燃煤汞污染近年來被世界公認(rèn)為繼燃煤硫污染的又一大污染問題�，F(xiàn)有的脫汞方法包括傳統(tǒng)的活性炭法、飛灰法、鈣基吸附法及新型的臭氧法，光催化氧化法、金屬氧化法、廉價(jià)吸附劑的開發(fā)等。但上述方法很難同時(shí)達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效的脫汞的目的。如果能合理利用現(xiàn)有的氣體凈化設(shè)備，并在一定程度上結(jié)合傳統(tǒng)的脫汞技術(shù)控制燃煤煙氣中的汞，能較為經(jīng)濟(jì)、有效的控制燃煤煙氣汞污染。

1 袋式除塵器(FF) 和靜電除塵器(ESP)

ESP 主要去除HgP，F(xiàn)F 不但能去除HgP，飛灰濾餅中含有較高的比表面積的UBC( unburned carbon) 還能有效氧化吸附汞。王運(yùn)軍等人［1］對(duì)我國(guó)五個(gè)燃煤電站FF、ESP 前、后的煙氣進(jìn)行了采樣測(cè)試，研究發(fā)現(xiàn)不同燃煤電站除塵設(shè)備除去的飛灰含碳量、堿金屬氧化物含量的不同均會(huì)造成脫汞性能的差異。FF 和ESP 的脫汞效率與飛灰顆粒、飛灰含碳量、煙氣組分、煤中氯和硫元素的含量等因素有關(guān)。其中，F(xiàn)F 的除塵效率主要與粉塵初層有關(guān)，ESP 的除塵效率主要與塵粒的比電阻，即塵粒的化學(xué)成分有關(guān)，F(xiàn)F 對(duì)塵粒較高的選擇性和飛灰較強(qiáng)的異相氧化吸附能力使得 FF 的脫汞性能更為優(yōu)越。FF 的平均脫汞效率為 58% ，而CS-ESP 和HS-ESP 僅為27% 和4%［2］。目前，在鍋爐現(xiàn)有PCD( particle collection device) 前噴入吸附劑的技術(shù)已在發(fā)達(dá)國(guó)家焚燒爐或電廠應(yīng)用。 Choi H K 等人［3］采用活性炭噴射( 過濾速度大于 3m /min) 技術(shù)對(duì)FF 的脫汞性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，由于濾袋表面的活性炭和Hg0 的接觸時(shí)間較短，濾袋表面的Hg0 脫除效率并不高，當(dāng)煙氣組成、清灰時(shí)間、反應(yīng)溫度、入口汞濃度發(fā)生變化時(shí)，濾袋表面的 Hg0 脫汞效率沒有較大改變，Hg0 主要是被除塵器內(nèi)的活性炭所吸附，且當(dāng)活性炭噴射量達(dá)到一定程度時(shí)，C /Hg 比及所用的活性炭種類與脫汞效率無關(guān)。煙氣中NO 對(duì)氧化汞的同相反應(yīng)有很強(qiáng)的抑制作用， SO2 對(duì)氧化汞的異相反應(yīng)有輕微的抑制作用。

1. 1 活性炭/ 改性活性炭

活性炭是煙氣脫汞的代表性吸附劑，活性炭巨大的比表面積可提高汞的物理吸附。同時(shí)，經(jīng)滲硫/ 鹵素改性過的活性炭，可大大提高吸附汞的活性位，通過化學(xué)吸附增強(qiáng)汞的吸附能力，適用于含氯量較低的亞煙煤或褐煤［4-5］。研究表明

，在除塵器前噴入滲溴活性炭是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)的脫汞技術(shù)。Benson S 等人［6］對(duì)燃混合煤( PRB 及Texas 褐煤) 的電廠進(jìn)行了為期2 周的實(shí)驗(yàn)研究，當(dāng)噴入CaBr2 中溴噴射率為113 × 10 － 6 時(shí)，平均脫汞效率可達(dá)86% ，當(dāng)噴射率為330 × 10 － 6 時(shí)，平均脫汞效率可達(dá)90% 以上�；诘庋趸哪芰赡鼙蠕鍙�(qiáng)，且在處理、運(yùn)輸、貯存方面更安全的角度，Yao Chi 等人［7］在模擬燃煤煙氣條件下，研究了碘和其化合物與氣體的同相反應(yīng)和與飛灰/ 活性炭之間的異相反應(yīng)的脫汞能力。結(jié)果證實(shí):碘比其他鹵素的氧化性能優(yōu)越，Hg0 與I2 之間的倫敦色散力使得二者形成過度態(tài)Hg…I2 * ，Hg…I2 * 和氣體分子M ( 反應(yīng)系統(tǒng)或任意固體表面) 碰撞后可將多余的能量傳遞給M 并形成穩(wěn)定的HgI2。當(dāng)10 mg /m3 的活性炭和0. 3 × 10 － 6 的碘同時(shí)噴入含有飛灰的煙氣中時(shí)， Hg0 的脫除效率可達(dá)90%。但活性炭噴射技術(shù)去除 Hg0 的性能很大程度上受限于煙氣組成和操作條件，脫汞性能特點(diǎn)和穩(wěn)定性成為潛在的問題。

