GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》规定，从2015年开始执行燃煤电厂烟气汞排放限值30μg/m3的标准。因此，针对电站锅炉开发出一套切实可行的脱汞技术尤为紧迫。
目前，国内外学者针对煤粉炉中汞的排放研究较多，大多利用煤粉炉现有的污染物控制装置进行协同脱汞，而针对CFB锅炉更多的是研究其汞排放特性，而尚未提出任何适用于CFB锅炉的协同脱汞工艺。因此，本研究通过分析某300MWCFB锅炉汞排放特性，在充分利用现有装置的基础上，设计出一套协同脱汞工艺，并通过实际应用研究工艺的可行性。
试验主体为某煤矸石电厂一台1060t/h亚临界中间一次再热裤衩腿型带有外置床式循环流化床锅炉，炉膛两侧依次布置4台高温绝热式旋风分离器、4台U型返料器、4台外置式换热器，风水冷渣器和滚筒冷渣器相结合。污染物控制装置采用布袋除尘器(简称FF)，炉内喷钙干法脱硫。
一、燃煤中汞形态的转化
煤中汞的析出比例随着温度的升高而增高，当温度达到873K时，汞的析出比例就达到了90%而在实际电厂锅炉的炉膛高温条件下(煤粉炉为1100-1300℃，CFB锅炉为850-950℃)，煤中的汞基本上全部挥发出来，并且气态单质汞Hg0(g)是此温度条件下唯一的热力学稳定的形态因此，煤燃烧过程中汞排放和控制的研究应该以尾部烟道内烟气中汞的形态转化规律为重点烟气进入尾部烟道后，烟气温度逐步降低，Hg0(g)的迁移会有两种不同途径:一种是Hg0(g)与烟气其它成分发生均相氧化反应而生成气态的氧化态汞Hg2+(g);二是未氧化的Hg0(g)和生成的Hg2+(g)与固态产物发生气固吸附作用而成为颗粒态汞Hg(p)，并且在很多情况下会伴随着Hg0(g)与固态产物的非均相催化氧化作用[2]Hg(p)可以被除尘器捕获，Hg2+(g)也可以直接被湿法脱硫装置脱除最后未被转化并脱除的Hg0(g)和Hg2+(g)则直接排入大气，通常情下Hg0(g)在汞的大气排放分布中占最大比例因此，将Hg0(g)转化为Hg2+(g)，并使更多的Hg2+转化为Hg(p)就是脱汞的关键
二、煤及燃烧产物汞含量分析
2.1 煤样分析
研究机组燃用的煤矸石，其工业分析和元素分析如表1所示。
表中数据表明，该机组燃煤硫含量较低，为低硫煤(0.50%≤Sad≤0.90%)，该电站燃用煤种汞平均质量分数为380.2ng/g，高于我国燃煤平均汞质量分数220ng/g，氯质量分数较低，为420.5mg/kg，低于我国煤炭平均氯含量500mg/kg氯汞比为1106。
2.2底渣底灰飞灰现场采样及分析研究
底渣底灰飞灰的采样位置:底渣分别从风水冷渣器和滚筒冷渣器取样(BA1BA2)，底灰从省煤器下面两个灰斗中取样(FA1FA2)，飞灰从布袋除尘器下的3个灰斗中取样(FA3FA4FA5)，煤(CM)灰渣中汞的质量分数，采用酸湿法测量方法，遵循GB/T15555.1-1995固体废物总汞的测定冷原子吸收分光光度法，同一样品测量重复3次，测量结果取3次平均值，吸收消解和分析所用的化学试剂为优级纯;烟气(FG)中汞的测量采用莱伯泰科MD-254便携式在线监测气体测汞仪;检测灰渣的烧失量LOI使用的是WS-G150智能灰分测试仪，飞灰比表面积由BET氮气吸附仪测定，飞灰的粒度由BT-2001型激光粒度分布仪(干法)测定，测量结果如表2所示。
三、循环流化床锅炉汞排放特性研究
3.1汞总质量平衡的计算
试验时过量空气系数为1.4，经计算得1kg煤完全燃烧所产生的理论烟气量为6.02m3，燃烧添加石灰石时，根据表2算出当工况分别为225MW和300MW时，汞的总质量平衡分别为118.6%和124.8%因为总平衡计算中误差受到很多因素影响，一般如果总平衡在70%-130%，就说明测量结果可以接受[3]。
3.2汞排放特性
从表2可以看出，燃烧产物底渣底灰飞灰以及烟气中的汞含量随着锅炉负荷的升高而升高，这与文献[4]试验结论一致，原因可能与炉内飞灰颗粒浓度及飞灰粒径的改变有关由表2还可以看出，灰中汞含量与灰的中位径呈负相关性，即随着灰的中位径减小，灰对汞的吸附趋于增加基于表2数据，计算出汞在燃烧产物中的分布比例，列于表3，并归纳表2的数据，得到了灰中汞含量与灰的LOI和比表面积的关系，如图1所示。
四、循环流化床锅炉协同脱汞工艺的设计
4.1 烟气汞含量超低排放工艺设计的目的及原理
