不同超低排放技术路线的燃煤电站汞脱除研究

文章对使用不同超低排放技术路线的燃煤电站烟气污染物处理设施进出口进行汞形态和浓度的研究分析,研究发现:SCR脱硝过程前后,总汞(Hg^T)以及颗粒态汞(Hg^p)质量浓度变化不大,但可有效促进单质游离态汞(Hg⁰)向Hg²⁺的转化,SCR过程可将烟气中Hg²⁺的占比从4.3%～23.9%上升至15.5%～71.4%;除尘过程中,袋式除尘器通过对汞的捕集、氧化等作用促进汞的脱除,其效率可达97.1%以上;在低低温电除尘过程中,降低烟气温度,有利于烟气中的Hg⁰向Hg²⁺或Hg^p的转变,故而低低温电除尘器对总汞的脱除率可达95.9%;而静电除尘装置对汞的脱除效果有限,仅对Hg^p有较好的脱除效率;湿法脱硫对汞的脱除效率与脱硫系统入口汞形态分布有关;湿式电除尘器在汞入口浓度较低时,脱汞效果不明显。经超低排放改造后的燃煤电站烟气出口的汞排放浓度在0.076～0.26μg/m³,远低于...     

工业燃煤锅炉烟气循环方式下飞灰的汞吸附特性

为探究燃煤锅炉烟气循环方式下飞灰汞的吸附特性,利用固定床汞吸附装置,对立式煤粉沉降炉不同模拟烟气循环工况条件下形成的飞灰汞吸附特性进行了研究,重点考察了烟气循环比例、煤种、关键燃烧气体组分等因素的影响.结果表明:①烟气循环工况条件下形成的飞灰汞吸附能力明显优于非烟气循环工况（空气燃烧）条件下形成的飞灰,并且随烟气循环比例的增加,飞灰汞吸附量呈逐渐增加趋势.褐煤在净烟气循环比例为60%、40%、20%的条件下形成的飞灰汞吸附量分别是非烟气循环条件下的3.0、2.3和1.6倍.②烟气循环引起燃烧气体氛围中ρ（SO₂）与ρ（NO）的变化会影响飞灰的物化特性及其汞吸附性能.随燃烧氛围中ρ（SO₂）的提高,飞灰汞吸附量先增后减.烟气循环比例为40%且燃烧气体氛围中ρ（NO）为803 mg/m3条件下,ρ（SO₂）为2 857 mg/m3时褐煤与烟煤燃烧形成的飞灰汞吸附量较高（分别为0.45和0.75 μg/g）,分别较ρ（SO₂）为1 428和4 286 mg/m3时提高了25%~300%和53%~78%.随燃烧氛围中ρ（NO）的提高,飞灰汞吸附量呈逐渐增加趋势.烟气循环比例为40%且燃烧气体氛围中ρ（SO₂）为2 857 mg/m3条件下,ρ（NO）为1 205 mg/m3时褐煤和烟煤燃烧形成的飞灰汞吸附量较高,分别较ρ（NO）为803和402 mg/m3时提高了1.2~3.6和1.1~1.6倍.③飞灰中UBC（未燃尽碳）、CaO、MgO及Fe₂O₃可促进飞灰对汞的吸附.与褐煤飞灰相比,烟煤飞灰表现出更优的汞吸附性能,与UBC、CaO、MgO及Fe₂O₃在飞灰中的含量存在一定的正相关性.研究显示,烟气循环方式下飞灰汞吸附特性发生明显变化,煤质的合理选择、烟气循环比例、循环气体成分及浓度参数的优化控制可显著改善燃煤锅炉烟气中汞的排放控制效果.      

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。     

SnS2/α-Al2O3对酸性废水中汞离子的去除机制

基于硫化物与汞亲和性较强的特性,构建了SnS₂/α-Al₂O₃复合型除汞吸附剂材料.实验结果表明,该复合材料对Hg²⁺的最大吸附容量可达950mg/g,其吸附效果不受pH值（酸性pH=1~6）影响,汞浓度为65mg/L时,均能达到近100%的汞去除效率.同时,吸附过程不会受其他金属离子（Cd²⁺、Cr³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺、Co²⁺等）的强烈干扰,汞浓度为1mmol/L条件下,汞的去除速率及效率均未有很大差距.吸附过程未有大量Sn²⁺析出,证明了该复合材料的酸性稳定性.通过吸附动力学以及吸附机制研究表明,该吸附过程为单层化学吸附.通过盐酸溶液浸泡洗涤,可以实现SnS₂/α-Al₂O₃复合材料的再生和循环使用.     

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.      

