燃煤电厂汞排放分析及控制技术研究

２０１５年４月　电　力　科技与　环保　第３１卷第２期　燃煤电厂汞排放分析及控制技术研究　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｍｅｒｃｕｒｙ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｃｏａｌ——ｆｉｒｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔｓ　贾海娟，马学礼，王子明，赵斌，王笑飞　（中国电力工程顾问集团西北电力设计院，陕西西安７１００７５）　摘要：新的《火电厂大气排放标准》的颁布实施，燃煤电厂汞的排放正式纳入控制标准。针对目前我国燃煤电厂汞　排放化学形态转换、排放特征，分析和总结现有污染控制设施对汞协同控制效果，提出适合我国国情的燃煤电厂汞　控制技术措施的建议及发展趋势，可有效控制燃煤电厂汞的排放量。　关键词：燃煤电厂；汞排放；控制技术　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒｏｍｕｌｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｏｆ　ａｉｒ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔｓ．ｔｈｅ　ｍｅｒ－　ｅｕｒｙ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｉｓ　ａｄｄ　ｉｎｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆａｃｔｏｒｓ．Ｉｔ　ｆｏｃｕｓｅｄ　ｏｎ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｆｏｒｍｓ　ａｎｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅ　ｒｊｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｍｅｒｃｕｒｙ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ．Ｔｈｅ　ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ　ｍｅｒｃｕｒｙ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｅｖｅ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ；ｍｅｒｃｕｒｙ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　中图分类号：Ｘ７０１．７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７４—８０６９（２０１５）０２—０２２—０３　—０　引言　燃煤电厂中Ｈｇ等痕量元素虽然排放浓度并不　高，但是由于痕量元素本身的累积效应以及高毒性，　它们也成为污染物控制的主要对象。我国先后４次　颁布实施有关燃煤电厂大气污染物的排放标准，标　３８．８７　ｃｃ，在常温下具有很强的挥发性，这使它在　在燃煤电厂中，原煤首先进入制粉系统，煤在破　燃煤过程中与其他微量元素有着不同的化学行为。　碎的过程中产生热量，因此也会有极少量的汞从煤　中挥发出来。煤粉中的汞进人炉膛后，在通常的炉　膛温度范围内（大约１２０—１　５００％），绝大部分在火　焰温度下转化为单质汞（元素态汞Ｈｇ。）。