Economic analysis of atmospheric mercury emission control for coal-fired power plants in China

Coal combustion and mercury pollution are closely linked, and this relationship is particularly relevant in China, the world's largest coal consumer. This paper begins with a summary of recent China-specific studies on mercury removal by air pollution control technologies and then provides an economic analysis of mercury abatement from these emission control technologies at coal-fired power plants in China. This includes a cost-effectiveness analysis at the enterprise and sector level in China using 2010 as a baseline and projecting out to 2020 and 2030. Of the control technologies evaluated, the most cost-effective is a fabric filter installed upstream of the wet flue gas desulfurization system (FF + WFGD). Halogen injection (HI) is also a cost-effective mercury-specific control strategy, although it has not yet reached commercial maturity. The sector-level analysis shows that 193 tons of mercury was removed in 2010 in China's coal-fired power sector, with annualized mercury emission control costs of 2.7 billion Chinese Yuan. Under a projected 2030 Emission Control (EC) scenario with stringent mercury limits compared to Business As Usual (BAU) scenario, the increase of selective catalytic reduction systems (SCR) and the use of HI could contribute to 39 tons of mercury removal at a cost of 3.8 billion CNY. The economic analysis presented in this paper offers insights on air pollution control technologies and practices for enhancing atmospheric mercury control that can aid decision-making in policy design and private-sector investments.     

燃煤烟气汞排放控制技术研究进展

针对目前燃煤锅炉烟气中汞的排放状况以及存在形态,综述了燃煤电站烟气中汞污染控制技术的研究进展。首先介绍了常规烟气污染控制装置对燃煤烟气中汞的脱除能力,然后探讨了吸附法以及化学氧化法对汞的脱除效果;最后,结合我国经济发展实际状况,对燃煤汞排放控制技术发展方向提出建议。     

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。     

中国燃煤部门大气汞排放协同控制效果评估及未来预测

汞污染已成为一个全球性的环境问题,我国是世界上大气汞排放量最大的国家,在批准《关于汞的水俣公约》之后,我国的汞污染控制面临严峻的挑战.燃煤部门是我国大气汞排放的第一大部门,也是履约的重点部门.本研究建立了我国燃煤部门2010年和2012年的大气汞排放清单,评估了"大气污染防治行动计划"("大气十条")对燃煤部门大气汞排放的协同控制效果.同时,使用情景分析法,对2020年和2030年燃煤部门的大气汞排放进行了预测,分析了未来不同控制措施的减排效果.结果表明,2010年中国燃煤电厂、燃煤工业锅炉和民用燃煤炉灶的大气汞排放量的最佳估计值分别为100.0、72.5和18.0 t."大气十条"的实施可使我国燃煤部门到2017年比2012年减少92.5 t的大气汞排放.能源结构的调整、洗煤比例的提高和除尘设备的升级改造对于大气汞的减排效果最显著.在最佳估计情景下,2020年和2030年燃煤部门大气汞排放量分别为128.5和80.0 t,与2010年相比分别降低了33%和58%;在最严格控制情景下,2020年和2030年燃煤部门大气汞的排放量分别为103.2和50.9 t,相较2010年分别下降了46%和73%.     

Evaluation of mercury speciation and removal through air pollution control devices of a 190 MW boiler

Air pollution control devices (APCDs) are installed at coal-fired power plants for air pollutant regulation. Selective catalytic reduction (SCR) and wet flue gas desulfurization (FGD) systems have the co-benefits of air pollutant and mercury removal. Configuration and operational conditions of APCDs and mercury speciation a ect mercury removal e ciently at coal-fired utilities. The Ontario Hydro Method (OHM) recommended by the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) was used to determine mercury speciation simultaneously at five sampling locations through SCR-ESP-FGD at a 190 MW unit. Chlorine in coal had been suggested as a factor a ecting the mercury speciation in flue gas; and low-chlorine coal was purported to produce less oxidized mercury (Hg2+) and more elemental mercury (Hg0) at the SCR inlet compared to higher chlorine coal. SCR could oxidize elemental mercury into oxidized mercury when SCR was in service, and oxidation e ciency reached 71.0%. Therefore, oxidized mercury removal e ciency was enhanced through a wet FGD system. In the non-ozone season, about 89.5%–96.8% of oxidized mercury was controlled, but only 54.9%–68.8% of the total mercury was captured through wet FGD. Oxidized mercury removal e ciency was 95.9%–98.0%, and there was a big di erence in the total mercury removal e ciencies from 78.0% to 90.2% in the ozone season. Mercury mass balance was evaluated to validate reliability of OHM testing data, and the ratio of mercury input in the coal to mercury output at the stack was from 0.84 to 1.08.     

