燃煤电厂铅的迁移转化研究

采集我国6台有代表性电站锅炉的烟气以及燃煤、飞灰、底渣、脱硫石膏等样品,通过测试燃煤和燃煤副产物中铅含量以及烟气中铅的形态分布,考察了燃煤电厂铅的迁移转化规律及烟气常规污染物控制技术对大气铅排放的影响.结果表明,煤粉炉燃煤过程中,煤中铅释放强度高,平均释放率为97.11%;循环流化床锅炉铅的释放率相对较低,约为84.99%.锅炉出口烟气中铅主要为颗粒态铅(Pbp),比例高达86%~92%,并且与燃煤中氯含量具有正相关性.烟气污染物控制装置对大气铅具有协同脱除效果,尤其是除尘装置.静电除尘对铅的平均脱除效率为91.85%,布袋除尘为95.12%.石灰石-石膏湿法脱硫装置可脱除35.67%~77.81%铅,脱除效率主要与脱硫塔操作条件有关.燃煤中的铅经过燃烧和烟气污染物控制装置后,81.97%~90.18%转移到飞灰中,具有高富集性;脱硫石膏中的铅占3.94%~11.82%;只有1.75%~5.40%通过烟囱排入大气.     

燃煤工业锅炉重金属排放特征研究

通过对6台燃煤工业锅炉污染物控制装置前后烟气中重金属浓度进行测试,考察了静电除尘器(ESP)、湿法脱硫装置(WFGD)和脱硫除尘一体化装置对烟气中重金属排放的影响。研究结果表明:ESP对烟气中的重金属有较好的捕集效果,对Pb、Cd、Cr的去除效率均为50%以上,通过对2台工业锅炉烟气中重金属排放测试发现,静电除尘器对Hg的去除率分别为45.70%和29.63%;经WFGD装置洗涤后,烟气中Hg、Pb、Cd的浓度均低于10μg/m3;脱硫除尘一体化技术对Hg、Pb和Cd的去除效果不明显,4号锅炉烟气脱硫后Pb的排放浓度高达65.76μg/m3。ESP+WFGD烟气处理装置较脱硫除尘一体化装备能够更好地控制烟气中重金属的排放。     

基于实测的燃煤电厂氟排放特征

选择我国4家电厂的6台煤粉锅炉,进行了烟气以及飞灰、底渣、脱硫石膏等燃煤副产物样品的采集和F(氟)含量分析,考察燃煤电厂F排放特征. 结果表明:经过烟气除尘、脱硫及脱硝装置后,烟气中氟化物浓度明显降低; 除尘器主要脱除烟气中颗粒态F,静电除尘器对烟气中氟化物的总脱除效率为19.50%~36.59%,布袋除尘器的脱除效率略高于静电除尘器;石灰石-石膏湿法脱硫装置可协同脱除烟气中94.19%的氟化物. 燃煤中的F经过燃烧和烟气净化装置后,有0.83%~3.37%由底渣排放;1.20%~2.00%转移到脱硫废水中;13.45%~33.80%转移到飞灰中;59.60%~79.66%转移到脱硫石膏中;只有2.04%~5.00%通过烟囱排入大气.      

基于监测数据的我国燃煤电厂汞排放分析

燃煤是最大的人为汞排放源之一,我国已加强对燃煤电厂的汞排放控制要求。通过对16家燃煤电厂32台机组的汞排放情况进行全要素监测,分析总结出符合我国燃煤电厂特点的汞排放情况:我国燃煤机组中的汞质量平衡范围在70%~130%是合理的;燃烧后的汞经过烟气污染物处理设施后,70%以上进入粉煤灰和脱硫石膏,经烟气排入外环境的平均不足30%;安装SCR脱硝装置有助于烟气中汞的去除;除尘、脱硫设施对烟气中汞平均去除效率为38.5%、52.5%;各污染物控制设施对烟气中汞的总协同去除效率平均为74.1%,说明我国燃煤机组现有的污染物处理设施的协同控制对降低烟气中的汞排放有较好的作用。     