进人烟　气　Ｊ，在经过水冷壁、过热器、再热器和省煤器后，　烟气逐步得到冷却，在这个过程中，所有的气相单质　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　准中均没有设置汞的排放限值，在新的《火电厂大　气污染物排放标准》（ＧＢ　１３２２３—２０１　１）中增加汞的　排放指标。经研究美国、欧盟和德国的火电厂排放　标准，确定我国火电厂汞及其化合物排放浓度限值　为０．０３ｒａｇ／ｍ　（自２０１５年１月１日起实施）¨　。　随着环保排放标准的日益严格，汞污染防治工　作已被纳入电力企业“十二五”规划，《重金属污染　几种途径吸收，转化为以颗粒态存在的汞Ｈｇ　：（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（Ｈｇ　），这部分汞包括ＨｇＣ１　、ＨｇＯ、ＨｇＳＯ　和　ＨｇＳ等，含氯物质对气态单质汞的氧化起最主要作　综合防治“十二五”规划》和《“十二五”重点区域大　气污染联防联控规划》都对燃煤电厂大气汞排放控　制工作做了安排。目前汞排放控制对策、燃煤电厂　汞形态分布、排放机理及控制技术的研究被提上了　议程　用，烟气中的气态二价汞被认为多数为ＨｇＣ１　，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，形成颗粒态汞；（３）最后一部分气相单　质汞保持不变，随烟气排出。　综上所述，烟气中汞主要以颗粒态汞、氧化态汞　１燃煤电厂汞排放　１．１汞在燃煤机组中的化学形态　在燃煤电厂煤燃烧过程中大多数微量元素基本　（９９％以上）残留在底灰和飞灰中，而汞的熔点为　２２　（Ｈｇ　、Ｈｇ　）以及单质汞（Ｈｇ。）３种形式存在，这　３种形态总称为总汞（Ｈｇ　）。研究发现，燃烧后飞灰　中汞占２３．１％～２６．９％，烟气中汞占５６．３％一　２０１５生　贾海娟等：燃煤电厂汞排放分析及控制技术研究　第２期　６９．７％，进入灰渣的汞仅占约２％　。　单质汞Ｈｇ　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　过长距离的大气运输形成全球性的汞污染，它在大　气中的平均停留时间长达半年至两年，是最难控制　的形态之一。氧化态汞可以形成许多有机和无机的　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。许多氧化态汞都非常易溶于水，氯化汞　的水溶性大于６．９×１０ｍｎｇ／］＿６　Ｊ，因此氧化态汞在大　气中仅仅可以停留几天或者更短时问，然后在释放　点附近沉积。　因此，控制燃煤汞污染关键是控制烟气中的汞　向大气中排放，颗粒态汞Ｈｇ　多以粒子形式出现，　可以通过粒子捕集设备进行捕捉；而单质汞Ｈｇ。具　有较高的蒸汽压并难溶于水，是相对比较稳定的形　态，难以被污染控制设备收集而直接排人大气，所　以控制Ｈｇ。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Ｈｇ　形式来实现，即提高Ｈｇ。氧　化成Ｈｇ　的比例，可以有效地控制燃煤电厂汞的排　放量。　１．２燃煤电厂汞排放统计　国内基于现场实测的燃煤电厂汞排放资料还很　少，对燃煤电厂汞排放的研究主要还是以实验室数　据为基础。有研究指出煤中汞经燃烧后其产物极少　部分被吸附在灰、渣中，绝大部分以气态（汞蒸汽）　形式穿越除尘系统而进入脱硫系统，溶于脱硫废水　而被富集于废水处理后的污泥内，同时在脱硫产物　石膏内也有一定程度的存在。以下为某一汞污染控　制试点电厂，结合现场及前期验收监测情况，采取相　关要求的质控措施，分别对不同形态的汞排放进行　了现场监测。２０１２年３月～２０１２年１１月，某一汞　污染控制试点电厂监测数据汇总见表１　－９１。　