摘要：燃煤電廠是汞污染物的重要排放源，汞是煤中最易揮發(fā)的重金屬元素之一，由于汞的劇毒性、積累性、停留時(shí)間長，燃煤汞污染問題越來越被人們所重視。由于爐內(nèi)高溫，煤中的汞幾乎都是以氣態(tài)形式停留于煙氣中，主要包括單質(zhì)汞Hg0和二價(jià)汞Hg2+兩種。二價(jià)汞化合物比較穩(wěn)定，易溶于水，易被濕法洗滌系統(tǒng)所捕獲而脫除，采用常規(guī)的石灰石或活性炭或飛灰就可除去約90％的二價(jià)汞Hg2+；而單質(zhì)汞揮發(fā)性較高、水溶性較低，在大氣中的平均停留時(shí)間長達(dá)半年至兩年，是最難控制的形態(tài)之一，也是我們研究的重點(diǎn)。汞的去除主要有燃燒前脫汞、燃燒中脫汞和燃燒后脫汞三種，其中，燃燒后脫汞即煙氣脫汞的效果最好，其方法主要有：吸附劑法、化學(xué)沉淀法、化學(xué)氧化法。吸附劑主要包括活性炭、飛灰、金屬吸收劑等，其中，活性炭和金屬吸收劑的成本比較高，而飛灰對(duì)于低濃度的汞吸收效果比較好�；瘜W(xué)沉淀法主要是通過化學(xué)反應(yīng)將汞變成沉淀進(jìn)而得以去除，包括碘化鉀溶液法、硫化鈉溶液法和氯化汞法。化學(xué)氧化法主要是通過催化劑的催化和氧化作用將單質(zhì)汞氧化為二價(jià)汞，然后采用常規(guī)的措施進(jìn)行去除，從而提高脫汞率。

關(guān)鍵詞: 脫汞、燃煤煙氣、活性炭

1. 概述

燃煤電站的大氣污染物控制一直是電力環(huán)境保護(hù)面臨的焦點(diǎn)問題，煙塵中硫氧化物(SOx )、氮氧化物(NOx )的排放控制經(jīng)歷了長期的研究和工程技術(shù)實(shí)踐，目前，在現(xiàn)有排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)行的控制技術(shù)已基本解決了煙塵、SOx和NOx的排放問題，相應(yīng)的大氣污染物控制設(shè)備也已得到廣泛應(yīng)用。

汞是煤中最易揮發(fā)的重金屬元素之一，由于汞的劇毒性、積累性、在大氣中停留時(shí)間長， Hg污染對(duì)人類健康和環(huán)境有明顯危害，Hg及其化合物可通過呼吸道、皮膚和消化道等不同途徑侵入人體，造成神經(jīng)性中毒和深部組織病變，所以燃煤煙塵中的汞如果不能得到及時(shí)排除，將會(huì)對(duì)人類及環(huán)境造成極大的危害。2005年3月15日，美國環(huán)保署頒布了汞排放控制標(biāo)準(zhǔn)(CAMR-Clean Air MercuryRule)，美國成為世界上首個(gè)針對(duì)燃煤電站汞排放實(shí)施限制標(biāo)準(zhǔn)的國家，這表明世界在汞污染控制的道路上已走出了重要的一步。我國除對(duì)垃圾焚燒爐和與汞有關(guān)的化工生產(chǎn)過程出臺(tái)相關(guān)的控制標(biāo)準(zhǔn)外，還沒有制定針對(duì)燃煤過程汞排放的控制標(biāo)準(zhǔn)。但在不遠(yuǎn)的將來，在汞排放領(lǐng)域制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)也必是大勢(shì)所趨。

2. 汞的存在形態(tài)

在燃燒過程中，煤中的汞將會(huì)受熱揮發(fā)以汞蒸氣的形態(tài)存在于煙氣中，主要包括單質(zhì)汞Hg0和二價(jià)汞Hg2+兩種，單質(zhì)汞(Hg0)是汞的熱力穩(wěn)定形態(tài)，大部分汞的化合物在溫度高于800℃時(shí)處于熱不穩(wěn)定狀態(tài)，它們將會(huì)受熱分解成單質(zhì)汞，因此，在爐內(nèi)高溫下(大約1200℃－1500℃)煤中的汞幾乎都轉(zhuǎn)變成單質(zhì)汞并以氣態(tài)形式停留于煙氣中。

