海水脫硫電站燃煤過程中汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化與排放特性研究.pdf

1、汞是一種劇毒、高揮發(fā)性、易在生物體內(nèi)富集并導(dǎo)致病變的持久性環(huán)境污染物。由于原煤中含有汞，耗煤量巨大的燃煤電站成為環(huán)境中汞污染的最主要人為排放源。目前，燃煤電站汞排放特性及控制技術(shù)研究已成為各國研究的前沿及熱點(diǎn)。 本文以燃煤過程產(chǎn)生的汞污染物為對象，以配有完整煙氣凈化裝置的大型濱海電站燃煤鍋爐煙氣的排放流程為主線，研究燃煤過程汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化與排放特性，結(jié)合鍋爐燃煤煙氣凈化工藝，討論汞污染的控制技術(shù)。主要內(nèi)容和結(jié)果如下： (1

2、)論文研究了燃煤電站常用的煙煤中汞的含量，分析汞含量與煤種的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)煤中汞含量與硫含量具有較強(qiáng)的相關(guān)性。本研究采用小型管式爐進(jìn)行燃煤排放煙氣中汞的形態(tài)分布模擬實(shí)驗(yàn)。在600℃的燃燒條件下，實(shí)驗(yàn)煤種汞的析出率大于95％。模擬實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，煙氣中二價(jià)汞(Hg2+)所占的比例隨燃燒溫度、燃燒供氣流量的增加而上升；零價(jià)汞(Hg0)所占的比例則隨燃燒溫度、燃燒供氣流量的增加而下降。 (2)本研究采用Ontario—Hydro Metho

3、d(OH法)，在300 MW工業(yè)燃煤鍋爐進(jìn)行煙氣中汞的濃度水平分析，同時(shí)取樣分析鍋爐的煤、底渣、飛灰等固體樣品，以及脫硫塔進(jìn)出口、曝氣池之后海水樣品中的汞含量。研究發(fā)現(xiàn)，電站燃煤排放煙氣中氣態(tài)汞的濃度在12.63～15.71μg/Nm3之間變動(dòng)，飛灰中的汞含量與煤中的汞含量大體相當(dāng)，底渣中的汞含量則僅為飛灰含汞量的1/10～1/100左右。脫硫曝氣池的海水在排向海域前的汞含量仍為新鮮海水的5～6倍左右。經(jīng)物料衡算，單位發(fā)電量產(chǎn)生的汞源強(qiáng)

4、約為62.40μg/kW·h，實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果表明，單位發(fā)電量排向大氣環(huán)境的汞約13.78μg/kW·h，以灰渣形式排向環(huán)境的汞約3.53μg/kW·h，排向海水環(huán)境的汞約33μg/kW·h。 (3)本研究利用了OH法的分析數(shù)據(jù)以及對飛灰粒徑和殘?zhí)剂康臏y試結(jié)果，并采用連續(xù)在線測汞儀(CEMs)監(jiān)測不同運(yùn)行工況下煙氣中汞的排放濃度變化趨勢，同時(shí)結(jié)合煙氣凈化設(shè)施(FCDs)的工藝特點(diǎn)，分析FCDs工藝及運(yùn)行方式對汞排放特性的影響。研

5、究發(fā)現(xiàn)：在選擇性催化還原(SCR)脫硝催化劑的作用下，煙氣中83.4％的氣態(tài)Hg0被氧化成氣態(tài)Hg2+，強(qiáng)烈地影響汞的后續(xù)排放特性。作為SCR工藝中的還原劑，NH3不會(huì)對煙氣中汞的形態(tài)變化造成可視性(discernable)的影響。煙氣經(jīng)過靜電除塵(ESP)的脫塵作用后，顆粒態(tài)汞在煙氣總汞中所占的比例由ESP前的5.66％降至ESP后的近似于零，靜電除塵對顆粒態(tài)汞的去除率幾乎達(dá)到100％。ESP各電場飛灰吸附汞能力與飛灰粒徑呈負(fù)相關(guān)性，

6、與飛灰殘?zhí)剂坑休^強(qiáng)的正相關(guān)性。采用煙氣海水(SW—FGD)脫硫裝置時(shí)，海水對煙氣中汞的洗脫率高達(dá)73.6％，海水轉(zhuǎn)移了本應(yīng)排向大氣的汞污染物。本研究中SCR十ESP+SW—FGD的FCDs組合方式對煙氣中汞的脫除率達(dá)74.1％。因此認(rèn)為，煙氣凈化設(shè)施能有效地削減燃煤過程汞的向大氣的排放量，有必要充分利用現(xiàn)有煙氣凈化設(shè)施優(yōu)先控制燃煤鍋爐煙氣中汞向大氣的排放。 (4)本研究采用金絲捕汞法富集脫硫海水曝氣池逸出的汞，考察脫硫海水曝氣工

7、藝對汞向大氣釋放的影響。曝氣池上空氣體中汞的濃度平均值為10.01ng/m3，高出當(dāng)?shù)乇尘爸档?0倍以上。汞的濃度還與曝氣池海水中汞的質(zhì)量濃度、曝氣強(qiáng)度呈正相關(guān)性。研究還發(fā)現(xiàn)，汞的濃度在曝氣池周邊的垂直高度上呈現(xiàn)遞減的規(guī)律。曝氣池上空汞的濃度在白晝時(shí)段高于夜間時(shí)段，并在中午日光照射較強(qiáng)的時(shí)段出現(xiàn)峰值，光致還原對曝氣池海水中的汞釋放起到了促進(jìn)作用。 (5)本研究建立了三維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，采用具有二次精度的六節(jié)點(diǎn)三角形單元，并利用粗