燃煤电厂汞的释放研究
上海燃煤电厂大气汞排放初探
Ａ ｓｒｃ Ｃ ａ．ｒｄｐ ｗｅ ｌｎ ｎ ｆ ｈ ｊｒ ｎｈｏ ｏ ｅ ｉ Ｓ Ｕｃ ｓｏ ｒｕｙｒｌａ ｅ ａ ｅＩ ｓ ｂ ｔ ｔ ｏ １ｉ ｏ ｒ ａ ｔｓ ｅｏ ｅｍａｏ ｔ ｐ ｇ ｎｃ Ｏ ｅ ｆ ｃ ｒ ｅ ｓ ． ｓｗ ｌａ ａ ｆｅ ｐ ｉｏ ｌ ａ ｒ ｒ ｍｅ ｅ
摘要 燃煤电厂是主要的人为汞排放源之一， 也是上海城市范围内最大的大气汞排放点源。 耗煤量、 煤汞含量 燃烧 装置的 结构以 及空 气污染控制装置的协同除汞能力是影响燃煤电厂大气汞排放的主要因 文章利 素。 用历年的统计数据和美国环境保护 局的 经验值筛选出 汞排放的影响因子， 粗略估算了 上海燃煤电厂的大气汞年排 放量， 从空气污染控制装 置的 协同除 汞效果 改进 颗粒物控制装置、 提高烟气脱硫系统的汞捕集能力 投加粉末状活性碳的除汞效果等方面， 分析了 空气污染 控制装置的除 汞效果 及其改进方法。 关键词：燃煤电厂 汞排放 空气污染控制装置 管理
Ｐａ ｔ ｉ Ｓ ａ ｇ ａ ｌｎ ｓ ｎ ｈ ｎ ｈ ｉ
察文洁 江研因 （ 海市环境科 学研 究院， 上 上海 ２ ０ ３） ０２３
Ｃ ｉ ｎｉ ｉｎ ａｙｎ （ｈｎ ｈｉ ａ ｅ ｆ ｎ ｉ ｎ ｎａ Ｓｉｎｅ， ｈｎ ｈｉ ０２３ ａＷｅｊ ＪａｇＹ ｎ ｉ Ｓ ａ ｇａ ｄｍｙｏ ｖｒ ｍｅｔｌ ｃｅ ｃｓＳ ａ ｇａ ｅ Ａｃ Ｅ ｏ ２０３）
燃煤电厂烟气脱汞技术的研究
某地区采用电子束联合袋式除尘器的方法，通过优化参数和流程，成功将烟气中的汞含量降低30%， 有效控制了汞的排放。
烟气脱汞技术在实际应用中存在的问题和解决方案
问题一
某些脱汞技术在实际应用中存在设备投资 大、运行成本高的问题。
解决方案一
通过优化设备设计和流程，降低投资和运 行成本，提高设备的性价比。
THANKS
感谢观看
技术成本高
设备占地面积大
目前烟气脱汞技术普遍存在投资成本和运行 成本高的问题，需要进一步降低成本才能广 泛应用。
部分烟气脱汞技术需要使用大型设备，占用 较大的厂区空间。
运行维护困难
汞的二次污染
烟气脱汞技术的运行维护涉及到复杂的化学 反应和物理过程，需要专业技术人员进行操 作和维护。
部分烟气脱汞技术可能存在汞的二次污染问 题，需要加强废水处理和汞的回收利用。
效率、吸附剂寿命等。
结果分析
通过对实验结果的分析，得出了 不同脱汞技术的优缺点和适用条 件，同时对影响脱汞效率的关键 因素进行了分析和讨论。
结论
根据实验结果和分析，得出了燃煤 电厂烟气脱汞技术的最佳方案和未 来研究方向。
04
燃煤电厂烟气脱汞技术应用
烟气脱汞技术在实际中的应用案例
案例一
某燃煤电厂采用活性炭吸附法进行烟气脱汞，经过改造后，烟气中的汞含量降低了60%，效果显著。
电化学法
利用电解原理，将汞离子在阴极上 还原成金属汞，再收集利用。
国内外烟气脱汞技术发展现状
国外
美国、日本等国家在烟气脱汞技术方面研究较早，已成功开 发出多种高效脱汞技术，并应用于实际生产中。
国内
随着环保要求的提高，国内燃煤电厂开始逐步引进或研发烟 气脱汞技术，但整体技术水平与国外仍有差距。
燃煤电厂烟气汞排放控制研究现状及进展
燃煤电厂烟气汞排放控制研究现状及进展1燃煤电厂汞的排放煤作为一次能源的主要利用方式是燃烧，其燃烧产物会对环境造成严重的破坏。
全世界发电用煤量巨大，燃煤电厂是导致空气污染的最大污染源之一。
在煤燃烧造成的污染物中，除SO2、NO X和CO2外，还有各种形态的汞排放。
汞是煤中的一种有毒的重金属痕量元素，具有剧毒性、高挥发性、生物体内沉积性和迟滞性长等特点。
全球每年排放到大气中的汞总量约为5000吨，其中4000吨是人为的结果，而燃煤过程的汞排放量占30%以上。
由于我国一次性能源以煤炭为主，原煤中汞的含量变化范围在0.1~5.5mg/kg，煤中汞的平均含量为0.22mg/kg，是世界范围内煤中平均汞含量的1.69倍。
根据相关报道,预计2010年中国电煤总需求量为16亿t,以煤炭含汞量为0. 22mg/kg，电厂平均脱汞效率为30%计, 2010年燃煤电厂汞排放量约为246. 4 t。
因此燃煤所造成的环境汞污染形势不容乐观，对其排放控制不容忽视。
2 烟气中汞的存在形式及其影响因素2.1 汞的存在形式烟气中汞的存在形式主要包括3种：单质汞(Hg0)、化合态汞(Hg+和Hg2+)和颗粒态汞。
其中单质汞(Hg0)是烟气中汞的主要存在形式。
烟气中汞的存在形态对汞的脱除有重要影响。
不同形态汞的物理、化学性质差异较大，如化合态汞易溶于水，并且易被烟气中的颗粒物吸附，因此易被湿法脱硫设备或除尘设备脱除。
颗粒态汞也易被除尘器脱除。