Mo-Mn/TiO2催化剂的协同脱硝脱汞特性

采用浸渍法制备Mo-Mn/TiO₂催化剂,研究了反应温度、HCl和SO₂对其模拟烟气协同脱硝脱汞活性的影响.研究表明,过高的反应温度不利于汞的脱除过程,过低的温度则抑制脱硝反应的顺利进行,但在200℃时可兼具最优的脱硝和脱汞效率;HCl的加入促进汞的高效氧化,却明显降低催化剂对NO的转化;而烟气中SO₂的存在对催化剂的脱硝和脱汞过程均起到抑制作用.利用XRD、H₂-TPR和XPS等表征手段对硫中毒反应前后的催化剂进行了研究.结果表明,硫酸盐在催化剂表面的不断沉积和活性组分Mn⁴⁺及化学吸附氧O_α的消耗乃是致使催化剂失活的主要原因;另外,SO₂与NH₃和Hg⁰对催化剂表面活性位点的竞争吸附,也严重抑制催化剂的脱硝和脱汞反应.Mo-Mn/TiO₂的脱硝过程是通过Mn价态之间的相互转化来完成的,其中元素Mo和O₂是其转化得以实现的助剂;Mo-Mn/TiO₂对汞的脱除以催化氧化为主,金属氧化物中的晶格氧将Hg⁰转化为HgO而被脱除.     

烟气单质汞氧化去除过程络合反应机理

湿法氧化去除烟气Hg⁰过程中产物Hg²⁺易发生络合反应,络合产物可能改变氧化体系形成新反应机制,这一现象尚未被认识研究.为获得Hg²⁺络合物生成及其对烟气脱汞影响机理,研究了配体阳离子、配体浓度、反应pH值、反应温度和摩尔比等对Hg²⁺络合反应的影响和氧化去除烟气Hg⁰的络合反应机理.结果表明MgCl₂、KCl、NiCl₂和BaCl₂配体均能与HgCl₂形成络合物,而CuCl₂和SnCl₄则不能生成络合物.络合物生成量随配体浓度的增加先升高然后趋于平衡;络合反应在酸性环境下发生且不受pH值变化影响;碱性环境下络合反应不能进行;反应温度基本不影响络合反应效应;增加配体浓度可提高络合物产量,不同配体络合效应不同,但最大吸光度基本相同,为（4.20±0.03）A.配体对络合反应有响应区间,低于区间下限值时不能形成络合物,高于上限制值时络合物产量不随配体浓度而变化.HgCl₂络合反应累积稳定常数β₄=10^15.07;[HgCl₄]^2-可螯合Hg（aq）和O₂（aq）使其与ClO^-和Hg₂Cl₂反应,形成氧化-络合氧化反应新机理.     

SCR气氛下Ce-W/TiO2催化剂的脱硝协同脱汞特性

在固定床反应器上研究了反应温度和烟气组分对Ce-W/TiO₂（物质的量比Ce：W=2：1）催化剂脱硝协同脱汞活性的影响.结果表明：反应温度对该催化剂的脱硝脱汞效率影响显著,在280~400℃温度区间,脱硝效率随温度升高而升高,而脱汞效率在温度为280℃与360℃的条件下较高,360℃时兼具最好的脱硝与脱汞效率.在SCR气氛中,HCl对Hg⁰的氧化脱除有极大的促进作用,低浓度的HCl也有利于脱硝效率的提高,但HCl浓度过高对NO的脱除有抑制作用;SO₂的存在对脱硝过程可起到促进作用,对Hg⁰的氧化有抑制作用.利用BET,XRD,SEM,TPD,XRF,NH3-TPD等分析手段对反应前后催化剂进行表征,结果表明：Ce-W/TiO₂无微孔结构,活性组分CeO₂和WO₃以高度分散的形式分布于载体表面.280℃条件下部分Hg以HgCl₂的形式吸附于反应后催化剂表面,随着反应温度的升高催化剂表面吸附态的汞急剧降低.SCR气氛中的HCl与SO₂会影响催化剂表面酸性,同时增加Cl和S元素含量,进而影响该催化剂的脱硝与脱汞效率.     

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。     

载铜氮化碳纳米片对单质汞的吸附脱除特性

用简易热剥离法合成了氮化碳纳米片（CNNS）,再通过等体积浸渍法将铜负载于CNNS表面合成了载铜CNNS吸附剂,用于低温下吸附脱除气态单质汞（Hg⁰）.利用氮气吸附-脱附、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等手段对吸附剂进行表征.结果表明：CNNS对Hg⁰具有良好的吸附性能,吸附温度为120℃时,脱汞效率约为54.2%;载铜修饰可极大提高CNNS的脱汞活性,脱汞效率在40~240℃温度范围内均大于82.3%,这归因于铜与氮化碳间的紧密接触.煅烧温度对载铜CNNS的脱汞活性影响较大,最佳煅烧温度为200℃.通过载铜修饰可有效活化CNNS,提高其对Hg⁰的氧化能力,这可能归因于铜离子与氮化碳之间的莫特-肖特基电子转移效应.SO₂和水蒸气对载铜CNNS的脱汞性能有抑制作用.     

