[发明专利]一种脱除燃煤烟气中总汞的方法

说明书

技术领域

本发明涉及脱除燃煤烟气中汞污染物的方法，具体涉及用于各大电厂及工业锅炉厂等燃煤企业所排放的烟气中汞污染物的脱除方法。

背景技术

汞由于其特有的易挥发性、持久性和生物积累性已成为最受关注的有毒金属元素大气污染物，成为继SO₂和NO_X之后又一类需要进行大规模控制的大气污染物。据统计：全球每年因人为因素引起的大气汞排放在2000-3400t。其中燃煤过程引起的汞排放量约占1/3，成为最大的人为汞污染源。

我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭在一次性能源消费中的比重约占2/3。全国主要产煤省份的煤样分析表明：我国原煤平均汞含量为0.22mg/kg，接近于美国的平均值0.17mg/kg，远高于地壳汞的平均丰度0.08mg/Kg和世界原煤平均汞丰度0.12mg/Kg。加之原煤的洗选率普遍偏低，使得燃煤汞的排放量甚大。燃煤排放的汞已对我国大气环境造成了严重污染。

鉴于燃煤汞排放日益严重，美国环保署(US EPA)在2000年12月14日宣布将在1990年清洁空气修正案(CAAAs)第Ⅲ款的基础上，对燃煤电厂汞排放实施控制。2003年的总统清洁空气法案(President’s Clear Skies Act of 2003)已明确提出了美国未来大气汞污染的消减计划。到目前为止，国内外有关燃煤烟气脱汞技术还处于中试和试运行阶段，这些控制技术主要有：烟道气上游吸附剂/吸收剂喷入法、现有各种烟气控制装置脱汞法等等，下面作简要的介绍。

(1)烟道气上游吸附剂/吸收剂喷入法

(1.1)粉未活性碳(PAC)喷入法

该法最早用于城市垃圾燃烧(MWC)或城市垃圾焚烧(MWI)中烟气脱汞。它的工作原理是：将PAC直接喷入烟道气上游，通过PAC的吸附作用而达到脱汞。目前该法已在燃煤锅炉上进行了试运行，其脱汞率与煤种、锅炉的工况条件以及活性碳的喷入量密切相关。

采用PAC喷入法，一般烟煤的脱汞率高于亚烟煤和褐煤。活性炭是非选择性的吸收剂，为了提高吸收量，通常要在活性炭中添加一些助剂，比如硫、碘、氯、硝酸等，这样不但增加了吸收成本，同时还会带来对设备的腐蚀和沉积等问题。

PAC喷入法的脱汞费用目前仍相当昂贵。这是因为烟气中的汞含量甚低且汞的存在形态随着煤种和燃烧工况条件的不同而不同，并受到活性碳较低的平衡吸附容量、质量转化率和烟气中的分布均匀性等因素的影响，加之气相与固相之间的接触时间短促，且活性碳还可能吸附烟气中的其它组分，想要达到活性碳对汞的饱和吸附量200-5000μg/g非常困难。而且试验过程中要求活性碳的粒度极细(μm级)，喷入量极大，例如：对于烟气中汞含量为10μg/Nm³，停留时间为2s，想要达到90％的脱汞率，需要Hg/C比值为1∶3000(4μm)和1∶18000(10μm)，这使得脱汞费用极其昂贵。据美国能源部(US DOE)估计：要达到90％的脱汞率，其投资应在2.5-7万美元/吨汞。虽然也有将活性碳用碘、硫等试剂进行浸泡处理，一定程度上可提高脱汞率，但脱汞后受污染的活性碳的后处理难度也会相应加大，况且用碘进行浸泡本身的费用就相当昂贵。

(1.2)四硫化钠喷入法

四硫化钠(Na₂S₄)法是美国Babcock电力公司开发出的一种烟道气汞的吸收方法。它的工作原理是：将Na₂S₄直接喷入含汞烟道气上游，通过Na₂S₄与不同形态汞之间的化学反应，最终生成HgS来实现脱汞。试验是在美国南方研究院(Southern Research Institute)的燃煤装置上进行的，所燃煤种分别为典型的东部烟煤和西部PRB(Powder River Basin)亚烟煤，它们燃烧后所排烟气中汞的存在形态差异较大，前者以Hg²⁺为主，后者则以Hg⁰居多。通过试验研究表明，若在烟道气中喷入Na₂S₄，可通过如下反应实现烟气脱汞：

Na₂S₄+HgCl₂＝HgS+2NaCl+3S⁰                    (1)

Hg⁰+S⁰＝HgS↓                                 (2)