相反单质汞挥发性高、水溶性低，除尘或脱硫设备很难捕获，几乎全部释放到大气中，且在大气中的平均停留时间长达半年至两年，极易在大气中通过长距离大气输送形成广泛的汞污染，是最难控制的形态，也是燃煤烟气脱汞的难点。
2.2 影响汞存在形态的主要因素2.2.1 燃煤种类的影响燃烧所用煤种不同，烟气中汞的形态分布也不同。
烟煤燃烧时，烟气中Hg2+含量较高，Hg0含量偏低；而褐煤在燃烧时，烟气中Hg0的含量却较高。
燃煤电厂汞排放特性实验研究
第37卷第5期2007年9月东南大学学报(自然科学版)J OURNAL O F SOUTHEAST UN I V ERS I TY (Natural S ci en ce Ed iti on)V o l 37No 5Sep.t 2007燃煤电厂汞排放特性实验研究杨立国 段钰锋 杨祥花 江贻满 王运军 赵长遂(东南大学洁净煤发电及燃烧技术教育部重点实验室,南京210096)摘要:选取了我国6个比较有代表性的燃煤电厂,采用美国EP A 推荐使用的OH 方法,对其入炉煤、底渣、飞灰、脱硫产物及烟气进行了取样分析,并针对系统汞的排放进行了平衡计算.测量了不同电厂的除尘器灰的含碳量,以分析其对飞灰中汞富集因子的影响.实验结果表明:在所测的6个燃煤电厂中,底渣排汞量不到总汞的1%,煤中的汞在燃烧区域以后绝大部分以气态和飞灰吸附态的形式排放,并随着机组容量的增大,气态汞的排放比例也有所增大.飞灰中的残碳对气态汞向飞灰的富集有促进作用,飞灰的含碳量与飞灰中汞的富集因子呈正相关关系.烟气中的氯元素可以提高可溶性二价汞的含量.实验研究表明,循环流化床燃烧方式可以极大地减少气态汞的排放量,其机理还有待于进一步研究.关键词:燃煤电站;汞排放;汞平衡;飞灰中图分类号:TK224 9+3 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2007)05 0817 05M ercury e m ission characteristics fro m coal fire d po wer pl antsY ang L iguo D uan Y ufeng Y ang X ianghua Jiang Y i m an W ang Y un jun Zhao C hangsui(Key Labo rat o ry o f C l ean C oalPow er G eneration and C om bu sti on T echno l ogy o fM i n istry of Education,S out h eastUn iversity ,N an ji ng 210096,C h i na)Abst ract :To eva l u ate the m ercury e m issi o ns ,and to co m prehend and com pare t h e s pec iati o n characteristics o f m ercury i n differ ent pow er plants ,six representa ti v e coa l fired po w er plants w ere selected ,of w hich t h ere w ere five pul v erized coal bo ilers and one circu l a ti n g flui d ized bed bo iler ,w ho se capac i ti e s ranged fro m 50MW to 600MW w ith different fl u e gas cleaning up dev i c es such as electro static precipitator (ESP),fabric filter (FF)and fl u e g as desulfuri z ation (FGD ).Sa m p les o f feed i n g coa,l bo ttom ash ,fl y ash ,desulfurization sorbent and flue gasw ere taken at the inlet and outl e t of po ll u tion contr o l dev ices fro m the si x differen t coa l fir ed pow er p lants .The resu lts of m ercury e m issi o n and m ercury balance s how that the m ercury speciation distri b uti o n changes g r eatly dependi n g on coal types ,co m busti o n bo ilers and d ifferent a ir po llution contro l dev i c es (APCD ).The fly ash exerts dif ferent i n fl u ence s onm ercur y adso r ption ,and the chlorine content i n flue gas can convertm o re ox i d ized m ercury .It is show n that circulating flui d ized bed com busti o n (CFBC )can decrease the to tal g aseous m ercury e m issi o n ,how ever the m echan is m needs to be further i n v esti g a ted .K ey w ords :co al fired pow er plan;t m ercury e m issi o n;m ercury ba l a nce ;fl y ash 收稿日期:2007 01 08.基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2002CB 211604,2006CB 200301)、985教育部 振兴行动计划 一期联合资助项目.作者简介:杨立国(1978!),男,博士生;段钰锋(联系人),男,博士,教授,博士生导师,yfduan@seu .汞是一种神经毒物,而且是一种生物积累物质,对人类健康威胁很大.研究表明[1],燃煤汞排放是主要的人为大气汞排放源.根据Chu 等[2]研究,目前全球人为源汞散发量约4000t/a ,1995年中国燃煤大气排汞量为213 8,t 约占总量的5%.中国一次性能源以煤炭为主,1995年我国煤炭消耗量为13 8亿,t 居世界第一位[3],中国燃煤大气汞排放量自1978年至1995年年平均增长速度为4 8%,全国累积汞排放量为2493 8t [4].煤炭利用过程中,大量的汞被释放到大气中,对人类健康造成直接或潜在的危害.本文采用美国国家环保署(EP A )标准燃煤电厂汞取样分析方法对选取的我国6个燃煤电厂进行了系统全面的取样分析测试研究工作,获取了我国现阶段燃煤电站配置条件下汞排放特性的实验数据,掌握了目前我国部分燃煤电厂汞排放现状和规律,为将来我国燃煤电厂汞排放控制政策的制定提供了有益的参考.1 实验系统本文选取了我国6个比较有代表性的燃煤电厂锅炉系统进行实验研究,各个电厂系统配置如表1所示.实验对电厂的入炉煤样、底渣、预除尘器灰、除尘器灰、脱硫产物和烟气等进行了取样分析研究.固态产物的取样与烟气采样同时进行.取样点的布置如图1所示.表1 6个燃煤电厂锅炉容量和污染物控制装置电厂地点锅炉类型机组容量/MW设计煤种污染物控制1#北京W型火焰、飞灰复燃、液态排渣直流炉220神华煤静电除尘器2#内蒙古四角切圆燃烧方式煤粉炉200准格尔烟煤布袋除尘器3#内蒙古单炉膛 型煤粉炉50准格尔烟煤布袋除尘器4#内蒙古直流式燃烧器四角切圆燃烧方式、固态排渣煤粉炉600准格尔烟煤静电除尘器5#河北四角切圆方式、单炉膛 型露天布置、固态排渣煤粉炉600神华煤静电除尘器+湿法脱硫6#江苏固态排渣、超高压循环流化床蒸汽锅炉135混和煤种静电除尘器图1 电场飞灰取样点示意图烟气取样采用美国环保署(EPA)和能源部(DOE)等机构推荐的汞测试分析的标准方法OH 方法,如图2所示,其流程为:采样系统从烟气流中等速取样,取样管线的温度维持在120∀以上.取样系统主要由石英取样管及加热装置、过滤器(玻璃纤维滤筒)、吸收瓶(置于冰浴中)、流量计、真空泵等组成.颗粒态汞由位于取样枪前端的玻璃纤维滤筒捕获,氧化态汞由3个盛有KC l溶液的吸收瓶收集,元素汞由1个装有HNO3+H2O2溶液和3个装有KM nO4+H2SO4溶液的吸收瓶收集,最后由盛有干燥剂的吸收瓶吸收烟气中的水分.取样结束后,进行样品的恢复和消解;所有消解过的样品称重后立即送入全自动测汞仪H ydra AA进行检测.固态产物中汞含量的测定采用全自动汞测量仪DM A80来进行,DM A80固液相自动测汞仪将样品的加热过程和原子吸收光谱检测装置集于一身,能直接测定固体或液体中的总汞含量.图2 OH方法烟气汞等速取样系统简图2 结果与分析通过对6个燃煤电厂全负荷运行条件下的煤、底渣、飞灰、烟气(及脱硫产物)汞浓度数据和运行工况的计算分析,可以得到电厂在全负荷运行工况下的汞平衡,如表2和图3所示.