燃煤汞排放控制技术王书肖清华大学环境学院 2011 年 3 月 31 日

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燃煤汞排放控制技术

王书肖清华大学环境学院2011年3月31日

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燃煤43%

炼锌24%

炼铜2%

炼铅9%

炼金6%

水泥生产5%

钢铁生产1%

燃油1%

生物质燃烧4%

汞矿开采4%

其它1%

中国大气汞排放燃煤是大气汞排放的最重要来源燃煤是大气汞排放的最重要来源

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煤炭燃烧过程中汞的释放与转化煤炭燃烧过程中汞的释放与转化

1. 煤的种类和性质 ( 如：汞 ,氯 , 溴和灰份含量 )2. 燃烧条件（燃烧器类型、燃烧温度）3. 烟气成分及飞灰特性 ( 如 : 碳 ,钙 , 多孔性 )4. 污染控制设备（脱硫、脱硝、除尘、脱汞设施）

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1. 燃烧前除汞2. 除尘 /脱硫 /脱硝协同除汞3. 专门除汞技术4. 多污染物协同控制技术5. 除汞的二次污染问题6. 除汞技术成本

燃煤汞排放的全过程控制燃煤汞排放的全过程控制

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洗煤：除汞效率在 3%至 64%之间，平均除汞率为 30%。

燃烧前除汞措施燃烧前除汞措施

煤种样品数量最小值最大值平均值烟煤 25 0.009 1.134 0.147

亚烟煤 87 0.008 2.248 0.145

无烟煤 34 0.009 0.541 0.150

褐煤 31 0.030 1.527 0.280

中国煤炭的含汞量 , mg/kg

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洗煤：除汞效率在 3%至 64%之间，平均除汞率为 30%。煤炭改质：降低 10-30%的灰份， 10-36%的硫和 25-66%的汞


Physical Separation Disposal

Thermal Processing

Raw Coal Segregation

MercuryEntrainment

MercuryDisposal

Combustion of High Btu Fuel

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洗煤：除汞效率在 3%至 64%之间，平均除汞率为 30%。煤炭改质：降低 10-30%的灰份， 10-36%的硫和 25-66%的汞混煤：混入烟煤提高烟气中 Hg2+的含量，提高 FGD的脱汞率


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洗煤：除汞效率在 3%至 64%之间，平均除汞率为 30%。煤炭改质：降低 10-30%的灰份， 10-36%的硫和 25-66%的汞混煤：混入烟煤提高烟气中 Hg2+的含量，提高 FGD的脱汞率


煤中氯的含量影响氧化汞水平

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洗煤：除汞效率在 3%至 64%之间，平均除汞率为 30%。煤炭改质：降低 10-30%的灰份， 10-36%的硫和 25-66%的汞混煤：混入烟煤提高烟气中Hg2+的含量，提高 FGD的脱汞率使用煤添加剂：添加卤素，可将除汞效率提高到 80%以上

负面影响：对锅炉和大气污染控制设施的腐蚀性飞灰的性质卤素排放对大气环境的影响


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我国燃煤锅炉汞排放测试与分析我国燃煤锅炉汞排放测试与分析基于安大略法的燃煤烟气汞排放测试与分析系统

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基于安大略法的燃煤烟气汞排放测试与分析系统赛默飞世尔燃煤烟气汞排放在线监测系统

我国燃煤锅炉汞排放测试与分析我国燃煤锅炉汞排放测试与分析

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我国燃煤锅炉汞排放测试与分析我国燃煤锅炉汞排放测试与分析开展了20余台电站锅炉和工业锅炉的烟气汞排放测试，评估了不同大气污染控制设施的协同脱汞效果

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我国电厂除尘设备的协同除汞效果我国电厂除尘设备的协同除汞效果

