電廠燃煤過程中汞控制技術(shù)研究

1、電廠燃煤過程中汞控制技術(shù)研究Research revie w s of mercury contr ol technol ogy in the coal -fired power p lants趙 毅 , 張自麗(華北電力大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 , 河北 保定 071003摘要 :燃煤電廠汞控制技術(shù)分燃燒前 、 燃燒中和燃燒后脫汞 , 燃燒后脫汞技術(shù)為主要汞控制排放工藝 , 其中吸附劑 吸附方法的研究較為廣泛 。 基于國內(nèi)外近幾年燃煤電廠煙氣脫汞技術(shù)的研究 , 綜述了汞控制技術(shù)的最新進展 。 關(guān)鍵詞 :煙氣脫汞 ; 活性炭 ; 脫除 ; 吸附Ab s tra c t:The re a re

2、th ree w a ys t o co n tr o lm e rcu ry em is si o n s i n co a l -pow e r p ts a re p re -com 2 bu sti o n, po st -com bu sti o n a nd m e rcu ry co n tr o l, w ith m e rcu ry n tr o l, ng va ri o u s a b 2 so rben ts is ve ry pop u l a r, a s the m a i n techno l o gy . B a sed o n the rch m e l t

3、echno l o g i e s du ri ng the re ce n t ye a rs, it ha s a vi ew a bo u t the up da te d t l a t hom e and a b r o ad.Key wo rd s:fl ue ga s m e rcu ry rem o va l ; ti ted r p ti o n中圖分類號 :X701. 7:B 文章編號 :1674-8069(2010 02-031-03 近年來 ,素對環(huán)境的影響 1(Envir oment Pr o 2 tecti on Agency, 簡稱 EP A 定義的 25種有毒大

4、氣污 染物 , 其中從燃煤鍋爐排放的重金屬有害空氣污染 物 (Heavy metals Hazardous A ir Pollutants, 簡 稱 HAP 主要有 Hg 、 Cd 、 Pb 、 Cr 和 A s 等 , 現(xiàn)有除塵器能 有效脫除這部分在工作溫度下是固體形式的 HAP, 但 Hg 、 A s 和 Se 具有較高的揮發(fā)性 , 不易被除塵器 捕獲 , 大部分隨煙氣排放到大氣中 。同時 , 由于 Hg 的劇毒性 、 積累性 , 并且在大氣中停留時間較長 , 因 此對環(huán)境危害不容忽視 。有關(guān) Hg 的排放控制技術(shù) 研究已經(jīng)成為燃煤污染防治的一個重要領(lǐng)域 。 燃煤電廠汞排放的形式主要有三種

5、 2:氣態(tài)汞 元素單質(zhì) Hg 0, 氣態(tài)二價離子汞 Hg 2+和固態(tài)顆粒附 著汞 Hg (P 。一般 Hg 2+易溶于水 , 易于脫除 ; 而 Hg 0不溶于水 , 且揮發(fā)性極強 , 是汞附存方式中難以 脫除的部分 3。 我國燃煤的主要煤種是褐煤 , 而褐 煤燃燒產(chǎn)生的煙氣中 , 汞的形態(tài)以元素態(tài)為主 , 因 此 , 我國控制治理汞排放的任務(wù)相對更加困難 。1 燃煤電廠汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化及影響因素電廠煤粉爐燃燒過程中 , 煤中汞將受熱揮發(fā)以 汞蒸汽的 形態(tài) 存在于 煙氣 中 。一般 爐膛 溫度 在 12001500 , 大多汞的化合物在溫度高于 800 處于不穩(wěn)定狀態(tài) , 它們將分解成熱力穩(wěn)定態(tài) H

6、g 0。 因此 , 在爐內(nèi)高溫下 , 大部分煤中無機汞和有機汞轉(zhuǎn) 變成 Hg 0, 并以氣態(tài)形式停留于煙氣中 。據(jù)估計 , 殘 留在底灰中的汞含量一般占總汞的 2%7%。因 此 , 煤燃燒過程中汞的排放研究應(yīng)該以煙氣中汞的 形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律和脫除為重點 。燃煤電廠汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響因素 4-5主要包括 以下幾種 :(1 煤種 。 燃煤煤種不同 , 汞的形態(tài)分布也不 同 。 煙煤燃燒時 , 煙氣中 Hg 2+含量高 , Hg 0含量偏 低 ; 褐煤燃燒時煙氣中 Hg 0含量較高 。 總之 , 褐煤燃 燒過程中單質(zhì)汞含量最高 , 亞煙煤次之 , 煙煤最低 。 (2 燃燒方式及溫度 。與司爐和鏈條爐相比