1. 2 飛灰

飛灰中不同類型組分的氣相Hg 吸附特征差異顯著，未燃盡殘?zhí)康腍g 吸附能力最強(qiáng)。這受益于飛灰炭粒多空隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積及殘?zhí)勘砻婧豕倌軋F(tuán)CO ，飛灰中的Fe2O3 和CuO 對(duì)以表面為媒介的汞氧化的較強(qiáng)的催化活性［8］。江貽滿等人［9］用氮?dú)獾葴匚窖芯苛薊SP 飛灰對(duì)燃煤鍋爐煙氣汞的吸附特征。發(fā)現(xiàn)飛灰顆粒粒徑越小，比表面積越大，其吸附量趨于增加，飛灰含碳量與汞含量呈正相關(guān)關(guān)系，亞微米級(jí)顆粒物對(duì)汞的吸附與比表面積的利用率有關(guān)，在靜電除塵過程中飛灰的空隙結(jié)構(gòu)在不斷地變化和發(fā)展，孔分布越寬，微孔越發(fā)達(dá)越有利于汞的吸附。許多學(xué)者研究了用UBC 代替AC 的可能性。NETL( national energy technology laboratory) 的學(xué)者提出了利用UBC 脫汞的新方法，即從鍋爐中抽取部分未燃盡的煤( 稱為分流活性炭) 作為吸附劑，經(jīng)過換熱器、空預(yù)器后，再將其噴入煙道中與煙氣均勻混合后脫汞。試點(diǎn)燃燒室的結(jié)果證明分流活性炭和噴入AC 有基本相同的脫汞效率。此外，F(xiàn)F 濾餅內(nèi)的UBC 還可通過利用含鈣量較高( 鈣可以提高活性炭表面氧化汞的穩(wěn)定性) 的飛灰或Ca (OH) 2 等提高脫汞效率。在有鈣的情況下，UBC 和鈣協(xié)同脫汞， UBC 提供汞吸附的活性位，使得被吸附的汞和相鄰的鈣位接觸并發(fā)生反應(yīng)，UBC 提高鈣捕獲汞的能力比其氧化汞的能力強(qiáng)。在煙煤中的飛灰連續(xù)進(jìn)入FF 的情況下，噴射Ca ( OH ) 2 可提高25% ～ 80% 的脫汞效率。

1. 3 鈣基吸附劑

鈣基吸附劑( CaO、Ca ( OH) 2、CaCO3、CaSO4 · 2H2O 等) 價(jià)格低廉，具有潛在控制多種污染物的性能。鈣基吸附劑能有效吸附煙氣中的Hg2 + ，但對(duì) Hg0 的吸附并不明顯，其吸附能力受控于溫度變化。研究表明，當(dāng)燃燒煙煤時(shí)，Ca ( OH) 2 和CaCO3 在能很大程度上提高汞的去除效率。ARCADIS G＆M 指出，當(dāng)溫度高于136 ℃時(shí)，在FF 前煙氣中噴入分散的 Ca ( OH ) 2 ，總脫汞效率可達(dá)33%。當(dāng)溫度高于 288 ℃時(shí)，Ca (OH ) 2 失去脫汞能力。當(dāng)煙氣中含有 SO2 ，鈣基吸附劑先捕集SO2 ，后在其表面形成能結(jié)合 Hg0 的較強(qiáng)的酸性活性位，而當(dāng)煙氣中存在NOX 化合物時(shí)，吸附劑的脫汞效率有所下降。

2 脫硫

2. 1 濕法脫硫(WFGD)