燃煤烟气喷射废水协同氧化元素汞试验研究

在热态燃煤试验炉上,利用OHM法、氢化物发生-电感耦合等离子体原子发射光谱(HG-ICP-AES)法,研究了原煤燃烧气态单质Hg(Hg0)、气态二价Hg(Hg2+)及颗粒态Hg(Hgp)分布特性,废水中Cl与Na浓度、烟气中SO2与NO对Hg0的氧化影响。结果表明,试验燃煤F、Cl浓度低,1#和2#燃煤烟气中Hg0占输入总Hg(HgT)比例分别为68.3%和80.6%,而Hg2+比例仅占22.2%和13.1%;在烟气中喷射丙烯酸钠和萘磺酸钠废水的液气比为0.028 Lm3时,1#和2#燃煤烟气Hg2+所占比例分别达到80%和75%以上,而HgP的比例变化不显著;当喷射废水液气比为0.028 Lm3时,1#和2#燃煤烟气的SO2浓度下降11.4%~15.7%和12.2%~17.7%,促进了Cl对Hg0的氧化;而NO对Hg0的氧化不显著。     

75t/h燃煤锅炉汞迁移转化规律研究

通过对2台75 t/h循环流化床锅炉烟气中汞排放浓度、燃煤和其他固体副产物中的汞含量进行测试,分析了燃煤大气汞的排放因子,并建立了燃煤汞的质量平衡。结果表明:燃煤锅炉中,大部分汞主要存在于烟气和脱硫副产物中,燃烧后进入炉渣、飞灰中的汞含量较少,低于5%。燃煤汞排放去向与脱硫除尘控制技术有关,不同控制技术协同除汞的效果差异较大,而单质汞是燃煤锅炉汞污染防治的重点和难点。     

燃煤烟气脱汞处理技术

论述了燃煤烟气中汞的来源、存在形态、危害和脱除效率,综述了除尘装置、选择性催化还原(SCR)脱硝装置、脱硫装置对脱汞效率的作用,固体氧化物催化剂、卤素添加剂对单质汞的催化氧化的影响,探讨了单质汞催化氧化剂类型和脱硫中汞被还原的技术研究难点。燃煤电厂的监测数据表明脱汞中的重点问题有:如何提高SCR催化剂催化氧化单质汞的氧化效率,如何改进催化剂的抗硫性及稳定性,设备防腐蚀问题,如何改善湿法脱硫系统吸收效率以及吸收溶液中的汞沉淀分离技术:这些都是燃煤烟气汞污染控制技术的重点研究内容。     

火电厂烟气中汞的分布特征和排放特点

调查南京市某一燃煤火电厂100 MW机组,在两种不同的工况下,对该锅炉废气中的汞污染物进行现场测试,选取三个监测点位,分别为静电除尘器进口、出口及湿法脱硫装置出口,分析煤质燃烧烟气中汞不同形态的监测结果,得到静电除尘器和湿法脱硫装置对汞的脱除效率,总结火电厂烟气中汞的污染物的分布特征及其排放特点。火电厂燃烧的废气中汞来源于煤质中的汞,主要以气相部分汞形态存在,90%以上的汞以气态汞形态排放到烟气中,固相部分汞含量较少。静电除尘器对总汞有着相当高的脱除效率,湿法脱硫装置对总汞的脱除率较低。     

煤中汞迁移规律及其形态分布研究

选择典型燃煤锅炉对其汞释放规律、形态分布特征进行了试验,并基于煤、石灰石、粗渣、细灰和烟气中的汞含量,给出了系统的汞平衡结果为104%~124%,可满足锅炉汞平衡要求。采用燃煤电厂汞形态浓度取样测试Ontario Hydro标准方法,给出了烟气中氧化汞、单质汞(Hg~0)的分布。结果表明:所测燃煤烟气汞浓度介于0.46~2.40μg/m~3之间,单质汞(Hg~0)占80%~90%。现有静电除尘器和脱硫设施对汞的排放有控制作用,使烟气总汞排放降低了90.3%~98.7%。     

