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国内外燃煤电厂汞排放控制技术比较分析

北极星大气网  来源:《中国环保产业》  作者:王圣等  2017/10/11 14:25:13  我要投稿  

北极星大气网讯:摘要:概述了燃煤电厂汞排放的危害及汞迁移转化的规律;对国内外燃煤电厂的汞排放浓度情况进行 了比较;指出汞排放控制技术的研究目前主要集中在燃烧前燃料脱汞、燃烧中脱汞和燃烧后烟气脱汞等方面;以美国运用较多的燃煤电厂炉前溴盐添加剂脱汞技术为案例进行分析,在煤里加入4ppm的溴,由于溴 化添加剂产生的汞脱除率约64%,总汞控制率达80%,汞排放浓度约为2.6μg/m3;如果加入12ppm的溴,由 于溴盐添加剂产生的汞脱除率约76%,总汞控制率可达88%,汞排放浓度约为1.56μg/m3。因此,溴盐添加 剂脱汞技术对我国目前装备了SCR和湿法脱硫装置的燃煤电厂脱汞具有较大的参考价值。

关键词:燃煤电厂;汞;排放浓度;控制技术;溴盐添加剂

引言

全球每年排放到大气中的汞总量约为5000吨,而燃煤过程中汞排放占相当大的比重。1995年全世界燃煤电厂排放汞1470吨,北美的燃煤电厂排放约105吨,在美国有440个燃煤电站,每年排放汞48吨。亚洲燃煤电厂排放最多,约排放860吨。我国汞排放量自1978年至 1995年年平均增长速度为4.8%,累积汞排放量为2494吨。根据联合国规划署2008年报告,2005年人为汞排放总量约为1960吨,分布于多个类别之中。大气汞排放的最大来源为化石燃料,尤其是煤在公共设施、工业与居民燃炉中的使用。2005年全球人为汞排放总量中,源于化石燃料的燃烧,而火电厂用煤又是燃煤消耗重要的组成部分。根据美国环保署(EPA)1997年给美国国会的汞研究报告,燃煤电站是对人体造成危害最大的汞排放污染源。与燃油相比,燃煤产生的汞排放要高出10倍到100倍。美国国家能源部(DOE)和国家能源技术实验室(NETL)联合美国电力科学研究院(EPRI)对各州1043个燃煤电厂进行了测量,获得了大量关于燃煤电厂汞排放的基础数据,这些数据为美国环保署(EPA)估算全美国燃煤电厂汞排放量在美国汞排放总量中所占份额提供了很大帮助。我国对燃煤电厂汞排放的研究主要还是以实验室数据为基础或采用国外的汞排放因子,我国基于现场测试的燃煤电厂汞排放资料还非常少。

本文在对我国有代表性的六台机组进行实测的基础上,对国内外燃煤电厂汞排放浓度进行比较,并进一步对国内外燃煤电厂汞控制技术进行比较分析,目的是为我国燃煤电厂合适可行的汞排放控制技术提供参考。

1 燃煤电厂汞排放危害及汞迁移转化规律

1.1 燃煤电厂汞排放危害

汞排放造成的危害主要特征之一是在生物和人体中具有累积性。电厂排放的含汞废水,可使淡水鱼体内含 有过量的汞,人们会因食用了这种淡水鱼而中毒。此外,含汞的废水还会污染植物,而森林大火或野火也会 把植物中的汞挥发到大气中。汞及其化合物通过呼吸道、皮肤和消化道等不同途径侵入人体,会造成神经性中毒和深部组织病变。

汞是有剧毒性的微量元素,具有挥发性和累积性。汞在空气中传输扩散,最后沉降到水和土壤中,从而对 环境和人体健康构成极大隐患。汞是地壳中相当稀少的一种元素,极少数的汞在大自然中以纯金属的状态存在,在标准气压和温度下,纯汞很容易氧化而生成氧化汞。通过工业烟囱排放出来的汞可以微粒形式存在,这种微粒在天空中可以很快地回落到地面;也可以浮质的形式飘到任何地方。

大气中汞的浓度往往很低,一般不为人们所重视。如果汞直接或通过沉降进入水体,将会以毒性更大的形态(甲基汞)在鱼和动物组织中累积。甲基汞和二甲基汞也可富集于藻类、鱼类和其它水生生物中。生物累 积导致处在食物链顶端的食肉动物体内的汞浓度数千倍甚至数百万倍于水中的汞浓度,从而在整个食物链中富集。

1.2 电厂燃煤过程中汞迁移转化规律

煤中的汞分为有机汞和无机汞,电厂锅炉煤粉的燃 烧过程中,煤中的汞将因受热挥发并以汞蒸气的形态存在于烟气中。

在通常的炉膛温度范围内(1200℃~1500℃), 大部分汞的化合物在温度高于800℃时处于热不稳定状 态,将分解成元素汞。因此在炉内高温下,煤中几乎所 有的汞(包括无机汞和有机汞)都会转变成元素汞并以 气态形式进入烟气。烟气中汞的存在形式主要包括气相 汞(单质汞和气相二价汞)和固相颗粒汞,这三者称为 总汞。气相汞在小于400℃时以HgCl2为主,大于600℃ 时以Hg为主,温度在400℃~600℃之间,二者共存。 固态汞指的是与颗粒表面结合的那部分汞,它较容易被 除尘器脱除。

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