电厂装机MW 煤种 ESP 除汞效率排放烟气汞浓

度 ,ug/m3 电厂装机MW 煤种 ESP 除汞效率排放烟气汞浓度 ,ug/m3

1 600 无烟煤 4% 7.4 12 600 烟煤 21% 32.12 600 褐煤 4% 2.3 13 100 烟煤 25% 11.63 220 烟煤 6% 1.2 14 220 烟煤 27% 0.34 100 烟煤 11% 9.2 15 700 烟煤 31%5 300 无烟煤 13% 16.8 16 600 烟煤 33% 8.96 300 烟煤 13% 17 200 烟煤 35% 6.77 200 无烟煤 15% 9.2 18 220 烟煤 36% 1.18 600 烟煤 16% 15.0 19 600 烟煤 37%9 350 烟煤 17% 20 600 烟煤 39% 22.8

10 300 烟煤 18% 17.0 21 600 烟煤 43% 4.5

11 300 无烟煤 18% 5.1 22 135(CFB) 烟煤 99% 0.2

受煤炭汞含量、灰分含量、未燃烧碳等因素影响，静电除尘系统的汞脱除率在 4%～ 43%的范围内变化

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我国电厂除尘设备的协同除汞效果我国电厂除尘设备的协同除汞效果受煤炭汞含量、灰分含量、未燃烧碳等因素影响，静电除尘系统的汞脱除率在 4%～ 43%的范围内变化布袋除尘系统的汞脱除率可达到 80%～ 90%

电厂装机， MW 煤种布袋除尘器除汞效率排放烟气汞浓度 , ug/m3

1 50 烟煤 80% 11.5

2 200 烟煤 17% 39.1

3 50 烟煤 86% 2.2

4 200 烟煤 9% 7.4

美国烟煤 84%~93%

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我国电厂脱硫设备的协同除汞效果我国电厂脱硫设备的协同除汞效果受烟气中氧化态汞含量的影响，湿法脱硫系统的汞脱除率在 10%～ 77%的范围内变化干法脱硫 +布袋除尘系统的汞脱除率可达到 64%

电厂装机污染控制设施类型煤种 ESP 除汞效率 FGD 除汞效率总效率排放烟气汞浓度 , ug/m3 1 200 电除尘 + 湿法脱硫烟煤 35% 10% 13% 7.42 600 电除尘 + 湿法脱硫烟煤 43% 24% 27% 2.33 600 电除尘 + 湿法脱硫烟煤 4% 55% 74% 4.54 300 电除尘 + 湿法脱硫无烟煤 18% 56% 71% 6.75 600 电除尘 + 湿法脱硫褐煤 4% 77% 81% 5.1

6 165 烟气脱硝 + 电除尘 + 湿法脱硫褐煤 24% 17% 36% 1.2

7 1000 烟气脱硝 + 电除尘 + 湿法脱硫烟煤 28% 58% 70% 7.0

8 300 电除尘 +CFB 干法脱硫 + 布袋烟煤 11% 64% 68% 9.2

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选择性催化还原对协同除汞效果的影响选择性催化还原对协同除汞效果的影响提高协同除汞效果的最重要措施是使氧化汞量最大化。

选择性催化还原反应可使氧化汞的含量提高到 80%以上，从而提高湿法烟气脱硫的脱汞效率。 0%

20%

40%

60%

80%

100%

1# 2# 3# 4# 5#

Hg0Hg2+

Hgp0%

20%

40%

60%

80%

100%

1# 2# 3# 4# 5#

Hg0Hg2+Hgp

SCR 前 SCR 后 ESP 前

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可达到 95% 的脱汞效率低含量的 Ce（ Ce1-W9/Ti ）可以达到较高的脱汞效果，降低了成本，可以替代毒性高的 V-W/Ti

V-Ce-W/Ti 系列催化剂 Ce-W/Ti 系列催化剂

选择性催化还原对协同除汞效果的影响选择性催化还原对协同除汞效果的影响清华大学、浙江大学等分别开展了 SCR催化氧化除汞的研究

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提高除尘脱硫协同除汞效果的技术措施提高除尘脱硫协同除汞效果的技术措施汞脱除率与烟气中汞的氧化程度相关

Oxidizing Chemicals

Wet Scrubber

SCR

Oxidizing Catalysts

ResidueOxidizing Chemicals

Wet Scrubber

SCR

Oxidizing Catalysts

Residue

2020



2121

专门脱汞技术：吸附剂喷射除汞专门脱汞技术：吸附剂喷射除汞

溴化、氯化或者碘化活性炭显著提高除汞效率

注入吸附剂从而吸附烟气中汞，被后续布袋或静电除尘器捕集吸附剂：活性炭、活性焦、飞灰、钙基吸附剂

2222

方案 2:

