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燃煤汞污染现状及其控制专业：环境科学姓名：张宏祥学号：X111140062014年5月23日导言汞是具有巨毒性、持久性、易迁移性、高度生物蓄积性的化学物质，可通过呼吸、皮肤接触、饮食、母婴遗传等方式进入人体，对人体健康造成危害。世界高度关注汞污染问题，汞被认为是全球性循环元素，减少因燃煤向大气排放汞是人类的共同任务。中国一次性能源以煤炭为主，燃煤汞排放是主要的人为大气汞排放源。2010年我国原煤消耗31.8亿t，是2000年的2.41倍，其中电煤消耗18亿t。煤炭利用过程中，会有大量的汞被释放到大气中。因此，研究燃煤电厂汞污染问题显得十分重要。一、国内外发展情况2000年12月，美国EPA宣布开始控制燃煤电厂锅炉烟气中汞的排放。2005年3月，美国EPA颁布了汞排放控制标准，成为世界上首个针对燃煤电站汞排放实施限制标准的国家。联合国环境规划署（UNEP）专门制定了一系列工作日程来控制汞污染，2010年6月，政府间谈判委员会第一次会议（INC1）在瑞典斯德哥尔摩召开，拟定了一项具有全球法律约束力的汞问题文书，来自包括中国在内的140多个国家、政府间组织和国际组织的400多名代表出席了本次会议。中国的汞排放量已经世界第一，UNEP的报告草案中，2005年中国汞排放量为825.2t，占全球总排放量的42.85%；印度汞排放量为171.9t，占全球总排放量的8.93%；美国汞排放量为118.4t，占全球总排放量的6.15%。我国电力和热力行业化石燃料燃煤排放汞387.4t，美国排放62.8t。目前我国相关政府部门及行业尚未正式对外发布过燃煤电厂汞排放的数据，专业学者的相关研究也都是估算的数据。根据中国电力企业联合会与清华大学共同承担的联合国环境规划署《中国燃煤电厂大气汞排放》项目，2008年中国燃煤电厂大气汞排放量比2005年降低10%左右，主要是因为脱硫机组占煤电机组的比例由2005年的14%快速提高至2008年的60%，而脱硫机组装置对汞有协同去除的作用。国内基于现场实测的燃煤电厂汞排放资料还很少，对燃煤电厂汞排放的研究主要还是以实验室数据为王圣等首次基于现场实测的要求，选取我国6个代表性的燃煤电厂作为研究对象，依据现场实测数据计算分析其汞排放特性，并得出燃煤电厂汞脱除率和汞平均排放因子，通过拟合得到燃煤电厂汞排放因子和机组装机容量、发电负荷、环保设备运行等参数的函数关系。汞污染防治工作被纳入电力企业“十二五”规划，《重金属污染综合防治“十二五”规划》和《“十二五”重点区域大气污染联防联控规划》，都对燃煤电厂大气汞排放控制工作做了安排。国家环境保护部正在组织开展“燃煤电厂大气污染控制试点工作”，汞排放监测试点工作已经开始进行。2011年9月21日，我国环保部发布了新修订的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）提出了汞及其化合物的控制指标，规定燃煤发电锅炉的汞及其化合物排放限值为0.03mg/m3。二、燃煤电厂汞污染控制技术（1）燃烧前脱汞燃烧前脱汞属于对源的控制，大大减少了汞进入燃烧过程的量，主要包括洗煤和热解技术。洗煤技术是一种简单而低成本的降低汞排放的方法，采用先进的物理化学洗煤技术，汞的脱除率可达64.5%。目前，发达国家的原煤入洗率已经达40%~100%，而我国只有22%，因此，我国应尽快提高原煤入洗率。热解法脱汞则是利用汞的高挥发性，在不损失碳素的温度条件下，使烟煤温和热解把汞挥发出来。比较这两种工艺，洗煤脱汞工艺相对成熟，热解脱汞工艺尚处于实验室研究阶段，有待进一步研究。（2）燃烧中脱汞关于燃烧中脱汞技术的研究很少，但针对其他污染物采用的一些燃烧控制技术对汞的脱除具有积极的作用。主要方法包括：流化床燃烧、低氮燃烧和炉膛喷入吸附剂法。流化床燃烧有较长的炉内停留时间，使得微颗粒吸附汞的机会增加，更有利于气态汞的沉降。另外，流化床燃烧操作温度相对较低，导致氧化态汞含量增加，又抑制了氧化态汞重新转化成Hg0，在后续净化设备中更易被去除。低氮燃烧法同样是由于其操作温度较低，增加了烟气中氧化态汞的含量。炉膛喷入吸附剂法则是针对Hg2+容易被吸附去除的机理，不同气体和碳以不同比例存在时对汞的去除率的影响，研制某种催化剂，促使Hg0氧化成Hg2+，从而控制汞污染。（3）燃烧后脱汞（烟气脱汞）是电厂汞污染控制技术的研究重点，主要包括两方面：一是脱汞吸收剂的开发；二是对现有污染控制设备进行一定程度的改进，使其具有脱汞性能，实现脱硫脱硝脱汞一体化。