循環(huán)流化床干法煙氣凈化技術(shù)對重金屬汞的脫除效果研究

1、PAGE PAGE 7循環(huán)流化床干法煙氣凈化技術(shù)對重金屬汞的脫除效果研究前言汞及其化合物具有很強(qiáng)的毒性，在生物體內(nèi)和食物鏈中具有永久積累性，對人類健康危害極大，特別是甲基汞影響胎兒健康問題，已經(jīng)引起國際環(huán)境、衛(wèi)生界的極大關(guān)注。汞主要通過自然和人為排放進(jìn)入大氣，人為排放量約占總排放量的80%，其中燃煤釋放的汞約占人為排放總量的70%，是造成大氣環(huán)境汞污染的主要因素。燃煤煙氣中的汞主要有3種存在形式：單質(zhì)汞Hg0，二價離子汞Hg2+和固態(tài)顆粒附著汞HgP。其中單質(zhì)汞是最主要的存在形式，具有熔點(diǎn)低，揮發(fā)性極強(qiáng)，平衡蒸氣壓高，不易溶于水等特點(diǎn)，是汞附存方式中相對難以脫除的部分。煤汞污染的控制方式主要分

2、為燃燒前脫汞、燃燒中脫汞、燃燒后尾部煙氣脫汞。燃燒前常規(guī)物理洗選煤技術(shù)可洗去不燃性礦物原料中的一部分汞，但是該方法不能洗去與煤中有機(jī)碳結(jié)合的汞，而且成本相對較高。燃燒中脫汞主要是利用改進(jìn)燃燒方式，在降低NOx排放的同時，抑制一部分汞的排放，國內(nèi)外相關(guān)的研究和應(yīng)用較少。燃燒后尾部煙氣脫汞是目前煤汞污染控制的主要方式，特別是采用吸附的方式進(jìn)行脫汞已經(jīng)在歐美等國具有較為成熟的實(shí)際應(yīng)用。活性炭吸附是吸附法脫汞的代表，一般是向煙氣中噴入粉末狀活性炭(PAC)，粉末活性炭吸附汞后由其下游的除塵器(如靜電除塵器、布袋除塵器)除去。但是活性炭與飛灰混合在一起，不能夠再生，而且存在低容量、混合性差、低熱力學(xué)穩(wěn)定

3、性的問題，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過高。據(jù)美國能源部估計，要達(dá)到脫汞率為90%，脫除0.45kg汞的成本為(2. 57. 0)104美元 ，燃煤電廠很難承受。鈣基吸附劑(CaO、Ca(OH)2、CaCO3等)價格低廉，且已廣泛用于煙氣中SO2等酸性污染物的脫除。研究表明,，鈣基類物質(zhì)如Ca(OH)2對離子汞Hg2+的吸附效率可達(dá)到85%，堿性吸附劑如CaO同樣也可以在100時很好地吸附離子汞Hg2+。如果鈣基物質(zhì)能夠在煙氣單質(zhì)汞Hg0排放的控制方面也有所突破，則可作為脫除煙氣中多種污染物的有效物質(zhì)。循環(huán)流化床干法煙氣凈化工藝是國內(nèi)外研究最多、應(yīng)用最廣的一種干法脫硫

4、工藝 , 。該工藝集脫硫、除塵于一體，具有占地小、電耗及水耗低、一次投資小、操作維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，在中低硫煤和缺水地區(qū)，以及兼具除塵和多污染物治理要求的領(lǐng)域，都具有非常好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性 。在對汞等重金屬污染物的脫除效果方面，由于該工藝采用鈣基物質(zhì)CaO或Ca(OH)2為吸收劑，對煙氣中的二價離子汞Hg2+及其他離子態(tài)重金屬污染物具有很好的脫除效果，同時脫硫配套的除塵裝置可以有效捕捉顆粒汞HgP。此外，通過循環(huán)流化床中巨大比表面積、激烈湍動的物料顆?？梢杂行У牟东@煙氣中絕大部分的單質(zhì)汞Hg0，最終達(dá)到很好的脫除燃煤煙氣中汞等重金屬的效果 。為進(jìn)一步證實(shí)循環(huán)流化床干法煙氣凈化技術(shù)對汞等重金屬的實(shí)際脫除