表１　某一汞污染控制试点电厂监测数据汇总表　类别　汞排放浓度／排放量　气态总汞／　ｇ・ｍＩ３　Ｏ．４２～９．７２　颗粒物总汞／　ｇ・ｌ　０．１５４～２．０２　脱硫废水汞／　ｇ－ｌ　０．０１—１．５Ｏ　脱硫污泥汞（浸出毒性测试）／ｕｇ　１．１Ｏ～３．ｏ０　气态总汞＋颗粒物总汞／ｋｇ・ｄ　Ｏ．１３５５～１．３０３１　脱硫废水＋洗煤废水／ｋｇ・ｄ　Ｏ．Ｏｏｏ４～Ｏ．（）４８２　脱硫废物＋粉煤灰＋锅炉炉渣／ｋｇ・ｄ　０．７５８８～３，０７７０　从测试数据可得出：某电厂气态总汞、颗粒物总　汞的排放浓度均未超过０．０３　ｍｅ，／Ｉｎ　，从排放量来　看，含汞固体废物（主要包括脱硫废物、粉煤灰和锅　炉炉渣等）的汞排放量占燃煤电厂汞总排放量的　７０％以上，含汞固体废物的汞排放量比气态总汞和　颗粒物总汞的排放量要高。　２燃煤电厂汞污染控制技术　２．１　现有污染控制设施对汞的协同控制效果　利用现有烟气治理设备对汞进行脱除，可提高　设备利用率，降低控制成本，实现对汞、ＳＯ：、ＮＯ　等　污染物的联合控制，实现除尘脱硫脱硝脱汞一体　化¨…。目前，国内外电厂常用静电除尘器（ＥＳＰ）和　布袋除尘器（ＦＦ）、电袋复合式除尘器去除飞灰，利　用湿式脱硫（ＷＦＧＤ）装置脱除烟气中的ＳＯ　，脱硝　主要采用选择性催化还原法（ＳＣＲ）和选择性非催化　还原法（ＳＮＣＲ）。下面对现有污染控制设施的脱汞　效果进行分析：　（１）除尘设备。电除尘器和布袋除尘器在降低　颗粒物排放的同时，能在一定程度上减少汞的污染　能够有效脱除Ｈｇ　，但对Ｈｇ。和Ｈ　的脱除率相对　较低。基于电除尘器和布袋除尘器的吸附剂喷入技　术可采取吸附剂喷入的方法提高燃煤烟气中汞的脱　除效率。例如将活性炭喷人烟气中，是一种最简单　自然的控制燃煤烟气汞污染的技术，但此技术投资　费用较大、运行成本较高，电厂一般难以承受，因此　很多研究围绕价格较为低廉的吸附剂展开。根据煤　种的变化，基于布袋除尘器的吸附喷人技术可去除　８０％　９０％的汞，基于电除尘器的吸附剂喷人技术　可去除５０％～９０％的汞。为了综合电除尘器和袋　式除尘器的优点，近年来出现了电袋复合式除尘器，　其工作原理为：前级电场预收烟气中８０％～９０％以　上的颗粒物量，后级袋式除尘装置拦截收集烟气中　剩余更细小的颗粒物，其除尘效率高，对汞的去除率　也综合了电除尘器和布袋除尘器的特点。　（２）脱硫装置（ＷＦＧＤ）。烟气中的Ｈ　化合物　易溶于水，ＷＦＧＤ可去除烟气中约９０％的Ｈｇ“，但　对不溶于水的Ｈｇｏ捕捉效果不显著。在湿法洗涤脱　硫过程中，使用Ｈ　Ｓ和加入少量ＥＤＴＡ试剂，并控　制各运行参数，可明显增加ＷＦＧＤ系统的汞捕捉　率。在烟气进入脱硫塔前，加入碳基类等催化剂，以　促使Ｈｇｏ氧化形成Ｈｇ　化合物，也能提高汞脱除　２３　２０１５年４月　电　力科技与　环保　第３１誊第２期　率¨卜　］。另外，利用ＷＦＧＤ加强汞脱除，对脱硫塔　运行几乎无影响。　（３）脱硝设施。选择性催化还原（ＳＣＲ）是常用　的脱硝工艺。ＳＣＲ脱硝工艺可去除烟气中７０％～　大气污染物排放标准》已经明确规定燃煤发电锅炉　汞及其化合物排放控制标准。做好燃煤电厂汞污染　排放控制工作，可以对优先控制行业从汞排放浓度　和排放总量两方面加以控制；增加用煤洗选比例，降　低燃煤中汞含量；研制高效经济的催化剂，提高汞的　脱除效率；充分利用现有污染控制设备对汞进行协　同脱除，减少投资费用，走复台式污染控制之路。　参考文献：　［１］ＧＢ１３２２３—２０１１，火电厂大气污染物排放标准［ｓ］．　［２］赖敏．燃煤电厂污染控制技术一我国火电行业汞排放分析及控　９０％的ＮＯ　，但不能直接抑制烟气中汞的排放量，　而是将ＮＯ　还原为氮气的同时有效促进Ｈｇ。氧化　成Ｈｇ２　，从而有利于下游的烟气ＷＦＧＤ对汞的吸　收　。　２．