2018国内外汞排放控制技术
摘 要：目前世界范围内针对不同种类的汞在煤炭燃烧的各个阶段都研究了相应的控制汞排放的技术与方法。燃煤汞污染控制技术的主要思路应结合燃煤利用的过程，技术突破的主要方向是燃烧前除汞、燃烧中控制和燃烧后脱汞，燃烧后脱汞的方法主要分为烟气污染控制工艺协同控制的方法和吸附剂注入的方法。关键词：除汞 排放 控制
应用较为广泛的燃烧前除汞的方法主要是洗选煤技术，洗选煤不仅可以出去原煤中的部分灰分硫分，可有效的提高煤炭的燃尽性能并控制相应污染物的排放。洗选加工还可使煤炭中以各种形式与硫元素结合的重金属矿物质得以去除。Snit等人以5种原煤为试验对象，采取不同的方法选煤，发现不同选煤方法对煤中汞的脱除效率不同，但平均的脱除基本在26%、51%、68%，可有效减少进入炉膛中的汞量。美国能源部还开发了其他的洗煤方法，可高效脱除原煤中的汞，包括重液旋流器、选择性油团聚和磁分离法等方法。
燃烧中除汞是指在通过调整炉膛燃烧方式，或炉膛喷射添加剂等以降低气相中汞的含量。低氮燃烧技术和再燃技术不仅可以降低炉膛内NOx的整体水平，同时，也可降低烟气中汞的含量，提高颗粒汞含量的份额，研究表明循环硫化床燃烧方式在降低炉膛SOx、NOx的同时也可在一定程度上控制Hg和其他部分重金属的排放。有研究指出在煤中添加氧化剂如：以氯酸为主要物质新型氧化剂和卤素类物质添加剂或者含铁类、钙类、钯类的物质作为氧化剂，可有效提高元素汞的氧化效率。
燃烧后除汞的方法主要分为烟气污染控制工艺协同控制的方法和吸附剂注入的方法。烟气污染控制工艺主要是指通过电厂烟气净化装置，包括除尘设备、脱销设备和脱硫设备等，在净化电厂烟气的同时，控制汞排放。SCR催化剂虽然不能直接捕获汞，对其进行脱除，但是它对Hg0的氧化也十分有效，可以有效提高汞的氧化，以便于其他设备对汞的捕获，研究发现烟气中的HCl是造成SCR将Hg0氧化成Hg2+的主要因素，CaoY等实验发现当烟气中存在氢卤酸蒸汽时，Hg0的氧化率可达到40%～80%;电厂静电除尘器如静电除尘器(ESP)袋式除尘器(FF)等均可有效除去烟气中的烟尘，且能高效捕获颗粒汞Hgp，平均汞脱出率的达27%;湿式脱硫塔(WFGD)一般放置的烟气净化流程的中下游，不仅能够有效降低烟气中SOx的含量，并且由于烟气中氧化态的汞溶于水，当烟气流经FGD时，烟气中的部分汞溶于石灰石石膏浆液中，从而80%～95%的氧化态的汞可实现由气相到固相的转化。但由于Hg0不溶于水，在此阶段并不能实现对其的脱除，研究表明，部分Hg2+会在WFGD处发生还原导致排入烟囱的尾气中Hg0含量的增加，所以减少Hg0的排放的关键是提高其在烟道中像Hg2+的转化效率。
电厂中除尘器、选择性催化还原系统，脱硫系统等可实现对大部分汞的脱除，但对于Hg0的控制仍不尽人意。近年来，国内外很多科学家经过大量研究，开发了不同物质的吸附剂。虽然国内外很多的机构、学者都在进行新型吸附剂的研究开发，但是目前使用的炭基吸附剂仍然以工业活性碳为主，目前利用活性炭吸附剂对汞进行脱除是最成熟的脱汞方法。改性活性炭具有高的表面积、大吸附量、快速吸附以及表面官能团丰富等特点，其对元素汞的吸附是物理吸附与化学吸附的结合。氯(Cl)在Hg0的均相和非均相氧化过程中起着非常重要的作用。Cao Yan等在模拟烟气中加入4个氢卤酸对Hg0进行氧化，发现在几种氢卤酸中，HBr和HI对汞的氧化能力要高于HCl和HF。Chao等发现分别用4种氯盐和3种溴盐改性后的活性炭其汞吸附能力均得到改善，以NaBr改性后的活性最佳：仅加入0.1%的NaBr时，4s内便可脱除95%的汞。另一类被广泛研究是渗硫活性炭。载硫活性炭在提高脱汞效率的同是可生成稳定的HgS亦有效减少了汞的二次释放。研究发现载硫活性炭的除汞能力与原始活性炭的孔隙结构和硫在活性炭上的分布形态等相关，Jurng等的研究认为载硫活性炭对汞的吸附主要是化学吸附，温度在一定范围内的升高对于化学吸附的影响很小。为达到高效吸附的目的，人们也对活性炭用HNO3或者H2O2活化，还对活性炭进行金属氧化物负载等实验，以增加表面的官能团。活性炭纤维和飞灰也用作电厂元素汞排放控制的研究对象。目前活性炭喷射是电厂控制元素汞排放的比较成熟的技术，调整合适的C/Hg比可有效脱除烟气中的元素汞。美国环保署(EPA)在1997年的喷射活性碳脱汞技术的成本及效益报告中指出燃煤电站烟气脱汞的耗费大概为1～9万美元/kg，且成本随烟气中的二价汞含量增加而降低。据估算：活性炭吸附床的耗资约可达17400～38600美元。高额的成本使各国燃煤电站和科研机构不得不加大科研投入，开发出一种廉价高效的汞吸附剂。
在电厂脱硫系统中所用到的CaO、Ca(OH)2、CaCO3等钙基类物质，价格低廉、原料易得，开发其在脱汞方面的潜力并加以应用有很大的前景。国外对钙基类吸附剂研究的早期研究发现：尽管CaO和Ca(OH)2对HgCl2的吸附效率很好，对单质汞的吸附效果却很差;研究发现，当存在HCl时，带结晶水的硫酸钙对单质汞的吸附能力显著增强。
硅酸盐类矿物质如蛙石、沸石、膨润土和高岭土等，储量丰富且价格低廉、对环境影响小，已经被尝试用于燃煤烟气脱汞。目前研究较多的是沸石分子筛，采用与改性活性炭类似的方法用渗硫，活性二氧化锰、氯化铁溶液浸渍等，可显著提高其汞吸附性能，另外，试验较多的改性方法还有液溴浸渍法。美国PSI公司发现改性后的沸石吸附性能大大提高，已接近活性炭的水平。其他实验室应用研究的脱汞的技术还包括汞齐、光催化氧化脱汞、电晕法脱汞和新型纳米吸附剂脱汞等。
参考文献
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