摘 要：汞是煤中最易挥发的重金属元素之一，燃烧产物中汞的排放为电站锅炉汞污染的主流。目前，主要采用活性炭或者其它吸附剂、飞灰、脱硫装置来除去烟气中的汞，但普遍存在价格昂贵、效应不明显、适用对象窄等问题。为开发脱汞市场，零价汞形态转化机理、汞迁移转化动力学模型的研究以及高效价廉吸附剂的开发等方面为未来工艺开发突破点。

　　关键词：汞;火电厂;转化机理;吸附剂

　　Abstract：Mercury is one of the most volatile heavy metal elements in coals; the main mercury pollution in boiler comes from product of combustion. Now, mercury is removed by active carbon or other sorbents, ash, flue gas desulfurization device, but they all have high price, bad efficiency, limited application object etc. In order to develop mercury remove market, the future methods should endeavor in Hg0 forms transformation mechanism, the kinetic model of mercury transport and transformation and development of efficiency and cheap sorbents.

　　Key words：mercury;power plant;transformation mechanism;sorbent

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　　汞是煤中最易挥发的重金属元素之一，由于汞的剧毒性、积累性、在大气中停留时间长，Hg污染对人类健康和环境有明显危害，Hg及其化合物可通过呼吸道、皮肤和消化道等不同途径侵入人体，造成神经性中毒和深部组织病变，所以燃煤烟尘中的汞如果不能得到及时排除，将会对人类及环境造成极大的危害[1~2]。

　　1 火电厂烟气汞排放现状

　　我国是能源消耗大国，一次性能源以煤炭为主，2007年煤炭消耗量为25.23亿吨，占整个能源72%，我国80%以上的煤是用于直接燃烧的，特别是用在电站、工业锅炉及民用锅炉中。电站锅炉煤

　　燃烧过程中的主要烟气成分是CO2、H2O、N2、O2等，同时含有部分有害物质：粉尘、酸性气体(SO2、HCl、HF、NOx)、重金属(Hg、Pb)等。燃煤电站的大气污染物控制一直是电力环境保护面临的焦点问题，烟尘中硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)的排放控制经历了长期的研究和工程技术实践，目前，在现有排放标准的基础上，现行的控制技术已基本解决了烟尘、SOx和NOx的排放问题，相应的大气污染物控制设备也得到广泛应用。

　　相较而言，由于烟气中的汞排放浓度一般只有10ug/m3左右，汞的危害与控制技术研究一度遭到忽视。据统计，自1978~2008年，我国燃煤工业累计向大气排放汞已达8000余吨，汞排放量的年平均增长速度为5%以上。随着经济的发展，这一数字还将增长。燃煤过程中，煤中汞大部分随尾部烟气排入大气，而进入飞灰和底灰的占少部分。飞灰中汞占煤中汞总量23.1~26.9%，从烟囱排出的汞占56.3~69.7%[3~4]，燃烧产物中汞的排放为电站锅炉汞污染的主流。

　　2 同类研究工作国内外研究现状

　　目前，国内外有关烟气中汞形态转化机理及其控制方法的研究还处于探索阶段，在有效吸附剂筛选及脱汞机理方面的研究还很薄弱，主要成果有：

　　第一，利用活性炭或者其它吸附剂来除去烟气中的汞。曾汉才等[5~7]以垃圾焚烧炉为对象开展活性炭吸附和布袋除尘技术控制重金属汞的排放研究，通过选择合适的碳汞(C/Hg)比例，可以获得90%以上的除汞效率。对于燃煤火电厂的烟气除汞，适当增加碳汞(C/Hg)比例除汞效率可以达到30%以上。另外，运用化学方法将活性炭表面注入硫或者碘，以增强活性炭的活性，且由于硫或者碘与汞之间的反应能防止活性炭表面的汞再次蒸发逸出，可提高吸附效率。

