:汞是一种有毒的物质，能够在生物体内永久积聚，对生物体造成严重的危害。由于具有不易被微生物降解和可以长距离输运的特性，其对生态环境的污染具有全球性和持久性。据报道，大气中约31%的汞来源于燃煤电厂的煤燃烧,居人为汞排放源的第一位。我国进入“十三五”以来，对大气污染物的控制日趋严格，2011年颁布并在2015年正式实施的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中，再次大幅下调了燃煤发电厂烟尘、SOx、NOx等大气污染物的排放限值，并首次提出了重金属汞排放限值低于0.03mg/m3。
锅炉的炉型是影响燃煤过程中汞释放行为的一个重要因素。我国燃煤电厂目前主要应用的是煤粉锅炉和循环流化床锅炉两大炉型。煤粉炉(PC)是以煤粉为燃料而命名的，它的燃烧特点是燃料随空气一起进入燃烧室中进行燃烧。具有燃烧迅速完全、效率高、较高的自动化等优点，适合于发电厂的大型锅炉。循环流化床(CFB)锅炉是清洁煤技术中商业化程度最好的设备之一，它能适应多煤种，负荷的可调节范围大，在炉内燃烧时添加石灰石可实现低成本减少SOx排放，分级燃烧可以有效降低NOx排放，灰渣能综合利用。这些优点使得循环流化床锅炉在我国也得到了较广泛的应用。
1PC锅炉汞的排放特性和迁移行为
煤在锅炉中燃烧后，其中汞的去向包括烟气、脱硫石膏、飞灰、废渣和废水、底灰五部分。Wang等对贵州省安装了静电除尘器+湿法脱硫装置(ESP+WFGD)的3座煤粉炉电厂(其中2座烟煤，1座无烟煤)进行了汞含量测定，结果表明外排烟气的汞浓度范围为4.53~6.69μg˙m-3，总汞的控制效率为68%~81%，汞的排放因子为32~75mgHg˙t-1。刘军娥等[11]在对4种燃烧烟煤的煤粉炉研究中显示，汞在烟气中分别占57.99%、62.17%、85.8%、56.77%;脱硫石膏中的比例为36.46%、25.40%、9.5%、31.9%;汞能被飞灰吸附，分别为5.53%、12.4%、3.62%和11.32%;底渣中汞含量较少。周劲松等也得出了相似的结论。同时其研究发现，燃煤电厂煤粉锅炉煤中的汞主要以气态形式排出，少量留在固态物中。煤粉炉一般燃烧的大多都是灰分含量较少的煤，像烟煤、无烟煤等，不会产生大量的飞灰去吸附其中的汞，因此烟气中的汞比重较大。
当然，对于同样的煤粉炉，樊保国等对两种高灰煤(灰分含量分别为25.14%和30.19%)进行了研究，发现69.17%和85.10%的汞分布在飞灰中，11.65%和3.55%的汞分布在脱硫石膏中，19.15%和10.93%的汞分布在烟气中，其余的分布在底灰和废水中。郭欣等对青山4个煤粉锅炉电厂进行了研究，4个电厂的静电除尘器中飞灰粒径范围分别为0.07~103.58、0.07~65.81、0.05~41.43、0.05~19.31μm，飞灰含碳量分别为3.03%、3.2%、4.98%、2.88%，样品中汞的含量为0.080、0.124、0.289、0.069μg/g。表明电厂飞灰粒径和含碳量影响其对汞的吸附。朱珍锦等对大型煤粉炉电厂进行了研究，发现改变煤粉炉锅炉负荷对汞排放有一定影响，当锅炉负荷逐渐降低(300、250、200MW)时，底灰、底渣和飞灰中的汞含量也随之降低。锅炉的负荷减小意味着给煤量减小，炉膛温度会降低，导致飞灰中的含碳量增加，飞灰对汞的吸附程度与其含碳量呈正相关，飞灰对汞的吸附作用变强，但是由于给煤量的减少，进入锅炉内的汞含量变少，使得飞灰中的汞含量也降低。除此之外，唐念等对两台大型煤粉炉做了研究，两个锅炉的汞的质量平衡分别为80%、87.4%。通常汞的总体平衡会有一定的误差，一般认为70%~130%的误差是可以接受的。
2CFB锅炉汞的排放特性和迁移规律的影响
随着CFB锅炉的大量使用，致使其对汞排放的影响也受到了广泛的关注。CFB锅炉烟气中HgP占较多的比例，烟气中的HgP比Hg0和Hg2+更容易去除，HgP可以通过静电除尘器(ESP)或者布袋除尘器(FF)去除。段钰锋等对某安装有超高压循环流化床蒸汽锅炉的热电厂研究结果表明，烟气中没有氧化汞，进入ESP前颗粒汞占97.5%。这主要是因为CFB锅炉中大量的飞灰对汞强烈的吸附作用，使得Hg0和Hg2+吸附在飞灰上转化为HgP，在随后的ESP中被除去。殷立宝等对江苏某电厂装有CFB机组实测数据显示进入ESP/FF前，烟气中HgP占了99.13%，几乎没有检测到Hg0和Hg2+。同时发现，同一装有循环流化床锅炉燃煤机组是否掺烧石灰石，汞的形态也有较大变化，掺烧石灰石后，烟气中的HgP(ESP前)增加了25.59%。掺入的过量石灰石，经过煅烧生成氧化钙有研究者认为过量的氧化钙可能对烟气中的Hg2+产生较强的吸附作用而生成HgP。白建云等也发现向循环流化床锅炉内加入脱硫剂石灰石能促进气态汞转化为颗粒态汞。同时其研究还表明，具有低温分段燃烧优点的CFB锅炉使得飞灰的烧失量比煤粉炉要高，并且CFB锅炉有旋风分离器和外置床，使得飞灰有较长的停留时间，有利于比表面积较大的飞灰对汞的氧化物的吸附。还有学者认为氧化钙可作为催化剂，催化烟气中的汞与氯发生反应，同时烟气中的SO2对Hg2+的吸附也有促进作用。这些因素有利于燃煤厂烟气中的汞向HgP转化。