小型燃煤机组烟气重金属排放特征研究

100 MW以下燃煤机组呈单台容量小、总台数大的特点,是燃煤重金属污染的主要排放源之一.选择7台12 MW燃煤机组,采用美国环境保护局Method 29法现场检测燃煤机组烟气重金属排放浓度,分析烟气中Hg、Pb、Cr、As的排放特征;采集机组产生的飞灰和底灰,分析除尘技术对重金属的富集特性.结果表明:100 MW以下燃煤机组烟气中重金属经脱硝除尘脱硫装置协同控制后,ρ（Hg）为0.20~0.44 μg/m3,烟气Hg以气态形式存在,其占比为100.0%;ρ（Pb）为0.5~2.6 μg/m3,烟气Pb主要以气态形式存在,其占比为38.7%~92.1%;ρ（As）为0.6~3.0 μg/m3,烟气As主要以气态形式存在,其占比为67.8%~100.0%;ρ（Cr）为3.6~23.9 μg/m3,烟气Cr主要以颗粒态形式存在,其占比为65.8%~99.2%.飞灰富集Hg、Pb、Cr、As的能力大于底灰.重金属主要富集于飞灰中的细颗粒物中,采取除尘技术可有效协同控制烟气中的Hg、Pb、Cr、As;飞灰中重金属元素Hg、Pb相对富集系数均与煤中硫含量呈负相关,半干法脱硫+袋式除尘技术对飞灰富集Hg有促进作用.小型燃煤机组烟气重金属Hg、Pb、Cr、As的排放因子分别为0.002 2~0.005 1、5~17、42~160、7~24 mg/t.研究显示,100 MW以下燃煤机组与100 MW及以上燃煤机组烟气重金属Hg、Pb、Cr、As排放特征不同,100 MW以下燃煤机组烟气Hg排放浓度较小,二者烟气Pb、Cr、As排放浓度相近,选用湿式电除尘技术可进一步降低烟气Hg、Pb、Cr、As的排放浓度.      

脱硫废水添加对煤燃烧时汞析出特性的影响

为探究含氯脱硫废水溶液添加对煤燃烧时汞析出特性的影响,分别利用沉降炉和管式炉实验装置进行了3种煤在1200℃下的燃烧实验。实验时通过改变模拟脱硫废水溶液的添加量来控制燃煤中氯的质量分数分别为0.00%、0.02%、0.04%和0.06%。分析煤燃烧后烟气中汞浓度、吸收液、飞灰和煤灰中汞含量的变化情况发现:随着加氯量的增加,烟气中Hg0浓度逐渐降低,Hg2+浓度则逐渐升高,但对Hgt（气态总汞）浓度的提升效果相对较差。当加氯量为0.06%时,煤种B在沉降炉中燃烧后烟气中Hg0浓度下降约2.3 μg/m3,而Hg2+浓度提高约2.6 μg/m3,但Hgt浓度仅提高了0.3 μg/m3。氯的添加也会使飞灰中汞含量增加,煤灰中汞含量降低。通过综合对比分析沉降炉和管式炉实验结果发现:无论是否添加氯,煤在沉降炉中燃烧后烟气中Hg0比例均小于管式炉实验结果。当煤种B加氯量为0.06%时,在沉降炉和管式炉中燃烧后烟气中Hg0含量占比分别为50.6%和67.8%。此外,还发现3种煤粉在管式炉中加氯燃烧后汞的析出率提高趋势均较沉降炉明显。故含氯脱硫废水溶液的添加可以改变煤燃烧时汞的析出特性,且有利于促进烟气中Hg0的氧化,对燃煤烟气脱汞具有重要作用。     

大气汞监测技术进展

为了切实履行《关于汞的水俣公约》,落实美丽中国建设战略,我国亟待加强对大气环境及各涉汞行业的监管.采用文献调研、分类梳理的方法,系统地分析和总结了近年来国内外常用的大气汞监测技术现状与问题,并探讨了未来技术发展方向.结果表明:为了满足大气环境中低浓度多形态汞的监测需求,越来越多功能的大气汞监测技术被研发,当前基于AFS（原子荧光光谱）和AAS（原子吸收光谱）等方法的监测技术对Hg0（元素汞）可实现ng/m3的检出限,对Hg2+（氧化态汞）和Hgp（颗粒态汞）有着低至pg/m3的检出限.自动化采样监测技术是未来汞监测的发展趋势,当前技术对大气中Hg0有着2.5~5.0 min水平的时间分辨率,对大气中Hgp可达到1~2 h的时间分辨率,同时可实现远程传输数据.人工采样监测和被动采样监测技术虽然时间分辨率较差,但在Hg2+和Hgp的监测方面有着一定优势.研究显示,完善大气汞监测管理体系,除了需要研发更强大的Hg2+和Hgp测定技术用于理解相关迁移转化过程,还亟待在相应的标定方法上实现技术革新,并应用这些技术组建地区和全球大气汞监测网络.      