污泥掺烧对燃煤电厂痕量元素排放特性影响

采用EPA Method 29方法、冷原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法采集和分析一台超低排放燃煤机组污泥掺烧前后的原燃料、烟气和副产物样品中各痕量元素浓度,研究污泥掺烧对燃煤电厂痕量元素排放特性的影响.结果表明：污泥中富含Zn、Cu元素,浓度分别是煤样中的18.81倍和17.64倍.污泥掺烧使掺配后入炉煤中痕量元素含量普遍升高.污泥掺烧前后整个系统、锅炉系统和全流程大气污染控制设施的痕量元素质量平衡率均在可接受范围内.污泥掺烧对痕量元素的分布特征无明显影响,随粉煤灰排放是痕量元素的主要排放去向.通过烟囱排放到大气环境的痕量元素排放量占比很小,不超过0.43%.污泥掺烧前后SCR入口烟气中痕量元素除Hg外主要以颗粒态形式存在.污泥掺烧后各痕量元素在粉煤灰和底渣中的相对富集系数未显著改变.经过全流程大气污染控制设施协同控制后,污泥掺烧前后烟囱总排口痕量元素排放浓度分别为0~12.76,0~14.97μg/m³.污泥掺烧后痕量元素排放浓度均满足美国燃煤发电机组有害大气污染物排放标准、上海市燃煤耦合污泥电厂大气污染排放标准和生态环境部生活垃圾焚烧污染控制标准的限值要求.现有的燃煤电厂大气污染控制系统对6%污泥掺烧比工况下痕量元素排放的控制具有较好的适应性.     

Mercury removals by existing pollutants control devices of four coal-fired power plants in China

The mercury removals by existing pollution control devices in four coal-fired power plants of China were carried out based on a measurement method with the aluminum matrix sorbent.     

燃煤机组超低排放改造对汞的脱除效果研究

燃煤烟气中汞污染的控制是目前重要的环保课题之一,燃煤电厂利用现有的脱硝、脱硫、除尘设备去除汞,文章分析燃煤电厂烟气净化设备超低排放改造后汞的排放水平,说明现有废气处理设施超低排放改造,既能有效降低烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度,也有利于汞的去除,燃煤机组超低排放改造后汞的排放浓度远低于现行0.03 mg/m3的限值;通过分析燃煤电厂现有烟气净化设备对汞的协同去除效果和脱除汞的原理,提出了未来燃煤烟气汞污染控制措施的建议.     

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.      

中国区大气汞污染模型模拟初探

介绍并利用Community Multiscale Air Quality-Hg (CMAQ-Hg)多尺度大气汞污染模型,模拟研究了2005年6月24日—7月31日我国大气汞污染状况. 初步模拟结果表明:人为排放源高的地区(如有汞矿群分布、煤炭和火力发电厂及金属冶炼厂)的大气中ρ(汞)较高,大气中元素态汞(GEM)的月均ρ(汞)高于反应性气态汞(RGM)和颗粒汞(PHG),初步反映了我国大气汞污染的分布以及不同形态汞的浓度分布受汞排放源种类及其物理化学特性的影响特征. 在解决汞排放源清单不确定性较大的问题及将模型运行参数本地化后,CMAQ-Hg有望成为研究我国汞污染特点及其长程输送的有力工具.      