單質(zhì)汞是大氣中汞的主要存在形式，其揮發(fā)性較高、水溶性較低，在大氣中的平均停留時(shí)間長達(dá)半年至兩年，極易在大氣中通過長距離大氣運(yùn)輸形成廣泛的汞污染，是最難控制的形態(tài)之一；而二價(jià)汞化合物比較穩(wěn)定，許多種類較易溶于水，易被濕法洗滌系統(tǒng)所捕獲而脫除，在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)(WFGD)中，無論是采用石灰或石灰石作為吸收劑，均可除去約90%的Hg2+，所以大氣中二價(jià)汞的含量比較低。因此，解決了單質(zhì)汞的脫除問題也就解決了燃煤煙氣的汞污染問題。

3. 脫汞技術(shù)

目前，有關(guān)汞排放控制技術(shù)的研究主要有三種：燃燒前脫汞、燃燒中脫汞和燃燒后脫汞。燃燒前脫汞是一種物理清洗技術(shù)，根據(jù)煤粉中有機(jī)物質(zhì)與無機(jī)物質(zhì)的密度以及有機(jī)親和性的不同，通過浮選法除去原煤中的部分汞，阻止汞進(jìn)入燃燒過程。一般而言，燃燒前脫汞可獲得大約37 %的去除率，但是燃燒前脫汞技術(shù)并不能完全解決汞的排放控制問題。有關(guān)燃燒過程中脫除汞的研究很少。燃燒后脫汞(即煙氣脫汞)是未來電廠汞污染控制的主要方式，其脫汞效率也比較好，煙氣脫汞主要有以下幾種方法：吸附劑法、化學(xué)沉淀法和化學(xué)氧化法。

3.1 吸附劑法

吸附法主要是利用多孔性固態(tài)物質(zhì)的吸附作用來處理污染物的一種常用方法。包括物理吸附和化學(xué)吸附兩種方式，物理吸附是由于分子間相互作用產(chǎn)生的吸附，沒有選擇性，吸附強(qiáng)度好，具有可逆性，是放熱過程；化學(xué)吸附是靠化學(xué)鍵力相互作用產(chǎn)生的吸附，這種吸附選擇性好、吸附力強(qiáng)、具有不可逆性，是吸熱過程。一般吸附都兼有物理吸附、化學(xué)吸附功能，兩種吸附過程可以同時(shí)進(jìn)行。目前，用于煙氣脫汞的吸附劑主要有：活性炭、飛灰和金屬吸收劑。

（1）活性炭

在煙氣中噴入活性炭是煙氣脫汞技術(shù)最為集中且較成熟的一種方法，脫汞率可達(dá)96％。胡長興等人[1]在模擬燃煤煙氣流動(dòng)反應(yīng)試驗(yàn)臺(tái)上, 對(duì)噴射吸附脫汞過程中影響活性炭噴射量的汞濃度、停留時(shí)間、溫度、除塵設(shè)備等因素進(jìn)行了試驗(yàn)研究。雖然活性炭吸附劑在脫除汞方面有著很高的效率，但仍然存在價(jià)格昂貴，經(jīng)濟(jì)可行性不高等問題，并且還存在很多技術(shù)難題。

（2）飛灰

燃煤過程中產(chǎn)生的飛灰作為一種廉價(jià)的吸附劑受到越來越多人的關(guān)注，飛灰對(duì)汞的吸附主要通過物理吸附、化學(xué)吸附、化學(xué)反應(yīng)以及三者結(jié)合的方式，飛灰吸附主要受到溫度、飛灰粒徑、碳含量、煙氣氣體成分以及飛灰中無機(jī)成分對(duì)汞的催化等因素的影響，并且飛灰中的多種金屬氧化物對(duì)Hg0有不同程度的催化氧化作用，如CuO和Fe2O3等。

王立剛、陳昌和[2]將飛灰殘?zhí)繉?duì)汞的吸附能力與商業(yè)活性炭進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明：在低汞濃度條件下，殘?zhí)匡w灰對(duì)汞的吸附能力與商業(yè)活性炭差距并不顯著，但在高汞濃度條件下，活性炭對(duì)汞的吸附能力則比較有優(yōu)勢(shì)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)角度綜合考慮，未燃盡殘?zhí)孔鳛榱畠r(jià)的吸附劑，對(duì)于低汞濃度的燃煤煙氣的汞污染控制具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