２展望我国燃煤电厂的汞控制技术　２０１０年一２０１１年国电环保院对部分典型电厂　（不同煤种不同发电机组）的现有污染物控制设施　对汞的协同控制效果的测试数据见表２。　表２　污染物控制设施对汞的协同控制效果的测试值　气态汞含量／　ｇ・ｍ　Ｉ３　气态汞去除率　项　目　制对策［Ｊ］．四川环境，２０１３，（２）：５８—６２．　［３］张洁．燃煤电厂大气汞排放在线监测技术及应用［Ｊ］．华电技　术，２０１１，３３（７）：７２—７６．　［４］岳勇，陈雷燃煤锅炉颗粒物粒径分布和痕量元素富集特性实验　研究［Ｊ］中国电机工程学报，２００５，２５（１８）：７４—７９．　［５］Ｚｈｕａｎｇ　Ｙ，Ｋｅｖｉｎｇ，Ｃｈｒｉｓ　Ｚ，ｃｔ　ａ１．Ｍｅｒｃｕｒｙ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｏａｌ　ｃｏｍ—　ｂｕｓｔｉｏｎ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０００，（８）：２８９—　３ｌ０．　锅炉出口　烟囱前　／％　ｆ６］Ｌｏｒｅａｌ　ｖ　Ｈ，Ｄａｖｉｄ　Ｊ　Ｈ．Ｍｅｒｃｕｒｙ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｆｒｏｍ　ＦＧＤ［Ｊ１．Ｆｕｅｌ，２００５，　（８４）：１３７２—１３７７．　［７］蔡松．燃煤电厂烟气脱汞技术分析比较［ｊ］．科技信息，２０１３，　（１７）：１３１．　［８］平小凡，张军，李红亮．燃煤电厂汞监测遇到的几点问题及思考　［Ｃ］．中国环境科学学术年会论文集．昆明：２０１３．　［９］支国瑞，薛志钢，李洋，等．基于国内实测燃煤电厂烟气汞排放估　算的不确定度［Ｊ］．环境科学研究，２０１３，２６（８）：８１５—８２０．　［１０］陈其颢，朱林，王可辉．燃煤电厂汞排放及其控制技术研究　［Ｊ］．电力环境保护，２０１３，２９（３）：１０—１２．　［１１］唐超光，涂银平．重点地区燃煤电厂应对大气污染物环保新标　准控制对策研究［Ｊ］．电力科技与环保，２０１３，２９（１）：１５—２０．　［１２］王运军，魏继平，段钰锋．等．燃煤电厂现有污染物控制设备对　汞形态转化和脱除研究［Ｊ］．锅炉技术，２０１３，４４（３）：６９—７１．　［１３］赵毅，朱洪涛，安晓玲，等．燃煤电厂ＳＣＲ烟气脱硝技术的研究　２０１１年一２０１５年，以现有非汞污染物控制设施　（包括脱硝、除尘、脱硫设施）对汞的协同控制为主；　２０１６年一２０２０年，以燃烧前和燃烧中控制汞的生　成量和现有非汞污染物控制设施对汞的协同控制为　主；２０２１年一２０３０年，以基于现有非汞污染物控制　设施的脱汞技术和专用脱汞技术为主。　３　结语　燃煤电厂作为最主要的人为大气汞污染排放　源，其产生的汞污染问题已经受到越来越广泛的关　注，对燃煤电厂汞排放控制技术进行研究和发展，以　［Ｊ］．电力环境保护，２００９，２５（１）：７—１０．　收稿日期：２０１４－１１—２２；修回日期：２０１５一【１１一ｌ６　作者简介：贾海娟（１９７７．），女，陕西宝鸡人，硕士，高级工程师，　主要从事电力环保、环境环境影响评价方面的工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉａ—　ｈａｉｊｕａｎ＠ｎｗｅｐｄｉ．ｃａｍ　达到控制减排目标十分重要和迫切。新的《火电厂　环境保护部印发｛２０１５年全国环境监察工作要点》　环境保护部日前印发￣２０１５年全国环境监察工作要点》对２０１５年全国环境监察重点工作进行了部署。　主要内容如下：（１）严格环境监管执法是２０１５年乃至今后环保工作的重中之重；（２）按照文件要求，不断加　强督察督办和检查稽查；（３）继续强化监管执法信息公开和推进企业事业单位环境信息公开。　２４