等有关ＭＪ。
度降低于７５０Ｋ时，烟气中汞元素的主要形态是二
２．２燃烧中脱汞
价汞‘２Ｉ。
煤燃烧后二价汞的排放浓度与卤素含量有关，锅炉的燃烧方式不同，会影响煤的燃烧情况，从因此可以在煤燃烧过程中添加含卤化合物来提高烟而影响汞的形态分布，例如，在相同的条件下，循环气中的二价汞比例，由于二价汞易于去除，因此该法流化床产生的烟气中的二价汞的比例较大，这与循是以中国间接的汞污染控制方法。Ｚｈｕａｎｇ等对使环流化床的低燃烧温度有关。从燃煤电厂的测试结用低氯褐煤的烟气汞含量进行中试测试结果表明，果发现，使用循环流化床的锅炉排放的烟气飞灰中向燃煤中添加０．５ｍｇ／ｇ的氯化钙时，排放的烟气中富集的汞含量较高，这可能是因为循环流化床的燃二价汞比例上升５０％，零价汞的浓度明显下降。但烧温度较低，形成的飞灰含有较高含量的未燃尽碳，烟气中卤化物浓度增大后锅炉设备腐蚀速度可能吸附了更多的零价汞。
加快。
．１０１．
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２．３燃烧后脱汞
燃烧后脱汞就是指烟气脱汞，是燃煤电厂的煤经锅炉燃烧之后，对排放的烟气所采取的脱汞措施。基于烟气成分及烟气条件的复杂性，汞在烟气中会以Ｈｇｏ、Ｈｇ“、Ｈ９９等形式存在ｊ除尘设备能够有效地控制Ｈ９９，因此烟气中的汞主要以Ｈｇｏ和Ｈ９２＋的形式存在，美国国家能源部等组织对美国各燃煤电
站烟气汞的测试结果表明，不同电站对Ｈ酽和Ｈ９２＋
两种形态的汞排放量差别较大，Ｈｇｏ和Ｈ９２＋在烟气中的含量比例范围分别为６％～６０％和４０％～９４％，而比较难以处理的是Ｈｇｏ。燃煤电厂的烟气净化设备如除尘器和ＷＦＧＤ能够部分脱除汞，除此之外，还有吸附法、液相氧化吸收法能够进行脱汞，针对零价汞的难于去除特性，还提出了零价汞的催化氧化法等。
２．３．１利用烟气净化设备脱汞
燃煤电厂已经安装的污染物控制设备能够在一
定的程度上减少烟气中的汞含量。
烟气中的颗粒物能够有效地被电除尘器或布袋
除尘器去除，颗粒物具有吸附性，能够吸附烟气中的颗粒态汞（Ｈ矿），因此除尘器能够有效地去除颗粒态汞，但是烟气中颗粒态汞（Ｈｒ）比例较小，除尘器的脱汞效果还不是很明显。
ＷＦＧＤ是用来脱除烟气中的ＳＯ：的设备，目前中国燃煤电厂在ＷＦＧＤ技术的研究已经成熟，可以完全满足脱硫的要求，ＷＦＧＤ也已经在燃煤电厂得到了广泛的应用。测试发现，燃煤电厂的ＷＦＧＤ对烟气中的Ｈ９２＋的去除效果良好（能达到９０％），因此对ＷＦＧＤ同步脱汞技术的研究也受到广泛关注。值得注意的是，燃煤电厂所排放的汞形态的比例与燃煤电厂的煤种息息相关，燃烧烟煤能够获得较多
的Ｈｇ“，燃烧褐煤的烟气中是以Ｈ酽为主的，而中
国燃煤电厂的煤是以褐煤为主的，因此，在中国，ＷＦＧＤ的除汞效率不是很明显。同时，研究表明，少部分的被脱硫浆液吸收的二价汞会与浆液中的物质发生氧化还原反应，Ｈ９２＋会被还原为Ｈｇｏ释放到烟气，对此有研究利用添加剂来抑制浆液中汞离子的
还原‘引。
目前很多燃煤电厂也安装了ＳＣＲ烟气脱硝设备，ＳＣＲ是用来脱除烟气中的ＮＯｘ的，是利用ＳＣＲ
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催化剂催化还原烟气中的ＮＯｘ。ＳＣＲ本身并不能脱
汞，但是可以改变烟气中的Ｈ９２＋的比例。研究已经
证实，ＳＣＲ催化剂能够较好地提高烟气中的ＨＣｌ对
Ｈ９０的氧化，可达８０％一９０％∞Ｊ。但是进入ＳＣＲ的
烟气非常复杂，含有飞灰、ＳＯ：及其他物质，会影响ＳＣＲ催化剂对零价汞的催化氧化效果。从中可以看出，对零价汞催化氧化是烟气脱汞的重要手段。
２．３．２吸附法脱汞
吸附法脱汞是向燃煤电厂的ＥＳＰ或ＦＦ的上游喷人活性炭等具有强吸附特性的物质，将烟气中的汞（包括Ｈｇｏ、Ｈ９２＋、Ｈ９９）吸附于这些物质表面从而
达到有效除汞的目的。用于吸附汞的物质有很多，
包括活性炭、飞灰、钙基吸附剂以及新型吸附剂等。
活性炭吸附剂是当前研究的重点之一，活性炭吸附烟气中的汞在垃圾焚烧炉中应用效果很好，国外活性炭也有燃煤电厂采用活性炭吸附脱除烟气中的汞。活性炭对汞的吸附能力受烟气成分、烟气温度和接触时间等影响。普通活性炭吸附容量不大，且接触时间较短，因此对零价汞的吸附作用较差。为提高吸附效率，开始研究改性活性炭进行烟气脱汞，即在活性炭表面注入硫、氯或碘，增加活性炭的吸附性。目前国外已经开发了载溴活性炭吸附剂并进行了现场测试，结果达到了实际应用水平＂】。尽管利用活性炭脱汞效率较高，但投资成本较高，因此活性炭吸附剂用于燃煤电厂烟气脱汞受到了经济上
的限制。
与活性炭相比，飞灰易于获得，同时价格低廉，受到人们广泛关注。研究表明，燃煤产生的飞灰可以吸附一部分的气态汞，飞灰的吸附性能与温度、飞灰本