燃煤烟气污染物控制装置协同脱汞特性研究

采用Ontario Hydro方法对某100MW燃煤机组进行了烟气汞取样测试,获得了选择性催化还原（SCR）脱硝装置、静电除尘器（ESP）和湿法烟气脱硫装置（WFGD）对烟气汞形态转化和脱除特性规律.借助程序升温脱附（TPD）、扫描电子显微镜分析（SEM）和X射线荧光光谱分析（XRF）等方法探究了飞灰对汞的吸附特性及吸附后汞的热稳定性.结果表明,在75% MCR和85% MCR不同的机组负荷下,SCR+ESP+WFGD对烟气总汞（Hg^T）的联合脱除率分别为92.83%、81.66%.SCR对元素汞（Hg⁰）的氧化率与燃煤氯（Cl）含量正相关,Cl含量为500mg/kg时,氧化率高达96.18%.ESP在完全脱除颗粒汞（Hg^P）的同时对Hg⁰和氧化态汞（Hg²⁺）的平均脱除率分别为12.73%和27.79%,ESP飞灰中的未燃尽炭和金属氧化物（Al₂O₃、Fe₂O₃）是吸附气态汞的关键组分,汞在飞灰表面主要以HgCl₂、HgS（红色）和HgO的形态存在,高于190℃时会分解再释放.WFGD对Hg²⁺的平均脱除率为91.10%,并能将部分Hg²⁺还原成Hg⁰,存在明显的汞二次释放问题.     

聚苯硫醚(PPS)掺炭纤维协同飞灰脱除气态汞的实验研究

利用汞蒸气发生器产生的单质汞和烟气中的一些主要气体成分模拟烟气条件,在固定床实验系统上分别进行了燃煤飞灰、聚苯硫醚(PPS)掺炭纤维及燃煤飞灰和PPS掺炭纤维联合对燃煤烟气中Hg0的脱除实验研究.结果表明:燃煤飞灰和PPS掺炭纤维对Hg0的吸附是物理吸附和化学吸附的共同结果,它们各自的脱汞效率分别可达27%和65%左右...     

添加CaCl2对烟气净化装置联合脱汞的规律分析

煤炭燃烧向大气中排放了大量汞。为了探究经济有效的汞排放控制方法,在管式炉中进行了CaCl₂晶体的水解实验,CaCl₂在一定温度和气氛下会水解产生HCl,HCl有利于烟气中Hg0的氧化。且随着反应温度的增加,水解率呈上升趋势。在流化床炉中进行了CaCl₂溶液蒸发协同脱汞实验。CaCl₂溶液喷洒在燃煤中可显著提高SCR脱销装置对Hg0的氧化率;煤中喷洒CaCl₂溶液可提高烟气中Hg2+的浓度和占比,从而提高湿法烟气脱硫装置（WFGD）对气态Hg的脱除效果。相比于喷洒在原煤中,将CaCl₂溶液喷洒在布袋除尘器（FF）前的蒸发干燥塔中,可显著提高FF脱除Hg的效果。整体上看,当温度越高,氯添加比越高时,烟气净化装置协同脱汞的效率也越高。     

基于实测的燃煤电厂汞排放特性分析与研究

为了研究某典型300 MW燃煤电厂汞排放特性,对入炉煤、炉渣、石灰石、脱硫工艺水、石膏、脱硫废水、灰中的汞进行了取样测试。并采用EPA30B和安大略法实测了不同位置烟气中汞的形态分布情况。结果表明:该机组汞排放浓度满足GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》。烟气中的汞排放比重相当大,达到89.52%,排向大气环境的汞量约为38.72μg/(k W·h)。该典型300 MW机组尾部烟气净化系统为SCR+ESP+WFGD组合,对烟气中的汞脱除效率仅为29.71%,在未加入脱汞措施的情况下汞脱除率并不高。     

