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分析|300MW等级燃煤机组煤粉炉与循环流化床锅炉汞排放特性比较

2017/12/4 16:56:11  来源:循环流化床发电  作者:魏绍青  我要投稿

1.3烟气及液固相废弃物样品的分析

OHM法取样得到吸收瓶中的液体样品汞浓度采用LeemanHydroⅡAA全自动汞分析仪进行分析,该仪器基于以SnCl2为还原剂的冷原子吸收法。每种样品分析三次,取三次分析结果的平均值作为实验结果。如果三次结果的相对标准偏差大于10%则再进行三次分析并去掉偏差大的数据。分析得到吸收液的汞浓度后,通过计算吸收瓶中的总汞质量,再根据烟气取样体积计算烟气中的Hg2+和HgO浓度。

30B取样得到的吸附管中吸附剂的总汞质量采用LumexRA915+塞曼效应汞分析仪分析,分析前样品通过热解炉进行原子化。通过得到的吸附管中的总汞质量与烟气取样体积计算烟气中的气相总汞浓度。

入炉煤、飞灰、底渣和分离干燥后的脱硫石膏样品中的汞浓度采用LumexRA915+塞曼效应汞分析仪进行分析,分析过程与吸附剂相同。煤的工业分析采用GF-3000型自动工业分析仪按照按照国家标准GB/T212—2008进行分析。

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结果与讨论

2.1入炉煤的特征分析

表1为两个电厂入炉煤样的工业分析和总Hg含量的分析结果。其中,煤样的工业分析采用空气干燥基计算,煤中汞含量测定10次并取测定结果的平均值。330MWPC炉电厂的煤样中固定碳含量高于350MWCFB电厂煤样,而灰分低于350MWCFB电厂,两电厂入炉煤的挥发分和水分含量相当。通常CFB电厂采用的燃料多为劣质煤,但本研究所选取的两电厂入炉煤样均属于同一地区的混煤,因此,其汞排放特征的对比更具有可比性。两电厂入炉煤的平均汞含量分析结果表明,350MWCFB电厂入炉煤的汞含量略高于330MWPC电厂,但其固定碳含量的高低相反。尽管文献的研究结果普遍认为固定碳含量高的煤其成煤时间较长,其汞含量也应该相对较高,但本研究的结果并未支持这一规律。入炉煤的汞含量是决定燃烧后汞排放的首要因素,两个实验电厂的入炉煤平均汞含量相差20%,则燃烧的气固相产物中的总汞含量差别应在此数值上下。


2.2气相汞浓度的比较

对两个电厂的除尘器入口烟气分别采用30B法和OHM法两种方法进行了取样及汞浓度的分析。表2为30B法测试得到的两个电厂除尘器入口气相总汞浓度的对比,每次取样分析中A管和B管两个平行样的汞浓度差均在10%以内,其结果满足30B的要求,取平均值作为气相总汞浓度结果。两个电厂除尘器入口的气相总汞浓度结果表明,PC炉电厂除尘器入口气相汞浓度平均值10.64μg/m3明显高于CFB炉电厂的3.36μg/m3。在除尘器入口位置,燃煤烟气与飞灰从炉膛引出后先通过了脱硝装置,后通过空气预热器。两电厂的脱硝装置均采用了选择性催化还原装置(SCR),在SCR中烟气中汞发生一定程度的催化氧化作用,但总汞浓度不发生变化。烟气在SCR后通过了空气预热器,在此过程中烟气温度从300℃降到150℃左右,降温过程烟气中汞不断被吸附在飞灰表面,导致空预器出口气相汞浓度的差别。由于两电厂脱硝装置均采用SCR,汞在此阶段发生的反应机理相同,因此,烟气和飞灰的成分是造成飞灰对烟气中汞吸附效率差异的主要因素。


表3为OHM法对两电厂除尘器入口气相中Hg2+和Hg0的取样分析结果。OHM法测得的气相总汞浓度与30B法相当,验证了两种取样方法的可靠性。OHM法的优势在于能够区分气相中Hg2+和Hg0浓度比例,PC炉的c(Hg2+)/c(Hg0)比值为1.2,略低于CFB炉的1.5-2.0。通常情况下气相中的Hg2+相比于Hg0更易被飞灰吸附,但本研究在两电厂测得除尘器入口的Hg2+浓度高于Hg0浓度,表明易于被吸附的Hg2+仍没有完全被飞灰吸附。烟气从SCR出口到经过空气预热器这一阶段是明显的降温过程,大部分气相汞在这一过程中与飞灰结合,Hg2+在这一阶段没有被完全吸附的原因可能是由于汞的吸附速率还不足以达到吸附率100%。在烟气经过空预器,气相汞浓度与颗粒态汞浓度比例不断改变的过程中,气相中Hg2+和Hg0始终保持着一定的比例。

综上可以看出,在入炉煤汞含量相近且脱硝装置相似的前提下,CFB电厂除尘器入口的烟气汞浓度低于PC炉电厂,烟气中均同时存在Hg2+和Hg0,且c(Hg2+)/c(Hg0)比值均高于1。除尘器入口处烟气汞浓度的差别主要是气相汞与飞灰之间的相互作用差异导致的。Cao等在研究FF对汞的捕获作用时,比较了PC炉飞灰与CFB飞灰的特性差别,发现CFB飞灰的含碳量和比表面积均高于PC炉飞灰,并且通过扫描电镜表征发现了CFB飞灰的形貌呈海绵状,而PC炉飞灰的形貌呈玻璃珠状。飞灰特性的差异,一方面对烟气通过SCR时Hg0到Hg2+的氧化反应转化产生影响;更重要的,在通过空预器的降温阶段,烟气汞在气固相的迁移转化受飞灰表面结构的影响很大。本实验通过测定两电厂飞灰的烧失量估算了其中的未燃尽碳含量,对于PC炉和CFB炉分别为5.41%和7.63%,证实了CFB炉更高的未燃尽碳含量,与其他文献的报道结果相一致。CFB飞灰更高的未燃尽碳含量导致其对汞的氧化吸附作用更强,因此,在除尘器入口的烟气汞浓度低于PC炉。


采用30B法对两电厂的除尘器出口气相总汞浓度进行取样分析结果见表4。


两个电厂除尘器出口气相汞浓度均低于其入口值,说明在除尘器中飞灰对烟气中汞发生了进一步的吸附作用。PC炉电厂和CFB电厂采用的是不同的除尘装置,前者是ESP后者是FF。ESP对烟气中的飞灰有很高的捕获能力,只要是形成的颗粒态汞可以几乎完全被ESP捕获,因此,PC炉电厂从ESP入口到ESP出口颗粒态汞进一步形成并被ESP捕获。FF不仅可以捕获颗粒态汞,其滤袋对气相汞也会有吸附作用,因此,对汞的整体捕获效率较ESP更高。CFB电厂除尘器出口的烟气汞浓度已经达到1μg/m3以下,表明经过FF后,烟气中汞已接近全部被捕。

文章关键词:汞含量 烟气汞排放 循环流化床 

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