表2 不同电厂不同形态汞的排放量g/h电厂煤中汞底渣中汞除尘器前不同形态汞排放量Hg0H g2+H g P除尘器脱除汞除尘器后不同形态汞排放量Hg0H g2+H g PW FGD脱除汞脱硫装置后不同形态汞排放量Hg0Hg2+H g P1#0 810 000 720 070 020 040 570 050 00!!!!2#26 40 0410 812 00 720 455 7017 60 00!!!!3#8 700 010 862 552 804 400 181 170 15!!!!4#69 60 2886 713 20 372 1236 530 90 00!!!!5#10 00 757 990 310 030 049 541 230 000 869 740 410 00 6#2 720 130 020 001 311 970 010 000 02!!!!2.1 汞平衡及排放因子煤燃烧后,汞被再分配到粉煤灰、炉渣和烟气中,通过实验研究,发现所测试的6个电厂中,进入飞灰中的汞占3 3%~99%,其中江苏某电厂135818东南大学学报(自然科学版) 第37卷图3 6个燃煤电厂的汞平衡ＭＷ的循环流化床锅炉高达99%.进入炉渣中的汞占0 00%~0 97%.排入大气中的汞占0 96%~90 9%,135MW 的循环流化床锅炉只有0 96%.汞排放因子(EF)表示燃煤电厂烟气中的汞排放到大气中的排放量,即人们通常所说的最终向大气排放的汞强度.根据1996年美国DOE 对9个电厂的汞浓度现场测试,结果显示其排放因子为0 82~9.46m g /G J [5],本文汞排放因子计算参照此文献,但使用了国际单位,具体定义如下:E f =m Hg GQ式中,E f 为汞排放因子;m Hg 为排放到大气中的汞量;G 为给煤量;Q 为煤的低位发热量.图4 燃煤电厂不同形态汞排放比例由图4可以看出,不同电厂燃煤汞的排放因子有很大差别,这主要是由煤质特性(主要是汞含量和低位发热量)决定的.而不同电厂又由于燃烧设备、运行工况以及污染物控制设备的不同,导致燃煤烟气汞排放因子有所不同.1#,2#,4#和5#电厂表明在全负荷运行条件下,现有的污染物控制装置对气态汞排放的控制没有多大作用,煤中汞几乎全部以不同气态汞形态排入大气;3#和6#电厂由于机组容量较低和循环流化床燃烧方式,导致飞灰含碳量较高(见表3),从而使得煤中汞绝大多数以固态产物形式得以脱除,只有极小一部分被排入大气.表3 各个电厂飞灰含碳量电厂取样编号除尘器(ESP 或FF)灰含碳量%一电场二电场三电场四电场1#507212 922 632 592 57507241 432 043 833 03507252 853 153 192 54507262 822 082 532 242#50803A0 9250803B 0 92508041 333#50807A2 8750807B3 18508092 594#508131 340 70 7950814A 0 90 920 930 8350814B 0 826#50912A 11 29 8950912B 12 0310 *******C1110 34图5所示为电厂汞以不同形态的排放比例按电厂机组容量的变化情况.说明汞的排放形式与电厂机组容量有很大关系.从本实验所得结果来看,较低的锅炉容量和循环流化床燃烧方式可以比较有效地控制燃煤电厂汞的大气排放.CFB 对汞的高脱除效率也被EP A 的现场测试所报道.美国EPA 对84台锅炉进行了现场测试工作,其中共选取了5台带FF 的CFB 锅炉,发现这种燃烧方式具有从66%~99%的汞脱除效率[6],平均值为86%.图5 燃煤电厂不同形态汞排放比例2 2 飞灰含碳量对汞排放特性的影响近年来,国内外学者对汞的吸附脱除做了大量的研究,取得了一系列成果,普遍认为燃煤飞灰能吸附烟气中的汞[7-9].飞灰作为汞的一种廉价吸附剂正日益受到人们的重视.表3列出了不同电厂除尘器灰的含碳量.图6所示为不同电厂的除尘器电场灰中汞的富集因子I k 随飞灰含碳量的变化趋势.由图6可以看出,同一电厂的不同除尘器电场819第5期杨立国,等:燃煤电厂汞排放特性实验研究灰中汞的富集因子随着含碳量的增大而增大;不同电厂的除尘器灰其汞的富集因子基本上也是与含碳量呈正相关性,只不过受烟气成分(主要是C l 元素)等其他因素的影响而有所偏离.图6 电场灰中汞的富集因子随飞灰含碳量的变化如图7所示,可以从飞灰含碳量来解释不同机组容量对汞排放特性的影响:锅炉容量越小,炭颗粒在炉内的停留时间越短,则飞灰中含碳量越高,导致飞灰中汞的富集因子增大,从而汞的气态排放量越小;反之则越大.循环流化床锅炉飞灰含碳量最高,所以汞的富集因子较高.图7 除尘器灰的含碳量随电厂锅炉容量及锅型变化2.3 烟气成分对燃煤电厂汞形态分布的影响规律文献[10]研究了20~900∀范围内燃煤烟气中各气体成分的化学反应性质,发现H g 0(g)与HC l (g),C l 2(g)可迅速反应.