蘇軍劃，李超

(中國華電科工集團有限公司，北京 100160)

0 引言

燃煤電廠大氣排放的重金屬汞在室溫下呈液態(tài)，很容易揮發(fā)到空氣中被人體吸附，產(chǎn)生危害。國內(nèi)外研究表明，煤燃燒時產(chǎn)生的汞只有小部分進入灰渣。國內(nèi)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),進入爐渣(底灰)的汞約占汞排放總量(Hgt)的2%[1]；大部分的汞隨煙氣排入大氣，飛灰中的汞占Hgt的23.1%～26.9%，煙氣中汞占Hgt的56.3%～69.7%。燃煤電廠的汞排放受煤中的汞含量、煙氣中汞的形態(tài)、煙氣污染物控制設(shè)施等因素的影響，煙氣中汞的形態(tài)直接影響到汞捕捉的效果。汞在煙氣中主要呈現(xiàn)為單質(zhì)汞(Hg0)、氧化態(tài)汞(Hg2+)、顆粒汞(Hgp)3種形態(tài)，不同形態(tài)的汞在煙氣中的物理和化學性質(zhì)有很大差異。其中，最不易捕捉的是單質(zhì)汞，因為煙氣中的單質(zhì)汞呈氣態(tài)，具有較高的蒸發(fā)壓力且難溶于水，呈相對穩(wěn)定的形態(tài)，易被直接排入大氣；被飛灰吸附的顆粒態(tài)汞，經(jīng)過除塵裝置時大部分可被靜電或布袋除塵器去除，轉(zhuǎn)移到灰渣中；部分單質(zhì)汞在煙氣冷卻過程中被煙氣中其他成分氧化成氧化態(tài)汞(以氯化汞為主)，呈水溶性，其所占比例較高，容易被煙氣脫硫裝置(FGD)，特別是濕法脫硫裝置捕獲。

因此要有效地控制燃煤電廠汞排放，最經(jīng)濟、可靠的辦法是利用現(xiàn)有裝置降低單質(zhì)汞的濃度并提高氧化態(tài)汞的比例。本文通過對3個典型電廠常規(guī)污染物脫除裝置(濕法脫硫、脫硝、除塵裝置)對汞的聯(lián)合脫除能力進行分析，探索增強汞脫除效率的物理、化學方法。

1 測試電廠選擇

湖北華電黃石發(fā)電股份有限公司(以下簡稱黃石公司)1×300 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機組自2010年5月投產(chǎn)。機組煙氣系統(tǒng)配套建設(shè)有選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝設(shè)施、布袋除塵器(FF)、石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)。脫硝設(shè)施采用板式催化劑，脫硝效率達到70.0%；布袋除塵器除塵效率達到99.9%；脫硫效率達到96.0%。

武鄉(xiāng)西山發(fā)電有限責任公司(以下簡稱武鄉(xiāng)公司)本期安裝有2×600 MW抽汽供熱機組，每臺鍋爐配備有2臺雙室四電場靜電除塵器(ESP)，除塵效率大于99.6%；石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，采用一爐一塔的配置方案，脫硫效率≥95%；脫硝采用選擇性非催化還原(SNCR)方式脫硝。本次測試對#1機組和#2機組分別進行試驗。

四川廣安發(fā)電有限責任公司(以下簡稱廣安公司)測試機組為#5機組，裝機容量為600 MW，2007年2月投產(chǎn)，截止至2012年年底運行時間為6 330 h，測試期間平均負荷為95%，鍋爐類型為煤粉爐，設(shè)計煤種為煙煤，污染物的主要的測試點位置如圖1所示。

2 不同電廠的汞質(zhì)量平衡

燃煤電廠煙氣中以顆粒形式存在的汞占汞排放總量的比例小于5%。飛灰顆粒越細則其中的汞含量越高，90%以上的固態(tài)汞存在于粒徑<0.125 mm的飛灰粒子上，這顯示出飛灰粒子表面富集的特征。

根據(jù)電廠提供的每小時燃煤量、底灰、飛灰、石膏產(chǎn)量及實驗測得的各固體樣品中汞的平均含量，計算出鍋爐燃煤過程中汞的質(zhì)量分布及質(zhì)量平衡。廣安公司、黃石公司和武鄉(xiāng)公司的#1，#2機組數(shù)據(jù)見表1～表4。

從表1～表4中可以看出，質(zhì)量平衡的回收率均在70%～130%的誤差允許范圍內(nèi)[2]，樣品的取樣和分析結(jié)果真實可信。汞輸出大部分是以飛灰、脫硫石膏、煙氣的形式釋放的，所有鍋爐底灰中汞含量都較小，這和國內(nèi)外的研究結(jié)果一致。

