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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

北极星环保网讯:基于我国燃煤电厂普遍对常规大气污染物烟尘、SO2和NOx实施超低排放的背景,综述了除尘设备、脱硫系统和脱硝设施对颗粒态汞、氧化态汞和元素态汞协同控制的技术特点和效果。同时比较分析了多种烟气脱汞技术,如氧化吸收法、吸附法和催化氧化法等的国内外研究现状及技术优缺点。研究结果可为我国燃煤电厂实施更为严格的汞排放标准后技术的选择和新型脱汞技术的研发提供有益的参考。

众所周知,能源是国民经济持续发展的重要基础,我国独特的能源结构决定了在相当长时间内能源以煤炭为主的格局难以改变。据统计,我国目前燃煤发电厂约占国家能源供应的70%左右,预计2050年该比例仍会在50%以上。

燃煤排放的大量常规污染物,烟尘、SO2和NOX等和非常规污染物,重金属等引起了一系列生态环境和人类健康问题,受到党和政府的高度重视和国际社会的广泛关注。应对近几年严峻的大气污染形势,为了实现燃煤烟气污染物的有效减排,我国政府提出了严格的烟气污染物排放要求,规定燃煤电厂达到或接近燃气电厂的污染物排放限值。

2014年至2015年间,我国燃煤发电行业在国家环保政策的推动下,提出了“超低排放”的减排目标,各发电集团以及地区各行政区纷纷制定了“超低排放”的目标和计划并付诸实施,对缓解我国大气污染,改善空气质量做出了重要贡献。

值得关注的是,燃煤过程排放的重金属尤其汞具有高毒性、不可降解性和生物积累性,将对生态环境和人群健康产生长期危害。包含美国在内的140多个国家于2013年10月签署了国际汞公约(水俣公约),该公约于2017年8月16起在我国正式生效。

鉴于大量的汞源自煤炭燃烧,(水俣公约)中明确提出了燃煤电站和工业锅炉汞排放控制的要求。同时,在我国修订的燃煤电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)中,规定汞污染排放限值低于30μg/m3。

该标准目前被认为是启示性的,多家电厂测试表明,燃煤电厂烟气汞排放浓度均远低于该排放限值,尤其超低排放系统的协同控制。但参照美国燃煤电厂汞排放限值,即烟气总汞排放浓度为1.5μg/m3排放要求,我国作为重要的协议签约国和汞排放大国,将在未来几年内提出更高的减排要求。因此,燃煤电厂汞排放控制将面临着巨大的环境压力。

燃煤烟气汞排放控制技术主要可分成燃烧前脱汞、燃烧中脱汞和燃烧后脱汞。燃烧前脱汞可通过洗煤和型煤加工等手段脱除煤炭中的硫分、灰分和汞等组分,其缺点是处理成本高及需对处理过程中产生的含汞废水做进一步处理;另外,还可以通过热解、气化等手段释放煤炭中的汞,实现脱汞净化。

段钰锋等和罗光前等对不同的煤种进行了一系列的热解实验,结果发现当温度达到600℃时,煤炭中90%以上的汞可被释放。燃烧中脱汞主要通过低氮燃烧器和在炉膛中喷射吸附剂和溴化物等方式实现汞的转化与脱除。

而燃烧后脱汞主要通过其它烟气净化设备如除尘系统、脱硫系统和脱硝系统实现协同捕集和吸;为了实现高效脱汞,常采用活性炭或含溴活性炭喷射技术,但存在运行成本高和含汞活性炭难以处理的问题;从降低污染控制设备投资和运行成本角度,利用催化剂和各种氧化剂将烟气中气态汞转化为氧化态汞,实现多污染物一体化脱除已成为燃烧后脱汞的研究热点。

总体上,当前对燃烧前和燃烧中脱汞技术的研究及应用在国内外的研究较少,而对燃烧后脱汞,活性炭或含溴活性炭喷射技术似更为成熟。由于经济方面原因及标准的要求,国内燃煤电厂尚未大规模开展大规模工程应用。因此面对我国能源电力的巨大污染物减排压力和国际履约需求,研发高效、低成本的燃煤烟气脱汞技术十分必要。

1现有污染物控制设备对烟气中汞的协同脱除

目前,在燃煤烟气中烟尘、SO2和NOx常规污染物达到超低排放政策推动下,我国燃煤电厂几乎全部安装了高效脱硝、除尘和脱硫装置,这些装置对烟气中存在的颗粒态汞(HgP)、氧化态汞(Hg2+)和元素态汞(Hg0)均具有一定程度上的协同脱除效果。因此在国内大部分燃煤电厂尚未安装单独脱汞装置而实现汞污染物减排,研究现有烟气污染物控制设备协同脱汞技术或手段具有重要的现实意义。

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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