三河电厂大气汞排放与协同控制现状

刘更生 胡佳佳

摘 要：随着人们生活水平的提高，对环境质量也越来越重视。燃煤电厂的大气汞排放污染问题一直备受关注，探讨如何有效控制燃煤电厂大气汞排放，显得尤为重要，该文以三河电厂为例，分析了大气汞排放与协同控制现状，为提升现有大气污染控制设施除汞效率有一定的理论意义和实践价值

关键词：电厂 汞 排放 控制

中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（b）-0073-03

三河发电厂地处经济发达的京津冀地区，比邻首都北京，厂址位于河北省三河市燕郊镇，与北京通州隔潮白河相望。三河发电厂建厂以来对环境保护高度重视，采用烟气脱硫、脱氮并采用烟塔合一技术，利用经过处理的城市污水处理厂的中水作为供水水源，按照绿色环保电站进行建设，是我国20世纪90年代末以来建设的技术先进、环保节能型燃煤电厂。

面对国际日益严重的汞污染问题和该厂特殊的地理位置，三河发电厂率先开展了大气汞污染特征的测试，笔者选择该厂二号和三号机组，分别对除尘器前后、脱硫前后烟气中气态汞的浓度进行测试，同时，采集煤、灰、渣、脱硫石膏等样品，分析其中的汞含量，综合实测数据得出该厂汞排放特征和排放水平以及除尘、脱硫等现有大气污染控制措施的协同脱汞效率，这将对确切了解、掌握我国燃煤电厂大气汞排放规律进而指导制定有关汞污染控制标准和规范，有效控制大气汞排放，无疑具有重要的理论意义和实际意义。

1 烟气汞排放特征测试

1.1 采样和分析方法

该项目基于国内外最新研究成果，建立了燃煤电厂大气汞排放特征测试及质量保证和质量控制方法，得到了燃煤电厂烟气汞排放特征和排放规律，主要采样方法采用活性炭吸附法和安大略法（OH法）。

美国EPA Method 30B是在采样管里装入能吸附气态汞的固体吸附剂（比如碘化活性炭等）组成吸附管，同时将两根吸附管安装在采样枪的前端，直接放入烟道里面采集烟气样品，然后分析活性炭中的汞含量。该方法采样方便、快捷、操作简单，仅能采集气态总汞，目前燃煤电厂排放标准也仅仅规定了气态总汞的排放限值，所以此方法目前是各级环保部门开展汞排放监测的首选，该项目运用该方法开展烟气汞手动采样[1]。

OH法是美国试验材料学会（ASTM）根据美国EPA Method 5标准改进的专门用于采集和分析烟气中不同形态汞含量的标准方法，方法编号为D6784-02。此法适用于分别测定燃煤电厂源排放的气态二价汞、气态元素汞、颗粒态汞的含量和总汞的含量。采样过程中烟气流经一系列的吸收溶液，不同形态的汞被分别采集吸收，采集到的样品经过回收、消解，然后利用冷蒸气原子吸收分光光度法（CVAAS）或冷蒸气原子荧光分光光度法（CVAFS）进行分析测定[2]。

1.2 汞排放测试方案

该厂从2009年开始采用手动采样和在线监测的方法对大气汞排放特征进行研究。监测项目包括烟气基本参数、烟道气中总汞和分形态汞排放浓度，并同期开展煤、灰、渣、石灰石、脱硫石膏、脱硫工艺水和脱硫废水等固液样品中的汞含量分析。主要测试项目和分析测试方法见表1。

该项目以三河电厂的2#、3#机组作为研究测试对象。采用现场手动采样方法，选择2#和3#机组，分别对除尘器前后、脱硫前后烟气中气态汞的浓度进行测试。采用美国EPA 30B方法分别在3#机组除尘器前后、脱硫前后进行烟气汞采样，以及烟气基本参数现场监测；采用同样的方法对2#机组进行了采样和测试。同步采集煤、灰、渣、脱硫石膏、脱硫工艺水和脱硫废水等固液样品，并连同烟气汞吸附管样带回实验室运用汞含量分析仪（DMA-80）进行分析。根据吸附管中汞含量和同步测量的烟气流量、采样体积、温度、压力等数据，计算烟道气中气态汞的浓度。基于以上样品分析结果，综合实测数据得出该厂汞排放特征和排放水平以及除尘、脱硫等现有大气污染控制措施的协同脱汞效率。

测试分析过程中制定并严格执行了质量保证和质量控制方法。采样测试前对采样仪器和分析仪器进行了校准，对采样滤筒、采样膜等进行了检查和前期处理；严格执行采样规范和仪器操作规范，合理使用各种采样仪器和分析测试仪器；监测期间有专人负责监督生产工况，以确保生产设备、污染治理设施处于正常运行工况。

1.3 测试结果分析

表2显示了2台燃煤机组烟气汞排放浓度，可以看出，燃煤中汞含量越高，则烟气汞含量越高，表明燃煤中的汞含量是影响烟气汞排放浓度的关键因素之一。大气污染控制措施也是影响烟气汞含量的关键因素，此次测试的2台机组烟气控制措施都有静电除尘器和湿法脱硫系统，3#机组还安装了SCR，测试结果表明烟气汞含量与大气污染控制装置的协同脱汞效率有一定相关关系。可见，三河电厂目前大气汞排放远低于我国现行燃煤电厂汞排放标准。