圖1 取樣點及測點位置

項目入爐煤粉爐渣除塵飛灰脫硫石膏煙氣日均消耗或產(chǎn)出量2689t79t713t364t30.829×106m3汞的質(zhì)量流量/(g·d-1)384.000.03 311.00 38.00 4.00汞質(zhì)量平衡回收率/%100.00.0180.810.01.1

表2 廣安電廠汞的質(zhì)量衡算

表3 武鄉(xiāng)電廠 #1機組汞的質(zhì)量衡算

表4 武鄉(xiāng)電廠 #2機組汞的質(zhì)量衡算

黃石公司中汞大部分是隨飛灰釋放的。黃石公司采用了布袋除塵器，布袋產(chǎn)生的飛灰濾餅層能夠捕集煙氣中的汞，從而降低煙氣中的汞濃度并提高飛灰中的汞濃度，使脫硫石膏中的汞下降。氧化態(tài)汞成為了煙氣汞的主要形態(tài)，增強了脫硫塔的脫除效果，使最終煙氣中的汞濃度降低。

廣安公司安裝的是電除塵器，和布袋除塵器相比，其汞脫除效率較低，以飛灰形式脫除的汞只占Hgt的 6%，最終排放的煙氣中仍含有49.1%的汞。

上述兩個電廠的汞脫除效率與脫硫方式有關(guān)，濕法煙氣脫硫的汞脫除效率受鍋爐配置、煙氣溫度及其變化速率、煙氣中HCl和HBr氣體含量、飛灰活性及其比表面積、痕量元素等的共同影響。

武鄉(xiāng)公司污染物控設(shè)備是電除塵器和石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)，和黃石公司的袋式除塵器相比較，電除塵的平均脫汞效率要低，其飛灰中的汞含量要低于黃石公司；黃石公司安裝有SCR脫硝催化劑，這種催化劑能將Hg0氧化為Hg2+，Hg2+容易在濕法脫硫中被除去，所以黃石公司脫硫石膏中的汞含量較武鄉(xiāng)公司的高。表1和表3中飛灰、脫硫石膏和煙氣中汞的比例也證實了這個觀點。

武鄉(xiāng)公司#1，#2機組的污染物控制設(shè)備及所用的煤種(山西焦煤)相同，但是#1機組的煤中汞含量高于#2機組，粉煤灰中的汞含量低于#2機組。雖然在文獻[3]報道中靜電除塵的脫汞效率均小于20%，但令人深思的是，燃煤中汞含量高的#1機組飛灰中汞含量反而低得多，說明電除塵器的除汞機理比較復(fù)雜，影響因素較多。

3 污染物控制設(shè)備的脫汞能力分析

由表5可知，黃石公司的總脫汞效率最高，廣安公司的總脫汞效率最低。這是因為黃石公司是布袋除塵，而廣安公司是靜電除塵。說明布袋除塵的脫汞效率較靜電除塵器要高，這和文獻報道的一致[3]。武鄉(xiāng)公司#1、#2機組的污控設(shè)備完全相同，總的脫汞效率相差10%，在正常的誤差范圍之內(nèi)。廣安公司雖然安裝了SCR脫硝裝置，理論上其總汞脫除效率應(yīng)該較武鄉(xiāng)公司的要高，但結(jié)果卻相反。除了存在測量誤差外，還可能是由于廣安公司排放煙氣中SO2質(zhì)量濃度較高，導(dǎo)致噴淋漿液中SO32-的質(zhì)量濃度較高，漿液中已經(jīng)被捕集的小部分Hg2+被還原為Hg0，被重新釋放到煙氣中[4]。

由表5中可知，除廣安公司外，其他電廠濕法脫硫的Hg2+脫除效率都在93%以上，Hg0脫除效率都在50%左右，這可能是造成廣安公司總脫汞效率低的主要原因。

表5 不同電廠的污控設(shè)備脫汞效率 %

注：表中的負數(shù)是因為汞本身的質(zhì)量濃度較低，導(dǎo)致測試數(shù)值存在誤差。

4 結(jié)論

在3個典型燃煤電站的底灰中，汞含量均不高于2%。

和靜電除塵器的脫汞能力比較，布袋除塵器的總汞脫除效率很高，可達到70%以上。

黃石公司、武鄉(xiāng)公司在濕法脫硫過程中的Hg0和Hg2+的脫除效率較高，而廣安公司濕法脫硫煙氣中的Hg0反而增加，這是導(dǎo)致廣安公司濕法脫硫脫汞效率較低的原因。