Mn-Co/MCM-41吸附剂表征及脱除烟气中单质汞研究

针对燃煤烟气中单质汞(Hg0)不溶于水而颇难去除的问题,采用浸渍法制备了不同Mn和Co物质的量比的Mn-Co/MCM-41介孔分子筛吸附剂,在固定床实验台架上考察了各吸附剂的脱汞效率.采用N2吸附/脱附、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、H2程序升温还原(H2-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对吸附剂进行了物理化学性质表征.结果表明:Mn和Co复合后,吸附剂的脱汞效率显著提高.Mn/Co物质的量比为3/1时,吸附剂的脱汞效率最高,反应温度为150℃时,其脱汞效率高达90%.与单一组分Mn或Co负载MCM-41吸附剂相比,Co的掺杂不但使Mn和Co在MCM-41上的分散更均匀,还会促进Mn3+和Mn2+向Mn4+的转化和提高吸附剂的还原特性,增强吸附剂的脱汞性能.     

麦草制浆黑液对燃煤烟气同时脱硫除汞性能研究

本文利用多级水幕吸收塔,研究了循环液气比(L/G)、空塔气速、进口烟气SO2浓度以及进口烟气Hg浓度对麦草制浆黑液脱硫除汞效果的影响.实验结果表明:随着L/G增加、空塔气速增大、进口SO2浓度降低,脱硫除汞效果得到了不同程度的提升;随着进口Hg浓度升高,脱汞效率缓慢下降,脱硫效率基本不变.通过提高L/G、增加空塔气速、降低进口SO2浓度与Hg浓度提麦草制浆黑液高脱硫除汞效率,为麦草制浆黑液协同脱硫除汞奠定应用基础.     

基于国内实测燃煤电厂烟气汞排放估算的不确定度

参照测量不确定度评定与表示的国家技术规范,基于近年来我国燃煤电厂常规污控设备协同脱汞的现场测试数据(文献报道和实测值)及各省原煤w(汞)的实测值,初步构建了国内燃煤电厂烟气汞排放不确定度的计算方法,并以2010年的燃煤量、污控方式布局为基础,计算了该年度汞排放的不确定度. 结果表明:2010年我国燃煤电厂烟气汞排放的总不确定度为48.8t,占平均排放总量的34.3%;其中60.2%源于污控设备脱汞效率的不确定度,39.8%源于原煤w(汞)的不确定度;采用ESP(静电除尘)、ESP+WFGD(静电除尘+湿法脱硫)、SCR+ESP+WFGD(选择性催化还原脱硝+静电除尘+湿法脱硫)和FF(袋式除尘)大气污控组合的机组各存在6.0、32.2、9.7和0.9t的烟气汞排放不确定度,分别占各对应机组烟气汞排放量的19.3%、32.8%、84.6%和53.6%,其中SCR+ESP+WFGD污控组合烟气汞排放的相对不确定度最大. 随着我国烟气脱硝工作全面推行,2015年以后,SCR+ESP+WFGD污控措施(组合)的机组所占比例将会提高到66%以上,如果仍以现有数据为基础,则来自SCR+ESP+WFGD污控措施(组合)机组的烟气汞排放不确定度将会大幅增加,因此急需增加对该类装置脱汞效率的实测样本数量.      

Mercury mass flow in iron and steel production process and its implications for mercury emission control

The iron and steel production process is one of the predominant anthropogenic sources of atmospheric mercury emissions worldwide. In this study, field tests were conducted to study mercury emission characteristics and mass flows at two iron and steel plants in China. It was found that low-sulfur flue gas from sintering machines could contribute up to41% of the total atmospheric mercury emissions, and desulfurization devices could remarkably help reduce the emissions. Coal gas burning accounted for 17%–49% of the total mercury emissions, and therefore the mercury control of coal gas burning, specifically for the power plant burning coal gas to generate electricity, was significantly important. The emissions from limestone and dolomite production and electric furnaces can contribute29.3% and 4.2% of the total mercury emissions from iron and steel production. More attention should be paid to mercury emissions from these two processes. Blast furnace dust accounted for 27%–36% of the total mercury output for the whole iron and steel production process. The recycling of blast furnace dust could greatly increase the atmospheric mercury emissions and should not be conducted. The mercury emission factors for the coke oven,sintering machine and blast furnace were 0.039–0.047 g Hg/ton steel, and for the electric furnace it was 0.021 g Hg/ton steel. The predominant emission species was oxidized mercury, accounting for 59%–73% of total mercury emissions to air.