循环流化床干法烟气净化技术对重金属汞的脱除效果研究

1、PAGE PAGE 7循环流化床干法烟气净化技术对重金属汞的脱除效果研究前言汞及其化合物具有很强的毒性，在生物体内和食物链中具有永久积累性，对人类健康危害极大，特别是甲基汞影响胎儿健康问题，已经引起国际环境、卫生界的极大关注。汞主要通过自然和人为排放进入大气，人为排放量约占总排放量的80%，其中燃煤释放的汞约占人为排放总量的70%，是造成大气环境汞污染的主要因素。燃煤烟气中的汞主要有3种存在形式：单质汞Hg0，二价离子汞Hg2+和固态颗粒附着汞HgP。其中单质汞是最主要的存在形式，具有熔点低，挥发性极强，平衡蒸气压高，不易溶于水等特点，是汞附存方式中相对难以脱除的部分。煤汞污染的控制方式主要分

2、为燃烧前脱汞、燃烧中脱汞、燃烧后尾部烟气脱汞。燃烧前常规物理洗选煤技术可洗去不燃性矿物原料中的一部分汞，但是该方法不能洗去与煤中有机碳结合的汞，而且成本相对较高。燃烧中脱汞主要是利用改进燃烧方式，在降低NOx排放的同时，抑制一部分汞的排放，国内外相关的研究和应用较少。燃烧后尾部烟气脱汞是目前煤汞污染控制的主要方式，特别是采用吸附的方式进行脱汞已经在欧美等国具有较为成熟的实际应用。活性炭吸附是吸附法脱汞的代表，一般是向烟气中喷入粉末状活性炭(PAC)，粉末活性炭吸附汞后由其下游的除尘器(如静电除尘器、布袋除尘器)除去。但是活性炭与飞灰混合在一起，不能够再生，而且存在低容量、混合性差、低热力学稳定

3、性的问题，加上活性炭的利用率低、耗量大，直接采用活性炭吸附法成本过高。据美国能源部估计，要达到脱汞率为90%，脱除0.45kg汞的成本为(2. 57. 0)104美元 ，燃煤电厂很难承受。钙基吸附剂(CaO、Ca(OH)2、CaCO3等)价格低廉，且已广泛用于烟气中SO2等酸性污染物的脱除。研究表明,，钙基类物质如Ca(OH)2对离子汞Hg2+的吸附效率可达到85%，碱性吸附剂如CaO同样也可以在100时很好地吸附离子汞Hg2+。如果钙基物质能够在烟气单质汞Hg0排放的控制方面也有所突破，则可作为脱除烟气中多种污染物的有效物质。循环流化床干法烟气净化工艺是国内外研究最多、应用最广的一种干法脱硫

4、工艺 , 。该工艺集脱硫、除尘于一体，具有占地小、电耗及水耗低、一次投资小、操作维护简便等优点，在中低硫煤和缺水地区，以及兼具除尘和多污染物治理要求的领域，都具有非常好的技术经济性 。在对汞等重金属污染物的脱除效果方面，由于该工艺采用钙基物质CaO或Ca(OH)2为吸收剂，对烟气中的二价离子汞Hg2+及其他离子态重金属污染物具有很好的脱除效果，同时脱硫配套的除尘装置可以有效捕捉颗粒汞HgP。此外，通过循环流化床中巨大比表面积、激烈湍动的物料颗粒可以有效的捕获烟气中绝大部分的单质汞Hg0，最终达到很好的脱除燃煤烟气中汞等重金属的效果 。为进一步证实循环流化床干法烟气净化技术对汞等重金属的实际脱除

5、效果，我们利用工业化运行的循环流化床干法烟气净化系统为平台，通过对烟气净化装置的进口原烟气以及出口净烟气中重金属汞的检测分析，研究了循环流化床干法烟气净化技术对不同存在形式汞的脱除效果。实验实验装置 某电厂一期工程装机容量2100MW。锅炉类型为煤粉炉，燃煤产生烟气经三电场除尘器（ESP）进行预除尘后进入循环流化床干法烟气净化塔，净化后烟气经布袋除尘器（Fabric Filter）除尘通过烟囱排放至大气中，机组参数如表1所示。表1 机组状况表项目单位2100MW机组锅 炉蒸发量t/h2410汽轮机出力MW2100发电机容量MW2100烟气处理设施除尘装置种类静电除尘器（三电场）设计除尘效率%9

6、8净化装置种类CFB设计脱硫效率92设计脱酸效率98烟囱高度m180出口内径m6实验方法对净化塔入口和布袋除尘器出口的烟气、除尘器灰斗外排灰和灰渣进行现场采样、测试分析。烟道气测试和采样位置包括除尘器进出口和烟气净化装置进出口。采样点按照国家标准GB/T 16157-1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法并结合现场实际情况选择布置，进行等速采样。大气汞排放测试使用的是美国试验材料学会（ASTM）的D6784标准方法，即Ontario Hydro方法（简称OHM）。OHM是根据美国EPA的M5标准方法改进的专门用于采集和分析烟气中不同形态汞含量的方法，测量范围在0.5100 g/