虽然该研究机组烟气中的汞排放目前基本上能满足现行环保标准，但以此为标准每年会产生0.18t的汞，依然会对环境造成非常大的危害，因此为了进一步降低烟气中的汞含量，达到汞的超低排放，针对该厂现有污染物控制装置，在不影响机组运行的情况下，设计出一套协同脱汞工艺协同脱汞工艺设计原理:该电站现有污染物控制装置是在炉内脱硫装置的基础上增加了尾部增湿活化装置，除尘采用布袋除尘器，因此针对现有装置，选择炉前添加氧化剂使更多的Hg0转化为Hg2+，尾部增湿活化装置使更多的Hg2+转化为Hg(p)，从而被FF捕集，实现汞的超低排放工艺如图2所示。
4.2协同脱汞工艺系统
炉前脱汞工艺：炉前选择添加1%CaBr2，主要作用是氧化Hg0，增加Hg2+在总汞中的比例，从而达到脱汞的目的虽然氯元素确实是氧化Hg0的关键元素，但考虑到氯对锅炉受热面可能会引起严重腐蚀，因此选择腐蚀性相对较小但仍具有较强氧化性的同族卤素元素溴(Br)有实验燃煤分别添加1%、3%、5%的CaBr2，虽然5%CaBr2对Hg0氧化效果最好[7]，但5%CaBr2相对于1%CaBr2对Hg0氧化率只提高了7%，因此基于对受热面的腐蚀性以及经济性的考虑，选择1%的CaBr2较为合适CaBr2氧化Hg0的机理为：
CaBr2+H2O→CaO+2HBr(1)
4HBr+O2→2Br2+2H2O(氧充足)(2)
2HBr→Br2+H2(氧不足)(3)
Hg0+Br2→HgBr2(4)
Hg0+2HBr→HgBr2+H2(5)
为了使CaBr2可以更好地和燃料进行混合，提高CaBr2的利用率，为输煤皮带安装了超前控制，将CaBr2粉末均匀的落入输煤皮带上，进入煤仓进行第一次混合，再由刮板给煤机将混合后的燃料送入炉膛的返料腿，在返料腿进行二次混合，随着高温返料一起进入炉膛，提高了CaBr2的利用率。
炉后脱汞工艺：烟道尾部选择在空预器后面安装尾部增湿活化装置，增湿活化剂喷射与计量系统为独用系统，均设置在各台机组锅炉尾部烟道空气预热器出口的水平烟道附近，增湿活化剂配送系统的末端采用对母管进行一分二二分四后，每组再分出8支喷枪，安装有雾化效果较好的雾化喷嘴，每台机组共计32支喷枪，16长16短，间隔分层布置，可使增湿活化剂雾化后均匀分布于整个水平烟道内，使其与烟气飞灰均匀混合，提高脱硫脱汞效率;活化剂喷射量主要采用末端4个分母管上的分组流量计来计量的，每组单独计量，互不干扰，总喷射量为4台流量计喷射量之和每台炉增湿活化装置耗水量为7.8t/h(年耗水量为42900t/y)脱硫方面，飞灰中干燥的有效脱硫剂CaO颗粒几乎不能直接与烟气中SO2发生反应，喷水可以活化飞灰中的CaO，水化生成Ca(OH)2后，电离出Ca2+与HSO3接触发生酸碱中和沉淀反应，提高脱硫剂的利用率，使本来缓慢的气-固相间反应转化为溶液内瞬间离子反应，达到二次脱硫的效果;脱汞方面，由于毛细现象，在与液体接触时，液体会浸入飞灰内部喷入的水将颗粒状态的CaBr2或HgBr2溶解，使其一同浸入到飞灰发达的孔隙中，发生吸附或吸收，也就意味着更多的CaBr2或HgBr2转化为颗粒态汞，易于被布袋除尘器捕集在尾部增湿活化的过程中，会存在汞的再释放问题由于溶液中的SO42-，HSO3-对Hg2+还原作用所致，反应机理为:
影响汞的再释放的因素:
(1)温度实验显示烟气温度越低，越抑制Hg0的再释放，但是，并不代表烟气温度越低越好，要结合SO2的脱除效率综合考虑
(2)pH由式(6)可知，pH值越低，H
+越多，反应越不容易正向进行，即抑制Hg0的再释放，但过低的pH，降低了SO2的脱除效率，且对设备有腐蚀因此，针对汞再释放的问题还需要更深入的研究，找出更好地控制方法来解决增湿活化过程中汞再释放的问题布袋除尘器协同脱汞:烟气经过增湿活化装置后，分成4股烟气分别进入4个除尘室，每个除尘室布置有27个布袋除尘器，用来捕捉吸附在飞灰上的颗粒态Hg(p)选择布袋除尘器的原因是，布袋除尘器(FF)本身比电除尘器(ESP)更能脱除细小的颗粒物(0.1μm以上粒径颗粒捕集效果达到99%)，其次，烟气通过布袋除尘器的过程中，飞灰与气体的接触时间为5min左右，远高于烟气经过ESP的时间，延长了飞灰与烟气的接触时间，促进了飞灰对汞的吸附;此外，气态汞或多或少通过滤质渗透，可以捕捉一部分的气态汞。
五、结论
通过对某300 MW CFB锅炉汞排放规律的研究，得出结论：
(1) 利用试验结果计算两种工况下汞的总质量平衡分别为118.6%和124.8%，说明测量的汞含量的结果具有较高的准确性。
(2) 由实验数据分析出飞灰中汞含量与飞灰的含碳量和其比表面积呈正相关性，燃烧产物中汞含量随着负荷的升高而增加，分析了CFB锅炉在脱汞方面存在的巨大优势。
(3) 为了进一步降低烟气中的汞含量，实现超低排放，设计出针对该类型CFB锅炉的协同脱汞工艺，并分析该工艺的可行性。
原标题：300MW CFB锅炉协同脱汞工艺研究及试验