　　在吸附剂的开发方面，Ghorishi等[8~9]研究利用钙基吸附剂(CaO、Ca(OH)2、CaCO3、CaSO4.2H2O)来脱除汞。在模拟燃煤烟气进行的实验中发现，Ca(OH)2对HgCl2的吸附效率可达到85%，但对单质汞(Hg0)，只有在SO2存在的情况下，18%的Hg0可以被除去。碱性吸附剂如CaO同样也可以很好地吸附HgCl2，SO2存在时对Hg0的脱除率为35%。目前钙基吸附剂尚处于实验室研究阶段，还未用于工业实践。美国辛辛那提大学利用TiO2吸附剂来捕捉汞。在实验室模拟试验中，将TiO2喷入到高温燃烧器中，产生大量TiO2凝聚团，凝聚团的大表面积可氧化并吸附汞蒸汽，然后通过除尘装置被除去。但由于其松散的结构和反应效率低，对汞的捕捉效果不明显。

　　第二，飞灰吸附作用来除去烟气中的汞。燃煤过程中产生的飞灰作为一种廉价的吸附剂受到越来越多人的关注，陈昌和等[10~11]研究发现：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、碳含量、烟气气体成分以及飞灰中无机成分对汞的催化等因素的影响，并且飞灰中的多种金属氧化物对Hg0有不同程度的催化氧化作用，如CuO和Fe2O3等。燃煤产生的飞灰能吸收烟气中的汞，含碳量高的飞灰对汞的吸附是很有利的，但不同煤种的飞灰稍有差别，烟煤比次烟煤、褐煤的飞灰表现出更高的氧化率和吸附率。Sebastien Rio等[12]采用循环环流化床(Circulating Fluidized Bed，简称CFB)来进行汞吸附和控制颗粒排放。CFB增加了颗粒的停留时间，充分利用小颗粒对汞的吸附能力。同时增强了小颗粒的凝聚作用，有助于减少小颗粒的排放，另外也可将含碘活性炭喷入到流化床中，可进一步提高汞的捕捉效率。

　　第三，利用脱硫装置(Flue Gas Desulfurization，简称FGD)除汞[12~15]。燃煤火电厂汞的排放总量除与煤中汞的含量、烟气温度和组成、烟气中颗粒形式碳的含量、火电厂使用的空气污染控制装置有关外，还强烈地依赖于汞在烟气中的形态分布。周劲松等围绕当前燃煤汞污染及其防治，开展了以半干法为基础的燃煤汞排放控制技术的试验和理论研究，建立了半干法燃煤烟气汞控制技术及相关技术经济评价模型。

　　3 存在问题

　　第一，虽然直接采用活性炭吸附烟气中的汞具有良好的效果，但仍然存在价格昂贵，经济可行性不高等问题，尤其对于烟气体积动辄以1000000Nm3计的燃煤火电厂来说，几乎没有任何大规模工业应用的前景。因此，未来活性炭吸附的使用范围也只能局限在烟气体积小、重金属浓度高的小型垃圾焚烧电站。

　　目前吸附剂的种类虽较多，但由于前期对汞研究较少，绝大部分成果技术尚不成熟，多处于实验室研究阶段或小型中试阶段，还未用于工业实践。

　　第二，采用高含碳的飞灰吸附烟气中的汞其具体效应尚不明朗[16~17]。有科学家认为大幅度增加飞灰的含碳量，并不能相应提高飞灰吸附汞的能力。再者高含碳量的飞灰电阻率低，这样会显著降低ESP的除尘效率。为了火电厂的运行安全，一般不允许采用高含碳的飞灰吸附烟气中的汞。

　　第三，利用半干法烟气脱硫装置协同控制汞排放，虽然能提高现有污染物控制设备利用效率，实现Hg和SO2、NOx等污染物的联合控制，但由于适用对象全部限于装机容量200MW以下的中小型锅炉，而目前火电厂机组装机容量多在300MW以上，烟气净化系统多采用选择性催化还原烟气脱硝+静电除尘+湿式石灰石/石膏烟气脱硫的联合布置工艺，现有研究成果显然无法满足未来排放要求。

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