身的特陛以及烟气的成分有关，有研究者提出，飞灰
中的金属氧化物促进零价汞的催化氧化。
和飞灰类似，钙基类的物质也较容易获得。且是有效的脱硫剂，能够去除烟气中的ＳＯ：。因此考虑钙基类物质对烟气汞的脱除研究，美国ＥＰＡ对此做了相关研究，结果表明，钙基类吸附剂能够有效地吸附烟气中的二价汞，对零价汞的吸附效率较低。同时，有研究者进行钙基吸附剂的模拟实验，结果表明，烟气中的ＳＯ：对汞的去除有促进作用。
鉴于此，还有学者提出利用矿石类物质吸附烟气中的汞，这方面的研究已经成为了烟气汞污染控
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制技术的热点。
２．３．３液相氧化吸收法
由于零价汞与二价汞在水中溶解度的不同，可以在溶液中加入强氧化性的物质，使得不溶于水的零价汞首先被氧化剂氧化为二价汞而被液体吸收。美国的Ａｒｇｏｎｎｅ国家实验室研究表明：在烟气中不含ＳＯ：时，可以采用碘、氯或高氯酸溶液进行零价汞的液相氧化吸收，但Ｓ０：会抑制汞的氧化，降低汞的吸收效率。
２．３．４零价汞的催化氧化
研究表明ＳＣＲ的存在可以提高烟气中的二价汞的含量，这是因为在ＨＣｌ存在时，ＳＣＲ催化剂能够催化氧化零价汞，使得零价汞转化成为二价汞。ＳＣＲ催化剂的主要成分是Ｖ：Ｏ，，除了该物质外，很多的金属氧化物能够用来进行汞的催化氧化研究。例如，研究者发现ＭｎＯ：对汞的催化氧化具有显著作用，因此，开发金属氧化物催化剂实现零价汞的催化氧化是未来烟气脱汞技术的一个发展方向。
除了利用催化剂和氧化剂结合进行汞的氧化外，还有人研究光化学氧化法和电催化氧化法等高级氧化手段。也有人做了相关的研究。
３脱汞技术前景展望
随着最新的燃煤电厂大气污染物排放标注将汞作为排放指标的公布，燃煤电厂烟气汞的脱除也会成为亟待解决的问题。目前燃煤电厂气体污染物控制设备能够从一定程度上实现对汞及其他污染物的联合脱除，可以降低运行成本，但是单独依靠现有烟气净化设备难以达到理想的汞脱除效果。最为有效的脱汞方法是活性炭吸附，但活性炭价格昂贵，性价比低，在工程上难以推广。
结合中国燃煤类型（褐煤为主）及不同形态汞的特性，仅仅依靠燃煤电厂现有烟气净化设备是不够的，经济可行的方式是将烟气中的零价汞氧化为二价汞，再利用ＷＦＧＤ进行吸收脱除。
因此，从投资资金及技术等实际出发，比较有前景的研究方向有：
（１）开发有效的催化剂，在烟气脱硝装置中利用催化剂催化氧化０价汞，结合燃煤电厂的ＷＦＧＤ
吸收进行汞的脱除。
（２）对飞灰进行改性研究，增加飞灰对汞的吸
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附和氧化作用。同时，随着电袋复合除尘器的问世，除尘装置对汞的脱除作用会得到进一步的增强。
（３）对ＳＣＲ催化剂进行进一步的改性研究，增加对零价汞的实际的催化氧化效果，再结合ＷＦＧＤ进行汞的吸收。
４结语
燃煤电厂烟气中排放的汞是大气汞污染的主要来源，以颗粒态汞（Ｈ９９）、氧化态汞（Ｈ９２＋）以及元素态汞（Ｈｇｏ）三种形式存在，对环境造成严重危害。目前已经开发了一些烟气脱汞技术，效果最好的是活性炭吸附脱汞技术。但目前活性炭吸附技术由于活性炭价格昂贵，性价比低，在工程上难以推广。随着中国实施火电厂大气污染物排放标准（ＧＢ
１３２２３
—２０１１），研究开发脱汞效率高、价格低廉的烟气脱汞技术将是近年的热点，特别是利用现有烟气脱硝装置开发同时脱硝脱汞催化剂，将０价汞催化氧化，结合燃煤电厂的ＷＦＧＤ吸收脱除，将具有重要的实用价值。
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燃煤电厂烟气汞的排放及控制研究
作者：作者单位：
盘思伟， 胡将军， 唐念， 叶凯， Pan Siwei， Hu Jiangjun， Tang Nian， Ye Kai
盘思伟,唐念,Pan Siwei,Tang Nian(广东电网公司电力科学研究院环保所,广东广州,510080)， 胡将军,Hu Jiangjun(武汉大学资源与环境科学学院,湖北武汉,430079)， 叶凯,Ye Kai(福建龙净环保股份有限公司实验研究中心,福建龙岩,364000)环境科学与管理
Environmental Science and Management2014,39(4)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
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