以下为H g 0(g)与烟气中C l 2和HC l 可能发生的反应:H g 0(g )+C l 2(g)#H gC l 2(s ,g)H g 0(g)+C l 2(g)#H g 2C l 2(s)H g 0(g)+HC l (g)#H gC l 2(s ,g)+H 2(g)H g(g)+HC l (g)+O 2(g)#H gC l 2(s)+H 2O (g)H a ll 等[10]同时还发现汞-氯系统中C l 2(g)的活性更大.本文通过对6个燃煤电站汞排放特性和烟气成分的分析研究,总结了几个影响烟气中气态二价汞H g 2+(g)含量的因素,如图8和图9所示.图8 氧化汞所占烟气总汞百分比随HC l 浓度的变化图9 氧化汞所占烟气总汞百分比随C l 2浓度的变化可以看出,烟气中二价汞比例与烟气中C l 的含量基本上是正相关性的.烟气中的气态二价汞H g 2+(g)易溶于水,可以被湿法脱硫装置(W FGD )脱除,因此提高烟气中气态二价汞H g 2+(g)的含量,是一种汞排放控制的有效手段.这表明烟气中的C l 有利于燃煤电厂气态汞排放的控制.3 结论1)对6个燃煤电厂的煤、底渣、飞灰、烟气(及脱硫产物)进行了取样分析,并针对系统汞的排放进行了平衡计算,得到了燃煤电站汞的富集规律和排放特性.2)现阶段还缺乏基于实验数据的对我国燃煤电厂汞排放总量和排放特性的研究.本文所选取的6个有代表性的燃煤电厂的实验研究表明,不同装机容量,燃用不同煤种的电厂其汞排放总量有很大差异,而我国不同煤种,甚至相同煤种的不同煤层之间汞含量的差距很大,这给估算我国燃煤电厂汞排放总量造成困难.3)不同的煤种、机组容量和污染物控制装置造成燃煤电厂汞排放特性的不同,随着机组容量的增大,汞的大气排放量有增大的趋势.4)就本文的研究来看,循环流化床锅炉可以有效地控制汞向大气的排放;烟气中的氯元素可以提高烟气中可溶性二价汞的含量.5)飞灰中的残碳可以增强飞灰对气态汞的吸附作用.不同的燃烧工况和燃烧设备会造成飞灰的820东南大学学报(自然科学版) 第37卷物理化学性质的不同,这导致烟气中颗粒态汞含量差异极大,并直接导致汞向大气中排放量的不同,飞灰对烟气中汞的吸附机理和吸附脱除能力值得进一步研究分析和开发利用.本实验工作是与清华大学热能工程系禚玉群副研究员、陈雷硕士、张亮博士研究生等共同努力工作完成的,在此表示感谢.参考文献(References)[1]M e ij R.T he fa t e o f m ercury i n coa l fired pow er p l antsand t he i nf l uence o f w e t f l ue ga s de s u l phurizati on[J].W a ter,A ir and So il P o lluti on,1991,56(4):21-23. [2]Chu P,Po rcell a D B.M e rcury stack e m issi on s from U SAelectr i c utility pow er plants[J].W a te r,A ir and So il P o ll uti o n,1995,80(1/2/3/4):135-144.[3]王起超,马如龙.煤及其灰渣中的汞[J].中国环境科学,1997,17(1):76-79.W ang Q i chao,M a R ulong.T he m e rcury i n co al and itsci nder[J].C hi na Env iron m enta l Science,1997,17(1):76-79.(i n C hine se)[4]王起超,沈文国,麻壮伟.中国燃煤汞排放量估算[J].中国环境科学,1999,19(4):318-321.W ang Q ichao,ShenW eng uo,M a Z huangw e.i T he esti m ati on o f m ercury em ission from co al com bustion o f Ch i na[J].Ch i na Environ m enta l Science,1999,19(4):318-321.(i n Ch i nese)[5]EERC.A com prehensi v e asse ss m en t o f to x ic em issionsfrom coa l f i red pow er p l ants:phase∃,results from t he U.S.D epart m ent o f Energy S t udy[R].N o rth D ako t a:G rand Fo rks,1996.