7、, 煤粉爐燃燒效率較高 , 煙氣中氣態(tài)汞含量高 , 留在底 渣中的汞較少 。 研究表明 , 溫度高于 800 時 , 煙氣 中的汞主要是以 Hg 0(g 存在 , 同時有少量氧化汞 ; 溫度低于 470 時 , 主要形式是 Hg 2+。(3 煙氣氣氛 。 過量空氣系數(shù)對 Hg 0與 Hg 2+比 例影響較大 , 氧化性氣氛對元素汞的氧化有促進作 用 , 還原性的氣氛不利于氧化態(tài)汞的生成 , 而大部分 鍋爐煙氣都是還原性氣氛 , 這是總汞主要部分為元 素態(tài)汞的原因之一 。(4 煙氣成分 。 燃煤中氯含量也會對汞的形態(tài) 有一定影響 , 氯含量高 , 煙氣中氧化態(tài)汞含量也高 , 反之亦然 。 所以

8、, 氯元素雖然不能改變總汞含量 , 但 卻直接影響著汞的形態(tài) 。132010年 4月 電 力 科 技 與 環(huán) 保 第 26卷 第 2期 由以上各因素的分析可知 , 因元素態(tài)汞的脫除 相對困難 , 為提高總脫汞效率 , 通過改變相關(guān)條件 , 促進元素態(tài)汞向二價汞離子的轉(zhuǎn)化將是燃煤電廠汞 控制技術(shù)領(lǐng)域的一項重要研究課題 。2 燃煤電廠汞控制技術(shù)相關(guān)研究燃煤電廠汞控制技術(shù)主要分三種 6:燃燒前脫 汞 , 燃燒中脫汞和燃燒后脫泵 。由于前兩種方式不 能完全解決汞排放控制問題 , 燃燒后脫汞以其較高 的脫汞率可能是未來電廠汞污染控制的主要方式 , 其主要包括吸附劑脫汞法和利用現(xiàn)有濕式脫硫裝置 脫汞法等

9、。2. 1 吸附劑脫汞法脫汞吸附劑 7-8重要作用 。目前 ,灰 、2. 1. 1活性炭 9-10?；?性炭對汞的吸附是一個多元化過程 , 脫汞率與吸附 劑本身的物理性質(zhì) 、 溫度 、 煙氣成分 、 停留時間 、 煙氣 汞濃度 、 C /Hg比例等因素有關(guān) 。目前 , 為進一步提高汞的總脫除率 , 改性活性炭 吸附劑研究已經(jīng)成為一個新興領(lǐng)域 。高洪亮 11等分別采用活性 Mn O 2 浸漬 、 FeCl3浸漬 、 600 滲流后的 3種活性炭進行燃煤電廠煙氣脫汞研究 , 發(fā)現(xiàn) 3種吸附劑吸附汞蒸汽能力均有提高 , 與原始活性炭 吸附劑相比 , 有效吸附時間增加 , 同時 , 有效吸附時 間內(nèi)的

10、穿透率大大降低 。許多學(xué)者對負載硫氯化合物 12-13的活性炭對 單質(zhì)汞的脫除效率進行了研究 , 結(jié)果表明 , 負載硫氯 化合物的活性炭吸附單質(zhì)汞的能力大大增強 , 單質(zhì) 汞的脫除率與負載量成正相關(guān)關(guān)系 。 其原因可能是 活性炭不斷把單質(zhì)汞吸附至表面 , 而吸附的汞又以 很快的速度被硫氯化合物氧化 , 因此 , 在較長時間內(nèi) 負載硫氯化合物的活性炭仍能保持 80%以上的脫 汞率 。 此外 , 孫巍 14等人還對載溴活性炭對單質(zhì)汞 的脫除效率進行了研究 , 結(jié)果表明 , 改性活性炭的吸 附容量隨溴負載量的增加而增大 , 當(dāng)溴負載量達到 0. 33%時 , 單質(zhì)汞的吸附容量達 0. 2mg/g,

11、約為原始 活性炭的 80倍 , 但是由于溴的流失 , 其利用率僅為 5%左右 。由于活性炭或者改性活性炭成本過高 , 我國燃 煤電廠很難承受 , 因此研究重點集中在新型 、 價格低 廉的吸附劑開發(fā)方面 15。2. 1. 2 飛灰吸附劑由煤粉爐產(chǎn)生的飛灰具有細小的粒徑 , 且有一 定的實用性 , 早已被作為一種潛在的汞吸附劑而進 行研究 。 飛灰在垃圾焚燒爐煙氣中汞的控制排放方 面 , 已經(jīng)顯露出其重要的作用 。趙毅 16等以對改性粉煤灰吸收劑對單質(zhì)汞脫 除進行了研究 , 分別制備了 3種吸收劑 A 、 M 和 N, 其中吸收劑 A ; 吸收劑 M 的富氧型高活性 。 A 脫除效率最 N , 1