5、效果，我們利用工業(yè)化運(yùn)行的循環(huán)流化床干法煙氣凈化系統(tǒng)為平臺，通過對煙氣凈化裝置的進(jìn)口原煙氣以及出口凈煙氣中重金屬汞的檢測分析，研究了循環(huán)流化床干法煙氣凈化技術(shù)對不同存在形式汞的脫除效果。實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置 某電廠一期工程裝機(jī)容量2100MW。鍋爐類型為煤粉爐，燃煤產(chǎn)生煙氣經(jīng)三電場除塵器（ESP）進(jìn)行預(yù)除塵后進(jìn)入循環(huán)流化床干法煙氣凈化塔，凈化后煙氣經(jīng)布袋除塵器（Fabric Filter）除塵通過煙囪排放至大氣中，機(jī)組參數(shù)如表1所示。表1 機(jī)組狀況表項目單位2100MW機(jī)組鍋 爐蒸發(fā)量t/h2410汽輪機(jī)出力MW2100發(fā)電機(jī)容量MW2100煙氣處理設(shè)施除塵裝置種類靜電除塵器（三電場）設(shè)計除塵效率%9

6、8凈化裝置種類CFB設(shè)計脫硫效率92設(shè)計脫酸效率98煙囪高度m180出口內(nèi)徑m6實(shí)驗(yàn)方法對凈化塔入口和布袋除塵器出口的煙氣、除塵器灰斗外排灰和灰渣進(jìn)行現(xiàn)場采樣、測試分析。煙道氣測試和采樣位置包括除塵器進(jìn)出口和煙氣凈化裝置進(jìn)出口。采樣點(diǎn)按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16157-1996固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況選擇布置，進(jìn)行等速采樣。大氣汞排放測試使用的是美國試驗(yàn)材料學(xué)會（ASTM）的D6784標(biāo)準(zhǔn)方法，即Ontario Hydro方法（簡稱OHM）。OHM是根據(jù)美國EPA的M5標(biāo)準(zhǔn)方法改進(jìn)的專門用于采集和分析煙氣中不同形態(tài)汞含量的方法，測量范圍在0.5100 g/

7、Nm3的區(qū)間內(nèi)，適用于測定燃煤電廠源排放的單質(zhì)汞、二價離子汞、顆粒汞的含量和總汞含量。該方法利用取樣槍等速地抽取含灰粒的煙氣，在采樣期間采樣槍溫度要保持在120或煙氣溫度下，通過玻璃纖維濾筒將煙氣中的灰粒分離出來，而后除過灰的煙氣經(jīng)過8個放在冰浴箱內(nèi)的吸收瓶，其中二價汞被1、2、3號裝有KCl溶液的吸收瓶吸收，而元素汞被4號裝有HNO3-H2O2和5、6、7號裝有H2SO4-KMnO4吸收液的吸收瓶吸收，8號裝有200g300g硅膠的吸收瓶用來吸收煙氣中的水分。結(jié)果與討論汞的質(zhì)量平衡燃煤電站汞平衡可以根據(jù)質(zhì)量守恒定律得到，其出爐汞就等于被燃煤電站各個環(huán)節(jié)吸附的汞加上排放出去的汞。由于取樣過程中

8、有許多不可忽略的因素存在，使汞總體平衡有一定的誤差，一般文獻(xiàn)認(rèn)為，質(zhì)量平衡在70%130%是可以接受的。電廠測試各種固體樣汞含量如表2所示。從表2可以看出，回收率達(dá)到了109%。表2 測試質(zhì)量平衡樣品消耗量, t/dHg 含量, ng/gHg, g/dHg飛灰5581343675副產(chǎn)物1562945132459殘渣140100.91.4煙囪氣263總量798.4109%燃煤207338419735.2100%煙氣中不同形態(tài)汞的分布煙氣中不同形態(tài)汞分布如圖1和表3所示。在預(yù)電除塵器之前，煙氣中單質(zhì)汞含量最高，占總汞的57.74，而二價離子汞占37.83%，顆粒汞占4.43%。整體的分布狀態(tài)符合燃