WFGD 主要去除Hg2 + 。Thomas. J 等人指出，先將煙氣中的Hg0 氧化為Hg2 + ，后通過WFGD 將其去除對(duì)一些電廠來說是一項(xiàng)可靠，經(jīng)濟(jì)的脫汞技術(shù)。王乾等人［10］對(duì)WFGD 系統(tǒng)進(jìn)行了脫汞測(cè)試，研究結(jié)果表明WFGD 系統(tǒng)對(duì)煙氣中Hg2 + 的脫除效率可達(dá) 74. 68% ，當(dāng)Hg2 + 溶于WFGD 的漿液后，Hg2 + 與其中溶解的硫化物反應(yīng)能形成不溶于水的HgS，進(jìn)而得到脫除。但是，Hg0 不但沒有被去除，反而會(huì)增加�？偯摴室矁H有6. 11%。這是由于在煙氣脫硫過程中，Hg2 + 可溶于漿液，經(jīng)WFGD 后一部分Hg2 + 會(huì)還原成Hg0 ，導(dǎo)致WFGD 出口的Hg0 大于入口。反應(yīng)機(jī)理可能如下:2Me2 + + Hg2 + = Hg0 + 2Me3 + ，HSO － 3 + H2O + Hg2 + = Hg0 + SO2 － 4 + 3H + 。其中，Me 代表由脫硫劑或飛灰?guī)氲腃a、Mg、Fe 等。煙氣中的SO2 也會(huì)促進(jìn)Hg2 + 的還原:H2O + SO2 = H + + HSO － 3 。除了 HSO － 3 、SO2 － 3 外，氣、液相中氯的利用率、O2 含量、pH、漿液濃度也是影響Hg0 脫除的因素。Carolina Acua- Caro 等人將模擬煙氣通過CaCO3 懸浮液，并對(duì)固、液、氣相進(jìn)行采樣分析，研究了氯( HCl ( g ) ，Cl － ( aq) ) 和氧的濃度對(duì)比式WFGD 中不同相態(tài)汞的分布和脫汞效率的影響。結(jié)果表明，不同相態(tài)中汞存在的形式與氯的化學(xué)形式和氧的濃度有關(guān)。氯對(duì)汞的氧化起重要作用，但較高的氧氣含量會(huì)影響Hg0 的氧化過程。目前，加入化學(xué)試劑抑制

Hg0 的再釋放已經(jīng)成為研究焦點(diǎn)，但解決問題的關(guān)鍵在于明確Hg0 再釋放的反應(yīng)機(jī)理和促使該過程發(fā)生的具體因素。

2. 2 新式整體脫硫(NID)

NID 技術(shù)是干法脫硫裝置工程基礎(chǔ)上發(fā)展而成的具有創(chuàng)造性的半干法煙氣脫硫裝置。楊立國(guó)等人［11-12］對(duì)NID 系統(tǒng)進(jìn)行了脫汞研究，結(jié)果表明，NID 系統(tǒng)中的高濃度循環(huán)物料可以高效地脫除煙氣中的 Hg0、Hgp、Hg2 + ，其中分別作為反應(yīng)物和吸附劑的 Ca(OH) 2 和飛灰起了重要作用。Ca(OH) 2 可在SO2 的作用下與Hg0 發(fā)生反應(yīng)并將其吸附，消石灰與飛灰充分混合，脫硫塔內(nèi)飛灰循環(huán)倍率高，混合灰表面始終有新鮮的脫硫劑Ca( OH) 2 ，脫硫塔內(nèi)有水合硅酸鈣形成，顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重，對(duì)脫除煙氣中的SO2 和Hg 非常有利。NID 系統(tǒng)中，飛灰中殘?zhí)亢俊⒈砻娴奈锢硖匦? 比表面積) 和表面化學(xué)成分(Al2O3、SiO3 等) 影響飛灰對(duì)Hg0 的吸附和催化氧化作用。燃煤煙氣經(jīng)NID 系統(tǒng)后，煙氣中的Hg2 + 所占煙氣總排放汞的比例得到很大提高，Hg0 所占比例很小，總脫汞效率可達(dá)86. 6% ～ 92. 2%。

3 選擇性催化還原脫氮( SCR)