（3）金屬吸收劑

金屬吸收劑[3]是利用特定的金屬與汞形成合金來除去煙氣中的汞，這種新形成的合金能夠在提高溫度的情況下進(jìn)行可逆反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)汞的回收以及金屬的循環(huán)利用，并且，金屬吸收率與汞的化學(xué)形態(tài)無關(guān)，這樣采用金屬吸收劑就可很好的去除單質(zhì)汞。

3.2 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是通過化學(xué)試劑與汞發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成沉淀，從而將汞除去，目前，應(yīng)用比較多的方法主要有以下幾種[4]：

（1）碘化鉀溶液洗滌法

這是我國自行開發(fā)的方法，含汞煙氣進(jìn)入脫汞塔，與塔內(nèi)碘化鉀溶液接觸，汞被氧化與循環(huán)溶液中的碘發(fā)生反應(yīng)生成碘汞絡(luò)合物，從而將煙氣中的汞除掉。此方法可達(dá)到97％的脫汞率。流程圖見圖1所示。

（2）氯化法除汞

該方法是由挪威公司開發(fā)的，煙氣進(jìn)入脫汞塔，在塔內(nèi)與噴淋的HgCl2溶液逆流洗滌，煙氣中的汞蒸汽被HgCl2溶液氧化(30－40℃條件下)生成Hg2Cl2沉淀，從而將Hg0去除。反應(yīng)式如下：

HgCl2＋Hg →Hg2Cl2 ↓

通常，將生成的一部分Hg2Cl2沉淀用Cl2氧化，使Hg2Cl2再生為HgCl2溶液以便循環(huán)使用。由于Hg2Cl2沉淀劇毒，生產(chǎn)過程中需加強(qiáng)管理和操作。

（3）硫化鈉法

該方法為日本東邦公司開發(fā)的技術(shù)。煙氣進(jìn)入噴淋塔，在洗滌塔內(nèi)噴入硫化鈉溶液，此時(shí)，煙氣中95－98％的汞與硫化鈉溶液生成硫化汞沉淀而得以分離，從而除去汞。

3.3 化學(xué)氧化法

煙氣中的Hg2+化合物較易溶于水，在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)(WFGD)中，無論是用石灰或石灰石或是活性炭作為吸收劑，均可除去約90%的Hg2+，而對(duì)Hg0沒有明顯的脫除作用。通過某些物質(zhì)的催化作用將Hg0氧化成Hg2+化合物，然后再采用常規(guī)的方法去除Hg2+，將單質(zhì)汞轉(zhuǎn)變成二價(jià)汞就比較容易去除了。

（1）在煙氣進(jìn)入脫硫塔前，加入某種催化劑如鈀類、碳基類物質(zhì)，它們可促使Hg0氧化形成Hg2+化合物，從而提高汞的脫除率。

（2）選擇催化還原裝置(SCR)可將氮氧化物還原為氮?dú)猓部捎行Т龠M(jìn)Hg0氧化。德國電站的試驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)煙氣通過SCR反應(yīng)器后，Hg0所占份額由入口的40%～60%降到2%～12%，這充分說明了催化還原裝置(SCR)對(duì)Hg0也有氧化作用。

3.4 其它方法

最近，美國能源部國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室采用模擬燃煤煙氣，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究了紫外線照射煙氣脫汞技術(shù)。在536－662℃下、采用波長為253.7nm的紫外線進(jìn)行照射，這種波長的紫外光能促進(jìn)汞與煙氣中的其它組分發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸亞汞和氧化汞，然后通過布袋除塵器或電除塵器中除去。在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中，汞的脫除率達(dá)70％，但是，紫外線除汞技術(shù)的投資比活性炭噴射法還要高，這給該技術(shù)的推廣帶來困難。

4. 前景展望

結(jié)合常規(guī)煙氣凈化裝置控制汞的排放，能有效提高現(xiàn)有污染物控制設(shè)備的利用率，實(shí)現(xiàn)汞、SO2、NOx 等污染物的聯(lián)合控制，這樣可將設(shè)備和運(yùn)行成本大大降低，也為以后真正實(shí)現(xiàn)燃煤電站的汞排放量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)而提供技術(shù)保障。如何有效利用現(xiàn)有的污染控制設(shè)備以提高汞的脫除效率，走復(fù)合式污染控制之路，將是今后煙氣凈化的焦點(diǎn)。

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