[6]John H,P av lish E A S,M i chae lD M ann,et a.l Status rev i ew o f m ercury con tro l op tions fo r co a l fired pow er plants[J].Fue l P ro cessing Techno l o gy,2003,82(2/3):89-165.[7]A uro ra R ube,l R o dney A ndrew s,R o l ando G onzalez,eta.l A dsorpti on o f H g and NO x o n co a l by products[J].Fue l,2005,84(7/8):911-966.[8]G ran ite E J,P enn line H W,Ha rg is R A.N ov e l so rben tsfor m ercury re m ov al from flue gas[J].Ind&Eng Che m R es,2000,39(4):1020-1029.[9]H assett D J,Ey l ands K E.M ercury capture on co a l fl yash[J].Fuel,1999,78(2):243-248.[10]H a ll B,Schag er P,L i ndqv ist O.Che m i ca l reacti o ns o fm e rcury on com bustion flue ga ses[J].W a ter,A ir andSo il P o ll uti o n,1991,56(4):3-14.821第5期杨立国,等:燃煤电厂汞排放特性实验研究。
燃煤电厂汞排放监测和控制研究现状
文 献标 识 码 ： Ｂ
文 章 编 号 ：６ ４— ０ ９ ２ １ ）３— １ ０ １７ ８ ６ （０ ２ ０ ０ ７— ３
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０ 引 言
汞是低 熔点 、 沸 点 、 人体 有 害 的元 素 ， 具 低 对 是 有持 久性 、 生物 累积 性 和 生 物扩 大 作 用 的 有毒 污 染 物， 其毒害 作用 主要 表 现 在 阻碍 人 和 动 物 的 正常 代 谢机 能 ， 别是 甲基 汞 ， 特 通过 生 物 体 表 、 吸 道或 经 呼 口腔 通过肠 道 吸收 ， 大 脑 感 觉 区 、 动 区 蓄积 ， 在 运 造 成对 神经 系统 的损 害 ’ 。对 汞 排放 的污 染 源构 成
Ｈｇ （ ）＋Ｃ１ ｇ ”ｇ （ ）一
Ｈｇ １ ｓ ｇ Ｃ（ ，）
Ｈ Ｃ （ ， ）＋Ｈ １ｇ ｇ １Ｓ ｇ Ｃ（）
Ｈｇ １（ ， ）＋Ｈ Ｃ２ ｓ ｇ
硫元 素 的存 在 可 以促 进 汞 元 素 以 固相 硫 酸 汞 （ Ｓ 的形 式 沉 积 下 来 。燃 煤 中硫／ 比率 较 低 ＨｇＯ ） 氯 时， 硫元 素基本 上不 影 响烟气 中汞 的存在形 态 ， 氯元 素起 主 导作用 。提 高硫／ 比率 可 以抑 制 氯化 汞 的 氯 形成 ， 烟气 中高 浓度 的 Ｓ ， Ｏ 不仅 会 促 进 硫 酸 汞在 灰 粒 表 面凝结 ， 且还会 通 过抑 制 Ｃ， ｇ 的形 成来 抑 而 １（ ）
王 杨
（ 大连市 环境 监测 中心 ， 辽宁 大 连
１６ ２ ） １０ ３
摘 要 ： 绍 了燃煤 电厂 汞控 制 研 究现 状 ， 析 了燃 煤 中 汞 的 含 量 和 赋 存 状 态、 烧 中 汞 的 化 学 行 为 特 性 ， 讨 了汞 介 分 燃 探 的监 测 和 控 制 技 术 ， 我 国 燃 烧 电 厂 汞排 放 控 制提 供 参 考 。 为 关 键 词 ： 煤 电 厂 ； 含 量 ； 学行 为 ； 测 ； 制技 术 燃 汞 化 监 控
燃煤电厂烟气中汞排放分析及监测方法研究
燃煤电厂烟气中汞排放分析及监测方法研究摘要：我国经济的日升月恒和重工业的稳步发展都需要燃煤来提供能量。
锅炉尾气主产物烟气成为了我国大气污染一大问题。
国家出台了一系列有关环保的政策来限制工厂尾气中一些元素的排放量，加强对有害成分排放的控制。
汞及其化合物会掺在燃烧煤炭的尾气中，污染上方大气且对生态环境造成不可逆直接伤害。
本文研究了国内外汞不同的采样分析和监测技术，提高汞排放监测准确和精确性，在其基础上提出改进建议，对汞排放控制的研究具有重要意义。
关键词：燃煤电厂；烟气；汞排放1.汞的基础监测方法(1)冷原子吸收分光光度法一定质量浓度的酸性高锰酸钾溶液吸收了燃煤电厂排放的烟气尾气中的汞，汞被吸收后发生了氧化反应变为离子态，汞离子又和氧化亚锡发生还原反应变回原子型态，存在于溶液内部的汞蒸气被通入的载气吹出进入到测汞仪内部，最后由冷原子吸收分光光度法(CAAS)测出Hg2+的质量浓度。