高效经济的吸附剂研制是吸附脱汞的重要研究内容，这些吸附剂包括碳基类吸附剂（活性炭及改性活性炭、飞灰、活性炭纤维等）、钙基类吸附剂（CaO、Ca(OH)2、CaCO3、CaSO4·2H2O等）、矿物类吸附剂（沸石、蛭石、高岭土、膨润土、硅土等）、金属类吸附剂（Fe2O3/TiO2、V2O5/TiO2等金属氧化物吸附剂、Pd、Pt、Au等贵重金属材料）以及一些新型吸附剂。三、国内外有关汞控制技术的研究现状及分析燃煤电站汞排放控制研究范围包括:烟气组分中汞的形态分布与转化、燃煤过程及烟气中汞的单相和多相反应机理、汞形态的测量、烟气中汞的脱除技术等。对于燃煤烟气汞的排放控制,研究者们提出了各种各样的控制方法,包括以活性炭吸附为代表的吸附法,利用现有脱硫装置或除尘装置的除汞法,电晕放电等离子体法、电催化氧化联合处理法等。利用现有脱硫或除尘装置除汞,投入资金最小,但脱汞效率不高。为了提高脱汞效率,又充分利用这些设备,一种经济有效的方法是与吸附法结合。研究表明,很多物质能吸附烟气中的汞,如活性炭、含有未燃尽碳的飞灰、钙类物质(CaO、Ca(OH)2、CaCO3、CaSO4·2H2O)、矿石类物质(沸石、蛭石、高岭土、膨润土等)、钛类物质(TiO2)、贵重金属类物质(如金银等),都能不同程度地吸附烟气中的汞,而且经过一些化学改性和催化处理,还可显著改善对汞的吸附特性。这方面的研究是近年来汞污染控制的研究热点,研究成果很多。然而综合现有文献的研究成果看来,就吸附剂性价比而言,仍是活性炭最有前途。（1）活性炭吸附法目前用活性炭吸附烟气中的汞可以通过两种方式,一种是烟气中喷入粉末状活性炭PAC,另一种是将烟气通过颗粒活性炭吸附床GAC。PAC将活性炭直接喷入烟气中,粉末活性炭吸附汞后由其下游的除尘器(如静电除尘器或布袋除尘器)除去,此法投资小,但活性炭与飞灰混杂在一起,不能再生,且汞浓度很低,汞与活性炭颗粒接触机会少,活性炭利用率低,耗量大,脱汞成本很高。GAC一般安排于脱硫装置(FGD)和除尘器后,作为烟气排入大气的最后一个清洁装置,除汞效果好,但当颗粒尺寸较小时会引起较大压降,且需要增加设备、占地和初投资大。比较上述的众多控制方法和此两种活性炭脱汞法,目前被认为最接近于应用的技术是烟气中喷入活性炭颗粒脱汞,美国目前已将该技术用于垃圾焚烧炉汞污染的控制,在中等碳汞比时脱汞率90%。（2）活性炭吸附再生法为了寻找技术经济上切实可行的脱汞方案,研究者们还研究了活性炭的再生问题,期望通过吸汞活性炭的再生循环使用,减少活性炭的消耗量,大幅度地降低烟气脱汞成本。吸汞活性炭再生的基本原理是基于汞的低蒸气压和低脱附温度。但迄今为止有关吸汞活性炭热脱附再生的基础研究非常少。T.C.HO应用微波加热方式对活性炭进行了汞脱附试验,脱附反应器分别呈流化床和固定床,并应用传质学基本原理结合试验结果,对脱附过程进行了数学模拟。模拟结果表明,提高脱附温度和传质速率(在流化床状态下)可显著提高脱附速率。（3）改性活性炭吸附法近几年来学者们的研究重点主要集中在改进吸附剂的吸附性能上。这方面国内外的研究报道很多。对炭基吸附剂进行化学改性方法很多,主要有渗硫、渗氯、渗碘、渗溴、载银等。吸附剂经化学改性后,汞吸附能力增强。渗硫活性炭渗硫过程中在活性炭表面空隙中形成了S—C化学键,硫跟汞反应生成硫化汞,对汞的吸附主要是化学吸附,汞吸附量明显提高。的蒸气流,除汞效率均保持在99%以上,所渗硫跟汞反应后生成的硫化汞沉积于于活性炭孔隙中。活性炭在经氯化物浸泡渗氯过程中,氯元素与碳元素形成形如[Cl—C—Cl]的基团,含氯官能团对Hg0有很强的化学吸附作用,生成[HgC1]+和[HgC12],如果氯含量相对汞含量足够大,甚至可以进一步生成[HgC14]2-因而汞吸附能力大大增强。美国匹兹堡大学环境工程系的RadisavD.Vidic通过实验指出颗粒活性炭经氯化物浸泡后对汞的吸附性有极大提高,最高效率达到95%～98%。四、结语燃煤电厂作为最主要的人为大气汞污染排放源，其产生的汞污染问题已经受到越来越广泛的关注，对燃煤电厂汞排放控制技术进行研究和发展，以达到控制减排目标十分重要和迫切。环保部颁布实施的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）已经明确规定燃煤发电锅炉汞及其化合物排放控制标准。做好燃煤电厂汞污染排放控制工作，可以对优先控制行业从汞排放浓度和排放总量两方面加以控制；增加用煤洗选比例，降低燃煤中汞含量；研制高效经济的催化剂，提高汞的脱除效率；充分利用现有污染控制设备对汞进行协同脱除，减少投资费用，走复合式污染控制之路。