燃用高灰高硫煤电厂的汞排放研究

考察了燃用高灰(38.49%)高硫(3.47%)煤,并安装了选择性催化还原烟气脱硝(SCR)、石灰石-石膏湿法脱硫(WFGD)和静电除尘器(ESP)设施电厂的汞排放状况,以及烟气污染控制技术对烟气中汞形态和浓度的影响。结果表明,煤中灰分比例高导致锅炉出口烟气中颗粒汞(Hg^P)的比例明显高于气态汞;静电除尘器的协同脱汞效率高达80.56%,这主要由颗粒汞在烟气汞中所占比例决定;选择性催化还原烟气脱硝装置对烟气中汞形态和浓度的影响不明显;而石灰石-石膏湿法脱硫设施对烟气中汞的协同脱除效率仅为28.49%。     

Ag-PANI/BiOI光催化剂湿法脱除气态单质汞

采用原位光还原和简易化学吸附法制备出新型的三元Ag负载聚苯胺/碘氧化铋（PANI/BiOI）系列光催化剂,在模拟烟气条件下考察了光催化剂的脱汞性能,研究了Ag负载量、反应温度和烟气成分等对脱汞活性的影响,采用N₂吸附-脱附、XRD、TEM、XPS、DRS等技术对光催化剂的物理化学属性进行表征.结果表明：添加PANI后,光催化剂的Hg⁰去除性能大幅提升.负载4wt%的Ag后,Ag（4%）PANI/Bi OI具有约98%的脱汞性能.无机阴离子NO₃^-、Cl^-和SO₄^2-对光催化剂脱汞性能的抑制作用较小,但CO₃^2-对光催化剂的活性抑制作用较大,脱汞效率明显下降至82%.与PANI/BiOI相比,Ag（4%）PANI/Bi OI的比表面积和总孔容增大,表明Ag纳米颗粒高度分散在PANI/Bi OI的表面.Ag-PANI/BiOI显示出较强的光吸收能力.Ag纳米颗粒的添加能显著增强PANI/Bi OI表面e^--h⁺对的有效分离.光催化剂高效脱汞的原因在于PANI、Bi OI之间良好的带隙匹配和Ag纳米颗粒的表面等离子体共振（SPR）效应.     

ZnCl_2溶液对褐煤半焦表面性质及其中高温脱汞性能的影响

利用ZnCl_2溶液对褐煤进行浸渍后在700℃条件下热解制备改性半焦,采用N2吸附/脱附、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱等手段对ZnCl_2处理前后两种半焦表面物化性质进行了表征,在小型固定床反应器上研究了ZnCl_2溶液浸渍处理前后褐煤半焦对气态单质汞(Hg~0)的脱除性能.结果表明,经过ZnCl_2处理得到的半焦(ZSC)具有发达的孔隙结构,其表面含氧官能团含量和数量有所提高,并出现了新的C-Cl基团;在100~360℃温度范围内,制备的改性半焦ZSC的脱汞效率随温度升高而降低,但在中高温条件下仍表现出良好的脱汞性能;在化学吸附过程中,气态Hg0被C-Cl基团氧化为HgCl或HgCl_2,同时Hg~0与半焦表面含氧官能团结合生成HgO,Hg~0最终以HgCl_2或HgO的形式附着在半焦表面.     

低温等离子强化复合钙基吸附剂脱汞实验研究

在固定床吸附实验台上对低温等离子改性前后的复合钙基吸附剂进行脱汞实验,深入探究SO₂和O₂对具有较高孔隙率和比表面积的复合钙基吸附剂脱汞性能的影响.并通过多种表征手段和方法分析复合钙基吸附剂对Hg⁰的吸附机理.实验结果表明,由于等离子改性提高了吸附剂表面的含氧官能团的相对含量,经等离子改性的复合钙基吸附剂的脱汞效率有明显提高.在N₂+0.07% SO₂+6% O₂气氛下,吸附剂脱汞效率相比于无氧气氛由23.7%增至91.2%,吸附剂脱汞效率明显提高.此时吸附剂表面的羟基、酯基官能团作为主要反应活性位点,而羰基官能团的作用不明显.O₂的存在促使活性炭表面由碳原子不饱和键形成的活性位增加,促进了Hg⁰的吸附,同时生成多种汞化合物.随着SO₂浓度升至0.15%,改性复合钙基吸附剂表面活性位再次出现不足,此时SO₂抢夺Hg⁰的吸附位点,脱汞效率降至23.3%.