燃煤电厂NOxHg技术报告

1、引言随着工业的飞速发展，工业锅炉燃烧产生的烟尘、NOx 和 SO2 排放量与日俱增，对自然环境造成严重污染，尤其是火力发电厂为甚。现阶段我国对治理燃煤产生的烟尘、SO2、 NOx 已取得一定的成效，由于汞等重金属在生物体内和食物链中具有长久累计性及破坏性。国家对大气汞污染物排放设定了限制， 规定自 2015 年 1 月 1 日起汞及其化合物的排放不超过0.03ug/m 3。目前，我国治理燃煤电厂氮氧化物污染主要采用SCR（选择催化还原）法，选取V、W、MO 等做为催化剂的有效成份脱除NOx ，该催化剂对烟气中的Hg0（零价汞）具有一定的氧化作用，其对 Hg 0 的氧化脱除率根据燃烧煤种的不同维

2、持在较低水平（ 20-45% ），无法满足环保要求。我国目前燃煤电厂多已建成脱硝装置，如单独建设脱汞设施对于现有燃煤电厂制约于场地面积的同时势必增加投资，因此急需开发一种既能脱除NOx ，又能结合湿法脱硫脱除Hg 0 的脱硝脱汞催化剂，以便利用现有SCR 脱硝设备，实现脱硝、脱汞同步净化消除的目的，达到满足环保要求的同时将环保成本降至最低。目前我省使用的煤种主要以褐烟煤及褐烟亚煤为主，其汞含量为0.30-0.40ug/m 3，其含量高于国内平均0.22 ug/m 3，汞排放量每年约35-40 千克，随着近年来我省部分地区出现的扬尘、雾霾天气的现状，控制和治理氮氧化物已成为我省环境治理的重点，未

3、来2-3 年内汞的污染排放控制势必也将提上日程。1 技术进展1.1 NOx 的危害及SCR 控制技术氮氧化物 (NOx) 是主要的大气污染物之一，也是形成光化学烟雾的主要前驱物，依据火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物排放标准（GB13223-2011 ）中规定：氮氧化物排放上限由原来的450 mg/Nm 3 调整为100mg/Nm 3、单机容量30 万 KW 以上的燃煤机组要全部加装脱硝设施，力求 2018 年我国氮氧化物排放总量要比2017 年减少10% ，控制在 2046.2 万吨。青海省 2018 年氮氧化物总排放量15.70 万吨，其中火电排放量占总量的28%，约 4.40 万吨，省内现

4、有氮氧化物控制指标为年排放增速不超过5%（ 7850 吨）其主要措施为加大脱硝装置建设及维持现有脱硝装置的高效经济运行。选择性催化还原烟气脱硝方法（即SCR 法）是目前脱硝率最高且成熟的脱硝技术，其工艺原理为： 还原剂 NH 3 (液氨 )与烟气中的NOX 经催化反应， 将烟气中的NOX 还原为无毒无污染的N2 和 H2O，所用的催化剂主要以V 2O5-WO 3/TiO 2 为主的高温催化剂，其主要反应如下：4NO+4NH 3+O 2 4N2+6H 2O2NO 2+4NH 3+O 2 4N2+6H 2O6NO+4NH 3 5N 2+6H 2O16NO 2+8NH 3 7N2+12H 2O1.2

5、 汞的来源、性质及危害汞的来源、性质汞是当今主要的全球性污染物之一，汞污染主要源自自然与人为排放，其中人为排放起着主导作用 4。 2018 年的统计表明，全球每年约有2000t 的汞被排放到大气中，而人为排放则占了 1400t。燃煤和有色金属冶炼被认为是最主要的人为大气汞排放源，全球大约75%的总汞排放来自于燃煤。所以，有效控制燃煤烟气中的汞排放量，开发有工业前景的汞污染处理技术是控制环境中汞污染的重中之重。汞，俗称 “水银 ”，为银白色液态金属，也是自然界中常温下唯一呈液态存在的金属。其熔点为 -38.87，在熔化一开始就蒸发，通常，汞在常温下就以汞蒸气存在，随着温度升高，汞蒸气增多。在20

6、时，汞蒸气压为0.0013 mmHg 。汞的主要物理性质及不同温度下汞的饱和蒸气压见表 1 及表 2。表 1汞的主要物理性质密度 (g/cm3)Figure 1.Main physical properties of mercury熔点 ()沸点 ()粘度 (mPa.s)表面张力 (dynes/cm)13.546-38.873571.55480饱和蒸汽压熔化热汽化热热导率电阻率 (20 )(mmHg)kJ/molkJ/mol(W/m·K)( .cm)0.00132.32461.18.6595.9表 2 不同温度下汞的饱和蒸气压Figure 2. Saturated vapor pre

7、ssure of mercury at different temperatures温度（）蒸气压（ mmHg ）Pa汞的浓度（标况下） （ ug/m3）100.0004900.0653285.99200.0012010.16012014.67300.0027770.37023633.92400.0060790.81046774.25500.0126701.689195154.76600.0252403.365057308.31700.0482506.432806589.37燃煤燃烧产生的汞主要有三种形式，零价汞又称元素汞（02+Hg ）、二价汞（ Hg)和颗粒态汞(Hg p) ，其中 Hg0