根据GB/T 16157中的气态污染物化学法采样系统，吸收烟道中烟尾气。
气密性试验后给采样管打开辅热装置。
实验前要先做一组对照组，将空白样品进行CAAS分析并记录数据。
注意采样时间为30min，需要避光运输，盛放产物的容量瓶也需要被原液洗涤大于2次，样品采集后需要尽快分析，或在0～4℃的温度下密封保存不要超过5d。
(2)原子荧光分光光度法气态汞属于荧光物质，经一定波长光源照射处于临界激发态，又降低活性回到基态左右能带，快速产生相对能量的荧光，分析其强度来测得汞含量。
以等速采样的方式，将颗粒物提取至玻璃纤维材质的滤筒，并用混合酸/王水对其进行消解化。
加热得到二价汞(Hg2+)，Hg2+后续又和硼氢化钾(KBH4)还原反应生成气态汞，后被气泵打到光度计内部操作得到含量。
按GB16297-1996要求与CAAS类似组装。
各个采样点采样时间大于0.5h，样品数量大于2个，最后将数据取平均值。
空白样品步骤同上。
采样时，在没有尘粒抖落的前提下剪碎并收集样品，加入王水加热轻微沸腾状态，约2h冷却，后用滤纸过滤。
燃煤电厂烟气脱汞技术的
利用特定的膜材料，选择性地将烟气中的汞分离出来。该技术具有高效 、节能的优点，但膜材料的耐久性和成本是需要解决的问题。
各种脱汞技术的优缺点
活性炭喷射技术优点
简单易行，适用范围广。缺点：活性炭消耗量大，二次污染风险 高。
氧化吸收技术优点
脱汞效率高，适用于高浓度汞排放源。缺点：氧化剂和吸收剂选择 和配方关键，可能产生二次污染物。
利用活性炭对汞的吸附作用，将活性炭 喷入烟气中，从而实现对汞的去除。此 技术具有去除效率高、操作简便等优点 。
VS
新型金属氧化物吸附剂
研究人员正在开发新型金属氧化物吸附剂 ，如锰氧化物、铁氧化物等，这些吸附剂 具有较高的汞吸附容量和选择性。
未来烟气脱汞技术的挑战
汞的低浓度与复杂性
01
烟气中汞的浓度通常较低，且存在多种形态，对脱汞技术的效
技术的运行成本和环境风险。
智能化监控
借助物联网、大数据等先进技术 ，建立智能化监控系统，实时监 测烟气中汞的浓度、分布和脱除 效果，为优化运行提供科学依据
。
03
燃煤电厂烟气脱汞技术的 应用
燃烧前脱汞
煤洗选
通过洗选的方式去除燃煤中的汞，降 低燃烧过程中汞的释放。但此方法对 煤中汞的去除效果有限，通常只能去 除部分表面的汞。
02
烟气脱汞技术概述
现有烟气脱汞技术简介
01
活性炭喷射技术
利用活性炭的吸附性能，将活性炭喷入烟气中，吸附其中的汞。该技术
具有简单、易行的优点，但活性炭的消耗量大，且容易产生二次污染。
02 03
氧化吸收技术
通过氧化剂将烟气中的汞氧化为易溶于水的形式，再利用吸收剂将其从 烟气中分离出来。该技术的脱汞效率较高，但氧化剂和吸收剂的选择和 配方是关键。
燃煤电厂汞排放特性实验研究
第３ ７卷 第 ５期
２０ ０ ７年 ９月
东 南 大 学 学 报 （自然科 学版 ）
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燃 煤 电 厂 汞 排 放 特 性 实 验 研 究
杨 立 国 段 钰 锋 杨 祥 花 江贻 满 王运 军 赵 长 遂
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燃煤电厂汞的释放研究
摘要本文研究了电厂中汞释放规律，常规燃煤电厂装备静电除尘器和湿式烟气脱硫系统。
在锅炉全负荷运行期间，采集了煤矿，煤矿灰，ESP（电除尘器）灰以及除尘后的颗粒进样和出样。
固体中的汞浓度在进行适当的处理和酸解以后用冷蒸汽原子吸收光谱测定法进行测量，气态汞用高锰酸钾和硫酸的混合溶液收集后通过冷蒸汽原子吸收光谱测定法进行测量，该结果用来检测：①汞浓度在发电厂中的相对分布；②用MALT-2计算模型来均衡汞的存在形式；③烟囱排放中的汞浓度。
烟道气中总的汞浓度分别是1.113，0.422 和0.712 ugm3N。
在烟囱排放中超过99.5%的汞以气态形式存在，固体颗粒形式所占的比例是极少的。
汞在ESP，FGD和烟气道中的相对分布分别是从8.3到55.2%，13.3到69.2%和12.2%到44.4%。
结果表明燃烧条件而不是煤中的汞浓度和污染控制设备的效率是煤电厂中影响汞排放的重要因素。
用MALT2程序计算的汞均衡分布情况表明用浓缩机制来解释汞的存在形式对电除尘器中汞的去除效率变化的影响是非常有必要的。
关键词燃煤电厂；释放研究；汞
引言
燃煤电厂的汞释放规律，对某电厂燃烧的三种形式的煤，含汞量分别为：0.0063，0.0367和0.065 mg/kg。
基于研究结果，本文进行了以下内容的测量：①物料守恒；②汞浓度在发电厂中的相对分布；③汞存在形式的平衡计算；④烟囱排放中的汞浓度。
