燃煤电厂汞脱除技术探析

在锅炉和污染控制装置中，煤炭种类对燃烧中汞的化学转化扮演了重要的角色。每种技术或它们的复合形式对不同汞污染物有不同的减排效应。

通常结合现有烟道气净化装置的综合脱除作用完成。烟道气净化主要任务为分离飞灰、吸附或催化分解有害气体、分离气态和颗粒状重金属、吸附催化破坏有毒有机化合物，烟气净化处理工艺主要有干法、半干法、湿法及组合工艺［31］。不同燃煤电厂汞污染控制设备的汞脱除效率如表3-5所示。

表3-5　不同燃煤电厂汞污染控制设备的汞脱除效率

根据燃煤的不同阶段，汞的控制大致可分为三种：燃烧前燃料脱汞、燃烧中控制和燃烧后烟气脱汞。相比燃烧前和燃烧中脱汞，燃烧后脱汞是一种有效可行的燃煤烟气脱汞途径。

烟气脱汞的方法主要有以活性炭吸附为代表的吸附法，以选择性催化还原法（SCR）为代表的化学氧化法。烟气脱汞率与吸附剂本身的物理性质（颗粒粒径、孔径、表面积等）、温度、烟气成分、停留时间、烟气中汞浓度、C/Hg比例等因素有关。

1）活性炭吸附法

活性炭脱汞技术较为成熟，应用最多，其脱汞率可达96%。活性炭对汞的吸附是一个多元化的过程，包括吸附、凝结、扩散以及化学反应等过程。

活性炭表面带有较多氧化物及有机官能团，可产生化学吸附。如C＝O基团有较强的氧化性，可作为氧化吸附汞的活化中心，Hg0氧化成Hg2+；C＝N含氮官能团的阳离子能直接接受来自汞原子的电子而形成离子偶极键，使Hg0活化后联结在一起，并与官能团生成氧化汞，从而增强活性炭的脱汞能力。(https://www.xing528.com)

活性炭有两种方式吸附烟气中的汞，其一是在颗粒脱除装置前喷入粉末状活性炭（powdered activated carbon，PAC）；其二是将烟气通过活性炭吸附床（granular activated carbon，GAC）。PAC将活性炭直接喷入烟气中，吸附汞的活性炭颗粒由静电除尘器或布袋除尘器除去，而GAC一般安排在脱硫装置和除尘器的后面，作为烟气排入大气的最后一个清洁装置。

2）飞灰注入法

飞灰作为煤粉燃烧产物，受原料及燃烧工况的影响，原状灰或多或少会含有未燃尽有机物，即未燃尽残炭。飞灰中未燃尽碳含量的超标不仅带来相应的环境问题，而且制约着燃煤飞灰在许多领域的应用。飞灰对汞的吸附主要通过物理吸附、化学吸附、化学反应或者三种方式结合的方式进行。碳含量高的飞灰具有相当于活性炭等吸附剂的吸附作用，这种方法主要是将气态的汞吸附转化为颗粒态汞，进而达到脱除的目的。在汞浓度比较低的情况下，飞灰与商业活性炭的吸附能力相差不大，用飞灰作为燃煤烟气的汞吸附剂是经济的。

飞灰对元素汞具有一定的氧化能力，残炭表面的含氧官能团C＝O有利于汞的氧化和化学吸附。

飞灰对汞的吸附也与飞灰粒径大小有关。研究表明，飞灰中汞的含量随着粒径的减小而增大，飞灰粒径越小，比表面积越大，这一规律表明汞在飞灰中呈表面富集状态。温度对汞的吸附也有影响，较低温度对飞灰的吸附更有利。

钙基类物质如Ca（OH）2对Hg2+的吸附效率可达到85%，同样CaO也可以很好地吸附Hg2+，但是对于单质汞的吸附效率却很低。

3）改性飞灰

研究表明，活性炭纤维和掺碳纤维对燃煤烟气的汞蒸气有吸附性能，引入碘离子等对活性炭纤维和掺碳纤维进行表面化学改性；掺碳纤维脱除燃煤烟气汞蒸气十分有效，同时选取卤族元素对活性炭进行改性，取得了理想的脱汞效果。

采用FeCl3对活性炭进行处理，其吸附效果有很大的提高，有效吸附时间从65 min延长到180 min。