12、00 時 , , 汞的最低脫除效率分別約為 、 46. 9%和 59. 8%。2. 1. 3 鈣基吸附劑美國環(huán)保局 (EP A S . Behr ooz Ghorishi 等人采用 鈣基類物質(zhì)研究汞的脫除 , 發(fā)現(xiàn)鈣基類物質(zhì)的脫汞 效率與燃煤或廢棄物燃燒產(chǎn)生的煙氣中汞存在的化 學(xué)形態(tài)有很大關(guān)系 。 研究表明 , 鈣基類如 Ca (OH 2對 HgCl2的吸附效率可達 85%, Ca O 同樣也可以很好的吸附 HgCl2, 但對于單質(zhì)汞的吸附效率卻很低 。 廢棄物燃燒產(chǎn)生的煙氣中汞主要以二價汞的形式存 在 , 而燃煤煙氣中單質(zhì)汞的比例要高一些 。 因此 , 廢 棄物燃燒爐中利用鈣基類物質(zhì)可以得到

13、較好的脫汞 效率 , 但鈣基類吸附劑應(yīng)用于燃煤煙氣中汞的脫除 時 , 吸附效果不盡如人意 。鈣基類吸附劑 17容易獲取 , 價格低廉 , 同時又 是有效的脫硫劑 , 若能使其在脫汞方面得以突破 , 將 會具有廣闊的應(yīng)用前景 。目前 , 主要從兩個方面進 行了嘗試 , 一是增加鈣基類物質(zhì)捕捉單質(zhì)汞的活性 區(qū)域 ; 二是向鈣基類物質(zhì)中加入氧化性物質(zhì) 。 2. 1. 4 新型吸附劑高鵬 18等人通過對高分子化合物殼聚糖的研 究 , 發(fā)現(xiàn)殼聚糖吸附劑 CS -GY 對煙氣中的汞有一 定的脫除效率 , 其脫除汞的反應(yīng)主要是化學(xué)反應(yīng) 。 它可以高效脫除 Hg 2+和 Hg 0, 理論上吸附反應(yīng)溫度為 80

14、120 , 并且可以同時脫除 NOx和 S O x。 葉群峰和孫冠 19-20等人先后對過硫酸鉀對氣 態(tài)元素汞的脫除試驗進行了研究 , 葉群峰等人還對 其機理進行了解釋 , 相關(guān)結(jié)論如下 :(1 試驗條件下 , 過硫酸鉀 1. 010. 0mmol/L,232010年 4月 電 力 科 技 與 環(huán) 保 第 26卷 第 2期 采用較高濃度可以顯著提高脫汞效率 。(2 硝酸銀 21和硫酸銅對過硫酸鉀脫汞都具有 催化作用 , 濃度越高 , 相應(yīng)脫汞率越高 , 但硫酸銅的 催化效果不如硝酸銀 ; 且過硫酸鉀 硫酸銅氧化還 原體系是自由基參與的反應(yīng)體系 。 Hg 0脫除的途徑 主要有兩條 , 一是 Cu

15、 2+催化過硫酸鉀產(chǎn)生 OH 和 S O -4 引發(fā)鏈式反應(yīng) ; 二是過硫酸鉀直接氧化 Hg 0。 (3 試驗最佳反應(yīng)溫度為 25 , 這也是該法在 燃煤電廠煙氣脫汞得不到廣泛應(yīng)用的主要原因 。 2. 2 利用現(xiàn)有的煙氣治理設(shè)備脫汞煙氣循環(huán)流化床反應(yīng)器是一種可以噴入吸附劑 的裝置 , 其被認為是一種非常有前景的技術(shù) , 但目 前 , 其應(yīng)用機組最大裝機容量不能超過 300MW 。 煙氣中 Hg 2+化合物如 HgCl2,硫裝置可脫除煙氣中 80%+,溶于水的 Hg 0,80%。煙氣中的飛灰 、 HCl 和xHg 0轉(zhuǎn)化為 Hg 2+的轉(zhuǎn)化 率 , 而且也影響著脫硫裝置的脫汞能力 。如果利用 催

16、化劑將煙氣中的 Hg 0轉(zhuǎn)化為 Hg 2+, 使煙氣中的汞 以 Hg 2+為主 , 濕法脫硫裝置的脫汞效率將大大提 高 。 由于鈣基類吸附劑容易獲取 , 且價格低廉 , 將其 應(yīng)用于濕式脫硫設(shè)備中 , 實現(xiàn)同時脫硫 、 脫汞 22, 也 是具有很廣闊的應(yīng)用前景技術(shù) 。3 結(jié)語燃煤電廠煙氣中汞轉(zhuǎn)化形式的影響因素主要有 煤種 、 燃燒方式及溫度 、 煙氣成分及氣氛等 。 對燃煤 電廠汞的排放控制技術(shù) 、 尤其是脫汞吸附劑進行了 深入地分析研究 , 認為改性活性炭和其他新型吸附 劑開發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)前重要的研究方向 , 煙氣同時脫 硫 、 脫硝 、 脫汞技術(shù)將在未來燃煤電廠煙氣處理方面 具有廣闊應(yīng)用前景

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