燃煤电厂汞的释放研究
摘要本文研究了电厂中汞释放规律，常规燃煤电厂装备静电除尘器和湿式烟气脱硫系统。
在锅炉全负荷运行期间，采集了煤矿，煤矿灰，ESP（电除尘器）灰以及除尘后的颗粒进样和出样。
固体中的汞浓度在进行适当的处理和酸解以后用冷蒸汽原子吸收光谱测定法进行测量，气态汞用高锰酸钾和硫酸的混合溶液收集后通过冷蒸汽原子吸收光谱测定法进行测量，该结果用来检测：①汞浓度在发电厂中的相对分布；②用MALT-2计算模型来均衡汞的存在形式；③烟囱排放中的汞浓度。
烟道气中总的汞浓度分别是1.113，0.422 和0.712 ugm3N。
在烟囱排放中超过99.5%的汞以气态形式存在，固体颗粒形式所占的比例是极少的。
汞在ESP，FGD和烟气道中的相对分布分别是从8.3到55.2%，13.3到69.2%和12.2%到44.4%。
结果表明燃烧条件而不是煤中的汞浓度和污染控制设备的效率是煤电厂中影响汞排放的重要因素。
用MALT2程序计算的汞均衡分布情况表明用浓缩机制来解释汞的存在形式对电除尘器中汞的去除效率变化的影响是非常有必要的。
关键词燃煤电厂；释放研究；汞
引言
燃煤电厂的汞释放规律，对某电厂燃烧的三种形式的煤，含汞量分别为：0.0063，0.0367和0.065 mg/kg。
基于研究结果，本文进行了以下内容的测量：①物料守恒；②汞浓度在发电厂中的相对分布；③汞存在形式的平衡计算；④烟囱排放中的汞浓度。
1 实验方法
1.1 取样
在锅炉全负荷运行期间，我们采集了进样和出样例如煤矿，粗灰（炉渣，煤渣，空气预热器灰，省煤器灰，引风机灰），ESP（电除尘器）灰，FGD（烟气脱硫）石膏，烟道气，处理水。
1.2 测量
固体中的汞浓度检测方法为对样品进行合适的预处理后用冷蒸汽原子吸收光谱测定法进行测定。
总的气态汞在非等速条件下使用高锰酸钾和硫酸的混合溶液在撞击滤尘器中收集。
收集样品中汞浓度用冷蒸汽原子吸收光谱测定法进行检测，检测之后的废液酸解[1]。
2 结果与讨论
2.1 电厂中汞的相对分布
粉状煤颗粒的燃烧最为复杂，它经历了碳化过程、可溶物质的聚集及挥发性元素的气化过程。
煤内的微量元素在燃烧过程中变成了粗灰分、ESP灰、FGD 反应物及烟道气。
根据它们的表现不同，大体分为三类。
第一类（不具有挥发性的物质）
这些元素在1200-1600℃的火炉中具有低挥发性，而且没有聚集成燃烧底灰和飞灰的趋势。
第二类（挥发后冷凝浓缩的物质）
这些蒸发后浓缩的元素，在电除尘器的温度范围（140～350℃）内倾向于聚集在细小的颗粒上。
第三类（挥发后不冷凝浓缩的物质）
这些极易蒸发的元素即使在废气清洗温度（50-60℃）时仍然处于气态。
粗灰包括熔渣，省煤器灰，机械旋风灰和空气加热灰。
汞在粗灰，电除尘器（ESP），烟气脱硫装置（FGD）和烟囱中的相对分布范围分别为：0.5%～1.9%，8.3%～55.2%，13.6%～69.2% 和12.2%～44.4%，其分布情况根据煤种类的不同而变化。
三号煤的燃烧所释放的汞多于通过烟气脱硫装置（FGD）分散或移除的汞（69.2%）的一半，而一号煤燃烧所释放的汞多于通過电除尘器分散或移除汞（55.2%）的一半。
因为在该研究中煤燃烧发电厂中ESP和FGD两种装置在同样的条件下运行，所以煤种类的不同可能是影响ESP和FGD运行效率的一个主要因素。
2.2 汞分布的影响因素
汞的形式影响废气控制系统的移除效率。
为了弄清楚汞在ESP中的移除效率，三种煤的燃烧气体中的汞种类的均衡分布用化学均衡模型MALT-2进行计算，该模型根据物质守恒系统最大限度得减少化学物质的吉布斯自由能。
除了经典的燃烧产物N2、O2、H2O、CO、CO2、SO2、SO3、NO、NO2和HCl等以外，主要的气态燃烧产物有：气态的Hg、HgCl2、HgCl、HgO、HgH 和HgS，液态和固态形式的有Hg、HgO （红色晶体）、HgCl2、Hg2Cl2、HgS （黑色）、HgS（朱红色）、HgSO4、H2SO2。
在锅炉温度（高于1200℃）下，汞元素主要存在于烟道气中，对于煤燃烧而言，汞的其他存在是可以忽略不计的。
随着废气温度的下降，Hg开始向HgCl2转化。
对于3.1.2号煤而言，转化的起始温度依次是750，650，550摄氏度。
HgCl2浓度变得稳定并在管道气中占主要成分是在400，350，300摄氏度时开始的。
如果在煤炭中汞浓度和氯浓度提高，那么汞到氯化汞的转变温度也随之升高。
燃烧
这三种煤时，在锅炉出口处（温度为300～400℃）汞的主要存在形式为气态氯化汞，然而在污染控制设备的进口处，汞单质及氯化亚汞也能够被检测到。
平衡常数计算表明汞不可能形成任何的浓缩物质即使在ESP温度下（150℃）。
这解释了汞的存在形式导致了汞在电除尘器中去除效率的变化。
研究重要痕量元素的浓缩机制以及不同形式的汞与烟道气中颗粒物之间的相互作用是非常有必要的[2]。
2.3 排放的烟气中汞浓度
1、2、3号煤燃烧排放的烟气中总的汞浓度分别为1.113，0.422 和0.712 ugm3N。
烟气中超过99.5%的汞以气态形式存在，并且颗粒状汞所占的比例是极少的。
3 结论
（1）1、2、3号煤燃烧排放的烟气中总的汞浓度分别为1.113，0.422 和0.712 ugm3N；
（2）汞在粗灰，电除尘器（ESP），烟气脱硫装置（FGD）和烟囱中的相对分布范围分别为：0.5%～1.9%，8.3%～55.2%，13.6%～69.2% 和12.2%～44.4%，其分布情况根据煤种类的不同而变化。
三种煤的燃烧气体中的汞形式的均衡分布用化学均衡模型MALT-2进行计算，结果表明研究浓缩机制来解释汞的存在形式导致了汞在电除尘器中去除效率的变化是非常有必要的；
（3）烟气中超过99.5%的汞以气态形式存在，并且颗粒状汞所占的比例是极少的；
（4）进一步研究汞在烟气道中的形成机制及模型是很有必要的。
参考文献
[1] 武成利，曹晏，李寒旭，等.循环流化床燃煤锅炉中的汞迁移研究[J].燃料化学学报，2012，40（10）：1276-1280.
[2] 喻敏，董勇，王鹏，等.氯元素对燃煤烟气脱汞的影响研究进展[J].化工进展，2012，31（07）：1610-1614.。