一分钟了解燃煤电厂汞脱除技术

Posted 2023-01-12 烟气

篇首语：虽然狠努力，练习着忘记，我的心却还没答应可以放弃了沵。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了一分钟了解燃煤电厂汞脱除技术相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)已明确了燃煤电厂汞及其化合物排放浓度30μg/m3的限值，而新出台的北京市地方标准《锅炉大气污染物排放标准》(DB11/139-2015)对高污染燃料禁燃区内更是将这一标准严格到了0.5μg/m3。随着国家环保法规执行的日益规范，继除尘、脱硫、脱硝改造之后，脱汞改造未来将如期而至。
一、燃煤电厂汞排放现状
据联合国环境规划署2010年数据，全球人为汞排放总量为1960吨。其中，人工/小规模采金和燃煤是最主要的人为汞排放源，约占人为总排量的37%和24%。因燃煤向大气排放汞474吨，其中超过85%的排放源自电厂燃煤和工业用燃煤。
中国是全球汞公约缔约国之一，该公约是2013年联合国环境规划署为推进全球汞污染物控制而制订的世界性公约。该公约要求大型燃煤发电厂和燃煤锅炉应具备控制汞排放的配套措施。目前我国能源需求总量中煤炭所占比例约为70%，而用于燃煤电厂的约占三分之一。由此可见，我国燃煤电厂汞污染控制形势严峻。

二、汞的化学形态
煤燃烧过程中大多数微量元素残留在底渣和飞灰中，由于汞的熔点为-38.87℃，在常温下具有很强的挥发性，因此它在燃煤过程中与其他微量元素有着截然不同的化学行为。
燃煤电厂的原煤首先进入制粉系统(循环流化床锅炉为破碎筛分系统)，煤在破碎的过程中产生热量，因此会有极少量的汞从煤中挥发出来。煤中的汞进人炉膛后，绝大部分在火焰温度下转化为单质汞(Hg0)。烟气经过水冷壁、过热器、再热器和省煤器后逐步冷却，在此过程中，气相单质汞将会发生以下几种不同的变化：
(1)部分气相单质汞被飞灰通过物理吸附、化学吸附和化学反应等几种途径吸收，转化为以颗粒态存在的颗粒汞(HgP)；
(2)部分气相单质汞与其他燃烧产物相互作用产生氧化态汞(Hg2+)，这部分汞包括HgCl2、HgO、HgSO4和HgS等，含氯物质对气态单质汞的氧化起最主要作用，烟气中的气态二价汞大多数是HgCl2，气相氯化汞中一部分保持气态随烟气排出，一部分被飞灰颗粒吸收转变成颗粒态汞；
(3)最后一部分气相单质汞保持不变，随烟气排出。
因此烟气中汞主要以颗粒态汞(HgP)、氧化态汞(Hg2+、Hg+)以及单质汞(Hg0)三种形式存在，这三种形态合称为总汞(HgT)。单质汞(Hg0)是环境大气中汞的主要形式，它具有较高的挥发性和较低的水溶性，极易在大气中通过长距离大气运输形成全球性的汞污染。氧化态汞可以形成许多有机或无机化合物，氧化态汞的无机化合物比较稳定，在环境中普遍存在。大多数氧化态汞易溶于水，氯化汞的水溶性大于6.9×1010ng/L，因此氧化态汞在大气中仅仅可以停留几天或者更短时间，然后在释放点附近沉积。据国际能源与技术实验室(NETL)报道，烟气中汞的形态随着燃煤种类的不同而变化，对于煤粉炉，烟煤燃烧产生的烟气中，Hg0约占总汞的20%，Hg2+约占35%，Hgp约占45%；无烟煤燃烧的烟气中，Hg0约占总汞的65%，Hg2+约占20%，Hgp约占15%；褐煤燃烧的烟气中，Hg0约占总汞的85%，Hg2+约占10%，Hgp约占5%。

