燃煤电厂烟气中汞的控制技术

大气中汞的来源

1 主要来源

大气中主要汞污染源为燃煤电厂、水泥厂以及有关矿物材料的开采和加工。甲基汞同时可从城市废物充填和污水处理厂直接排出。燃煤电厂是汞向大气排入的最主要来源。上海市对空气中细粒径颗粒态汞的分析表明，大气中汞的颗粒物来源燃煤约占80％左右。

2 燃煤电厂生产过程汞的迁移转化

电厂燃煤中的汞经燃烧通过烟气、飞灰和灰渣以及冲灰水的排放进入大气、土壤和水体。由于汞具有挥发性，电厂用煤在粉碎过程中已有部分挥发。煤粉进入炉内，随着温度升高，挥发出的气态汞随着烟气排放。烟气进入除尘设备后，部分汞被灰颗粒吸附随同残留在灰渣中的汞一块被排入灰场。进入大气的汞通过干湿沉降进入土壤和水体。灰渣和冲灰水中的汞进入环境后，其中零价汞比重大，不易溶于水，在靠近排放口处沉淀下来。二价汞离子在迁移过程中，被底泥和悬浮物中颗粒吸附，渐渐沉降下来。其它形态的汞在水或沉降物中也可以转化成二价汞。二价汞在微生物作用下，生成毒性更大的甲基汞和二甲基汞。火电厂灰场的粉煤灰也会对土壤和地下水造成影响。

汞的危害

汞是有剧毒性的微量元素，它具有挥发性和累积性。汞在空气中传输扩散，最后沉降到水和土壤中，从而对环境和人体健康构成极大隐患。

大气中汞的浓度往往较低，一般不为人们所重视。如果汞直接或通过大气沉降进入水体，它将以毒性更大的形态－甲基汞在鱼和动物组织中累积。甲基汞和二甲基汞也可富集于藻类、鱼类和其它水生生物中。生物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，从而在整个食物链中富集。

人体汞接触主要通过食用被污染的鱼。高水平的汞接触将对人的神经系统和生长发育产生影响。根据汞的接触剂量，它的健康影响依次是：感觉和认知能力的轻微损失、颤抖、不能行走、抽搐和死亡。长期吃大量从同一汞污染区域捕获的鱼的人汞中毒的风险最大。尤其对于育龄妇女风险更大，因为胎儿的神经系统对汞更敏感，比成人更容易受到汞的危害。

燃煤汞的形态

锅炉燃烧过程中，煤中汞受热挥发以汞蒸汽的形式存在于烟气中，在炉内高温条件下，几乎所有煤中的汞（包括无机汞和有机汞）转变成元素汞并以气态形式停留于烟气中。据估计，残留在底灰中的汞含量一般小于总汞的2％[4]。王起超等[5]的研究认为，粉煤炉底灰中的汞含量应略高一些，大约占到7％。但是，绝大部分汞随烟气排放进入大气中。因此，煤燃烧过程中汞的排放研究应以烟气中汞的形态转化规律为重点。

锅炉燃烧烟气中汞的形态主要有气态元素态汞（Hg0）、气态二价汞（Hg2+）和颗粒态汞（Hgp）三种形态存在。不同形态的汞在大气中物理和化学性质有很大差异。在锅炉燃烧过程中，煤中的汞几乎全部以HgO的形式进入烟气中，部分Hg0在烟气冷却过程中被氧化，其中以HgCL2为主，另外还有HgO、HgSO4和Hg(NO3)2?2H2O。颗粒态的固相汞容易被飞灰吸附，经过除尘装置时能被除尘器去除，转化到灰渣中。Hg2+化学性质不稳定，在烟气中易被氧化，这部分汞所占比例较高且相对较容易被去除。而元素汞Hg0具有较高的蒸汽压且难溶于水,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入大气，所以提高Hg0氧化成Hg2+的比例,可有效控制燃煤电厂汞的排放量。