方案 1:•在颗粒物控制设施之前注入吸附剂

• COHPACTM

• 飞尘再利用解决方案

专门脱汞技术：吸附剂喷射除汞专门脱汞技术：吸附剂喷射除汞

•在颗粒物控制设施之后注入吸附剂 + 小型除尘器

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活性炭注入系统

专门脱汞技术：吸附剂喷射除汞专门脱汞技术：吸附剂喷射除汞在北美已有 135套活性炭除汞系统但是由于除汞成本高，仅有 14家电厂运行

活性炭储存和给料系统

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2525

多污染物协同控制技术多污染物协同控制技术技术现状除汞效率其他污染物控制效率

Enviroscrub / Pahlman 小试 /中试 67% SO2: 99% NOX: 93-97%

电催化氧化示范 90% SO2: 98% NOX: 90%

低温氧化示范 /商业化 90% SO2: 95% NOX: 70-95%

等离子强化静电除尘小试 /中试 98% SO2: 90%

K-燃料示范 66%SO2: ~30%NOX: ~45%

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多污染物协同控制技术多污染物协同控制技术浙江大学、中国环科院、上海交大等分别开展了相关技术的研发

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2828

二次污染问题二次污染问题某燃煤电厂汞的去向和副产物中汞的浓度

PC Boiler ESP WFGD

底渣 0.1% 飞灰 28%( 一、二电场 : 10%;三～五电场 : 18%)

石膏 42%

烟气30%

燃煤100%

>99% 72%

SCR

(229 ppb)

(6 ppb)

( 粗灰 : 235 ppb;细灰 : 623 ppb)

(3404 ppb)

(7.04 μg/m3)

飞灰和石膏中汞的稳定性？

2929

二次污染问题二次污染问题常温下飞灰的析出实验表明，飞灰中的汞是稳定的烟气脱硫生成的石膏用于加工石膏板——汞的再释放？

相当于一个电厂的大气汞排放

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汞排放控制技术成本：活性炭喷射技术汞排放控制技术成本：活性炭喷射技术 360MW 机组的投资成本案例

Coal: PBR, 0.5%S, 0.07 ppm HgCost Component Amount, US$

Equipment Cost 711,116

Site Integration (materials and labor)

51,884

Taxes (6%) 45,780

Installation 124,000

General Facilities (10%) 93,278

Engineering Fees (10%) 93,278

Project Contingency (15%) 139,917

Process Contingency (5%) 46,639

Total Capital Requirement (TCR) 1,305,892

TCR, $/kW 3.6

Variable O&M cost:

$600,000/year

Fixed O&M cost:

$60,000/year

By-product impact:

$1,430,000/year

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汞排放控制技术成本：活性炭喷射技术汞排放控制技术成本：活性炭喷射技术 360MW 机组的投资成本案例

Cost Component Range

TCR 3.5 – 9.2 $/kW

Cost effectiveness (no ash impact) 13,000 – 66,000 $/kg of Hg

Cost effectiveness (with ash impact) 40,000 – 111,000 $/kg of Hg

Levelized* cost (no ash impact) 0.35 – 2.00 mills/kWh

Levelized* cost (with ash impact) 1.00 – 3.50 mills/kWh

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汞排放控制技术成本比较汞排放控制技术成本比较方法投资

成本增加的运行和

维护费用说明

燃烧前除汞高中等物理洗煤成本低于化学方法。卤素添加剂可增强汞氧化，但有腐蚀性。

混煤很低很低可能需要调整 /或改造粉煤机煤添加剂很低低没有附加的 , 固定的运行与维护成本，

通常是有专利的。静电除尘升级改造低无经改造后，没有附加的运行与维护成本

FGD协同效应最大化很低低减少汞的还原与再释放SCR协同效应最大化中等中等可能需要不同的催化剂

活性炭低高影响飞灰品质

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谢谢！谢谢！

燃煤汞排放控制技术 王书肖 清华大学环境学院 2011 年 3 月 31 日

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