控制燃煤汞污染的关键是减少烟气中的汞向大气直接排放，颗粒态汞(HgP)多以粒子形式出现，可以通过捕集设备进行捕捉；氧化态汞(Hg2+)可以被湿法脱硫塔吸收；而单质汞(Hg0)具有较高的蒸汽压并难溶于水，是相对稳定的形态，难以收集容易直接排入大气。控制单质汞(Hg0)的排放只有通过添加吸收剂捕获或者将其转化为易去除的氧化态汞(Hg2+)。
三、燃煤电厂现有污染物减排设备的汞控制能力
现有的燃煤电厂烟气净化装置对汞均具有一定的脱除能力，在现有烟气治理设备基础上对汞进行脱除，可降低汞控制成本。国电环保院曾测试了典型电厂污染物控制设施对汞的协同控制效果。静电除尘器(ESP)、布袋除尘器(FF)、湿式脱硫(WFGD)等装置的试验结果如下表所示：

四、燃煤电厂现有污染物减排设备的汞控制能力
目前，燃煤烟气脱汞主流技术是氧化脱汞和吸附脱汞，两种技术均已实现商业化应用：
1、氧化脱汞技术
氧化脱汞技术是在电厂输煤皮带或给煤机里直接加入溴盐溶液，或将气态溴化物喷入锅炉尾部烟道。在炉膛及尾部烟道，溴离子氧化单质汞(Hg0)形成氧化态汞(Hg2+)，SCR装置可以加强单质汞(Hg0)和溴的氧化形成更多的氧化态汞(Hg2+)，氧化态汞(Hg2+)溶于水从而被湿法脱硫装置所捕获，最终达到脱除目的。
2CaBr2+O2=2CaO+2Br2
Br2+Hg=HgBr2
氧化脱汞技术成本低，由于目前绝大多数的电厂都装备了SCR和WFGD装置，因此脱汞效果好。尽管溴盐有一定的腐蚀性，但加入煤里的溴相对煤本身含有的氯而言仍然很少，因此上述脱除过程不会加重锅炉的腐蚀。
2、炉后喷射改性粉状活性炭吸附剂(吸附脱汞技术)
吸附脱汞技术是利用吸附剂将烟气中的气态汞吸附、脱除。该技术在美国燃煤电厂获得了广泛应用，一般是将粉末吸附剂喷射进空气预热器前后(除尘前)的烟道中，从而提高HgP的比例，再由除尘设备脱除。除了可以采用粉末活性炭作为吸附剂以外，还可以通过改性增加活性炭的吸附脱汞能力，目前商业化应用较多的是溴化活性炭。

吸附脱汞技术的主要问题是吸附剂成本，以及后续的含汞固体废物处理。根据美国环保署测算，为实现90%的脱汞效率，每脱除1kg汞花费约11023～61728美元；而美国能源部的估计成本更是高达55114～154320美元/kg汞。因此，该技术新近研究重点是使用廉价高效的新型吸附剂(例如活化飞灰、钙基或镁基吸附剂等)来代替活性炭。
五、燃煤电厂现有污染物减排设备的汞控制能力
目前来看，吸附脱汞技术脱汞效率较高，适应性较广，但投资和运行成本也高，这项技术美国用的较多；相比之下，氧化脱汞技术投资和运行成本较低，脱汞效率与吸附脱汞技术相差无几。鉴于湿法烟气脱硫在我国燃煤电厂已广泛采用，因此我国燃煤电厂适宜采用以氧化协同脱汞技术为主，吸附脱汞技术为辅的汞污染控制技术路线。
在脱汞技术研发方面，华能清洁能源技术研究院业已建成了国际先进的汞污染物控制实验室。

固定床脱汞机理试验台

喷射吸附脱汞试验台
2012年7月，华能清洁能源技术研究院利用协同脱汞技术在北京某电厂投运了我国首套全流量烟气汞污染控制装置(机组容量200MW)。

运行三年来的结果表明：该厂汞脱除效率能够达到70%～80%，平均汞排放浓度仅为0.32μg/m3，远低于国家标准规定的30μg/m3限值，且能够满足北京市高污染燃料禁燃区内0.5μg/m3的世界最严格标准。

经济性测算数据显示：200MW燃煤机组汞污染控制系统的年运行成本约为60万，折合0.05分/kWh。

现场检测试验进行中

燃煤电厂汞排放测试车
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