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在燃煤中加入微量脫汞添加劑可促進(jìn)燃燒及煙氣遷移過程中汞的氧化及形態(tài)轉(zhuǎn)化，從而大幅改善現(xiàn)有環(huán)保設(shè)施對(duì)汞的協(xié)同脫除效果。320MW超低排放機(jī)組入爐煤添加劑脫汞試驗(yàn)研究表明，添加CaBr₂使得入爐煤含溴增加70μL/L左右，SCR脫硝系統(tǒng)對(duì)元素汞的氧化率可提高90%，布袋除塵器脫汞率提高13.64%，脫硫系統(tǒng)脫汞率提高11.7%，而濕法脫硫漿液汞的二次釋放等對(duì)終端汞的排放有著不同程度的影響。

本文參照美國燃煤電廠汞排放限值，即煙氣總汞排放濃度不大于1.5μg/m³(6%O₂折算濃度)的控制指標(biāo)，通過320MW典型機(jī)組燃煤添加劑脫汞試驗(yàn)研究，通過在煤中添加溴化鈣溶液，結(jié)合燃燒實(shí)現(xiàn)對(duì)元素態(tài)汞的選擇性氧化，結(jié)合后續(xù)環(huán)保設(shè)施實(shí)現(xiàn)對(duì)汞的協(xié)同控制和有效減排，為燃煤電站汞污染源頭控制和協(xié)同減排提供了參考案例。

1 方法與試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)機(jī)組及配套環(huán)保設(shè)施現(xiàn)狀

某電廠320MW機(jī)組采用上海鍋爐廠制造的SG-1025/18.3-M831型亞臨界強(qiáng)迫循環(huán)汽包鍋爐，π型布置，平衡通風(fēng)，四角噴燃，該機(jī)組配套建有超低排放設(shè)施，分別采用SCR脫硝、高效袋式除塵和石灰石-石膏濕法脫硫，SO₂、NO_x、顆粒物排放濃度分別低于30、50、5mg/m³。

1.2 燃煤脫汞添加劑及其添加系統(tǒng)

試驗(yàn)采用在給煤機(jī)平臺(tái)安裝溴化鈣添加系統(tǒng)，溴化鈣添加系統(tǒng)將儲(chǔ)罐內(nèi)的溴化鈣溶液分成5個(gè)支路，根據(jù)控制指令將溴化鈣溶液添加到5個(gè)給煤機(jī)里，用于研究溴化鈣溶液對(duì)汞脫除的影響。試驗(yàn)添加劑為質(zhì)量濃度52%溴化鈣溶液，21℃下密度大于等于1.7g/mL。

1.3 汞采樣及測(cè)試分析方法

采用美國Tekran 3300汞在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣態(tài)汞價(jià)態(tài)及總汞濃度變化。采用美國Apex instrument公司30B便攜式汞采樣系統(tǒng)，Lumax活性炭吸附總汞管及分價(jià)態(tài)管進(jìn)行手工檢測(cè)與比對(duì)分析，具體參照美國EPA 30B煙氣汞采樣方法和中國HJ 917-2017《固定污染源廢氣氣態(tài)汞的測(cè)定活性炭吸附/熱裂解原子吸收分光光度法》。

通過對(duì)320MW機(jī)組開展了汞平衡校驗(yàn)測(cè)試，汞質(zhì)量平衡率為爐渣、飛灰、脫硫石膏、脫硫廢水、煙氣中排放汞量與燃煤含汞總量的比率，汞質(zhì)量平衡率93.38%，滿足微量汞分析70%~130%要求。

2 結(jié)果與討論

鹵素對(duì)零價(jià)汞氧化效果非常好，在燃煤及其煙氣中添加鹵素可增加煙氣中的氧化汞含量，不同的鹵族元素對(duì)燃煤煙氣中汞氧化的選擇性不同，溴氧化汞的選擇性要優(yōu)于其他鹵素。在眾多溴化物中，因溴化鈣的熱分解溫度低，添加溴化鈣的煤燃燒分解后的溴在燃燒及煙氣排放過程中，會(huì)顯著提高汞的氧化率，適量的溴化鈣溶液添加不會(huì)腐蝕鍋爐及管道，從而在燃煤電廠脫汞領(lǐng)域得到廣泛使用。

2.1 溴化鈣添加量對(duì)汞氧化效果的影響

試驗(yàn)期間燃用同一低硫煤種，調(diào)整控制鍋爐負(fù)荷基本穩(wěn)定在260±3MW，脫硫入口SO₂濃度815~825mg/m³，采取分段逐級(jí)提高燃煤中CaBr₂溶液添加量后在除塵器入口采樣分析考察CaBr₂添加量對(duì)汞形態(tài)影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 脫汞試驗(yàn)中CaBr2添加量的影響