由于SCR 催化劑獨(dú)特的幾何和催化形貌，當(dāng)煙氣中含HCl 時(shí)，HCl 和Hg0 能在有效反應(yīng)時(shí)間內(nèi)在催化劑上充分接觸，可發(fā)生如下反應(yīng)Hg0 + 2HCl + 1 /2O2→HgCl2 + H2O［13］。氧化汞的含量與煤中氯的含量呈正相關(guān)關(guān)系，且氧化汞的能力與催化劑、燃煤類型和煙氣中HCl 的含量有關(guān)。當(dāng)燃燒煙煤時(shí)，氧化汞含量為30% ～ 98% ，當(dāng)燃燒亞煙煤時(shí)，氧化汞含量為0% ～ 26%。當(dāng)采用蜂窩催化劑、板催化劑或混合催化劑時(shí)，汞的氧化能力隨HCl 的濃度增大而增大。對(duì)于蜂窩催化劑或板催化劑，影響HCl 氧化汞的因素主要是催化劑壽命和HCl 濃度，而傳質(zhì)阻力成為較大的限制因素。HBr、HI 氧化汞的能力均大于 HCl，HBr 能氧化大部分Hg0 并使得氧化汞在催化劑表面上形成穩(wěn)定的復(fù)合物，HI 可以將吸附了的汞解析，將HBr 注入SCR 的上游，可提高氧化汞的能力。研究表明［13］，當(dāng)HCl 濃度較低時(shí)，SCR 催化劑V2O5 - TiO2 對(duì)汞有較高的催化活性。Hiroyuki Kamata 等人［13］研究了不同VOX 負(fù)載量下(1% ～ 15% ) ，TiO2 上VOX 的表面結(jié)構(gòu)和氧化汞活性之間的關(guān)系。結(jié)果表明，氧化汞的增加幾乎和VOX 在單分子層覆蓋面上的負(fù)載量呈線性關(guān)系，單體或聚合體形式的釩類都具有氧化汞的活性。隨后，Hiroyuki Kamata 等［14］在模擬SCR 操作條件下，對(duì)負(fù)載了不同金屬氧化物的 TiO2 的脫汞性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，催化劑的催化活性MoO3 -V2O5 > Cr2O3 > Mn2O3 > Fe2O3 > CuO > NiO，還原NO 能力越強(qiáng)的催化劑，氧化活性也越強(qiáng)，當(dāng)煙氣中存在NH3 時(shí)，NH3 會(huì)同HCl 競(jìng)爭(zhēng)催化活性位，并占據(jù)主導(dǎo)地位。當(dāng)煙氣中存在SO2、SO3 時(shí)，它們會(huì)同HCl 競(jìng)爭(zhēng)吸附活性位從而減弱汞的氧化。

4 聯(lián)合脫除

煤的品質(zhì)( 尤其是氯和LOI( Loss-on-ignition) 含量)［15］、鍋爐操作條件、氣體凈化系統(tǒng)是影響脫汞的基本參數(shù)。將氣體凈化系統(tǒng)聯(lián)用可代替新型脫汞技術(shù)的開發(fā)。Deepak Pudasainee 等人［16］對(duì)燃燒煙煤電廠的SCR、CS-ESP、WFGD 的聯(lián)合脫汞效率進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，三者聯(lián)合的平均脫汞效率為61%。研究發(fā)現(xiàn)，SCR 可利用將大部分Hg0 氧化為Hg2 + 的性質(zhì)，降低經(jīng)WFGD 系統(tǒng)后Hg0 的還原。當(dāng)燃煤電廠沒有SCR 系統(tǒng)時(shí)，通過WFGD 后的Hg0 增加了 13% ～ 30%。有SCR 系統(tǒng)時(shí)，通過WFGD 后的Hg0 減少了12% ～ 20% ，總的平均脫汞效率比沒有SCR 系統(tǒng)增加了14%。通過SCR 后氧化態(tài)汞的含量受燃煤類型、煙氣成分組成、飛灰中殘?zhí)亢�、空速、催化劑類型及壽命等多種因素的影響。Ghorishi. S B 等人發(fā)現(xiàn)向鈣基吸附劑中加入適當(dāng)?shù)难趸瘎┛擅黠@提高煙氣中Hg0、SO2、NOX 的去除效率。Zhuang Ye 等人［17］對(duì)加入了CaCl2 添加劑的亞煙煤煙氣中汞的轉(zhuǎn)化進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，結(jié)果表明，燃燒室中的CaCl2 可在高溫下分解為原子態(tài)氯或其他氯自由基，這類過渡態(tài)的氯活性強(qiáng)可提高汞的氧化能力，并通過飛灰表面上 Hg-Cl 的反應(yīng)，加速Hg0 到HgP 的轉(zhuǎn)化。當(dāng)加入氯為 200 × 10 － 6 ～ 800 × 10 － 6 ( 基于煤中氯含量) 時(shí)，SCRFF- WFGD 的總脫汞率可達(dá)75% ～ 96%。因此，若提高三者聯(lián)用的脫汞效率，可以通過提高汞氧化的能力、Hg2 + 去除效率、降低Hg0 再釋放來實(shí)現(xiàn)。

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