2 烟气汞协同控制现状

目前，从发达国家对烟气中污染物排放控制的总体来看：要求越来越高，控制内容越来越细。为适应这些严格的法规，相继开发出一系列燃煤汞排放控制新技术和新方法。归结现有大气汞排放控制技术主要包括有三大类：直接利用现有大气污染控制技术和装置协同脱汞、改进现有大气污染控制技术以提高汞脱除效率以及利用新型的大气汞污染控制技术专门进行脱汞。

其中直接利用现有大气污染控制技术和装置协同脱汞主要包括：（1）燃烧前控制有煤炭洗选，能有效从源头控制燃煤汞的输入，它是一种物理清洗技术，是建立在煤粉中有机物质与无机物质的密度不同及它们的有机亲和性不同的基础上的方法；（2）燃烧中控制采取低氮燃烧或者采用循环流化床锅炉（CFB），CFB增加了颗粒的停留时间，充分利用小颗粒对Hg的吸附能力，同时增强了小颗粒的凝聚作用，有助于减少小颗粒的排放，也能有效降低烟气中的汞排放浓度；（3）燃烧后控制主要包括：①除尘设备（FF、ESP）和湿法脱硫装置（WFGD和SDA等）除汞，烟气中部分零价汞和二价汞在经过除尘器（FF或ESP）时被除去，同样除尘器（FF、ESP）也能有效地脱除烟气中的颗粒汞，由于烟气中的Hg2+化合物大部分为HgCl2，是可溶于水的，脱硫系统可通过溶解烟气中的二价汞将其捕捉；②脱硝装置（如SCR）可以将气态元素汞氧化为二价汞，从而大大提高湿法脱硫装置（WFGD）的除汞效率[3-8]。

主要大气污染控制设施汞脱除效率，表3显示了该次测试的燃煤电厂烟气控制设备的协同脱汞效率，3#机组静电除尘器的汞脱除率为25%，选择性催化还原+静电除尘器+湿法脱硫的汞脱除率为82.2%，2#机组静电除尘器+湿法脱硫的协同脱汞效率平均为72.8%。

3 结论和建议

3.1 结论

基于三河发电厂测试结果可知：3#机组测试期间燃煤中汞含量为0.048 mg/kg；2#机组第一次测试燃煤汞含量为0.103 mg/kg，第二次测试燃煤汞含量为0.062 4 mg/kg，燃煤汞含量远低于我国煤样平均汞含量0.22 mg/kg[9]。并且3#机组经选择性催化还原、静电除尘器和湿法脱硫大气污染控制设施后烟气中汞排放浓度为2.45 μg/m3，2#机组经静电除尘器和湿法脱硫大气污染控制设施后烟气中汞平均排放浓度为3.33 μg/m3。三河发电厂烟气汞排放浓度较低，属于低汞排放水平。

基于实测结果，初步得出了该厂大气污染控制设备的协同脱汞效率，3#机组静电除尘器的汞脱除率为25%，选择性催化还原、静电除尘器和湿法脱硫的汞脱除率为82.2%，2#机组静电除尘器和湿法脱硫的协同脱汞效率平均为72.8%。脱汞效率还与煤质、工况等因素有关。

3.2 建议

为了更好更有效地控制燃煤电厂汞的排放，为环保做出贡献，提出以下建议。

在现有大气污染控制设施基础上，向煤中添加一些氧化剂，能在煤燃烧过程中促进烟气中元素汞转化为二价汞，提高汞控制效率。同时可以考虑采用在除尘前的烟道中喷射吸附剂的方法，为提升现有大气污染控制设施除汞效率进行尝试。

参考文献

[1]METHOD 30B：Determination of Toal Vapor Phase Mercury Emissions From Coal-fired Combustion Sources Using Carbon Sorbent Traps，Usepa.

[2]ASTM D6784-02：Standard test method for elemental，oxidized，particle-bound，and total mercury in flue gas generated from coal-fired stationary sources（Ontario-Hydro Method）， ASTM International，Pennsylvania，USA，2002.

[3]张乐.燃煤过程汞排放测试及汞排放量估算[D].杭州：浙江大学，2007.

[4]Liang zhang，yuqun zhou，lei chen，et al.Mercury emissions from six coal-fired power plants in China[J].Fuel Processing Technology，2008，89（11）：1033-1040.

[5]Takahisa yokoyama.Mercury emissions from a coal-fired power plant in japan[J].The Science of the Total Environment，2000（259）：7-103.

[6]刘昕，蒋勇.美国燃煤火力发电厂汞控制技术的发展及现状[J].高科技与产业化，2009（3）：92-95.

[7]杨祥花.燃煤电厂锅炉系统的汞排放分析及其预测[D].南京：东南大学，2006.

[8]徐玮.燃煤烟气中汞的形态分布特征及净化设备的除汞效果[D].上海：上海交通大学，2010.

[9]王起超，沈文国，麻壮伟.中国燃煤汞排放量估算[J].中国环境科学，1999，19（4）：318-321.