汞管理

火电厂烟气中汞的分布特征和排放特点

2017-10-12 15:26:47 《环境科学与管理》 作者:谢馨等

摘  要:调查南京市某一燃煤火电厂100MW机组,在两种不同的工况下,对该锅炉废气中的汞污染物进行现场测试,选取三个监测点位,分别为静电除尘器进口、出口及湿法脱硫装置出口,分析煤质燃烧烟气中汞不同形态的监测结果,得到静电除尘器和湿法脱硫装置对汞脱除效率,总结火电厂烟气中汞的污染物的分布特征及其排放特点。火电厂燃烧的废气中汞来源于煤质中的汞,主要以气相部分汞形态存在,90%以上的汞以气态汞形态排放到烟气中,固相部分汞含量较少。静电除尘器对总汞有着相当高的脱除效率,湿法脱硫装置对总汞的脱除率较低。

关键词:火电厂锅炉;汞;静电除尘器;湿法脱硫装置

前言

中国是能源消耗大国,煤作为主要能源,消耗量一直位于能源之首。煤中硫、汞、砷、铬、镉、硒、铅、氟、氯、铍、铀等多种微量元素随着煤的加工和燃烧产生的气态污染物排放到周围环境会对人和动植物直接造成危害。其中汞作为一种剧毒、高挥发性以及在生物链中具有积累性的物质,是全球性循环污染元素。煤燃烧产生的烟气中汞存在形态主要有两种:气相部分汞(主要以Hg0、Hg  2+ 形态存在)和固相部分汞(主要以附着颗粒物形态存在)。

近年来,如何控制火电厂大气污染物排放一直是电力环境保护面临的焦点问题,经过长期研究和工程技术实践,在控制烟气中SO2、NOx的排放方面取得了较好进展。比较而言,由于烟气中的汞排放量少,汞的危害与控制技术研究一度遭到忽视。美国环保署颁布了汞排放控制标准(CAMR),美国成为世界上第一个针对燃煤电站汞排放实施限制标准的国家。但是,截至目前,中国国内仍然没有就火电厂烟气的汞排放出台具体规范标准,如何有效控制火电厂烟气的汞排放仍然是目前一项老大难问题。基于汞的严重危害以及目前排放控制现状,我们对南京市现有的火电厂烟气中汞排放进行现场测试,进一步了解火电厂烟气中汞的分布特征和排放特点,研究控制方法措施。

南京市火电厂锅炉基本以100MW机组为主,主要净化设施为静电除尘器和湿法脱硫装置。我们选定一台100MW机组的锅炉,  监测两种工况下,烟气中汞污染物经设施净化后的排放浓度。

1实验部分

1.1选取调查对象

1.1.1 锅炉型号

选择南京市火电厂100MW机组,锅炉型号为ПП-1000-25-545KT,我们分别就两种工况展开调查监测工作。

1.1.2 锅炉主要净化设施

静电除尘器:烟气通过电除尘器主体结构前的烟道时,使其烟尘带正电荷,然后烟气进入设置多层阴极板的电除尘器通道。由于带正电荷烟尘与阴极  电板的相互吸附作用,使烟气中的颗粒烟尘吸附在阴极上,定时打击阴极板,使具有一定厚度的烟尘在自重和振动的双重作用下跌落在静电除尘器结构下方的灰斗中,从而达到清除烟气中烟尘的目的。

脱硫设施:锅炉烟气经电除尘器除尘后,通过增压风机、GGH降温后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中,在吸收塔中,石灰石与二氧化硫反应生成石膏。经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾,在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。

1.1.3 选取工况

保证火电厂锅炉在75%以上的运行负荷下正常稳定运行,进行监测。选取两种工况,监测期间工况一的锅炉运行负荷为90%,工况二的锅炉运行负荷为80%。

1.2 煤质分析(见表1、表2)

火电厂烟气中汞的分布特征和排放特点

1.3监测点位

选取静电除尘器进口(Q1)、静电除尘器出口即湿法脱硫装置进口(Q2)、湿法脱硫装置出口(Q3)监测点位具体见图1。

火电厂烟气中汞的分布特征和排放特点

1.4采样方法与分析方法

1.4.1 采样方法

固相部分汞:通过等速采样,将颗粒物从固定污  染源中抽取到玻璃纤维滤筒中。工况稳定的情况下,进行三次采样,取均值。取同批号的空白滤筒两个,作为空白样。

气相部分汞:串联两支各装10ml吸收液的大型气泡吸收管,以0.3L/min流量采样。考虑烟气中汞的浓度不同,控制采样时间,除尘器进口采样10分钟,除尘器出口采样15分钟,脱硫装置出口采样20分钟。工况稳定的情况下,进行三次采样,取均值。取同期两个滴加吸收液的吸收管,作为空白样。