1 实验方法
1.1 取样
在锅炉全负荷运行期间，我们采集了进样和出样例如煤矿，粗灰（炉渣，煤渣，空气预热器灰，省煤器灰，引风机灰），ESP（电除尘器）灰，FGD（烟气脱硫）石膏，烟道气，处理水。
1.2 测量
固体中的汞浓度检测方法为对样品进行合适的预处理后用冷蒸汽原子吸收光谱测定法进行测定。
总的气态汞在非等速条件下使用高锰酸钾和硫酸的混合溶液在撞击滤尘器中收集。
收集样品中汞浓度用冷蒸汽原子吸收光谱测定法进行检测，检测之后的废液酸解[1]。
2 结果与讨论
2.1 电厂中汞的相对分布
粉状煤颗粒的燃烧最为复杂，它经历了碳化过程、可溶物质的聚集及挥发性元素的气化过程。
煤内的微量元素在燃烧过程中变成了粗灰分、ESP灰、FGD 反应物及烟道气。
根据它们的表现不同，大体分为三类。
第一类（不具有挥发性的物质）
这些元素在1200-1600℃的火炉中具有低挥发性，而且没有聚集成燃烧底灰和飞灰的趋势。
第二类（挥发后冷凝浓缩的物质）
这些蒸发后浓缩的元素，在电除尘器的温度范围（140～350℃）内倾向于聚集在细小的颗粒上。
第三类（挥发后不冷凝浓缩的物质）
这些极易蒸发的元素即使在废气清洗温度（50-60℃）时仍然处于气态。
粗灰包括熔渣，省煤器灰，机械旋风灰和空气加热灰。
汞在粗灰，电除尘器（ESP），烟气脱硫装置（FGD）和烟囱中的相对分布范围分别为：0.5%～1.9%，8.3%～55.2%，13.6%～69.2% 和12.2%～44.4%，其分布情况根据煤种类的不同而变化。
三号煤的燃烧所释放的汞多于通过烟气脱硫装置（FGD）分散或移除的汞（69.2%）的一半，而一号煤燃烧所释放的汞多于通過电除尘器分散或移除汞（55.2%）的一半。
因为在该研究中煤燃烧发电厂中ESP和FGD两种装置在同样的条件下运行，所以煤种类的不同可能是影响ESP和FGD运行效率的一个主要因素。
2.2 汞分布的影响因素
汞的形式影响废气控制系统的移除效率。
为了弄清楚汞在ESP中的移除效率，三种煤的燃烧气体中的汞种类的均衡分布用化学均衡模型MALT-2进行计算，该模型根据物质守恒系统最大限度得减少化学物质的吉布斯自由能。
除了经典的燃烧产物N2、O2、H2O、CO、CO2、SO2、SO3、NO、NO2和HCl等以外，主要的气态燃烧产物有：气态的Hg、HgCl2、HgCl、HgO、HgH 和HgS，液态和固态形式的有Hg、HgO （红色晶体）、HgCl2、Hg2Cl2、HgS （黑色）、HgS（朱红色）、HgSO4、H2SO2。
在锅炉温度（高于1200℃）下，汞元素主要存在于烟道气中，对于煤燃烧而言，汞的其他存在是可以忽略不计的。
随着废气温度的下降，Hg开始向HgCl2转化。
对于3.1.2号煤而言，转化的起始温度依次是750，650，550摄氏度。
HgCl2浓度变得稳定并在管道气中占主要成分是在400，350，300摄氏度时开始的。
如果在煤炭中汞浓度和氯浓度提高，那么汞到氯化汞的转变温度也随之升高。
燃烧
这三种煤时，在锅炉出口处（温度为300～400℃）汞的主要存在形式为气态氯化汞，然而在污染控制设备的进口处，汞单质及氯化亚汞也能够被检测到。
平衡常数计算表明汞不可能形成任何的浓缩物质即使在ESP温度下（150℃）。
这解释了汞的存在形式导致了汞在电除尘器中去除效率的变化。
研究重要痕量元素的浓缩机制以及不同形式的汞与烟道气中颗粒物之间的相互作用是非常有必要的[2]。
2.3 排放的烟气中汞浓度
1、2、3号煤燃烧排放的烟气中总的汞浓度分别为1.113，0.422 和0.712 ugm3N。
烟气中超过99.5%的汞以气态形式存在，并且颗粒状汞所占的比例是极少的。
3 结论
（1）1、2、3号煤燃烧排放的烟气中总的汞浓度分别为1.113，0.422 和0.712 ugm3N；
（2）汞在粗灰，电除尘器（ESP），烟气脱硫装置（FGD）和烟囱中的相对分布范围分别为：0.5%～1.9%，8.3%～55.2%，13.6%～69.2% 和12.2%～44.4%，其分布情况根据煤种类的不同而变化。
三种煤的燃烧气体中的汞形式的均衡分布用化学均衡模型MALT-2进行计算，结果表明研究浓缩机制来解释汞的存在形式导致了汞在电除尘器中去除效率的变化是非常有必要的；
（3）烟气中超过99.5%的汞以气态形式存在，并且颗粒状汞所占的比例是极少的；
（4）进一步研究汞在烟气道中的形成机制及模型是很有必要的。
参考文献
[1] 武成利，曹晏，李寒旭，等.循环流化床燃煤锅炉中的汞迁移研究[J].燃料化学学报，2012，40（10）：1276-1280.
[2] 喻敏，董勇，王鹏，等.氯元素对燃煤烟气脱汞的影响研究进展[J].化工进展，2012，31（07）：1610-1614.。