我国燃煤锅炉汞减排工艺措施探讨

摘要：面对当前汞污染日益严峻的趋势，通过分析燃煤锅炉烟气其它污染物（如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物）控制设施及其运行情况，结合所燃用煤质情况，介绍了燃煤锅炉烟气汞减排各种经济实用的方法以及选择汞排放控制措施的“抉择树”。根据燃煤锅炉烟气实际情况，确定可采用的汞减排控制技术，必要时采取活性炭喷射脱汞技术(ACI)，最大限度地提高协同除汞效果。同时应注重燃煤残留物中汞的二次污染问题。

关键词：燃煤锅炉，汞减排，抉择树，ACI，二次污染

0前言

2013年1月19日，各国政府已经就签署一个全球性的，具有法律约束力的，以减少汞排放的《水俣公约》“MinamataConventiononMercury”达成一致[1]。该条约将于2013年10月在日本举行的联合国环境规划署特别会议上开始签署，有望在一到两年后生效并开始执行，中国也将成为缔约国之一[2]。

汞之所以能受到全球关注是因为它是持久性、长距离传输而且是在全球范围内循环的一项污染物，即中国排放的汞能够污染其他国家，也就是说汞污染是个全球性的问题。

目前，中国是全世界最大的汞生产、消费和排放国[3]，2010年中国总用汞量约1300MT[4]。根据2013年1月公布的《汞污染防治技术政策编制说明(征求意见稿)》显示，2007年数据表明中国年度汞在大气中的排放量约为643吨[5]。而根据联合国环境署的报告“Theglobalatmosphericmercuryassessment:sources,emissionsandtransport”，2005年亚洲是全球汞排放最大地区，而中国汞排放量已经达800吨以上，总量超过印度和美国总量的二倍以上。2005年全球汞排放区域分布图如图1所示。

图1：2005年全球汞排放区域分布[6]

Fig.1:Regionaldistributionofglobalmercuryemission,2005

有资料表明[5]，2007年我国燃煤电厂汞排放量占总排放量19%，其他燃煤锅炉汞排放量占33%，民用燃煤占2%，燃煤锅炉汞排放量超过总量的一半，约为52%。2007年我国大气汞排放行业分布如图2所示。

图2：2007年我国大气汞排放行业分布

Fig.2:AtmosphericmercuryemissionindustrydistributioninChina,2007

根据我国《汞污染防治技术政策（征求意见稿）》）涉汞行业污染防治目标：到2015年，涉汞行业基本实现汞污染物的全过程监控，含汞废气、废水稳定达标排放。到2020年，含汞废物得到全面控制，资源利用、能源消耗和污染排放指标达到国际先进水平。分别针对2015年和2020年将设定更为严格的标准限值。

我国在燃煤汞污染控制方面还处于起步阶段，大多数燃煤锅炉都没有配置专门汞污染控制装备，要实现上述目标难度较大。即将签署的《水俣公约》对于“汞大户”的中国来说将是一个巨大挑战。

1燃煤汞排放

煤中以硫化物结合态形式赋存的汞（也有少量单质汞）在煤燃烧过程中被排放出来。煤中汞的含量因煤的产地不同而差异较大，我国煤通常在0.1到0.3mg/kg之间[7]。煤中汞在炉膛内燃烧温度（约1500℃）下将蒸发并以单质汞的形态存在于气相之中。随着烟气温度降低，单质汞会与烟气中其他成分（飞灰）发生反应，部分单质汞转化为其他形态的汞，燃煤烟气中汞的形态转化示意图如图3所示。

图3：燃煤烟气中汞的形态分布示意图[8]

Fig.3:Mercuryspeciesinacoal-firedboilerfluegas

燃煤锅炉烟气中汞的存在形式通常有三种：气态氧化汞(Hg2+)、气态单质汞(Hg0)和颗粒汞(HgP)（如飞灰或未燃残碳(UBC)）。氧化汞主要有HgCl2、HgO和HgSO4等。颗粒吸附的汞以单质或氧化态形式存在。烟气中单质汞的氧化机理分为同相氧化和异相（飞灰/未燃残碳）氧化[9]。烟气中元素汞的氧化机制主要有均相氧化（比例很小）和非均相（如飞灰和未燃尽碳）氧化[9][10]。燃烧后氮氧化物控制措施也会引起汞的氧化。烟气中汞的形态转化过程如图4所示。

图4：烟气中汞的形态转化过程[11]

Fig.4:Mercuryspeciestransformationsinthefluegas

随着烟气在污染物控制装置内流动，汞形态由炉膛出口纯Hg0转化为Hg0、Hg2+和Hgp的混合物，这种转化取决于煤中HCl以及飞灰中未燃碳的含量以及是否有SCR装置或其他烟气净化措施。