现场测试过程中,时刻观察高锰酸钾吸收液的颜色变化,如吸收液变色,应立即停止采样,防止吸收液过饱和,同时记录下采样体积。橡皮管对汞有吸收,采样管和吸收管之间应采用聚乙烯管连接,接  口处用聚四氟乙烯生料带密封。

1.4.2 分析方法

原子荧光分光光度法。将所采集的样品用混合酸消解处理,在酸性介质中,加热消解使样品溶液中的汞以二价汞的形式存在,再被硼氢化钾还原成单质汞,形成汞蒸气,被引入原子荧光分光光度计进行测定。

1.5监测结果(见表3、表4,图2~图5)

火电厂烟气中汞的分布特征和排放特点

火电厂烟气中汞的分布特征和排放特点

火电厂烟气中汞的分布特征和排放特点

2 分析

2.1 烟气中汞的来源

从监测的两种工况煤质分析,我们可以明显看出,工况二煤质中的汞含量以及其燃烧产生烟气中汞的排放量均高于工况一。由此得出,烟气中汞产生量主要取决于煤质中的汞含量。

2.2 烟气中汞的分布特征

火电厂燃烧的废气中汞主要以气相部分汞形态存在,所占比重在83.54%~93.68%之间。

废气中的汞主要以气态形态存在主要是以下原因:

第一,煤经磨煤机粉碎成煤粉过程中,煤中汞已有部分挥发;

第二,煤质中的汞以及化合物,无论是单质汞还是硫化汞等化合物,在锅炉燃烧区内(温度超过500℃时)几乎全部气化,当燃烧区温度达900℃时99%的汞转化为气态。

2.3火电厂净化装置对汞的去除效果

2.3.1 静电除尘器:静电除尘器对总汞的去除率为  91.8%和74.6%。其中对气相部分汞的去除率为91.3%和76.9%,对固相部分汞的去除率为95.7% 和40.3%

煤炭燃烧过程中的飞灰对烟气中汞的产生吸附效应,且随着粒径变细,富集程度加剧,气相部分汞被细小粒径的飞灰吸附。静电除尘器可以有效的去除烟气中的飞灰,同时对飞灰富集的汞也产生了净化效应。因此静电除尘器对气相部分汞和固相部分汞均产生有效的去除效果。

2.3.2 湿法脱硫装置:湿法脱硫设施对汞以及化合物的净化效率为58.7%和50.4%。其中对气相部分汞的去除率为59.4%和45.3%,  对固相部分汞的去除率为80.7%和54.4%。湿法脱硫设施明显对汞的净化效果没有静电除尘器效果好,主要原因有以下两点:

第一,对气相部分汞的净化效果较低。湿法脱硫主要是利用二氧化硫与氧化钙反应生产石膏,在 现有的净化工艺中,气相部分汞中Hg0  是无法向Hg2+转变,同时Hg0溶解度很小,且挥发性极强,不能被浆液吸收。在烟气脱硫系统中,浆液中的金属离子(如Ca、  Fe、Mg、Co、Ni等)和亚硫酸氢根将Hg2+  还原成Hg0,因此气态的汞除去效果较低,Hg2+减少,但是同期它转化为Hg0,Hg0增加。总体而言,脱硫设施对气态总汞(Hg2+和Hg0)净化效率较低。

第二,对固相部分汞的净化效果也较低。对固相部分汞的去除率主要体现净化装置在对颗粒物的去除效果,静电除尘器对颗粒物净化效率很高,一般四电场的除尘效率可以达到99.9%以上,原先富集  在颗粒物中的汞去除,相对而言湿法脱硫装置对颗粒物除尘效率较低,因此对吸附在颗粒物上的固相部分汞的去除效果较差。

3结论与建议

火电厂燃烧的废气中汞来源于煤质中的汞,主要以气相部分汞形态存在,90%以上的汞以气态汞形态排放到烟气中,固相部分汞含量较少。静电除尘器对总汞有着相当高的脱除效率,湿法脱硫装置对总汞的脱除率较低。

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