8、 是汞的热力学稳定的形式。1.2.2 汞的危害汞，作为一种重金属物质，具有生物累积性、神经毒害的特点，对人类健康和环境危害十2分严重，越来越受到人们的关注5 。首先，汞对人体的健康具有严重的威胁，主要体现在对人体器官功能的损害，汞的渗入造成了细胞的通透性改变，在一定程度上破坏了细胞离子平衡，导致了肾功能的部分衰竭同时易导致其它疾病的发生。其次，进入到环境中的汞往往因其挥发性、生物累积性等特性造成土壤、水、生物毒害的同时具有不可逆转的特点，一旦污染势必对人类生产生活和生态环境造成严重的威胁。我国每年排放到大气中的汞约有300-350t ，其中燃煤排放的汞约占34-35% ，火电厂大气污染物排放标

9、准规定燃煤锅炉汞及其化合物排放量限制为0.03ug/m3，目前国内 90% 的企业尚未达标，控制燃煤汞污染已是当前我国火电企业面临的重要环保课题之一。1.2.3 国内外汞的控制现状目前，对于汞的治理主要方法为燃前脱汞、燃中脱汞和燃后脱汞6 。燃前脱汞是通过物理洗煤、非物理洗煤及煤的热处理技术，将煤中的汞在进入炉膛燃烧前就进行脱除。燃烧中脱汞是通过改变燃烧方式和在燃烧过程向炉膛喷入添加剂进行脱汞。燃烧后烟气脱汞主要包括两个方面，一类是通过现有的湿法脱硫装置进行脱汞，另一类是通过现有的烟气治理设备，进行一定程度的改进，使其具有脱汞性能。燃煤烟气中的汞主要以颗粒态汞（Hgp ）和氧化态汞（ Hg 2

10、+）可以被燃烧后除尘器和湿法脱硫装置脱除，而占排放量65%的单质汞（ Hg 0）化学性质惰性，难溶于水，除少量负载在飞灰表面氧化为二价汞，大部分去除难度较大7 ，因此，如何去除零价汞是燃煤锅炉烟气汞污染控制即将面临的难题。我国火电厂普遍采用SCR 法脱硝、湿法脱硫技术进行脱硫， 在脱硫过程可同时脱去2 价汞。若在催化脱硝的同时将零价汞氧化为2 价汞，结合湿法脱硫技术，即可实现脱汞的目的。而脱硝的同时进行催化氧化零价汞的关键是研究开发脱硝、氧化零价汞效率高、稳定性好、抗中毒的新型催化剂。为此，本项目开展燃煤电厂一体化脱硝脱汞催化剂关键技术研究，开发一种效率高、稳定性好、抗中毒、机械强度高的新型脱

11、硝脱汞催化剂，把0 价汞氧化为 2价汞，以期在脱硝脱汞催化剂研制成功的基础上，未来2-3年结合现有湿法脱硫装置，实现一体化脱硝脱汞。2.2.1.1 催化剂评价实验原料表 3 催化剂评价实验原材料Figure 3.Catalyst Evaluation of Raw Materials原材料名称规格产地催化剂V 205-WO 3 /TiO 2 蜂窝状催化剂 (SCR)青海华电NO1.46 mol/l大连大特气体有限公司3SO26.99%大连大特气体有限公司NH 36.96%大连大特气体有限公司O299%大连大特气体有限公司N 299%大连大特气体有限公司HCl5.24%大连大特气体有限公司03江

12、苏苏州青安仪器有限公司Hg50-70ug/m2.2.1.2 催化剂评价实验设备表 4 催化剂评价实验仪器Figure 4. Experimental Instrument for Catalyst Evaluation仪器名称型号产地烟气分析仪3012H 型自动烟气检测仪青岛崂应烘箱DHG9030上海一恒脱硝装置FD2000青海省化工设计研究院电子万能实验机CMT6000 型美特斯工业系统（中国）有限公司汞检测仪VM-3000德国气固催化反应床FD-2000天津大学北洋设备制造厂汞渗透管QMG6-6江苏苏州青安仪器有限公司水浴锅DF-101S上海越众设备有限公司仪器氨检测仪HD 5+泵吸式氨气

13、检测仪南京汇登电子科技有限公司分析方法SO2/SO3 转化率的检测参照碘量法测定二氧化硫GB/T16157-1996 的规定进行检测。氨逃逸率、脱硝率参照脱硝催化剂检测技术规范/DL/T1286-2013 的规定进行检测。汞检测参照HJ543-2009固定污染源废气汞的测定冷原子吸收分光光度法以VM3000 测汞仪进行检测。实验结果单因素实验在 HCl 通入量 10ppm，选取合适的氨氮摩尔比的前提下，分别按步骤对影响脱硝、脱汞率的空速、 Hg 0 浓度、反应温度、 SO2 气体浓度、 O2 体积百分比等因素在各因素确定的最优条件基础上逐项进行实验。表 5 单因素实验因素选取Figure5. Fact