通常CFB锅炉的燃煤电厂烟气中的HgP比例较大，而HgP可以通过静电除尘器(ESP)或者布袋除尘器(FF)去除，因此安装有CFB锅炉的燃煤电厂机组烟气汞的排放量是比较低的。美国环保署(EPA)对5个装有循环流化床-布袋除尘器(CFB-FF)系统的电厂进行现场测试，发现脱汞效率为66%~99%。飞灰中含碳量高是CFB脱汞效果较佳的原因之一。殷立宝等认为飞灰吸附汞能力与其含碳量呈正相关性。CFB锅炉的燃烧温度较低(900℃)以及它的燃料大多为高水分的褐煤和高灰分的煤矸石使得飞灰中含有许多未燃尽的碳，使得飞灰中含碳量较高。武成利等在对一装机容量为135MW的循环流化床锅炉燃煤机组研究表明，飞灰中的汞含量较高，达到1μg/g。通过对飞灰样品进行分析，飞灰再循环倍率为0.5%时，飞灰含碳量为8%~11%，高于其他类型锅炉。CFB锅炉脱汞较好的另外一个原因是其强制增加了飞灰在炉内的停留时间。一些学者发现飞灰在CFB内循环，使得它在炉内停留时间增长4s甚至更长的时间，并且利用飞灰细小颗粒比表面积大的特点，提高了飞灰对汞捕捉能力。还有一些学者还发现CFB锅炉让飞灰具有较宽的孔分布、较大的孔隙率和较高的比表面积，其中飞灰样品的BET比表面积为5.1~5.5m2/g，比孔容在0.044~0.061cm3/g，飞灰的这些特性对汞的吸附是有利的。这些因素有利于燃煤电厂对汞的脱除，控制汞在空气中的浓度。
3PC与CFB的比较
对两种炉型中的任一炉型，烟气中的汞均以3种形态存在，即颗粒态汞(HgP)、元素态汞(Hg0)和氧化态汞(Hg2+);煤经过燃烧，其中的汞会再分配到煤的燃烧产物中，烟气、脱硫石膏、飞灰、废渣和废水、底灰(如果循环流化床安装有湿法脱硫装置);锅炉中飞灰的性质(如：粒径、含碳量等)对汞的吸附量均有一定的影响。
煤粉炉燃煤电厂中，汞主要以气态汞的形式存在于烟气中，而在循环流化床锅炉燃煤电厂中，汞主要以颗粒态的形式存在于烟气中。许月阳等研究发现CFB机组飞灰含碳量为7.2%，而PC机组的飞灰含碳量进平均为2.6%。同一电厂的同一机组使用煤粉炉时，ESP中汞的平均脱除率为29%;使用CFB锅炉时，ESP中汞的平均脱除率为74%。循环流化床由于燃烧温度较低，生成NOx的浓度也低，因此循环流化床锅炉尾部一般无需安装脱销装置，而煤粉炉电厂则有选择性催化还原脱销(SCR)和湿法脱硫(WFGD)，由于煤粉炉和循环流化床锅炉的燃烧方式和烟气处理工艺不同，导致脱汞效率的不同。殷立宝等研究也表明了循环流化床-静电除尘器(CFB-ESP)比煤粉炉-静电除尘器(PC-ESP)对汞有更好的富集效果。段钰锋等对循环流化床的研究结果发现，其烟气总汞浓度较低，仅为0.062μg/m3。而Wang等对贵州省安装了静电除尘器+湿法脱硫装置(ESP+WFGD)的3座煤粉炉电厂进行了汞含量测定，结果表明外排烟气的汞浓度范围为4.53~6.69μg/m3。当采用PC配置ESP+WFGD处理方式时，大气污染物控制装置的脱汞效率为67.5%，采用CFB+ESP处理方式时脱汞效率为98.9%，由此可见，CFB+ESP处理方式的脱汞效率优于PC+ESP+WFGD处理方式。
4结论
综上所述，这两种锅炉在我国应用很广，深入认识它们在燃煤过程中汞的排放及其迁移特性非常重要。煤粉炉中的汞大部分随烟气排出烟囱，并进入到大气中，而只有少部分汞富集在飞灰，底渣和脱硫石膏中。进入循环流化床锅炉的汞则主要富集在飞灰中，只有少部分汞富集在底渣中或随烟气排出烟囱。循环流化床燃烧方式有利于脱除烟气中的汞，循环流化床锅炉烟气中汞排放浓度远低于煤粉炉烟气中汞排放浓度。飞灰可以吸附汞，但是吸附效率受到粒径、含碳量、表面结构的影响。
为进一步降低燃煤烟气中汞的浓度，减少燃煤电厂汞的排放，笔者建议应加强对廉价且吸附效率高的新型吸附剂的开发，以应用于燃煤烟气中汞的吸附，从而减轻烟气中汞的释放对环境的影响。
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