7、Nm3的区间内，适用于测定燃煤电厂源排放的单质汞、二价离子汞、颗粒汞的含量和总汞含量。该方法利用取样枪等速地抽取含灰粒的烟气，在采样期间采样枪温度要保持在120或烟气温度下，通过玻璃纤维滤筒将烟气中的灰粒分离出来，而后除过灰的烟气经过8个放在冰浴箱内的吸收瓶，其中二价汞被1、2、3号装有KCl溶液的吸收瓶吸收，而元素汞被4号装有HNO3-H2O2和5、6、7号装有H2SO4-KMnO4吸收液的吸收瓶吸收，8号装有200g300g硅胶的吸收瓶用来吸收烟气中的水分。结果与讨论汞的质量平衡燃煤电站汞平衡可以根据质量守恒定律得到，其出炉汞就等于被燃煤电站各个环节吸附的汞加上排放出去的汞。由于取样过程中

8、有许多不可忽略的因素存在，使汞总体平衡有一定的误差，一般文献认为，质量平衡在70%130%是可以接受的。电厂测试各种固体样汞含量如表2所示。从表2可以看出，回收率达到了109%。表2 测试质量平衡样品消耗量, t/dHg 含量, ng/gHg, g/dHg飞灰5581343675副产物1562945132459残渣140100.91.4烟囱气263总量798.4109%燃煤207338419735.2100%烟气中不同形态汞的分布烟气中不同形态汞分布如图1和表3所示。在预电除尘器之前，烟气中单质汞含量最高，占总汞的57.74，而二价离子汞占37.83%，颗粒汞占4.43%。整体的分布状态符合燃

9、煤电厂烟气中不同形态的汞含量特点。图1 原烟气中不同形态汞的组成各系统对不同形态汞的脱除效果从表3可以得到，经过预电除尘器之后，97以上的颗粒汞被去除，二价离子汞脱除率约为16.7%，单质汞下降了5.7%，预电除尘器对总汞的脱除效率约为14%。在经过循环流化床干法烟气净化塔和布袋除尘之后，大部分二价离子汞和单质汞均被脱除，效率分别达到了83.9%和68.7%，总汞脱除率达到74.3%。循环流化床干法烟气净化系统结合前级预电除尘器，整体脱汞效率达到77.9%。表3 各系统对不同形态汞的脱除效率位置Hg2+ (g/Nm3)Hg0 (g/Nm3)Hgp (g/Nm3)HgT (g/Nm3)脱除率（%

10、）Hg2+Hg0HgPHgT预电除尘器前23.4151.77535.7380.8052.7420.49661.8962.009预电除尘器后19.5043.17833.7190.3880.0730.001753.2233.14916.75.797.314烟气净化系统后（含布袋除尘器）3.1430.32010.5380.8870.0060.000113.6871.11783.968.79274.3以上分析结果表明，燃煤电厂烟气中颗粒态的汞容易被脱除，对煤汞污染影响不大。预电除尘器对烟气中汞具有一定的脱除效果，但是对单质汞的脱除效率极低。采用钙基吸收剂的循环流化床干法烟气净化装置对二价离子汞具有很好

11、的脱除效果，同时对单质汞也有较好的吸附脱除效果，通过后续布袋除尘器的协同作用，整套系统对燃煤烟气中汞的脱除效果很好。脱汞机理分析 首先，循环流化床干法烟气净化工艺采用具有巨大比表面积的消石灰细微颗粒作为吸收剂。在循环流化床净化塔内，流化床中巨大比表面积、激烈湍动的物料颗粒可以有效的捕获烟气中重金属汞。其中二价离子态汞Hg2+通过钙基吸收剂的物理捕获和化学反应，很容易就转化成相对稳定的亚硫酸盐和硫酸盐。即使是以单质形式存在的Hg0，也可以有效地被大比表面积的高浓度物料颗粒吸附，达到一定的脱除效果。通过与活性炭等具有超强吸附能力的添加剂协同作用，可将重金属汞更加彻底地脱除9。其次，循环流化床干法烟气净化技术后续配套的是布袋除尘器，与静电除尘器相比，布袋除尘器具有更优良的脱汞性能。这是因为：布袋除尘器几乎可以捕集0.1m以上的尘粒，对5m以上尘粒的捕集效率可达99%以上。布袋除尘器对尘粒的物理性能要求不高，而静电除尘器对尘粒的比电阻有很高的要求，其除尘的选择性要比布袋除尘器的选择性大。因此，布袋除尘器脱除烟气中汞的性能更为优越，王运军等的研究结果也证实了这