當(dāng)CaBr₂溶液添加量逐步增加時(shí)，煙氣中離子汞濃度占總汞濃度從50.4%增加至96.8%。而史曉宏等研究證明Br在煤中含量大于20μL/L后對(duì)元素汞的氧化效果達(dá)到85%以上。說明溴素添加存在經(jīng)濟(jì)用量區(qū)間或最佳適用窗口值，即便再大幅添加溴素添加量，氧化效果提高也不明顯，反而有系統(tǒng)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 燃煤SO₂濃度對(duì)添加溴化鈣氧化汞的影響

試驗(yàn)期間燃用兩種熱值及汞含量接近的煤種A和B，調(diào)整控制鍋爐負(fù)荷基本穩(wěn)定在260±3MW，燃用A煤時(shí)脫硫入口SO₂濃度802~830mg/m³，燃用B煤時(shí)脫硫入口SO₂濃度1223~1265mg/m³。

硫分高的煤種同樣氧化效果需要的CaBr₂溶液經(jīng)濟(jì)添加量明顯要多一些，可見溴對(duì)汞有著較好的氧化選擇性，而燃煤硫分增加，燃燒后煙氣中SO₂濃度增加，會(huì)增加對(duì)汞與溴氧化反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)力，一定程度上抑制汞的氧化。對(duì)硫分高的煤種同樣條件下需要相對(duì)提高CaBr₂溶液經(jīng)濟(jì)添加量宜滿足高的汞氧化率。

圖2 CaBr₂脫汞試驗(yàn)中燃煤硫分的影響

2.3 添加CaBr₂對(duì)SCR協(xié)同除汞效果分析

試驗(yàn)的主力煤種為印尼煤、神木煤，神木煤中氯元素含量在109~113μL/L，印尼煤氯元素含量25~56μL/L。燃印尼煤和神木煤在未添加溴化鈣前，在煤中氯元素及脫硝催化劑的影響下，元素汞的氧化效率在50.4%~9.2%；添加溴化鈣溶液后，離子汞占比明顯提高。

燃神木煤時(shí)添加溴化鈣溶液5L/H，SCR對(duì)元素的氧化效率提升到90.8%。燃印尼煤是添加溴化鈣溶液10L/H，SCR對(duì)元素汞的氧化效率提升到97.4%。測(cè)試表明在煤中添加溴30~73.5μL/L時(shí)，就元素汞氧化率達(dá)90%以上。

2.4 添加CaBr₂對(duì)袋式除塵器協(xié)同除汞效果分析

CaBr2添加對(duì)布袋式除塵器脫汞影響見圖3。

圖3 Ca Br2添加對(duì)布袋除塵器脫汞效果

如圖3所示，硫分0.7%的煤種C和硫分0.3%煤種D，在未添加CaBr₂之前布袋除塵器對(duì)汞的脫除效率分別是31.8%和52.8%。增加CaBr₂添加達(dá)到煤中溴的含量大約70μL/L，布袋除塵器對(duì)汞協(xié)同脫除效率提高分別到50.9%和60.2%，主要是因?yàn)?，添加溴化鈣溶液后，提高了燃燒過程以及SCR對(duì)汞的氧化，離子態(tài)汞易于被多孔飛灰及其微細(xì)顆粒物表面吸附，尤其是有利于布袋除塵器表面的飛灰濾餅層對(duì)汞過濾捕集和脫除。

2.5 添加CaBr₂對(duì)脫硫協(xié)同除汞效果分析

研究表明安裝有SCR的電廠，脫硫系統(tǒng)對(duì)汞的脫除率約40%，具體受到脫硫系統(tǒng)運(yùn)行液氣比、漿液pH變化和脫硫系統(tǒng)汞二次釋放等因素影響。如圖4所示，燃用煤種C和煤種D，在未添加溴化鈣之前濕法脫硫系統(tǒng)對(duì)汞的脫除效率分別是31.7%和8.47%。添加CaBr₂后對(duì)汞協(xié)同脫除效率分別提高到43.9%和19.7%。燃燒煤種D時(shí)，脫硫?qū)拿摮实褪且驗(yàn)槊摿蛩嬖趪?yán)重的二次釋放。

圖4 CaBr2添加對(duì)濕法脫硫脫汞效果

3 結(jié)語

(1)燃煤電廠汞污染控制宜優(yōu)先考慮現(xiàn)有設(shè)施的協(xié)同脫汞措施。如不滿足要求，可在此基礎(chǔ)上，優(yōu)先考慮煤基添加劑脫汞方案，不增加大型設(shè)備，占地極少，對(duì)現(xiàn)有機(jī)組及環(huán)保設(shè)施幾乎沒有影響，也未增加生產(chǎn)運(yùn)行的工作量。

(2)試驗(yàn)研究表明煤中添加CaBr₂溶液可提高燃燒和排放煙氣過程中元素汞的氧化率，提高離子汞的占比，不同程度的改善提高單一環(huán)保裝備對(duì)汞的脫除率，利于沿著煙氣治理流程充分利用脫硝、除塵、脫硫等現(xiàn)有環(huán)保設(shè)施對(duì)汞污染物協(xié)同減排。