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燃煤电厂烟气脱汞技术的研究

北极星环保网来源:华北电力大学学报 赵毅 等2019/5/20 10:47:43我要投稿

1.1烟气脱硝装置对烟气中汞的协同脱除

燃煤电站应用广泛且成熟的烟气脱硝技术为选择性催化还原(SCR)工艺,其中常用的SCR催化剂主要由由钒、钛、钨和钼等金属混合物组成。研究表明,该类催化剂表面以钒为中心的活性点位可催化Hg0发生氧化反应,生成的Hg2+可在烟气脱硫系统中被吸收。

通过烟气脱硫系统前和后汞测试结果比较可以间接判断,SCR装置对烟气中的Hg0具有协同脱除作用。进一步的研究还发现,Hg0的氧化会受到包括烟气成分、催化剂组成及制备温度和反应温度等多种因素在内的多重影响。

一般认为,SCR催化剂并没有在同一个区域内实现NOx的还原和Hg0的氧化。其中,NOx的还原在SCR装置的入口附近实现,因为该区域NH3浓度较高。大量的NH3分子占据了SCR催化剂表面的活性点位,进而发生NOx的还原反应;而Hg0的氧化反应则会在SCR的后部区域发生,这是应为该区域大部分NH3已被大量消耗,而此时占据催化剂表面的则主要是HCl或Cl2等组分,因而由Cl参与发生Hg0的氧化反应。

但关于Hg0的详细氧化机制处于研究阶段,尚未形成准确的定论。Naik等认为Hg0在SCR催化剂表面的氧化过程为:V2O5表面吸附HCl,随后与气态的Hg0或吸附在V2O5表面的Hg0发生反应。ShengH等则认为HCl被吸附在V2O5/TiO2表面产生活性氯,其可与邻近吸附态Hg0发生反应,发生汞的形态转化。

此外,研究人员还通过相关试验在SCR催化剂上检测到Cl2的存在,推断Hg0的氧化也可能源自Deacon反应,如方程式(1)所示。虽然学术界对SCR催化氧化Hg0的机理说法不一,但大量的研究结果证实,

HCl和Hg0均可在催化剂表面吸附,因此利用Langmuir-Hinshelwood机制解释Hg0氧化机理更为合理,即吸附于催化剂表面的Hg0和氧化剂物种发生反应,Hg0被氧化为Hg2+。

4HCl+O2→2H2O+Cl2(1)

1.2除尘装置对烟气中汞的协同脱除

燃煤烟气中HgP的含量则取决于煤中汞的含量、煤质的性质、锅炉燃烧方式等,其大多存在于烟尘中或被吸附在烟尘表面,因此燃煤电厂除尘装置对HgP的协同脱除效果主要取决于除尘效率。同时由于除尘装置前端装有烟气脱硝系统,SCR催化剂可将烟气中的Hg0转化成易溶性的Hg2+,其易于被吸附在烟尘颗粒物表面,进而在除尘装置内被协同脱除。相对而言,除尘装置前端安装SCR脱硝系统后的机组脱汞效果明显优于未安装SCR的机组。

传统的静电除尘器(ESP)除了可以系统脱除烟气中的吸附在颗粒表面上的HgP,还可以将部分Hg0氧化,这是因为电除尘器电晕放电产生的臭氧可将Hg0氧化为Hg2+。另外电晕放电产生的紫外线和高能电子流也可促进Hg0向Hg2+的转化。

但由于燃煤烟气中HgP的含量不高,所以传统的静电除尘器对烟气中汞的脱除效率普遍偏低。超低排放改造的工程试验测试还发现,在常规ESP前端加装低温省煤器,可有效提高除尘器对烟气汞的协同脱除效率。这是因为烟气经过低温省煤器后,烟气温度一般低于酸露点的90℃左右,形成的SO3酸雾可与Hg2+结合,甚至将Hg0氧化形成HgSO4,其被烟尘包裹后进入除尘器,并随着烟尘被ESP捕获而被脱除。除了ESP,由于除尘效率高,袋式除尘器(FF)对HgP也具有良好脱除效果。

此外,为了满足常规污染物超低排放的要求,多数燃煤电站在脱硫系统后加装了湿式电除尘器(WESP),其集尘板上水膜的洗涤作用可以进一步脱除粉尘、SO3和气溶胶等污染物,同时还可有效的协同脱除烟气中的汞。与常规电除尘器和布袋除尘器不同的是,WESP对Hg0、Hg2+和HgP均具较好的的脱除效果,且对三种形态汞的平均脱除效率分别可达32%~40%、72%~82%、33%~100%。

1.3脱硫装置对烟气中汞的协同脱除

目前,燃煤电站控制烟气中SO2主要采用湿法烟气脱硫系统(WFGD),而脱硫装置对烟气中汞的协同脱除主要体现在对Hg2+的吸收,这是因为与Hg0不同的是,Hg2+易溶于水。由于Hg0易挥发且难溶于水,WFGD对烟气中Hg0的脱除效率几乎为零,因此WFGD对烟气中总汞的脱除效率取决于Hg2+占烟气汞的比例。研究表明,脱硫系统的液气比和浆液pH等因素均对WFGD协同脱汞效率产生影响。

延伸阅读:

一文快速了解燃煤电厂脱汞技术

烟气污染防治技术之汞污染防治技术及脱汞技术

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