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烟气脱汞技术发展趋势
2017-04-07

1、汞污染现状及其危害

全球每年排放到大气中的汞总量约为5000t,其中4000t是人为的结果。造成汞环境污染的人为来源主要是燃烧,其中燃煤导致的汞污染是最为严重的。煤在燃烧过程中产生的汞大部分随着烟气排入大气,成为环境汞污染的主要来源。燃煤电站排放出的汞是我国汞污染的最主要来源,约占汞排量总量的40%。随着燃煤电站总装机容量的持续扩大,汞污染问题更加严重。据浙江大学能源洁净利用国家重点实验室最新研究表明,我国10万kW典型燃煤锅炉总汞排放量在40~50kg/a。2020年我国燃煤电站汞排放量约464~580t,约占同期全球化石燃料燃烧汞排放总量的42.45%~53.06%(联合国环境规划署2008年报告),形势十分严峻。燃煤电站汞污染已被世界公认为继燃煤硫污染之后的又一大污染问题,尤其是燃煤电站汞排放控制已成为目前国际上的研究热点。

 烟气中的汞主要以两种相对稳定的形态存在:气态汞(Hg,g)和颗粒态汞(Hg,p)。气态汞又分为单质汞(Hg0)和氧化态汞(Hg2+)。二价汞化合物比较稳定,易溶于水,易脱除;单质汞挥发性较高、水溶性较低,是最难控制的形态之一。汞及汞的化合物是一种易挥发物质,具有巨毒性和积累性,可以通过呼吸、皮肤吸附或食物摄入等形式进入人体,侵害人的神经系统,尤其是中枢神经系统;通过肺泡吸收,经血液进入全身,伤害脑组织,并引起慢性中毒。同时,汞在大气中停留的时间可长达半年至二年,能在大气层中飘浮成千上万千米,在全球范围内传输,并沉降进入土壤或水体,其毒性在藻类、鱼类和其它动物组织中累积,导致处在食物链顶端的食肉动物体内的汞浓度数千倍甚至数百万倍于水中的汞浓度,从而污染整个食物链,对人类及生物环境造成的危害极大。

2、汞控制技术研究现状

 国内外燃煤电站汞排放控制技术的研究主要包括燃烧前脱汞、燃烧中脱汞和燃烧后烟气脱汞三个方面。燃烧前脱汞是通过洗选法除去原煤中的部分汞,但是该方法不能洗去与煤中有机碳结合的汞,而且成本相对较高;燃烧中脱汞主要是利用改进燃烧方式,在降低NOX排放的同时,抑制一部分汞的排放;燃烧后脱汞的方法包括利用一些吸收剂来吸附汞的吸附法,或者改进燃煤电站现有大气污染物控制设备,以提高其协同脱汞的效率。还有一些新的烟气汞脱除技术的研究,如电晕放电等离子体技术等。综合来看,燃烧后烟气脱汞是目前燃煤汞污染控制的最主要方式,相关研究最为广泛。燃烧后脱汞(即烟气脱汞)是未来电厂汞污染控制的主要方式,其脱汞方法主要有吸附剂法、化学沉淀法和化学氧化法。

2.1、吸附剂法

 吸附法主要是利用活性炭及其他吸附剂的吸附作用来处理污染物的一种常用方法,包括物理吸附和化学吸附两种方式。对于气流中汞等微量有害物质的去除,吸附剂法占据重要位置。一般吸附都兼有物理吸附、化学吸附功能,两种吸附过程可以同时进行。长期以来人们一直在努力寻找新型廉价的吸附剂来降低污染物控制设备的运行费用,但至今都没有突破性的进展。目前,用于烟气脱汞的吸附剂主要有:活性炭、飞灰和金属吸收剂。

2.1.1、活性炭

 在烟气中喷入活性炭是烟气脱汞技术最为集中且较成熟的一种方法。用活性炭吸附烟气中的汞可以通过以下两种方式,一种在颗粒脱除装置前喷入粉末状活性炭;另一种是将烟气通过活性炭吸附床。尽管活性炭吸附剂在脱除汞方面有着很高的效率,但仍然存在价格昂贵,经济可行性不高等问题,并且还存在很多技术难题。

2.1.2、飞灰

 燃煤过程中产生的飞灰能吸附烟气中的汞,因此飞灰是影响烟气中汞的形态分布的一个重要因素。由于飞灰容易获得,且价格低廉,受到越来越多人的关注。飞灰

 对汞的吸附主要通过物理吸附、化学吸附、化学反应以及三者结合的方式,飞灰吸附主要受到温度、飞灰粒径、烟气气体成分等因素的影响。