生活垃圾焚烧厂周边土壤汞污染特征及评价

生活垃圾焚烧汞污染排放问题一直受到广泛的关注,特别是汞在其周边环境土壤中沉积,可能影响环境和人体健康.以华北某生活垃圾焚烧厂为研究对象,对其周边土壤中汞的含量及分布特征进行了分析,并对土壤中汞的污染状况及对周边人群的健康风险进行了评价.土壤中汞的浓度范围为0.015~0.25 mg·kg-1,平均值为(0.088±0.064)mg·kg-1.土壤中汞的浓度明显受到了风向影响,在焚烧厂西北方向(下风向)上汞的浓度高于东南方向(上风向)上汞的浓度.通过克里格插值绘制的汞等浓度值线图进一步给出了汞在周边土壤中的空间分布特征,图中显示在焚烧厂的周边存在3个浓度相对较高的区域,分别位于焚烧厂的西北偏北、东北偏北、西南偏西方向.单项污染指数及地累积指数评价结果表明焚烧厂部分周边土壤样品受到了一定影响,但健康风险评价表明土壤汞未对当地人群造成健康危害.     

中国燃煤汞排放及活性炭脱汞技术

随着我国经济的快速发展,能源消耗日益增加,由此凸显的环境问题也越来越得到人们的重视。我国是煤炭使用大国,能源结构以煤炭为主,而燃煤带来的大量汞释放使大气环境日益恶化,给人类的健康带来了巨大的威胁。对此我国十分重视,在"十二五"规划中强调并部署了大气汞污染排放的控制及防治工作。目前,国内外对于燃煤电厂释放汞的控制技术逐渐成熟,其中利用活性炭及改性活性炭对煤炭燃烧后产生的汞进行脱除的方法在实际应用中最为广泛,也是各学者研究的热点。文章对我国燃煤释放的汞污染现状及对人体的危害进行了阐述,在众多燃煤脱汞技术中重点回顾了活性炭及改性活性炭对燃煤电厂汞排放的控制技术及机理研究,并对该领域的研究趋势作了展望。     

基于实测的燃煤电厂氯排放特征

选取我国4家电厂的6台煤粉锅炉进行现场测试,采集并分析烟气以及飞灰、底渣、脱硫石膏等燃煤副产物样品,以开展燃煤电厂Cl污染物排放特征的研究. 结果表明:燃煤中96.99%以上的Cl析出进入烟气,原烟气中ρ(Cl)范围为10.17~33.63mg/m3.除尘器和石灰石-石膏湿法脱硫装置对烟气中的Cl具有协同脱除作用,尤其是石灰石-石膏湿法脱硫装置. 除尘器对烟气中Cl脱除效率为12.29%~19.86%,石灰石-石膏湿法脱硫装置对烟气中Cl的平均脱除效率为95.22%. 经过燃烧和烟气污染控制装置后,燃煤中0.35%~3.01%的Cl转移到底渣中,6.46%~15.00%的Cl转移到飞灰中,68.88%~77.31%通过脱硫废水排放,9.19%~15.95%的Cl转移到脱硫石膏中;只有2.21%~5.54%的Cl排入大气中,净烟气ρ(Cl)仅为0.34~1.38mg/m3. 目前我国燃煤电厂Cl污染的主要问题是妥善处理脱硫石膏和废水,以防止Cl的二次污染.      

燃煤烟气中零价汞控制技术研究进展

我国燃煤过程中汞的排放越来越引起国际社会的广泛关注。燃煤烟气中排放汞的形态主要以零价汞为主,将气态零价汞转化为易于脱除的二价汞是控制零价汞排放的有效途径。为此,文章对燃煤烟气中零价汞的转化机理以及控制技术现状进行了概括和总结,对不同零价汞控制技术的特点进行比较分析,并初步探讨了其发展趋势。结论得出应充分利用现有的烟气净化设备,经济有效地发挥其在烟气除汞方面的作用。     