燃煤电厂烟气脱汞技术

目前，有关汞排放控制技术的研究主要有三种：燃烧前脱汞、燃烧中脱汞和燃烧后脱汞。燃烧前脱汞是一种物理清洗技术，根据煤粉中有机物质与无机物质的密度以及有机亲和性的不同，通过浮选法除去原煤中的部分汞，阻止汞进入燃烧过程。一般而言，燃烧前脱汞可获得大约37 %的去除率，但是燃烧前脱汞技术并不能完全解决汞的排放控制问题。有关燃烧过程中脱除汞的研究很少。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，其脱汞效率也比较好，烟气脱汞主要有以下几种方法：吸附剂法、化学沉淀法和化学氧化法。燃烧前脱汞技术

燃烧前脱汞是一种新的污染防治战略，是一种物理清洗技术，是建立在煤粉中有机物质和无机物质的密度不同以及它们的有机亲和性不同的基础上的。主要方法有：（1）低成本的选煤。微量有害元素富集在煤中的矿物杂质中，如煤中汞与黄铁矿物密切相关，根据其间的相关性采用传统的重介选和泡沫浮选，以及更先进的洗煤技术能减少煤中的汞含量，达到减排燃煤汞排放的目的。有研究表明，传统的洗煤技术能够去除煤中约38.8％的汞，而先进的化学物理洗煤技术去除率能够达到64.5％。与燃烧后净化设备去除相比具有较大的经济效益优势。

（2）烟煤温和热解。根据汞的挥发特性，在不损失碳素的温度条件下，烟煤温和热解从而降低汞的排放量。美国针对高挥发分烟煤和低挥发分烟煤温和热解后与原煤进行试验比较，发现温和热解能有效降低汞的排放量。温和热解去除有害物的观点为我们提供了一种新的污染防治战略。

燃烧前脱汞技术

燃烧前脱汞是一种新的污染防治战略，是一种物理清洗技术，是建立在煤粉中有机物质和无机物质的密度不同以及它们的有机亲和性不同的基础上的。主要方法有：（1）低成本的选煤。微量有害元素富集在煤中的矿物杂质中，如煤中汞与黄铁矿物密切相关，根据其间的相关性采用传统的重介选和泡沫浮选，以及更先进的洗煤技术能减少煤中的汞含量，达到减排燃煤汞排放的目的。有研究表明，传统的洗煤技术能够去除煤中约38.8％的汞，而先进的化学物理洗煤技术去除率能够达到64.5％。与燃烧后净化设备去除相比具有较大的经济效益优势。

（2）烟煤温和热解。根据汞的挥发特性，在不损失碳素的温度条件下，烟煤温和热解从而降低汞的排放量。美国针对高挥发分烟煤和低挥发分烟煤温和热解后与原煤进行试验比较，发现温和热解能有效降低汞的排放量。温和热解去除有害物的观点为我们提供了一种新的污染防治战略。

燃烧后脱汞技术

燃烧后脱汞(烟气脱汞)可能是未来电厂汞污染控制的主要方式。随着除尘和烟气脱硫脱氮的各种污染控制设备的更加广泛应用，如何有效的与现有的污染控制设备结合，进而提高汞的脱除效率将成为研究重点。烟气脱汞主要方法有：

（1）静电除尘器。目前电厂以电除尘器为主，且除尘效果较好，一般可达99％以上。烟气中以颗粒态形式存在的固相汞在经过电除尘器时可以得到去除。但以颗粒态形式存在的汞占煤燃烧中汞排放的比例较低，且这部分汞大多存在于亚微米级颗粒中，而一般电除尘器对这部分粒径范围内的颗粒脱除效果较差，因此电除尘器的除汞能力有限。

（2）布袋除尘器。布袋除尘器能够脱除高比电阻粉尘和细粉尘，尤其在脱除细粉尘方面有其独特的效果。由于细颗粒上富集了大量的汞，因此布袋除尘器在脱除烟气中汞有很大的潜力。经过布袋除尘器后能去除约70％的汞，高于电除尘器的脱汞效率。但由于受烟气