9、煤電廠煙氣中不同形態(tài)的汞含量特點(diǎn)。圖1 原煙氣中不同形態(tài)汞的組成各系統(tǒng)對不同形態(tài)汞的脫除效果從表3可以得到，經(jīng)過預(yù)電除塵器之后，97以上的顆粒汞被去除，二價離子汞脫除率約為16.7%，單質(zhì)汞下降了5.7%，預(yù)電除塵器對總汞的脫除效率約為14%。在經(jīng)過循環(huán)流化床干法煙氣凈化塔和布袋除塵之后，大部分二價離子汞和單質(zhì)汞均被脫除，效率分別達(dá)到了83.9%和68.7%，總汞脫除率達(dá)到74.3%。循環(huán)流化床干法煙氣凈化系統(tǒng)結(jié)合前級預(yù)電除塵器，整體脫汞效率達(dá)到77.9%。表3 各系統(tǒng)對不同形態(tài)汞的脫除效率位置Hg2+ (g/Nm3)Hg0 (g/Nm3)Hgp (g/Nm3)HgT (g/Nm3)脫除率（%

10、）Hg2+Hg0HgPHgT預(yù)電除塵器前23.4151.77535.7380.8052.7420.49661.8962.009預(yù)電除塵器后19.5043.17833.7190.3880.0730.001753.2233.14916.75.797.314煙氣凈化系統(tǒng)后（含布袋除塵器）3.1430.32010.5380.8870.0060.000113.6871.11783.968.79274.3以上分析結(jié)果表明，燃煤電廠煙氣中顆粒態(tài)的汞容易被脫除，對煤汞污染影響不大。預(yù)電除塵器對煙氣中汞具有一定的脫除效果，但是對單質(zhì)汞的脫除效率極低。采用鈣基吸收劑的循環(huán)流化床干法煙氣凈化裝置對二價離子汞具有很好

11、的脫除效果，同時對單質(zhì)汞也有較好的吸附脫除效果，通過后續(xù)布袋除塵器的協(xié)同作用，整套系統(tǒng)對燃煤煙氣中汞的脫除效果很好。脫汞機(jī)理分析 首先，循環(huán)流化床干法煙氣凈化工藝采用具有巨大比表面積的消石灰細(xì)微顆粒作為吸收劑。在循環(huán)流化床凈化塔內(nèi)，流化床中巨大比表面積、激烈湍動的物料顆?？梢杂行У牟东@煙氣中重金屬汞。其中二價離子態(tài)汞Hg2+通過鈣基吸收劑的物理捕獲和化學(xué)反應(yīng)，很容易就轉(zhuǎn)化成相對穩(wěn)定的亞硫酸鹽和硫酸鹽。即使是以單質(zhì)形式存在的Hg0，也可以有效地被大比表面積的高濃度物料顆粒吸附，達(dá)到一定的脫除效果。通過與活性炭等具有超強(qiáng)吸附能力的添加劑協(xié)同作用，可將重金屬汞更加徹底地脫除9。其次，循環(huán)流化床干法煙氣凈化技術(shù)后續(xù)配套的是布袋除塵器，與靜電除塵器相比，布袋除塵器具有更優(yōu)良的脫汞性能。這是因?yàn)椋翰即龎m器幾乎可以捕集0.1m以上的塵粒，對5m以上塵粒的捕集效率可達(dá)99%以上。布袋除塵器對塵粒的物理性能要求不高，而靜電除塵器對塵粒的比電阻有很高的要求，其除塵的選擇性要比布袋除塵器的選擇性大。因此，布袋除塵器脫除煙氣中汞的性能更為優(yōu)越，王運(yùn)軍等的研究結(jié)果也證實(shí)了這