燃煤电厂掺烧废弃物现状及环境管理建议

我国燃煤电厂掺烧废弃物进入了快速发展期,但也暴露出底数不清、现状不清等问题。基于文献调研和国家排污许可平台统计数据介绍了国内外燃煤电厂掺烧废弃物的现状。相较国外,目前我国燃煤电厂掺烧生物质的项目较少,以掺烧污泥为主,包括城市污水厂污泥以及各种工业污泥,烟气污染物排放标准交叉引用GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》、GB 18485—2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》、GB 18484—2001《危险废物焚烧污染控制标准》和地方排放标准等,烟气、粉煤灰等污染治理措施普遍沿用电厂原有技术路线。据此,全面梳理了现阶段我国燃煤电厂掺烧废弃物存在的无序掺烧、污染物管理与排放控制要求缺失、信息公开力度不够等环境管理问题,并提出了相应的对策建议。     

中国燃煤电厂汞的物质流向与汞排放研究

为研究中国燃煤电厂中汞的去向,基于2010年中国各省份燃煤中的汞含量、燃煤消耗量、燃煤电厂大气污染控制设备的安装比例以及粉煤灰、脱硫石膏的二次利用方式,计算了我国燃煤电厂2010年向大气、水体、土壤中排放汞的量.2010年我国电厂燃煤共输入汞271.7t (147.1~403.6t).煤炭在电厂燃烧一次排放到大气中的汞为101.3t (44.0~167.1t),进入燃煤副产物、水体的汞分别为167.4t (84.3~266.3t),3.0t (1.2~5.0t).燃煤副产物二次利用过程向大气排放的汞为32.7t (12.5~56.1t),进入土壤中的汞为58.6t (33.6~103.9t),还有76.1t (30.3~108.6t)汞留在了产品中.结果表明,粉煤灰用于水泥生产和粉煤灰制砖是副产物向大气中二次排放的重要源,分别占总二次排放量的81.7%和15.3%.     

超低排放燃煤电站三氧化硫的迁移和排放特征

采用美国环保署(USEPA)method 8推荐的方法,对典型超低排放燃煤电站满负荷工况下的燃煤、烟气、飞灰、渣进行三氧化硫监测.实验结果表明:燃煤电站超低排放环保设备对三氧化硫的总脱除率为71.86%,大气三氧化硫排放浓度为1.5 mg·m~(-3)(气体体积为标准大气压下的体积,下同).选择性脱硝催化剂(SCR)前烟气中三氧化硫生成量为二氧化硫的0.46%,在SCR催化剂SO_2/SO_3的转化率为0.58%,空气预热器内气态三氧化硫浓度显著降低.低温电除尘(LLT-ESP)内三氧化硫与飞灰结合得到脱除,LLT-ESP细灰中三氧化硫含量为粗灰的1.38倍.湿法脱硫系统(WFGD)对三氧化硫的脱除率为48.45%.超低排放燃煤电站大气三氧化硫排放因子EF_煤、EF_电分别为17.13 mg·kg~(-1)、4.41 mg·kW~(-1)·h~(-1).估算2018年我国燃煤电站三氧化硫大气排放总量约为3.99万t·a~(-1).     

生活垃圾焚烧厂超低排放的改造路线

通过分析国内外垃圾焚烧发电厂烟气净化系统的现状,基于燃煤电站和垃圾焚烧发电厂烟气物性之间的相似性及燃煤电站超低排放系统的先进性,提出了分别以循环流化床法脱硫和高效协同型湿法脱硫技术为核心的垃圾焚烧烟气超低排放改造可行技术路线,并分析了2种技术路线的初投资和运行成本.结果表明：2种技术路线的初投资相当,约为1.37万元/t,但以湿法脱硫为核心的技术运行费用较高,日运行成本约为16.46元/t;采用环保电价补贴政策时,2种烟气超低排放技术路线超过政策发电量部分的发电收入分别可以在3a和7a内弥补超低排放改造及运行带来的资金支出.     

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.     

燃煤电厂实现多污染物超净排放的优选控制技术分析

治理大气污染,实现多污染物超净排放,推广和应用先进控制技术是环保治理的一个重要方面。在分析国内外污染物排放限值及现状、现有主流技术及存在问题的基础上,基于目前环保技术最新发展水平,提出了实现超净排放一体化、协同优选控制技术,为燃煤电厂烟气治理提供了一种新思路。