燃煤電站鍋爐系統(tǒng)的汞排放分析及其預(yù)測.pdf

1、燃煤汞排放作為大氣污染的一個(gè)重要來源，其造成的汞污染對(duì)生態(tài)環(huán)境具有很大的直接和潛在的危害。國內(nèi)外對(duì)燃煤電站汞在煙氣中的形態(tài)分布已有很多研究，但有關(guān)汞形態(tài)和轉(zhuǎn)化機(jī)理的研究還處于探索階段，燃煤汞形態(tài)分布的預(yù)測模型方面的研究還很薄弱。因此，研究汞在煙氣中的分布特性，汞形態(tài)的轉(zhuǎn)化規(guī)律和預(yù)測模型，對(duì)于深入探討元素汞向氧化汞的轉(zhuǎn)化，減輕汞對(duì)環(huán)境的污染具有重要理論價(jià)值和實(shí)用意義。 首先，選定了一臺(tái)220WM燃煤電站直流液態(tài)排渣鍋爐，在接近5

2、0﹪、75﹪和100﹪三種鍋爐負(fù)荷的穩(wěn)定運(yùn)行工況下，對(duì)系統(tǒng)的入爐煤、底渣、靜電除塵器(ESP)前后煙氣、ESP四個(gè)電場的飛灰，進(jìn)行了現(xiàn)場汞濃度取樣和系統(tǒng)汞平衡計(jì)算，對(duì)測試結(jié)果及其影響因素進(jìn)行了分析和討論。采用美國環(huán)境保護(hù)署(EPA)和能源部(DOE)等機(jī)構(gòu)推薦的標(biāo)準(zhǔn)方法Ontario Hydro Method(OHM)作為取樣方法，對(duì)煙氣中汞的各種形態(tài)進(jìn)行了測試分析。考察了煙氣中氯含量、飛灰粒徑分布、飛灰含碳量、煙氣溫度以及煤中汞含量變

3、化對(duì)燃煤煙氣中汞形態(tài)分布和濃度的影響。得出如下結(jié)論：(1)煙氣中汞形態(tài)分布特征是：ESP前煙氣中的元素汞平均為84.7﹪，ESP后平均為90.7﹪，在煙氣中占主導(dǎo)地位；由于煤中的氯含量較低，氧化態(tài)汞在煙氣中的比重相對(duì)較小，ESP前平均為13.3﹪，ESP后平均為9.1﹪。由于液態(tài)排渣鍋爐的燃燒效率高，飛灰中的殘?zhí)剂亢艿?，因而吸附的顆粒汞非常少，ESP前平均為2.0﹪，ESP后平均為0.2﹪。(2)飛灰對(duì)汞的吸附強(qiáng)烈依賴于飛灰含碳量，較弱

4、依賴于飛灰的粒徑分布；同時(shí)，煙氣中汞的吸附還可能與飛灰表面富集的其他元素的物理和化學(xué)特性有關(guān)。(3)煙氣組分對(duì)汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化有重要影響，煙氣中的氧濃度、氮氧化物的濃度、氯元素濃度與汞的氧化份額呈現(xiàn)正相關(guān)；而硫元素的存在會(huì)加大元素汞的份額。(4)進(jìn)入底渣中的汞占入爐煤中汞的平均值為0.95﹪左右，該燃煤機(jī)組ESP對(duì)總汞的脫除效率平均值為27.6﹪，說明ESP對(duì)總汞的脫除效率并不高，排放進(jìn)入大氣的汞占總汞的比例平均為70﹪以上。要有效控制排放

5、進(jìn)入大氣的汞，必須采取措施，增加煙氣中氧化態(tài)汞的份額。 其次，應(yīng)用化學(xué)熱力學(xué)平衡方法數(shù)值計(jì)算了不同溫度下汞的形態(tài)分布特性，建立了燃煤煙氣中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的預(yù)測模型，并與實(shí)測值作了比較，模型預(yù)測結(jié)果基本符合燃煤條件下汞的形態(tài)分布特性。由模型計(jì)算得出如下結(jié)論： (1)汞與氯的氧化反應(yīng)主要發(fā)生在700K以下，高于800K時(shí)，90﹪以上都以元素汞的形態(tài)存在。燃煤電站鍋爐的尾部煙道一般是氧化性氣氛，經(jīng)過各種受熱面以后，煙氣的溫度降至600K

6、以下，Hg主要以HgCl<,2>形式存在，這有利于汞的排放控制。低于400K時(shí)，理論預(yù)測表明99﹪以上的汞被氧化成HgCl<,2>。(2)隨著煙氣中氯含量的增加，汞被氧化的溫度范圍加寬，汞被氧化的份額逐漸加大，這說明汞的氧化與氯含量存在正相關(guān)。(3)在煙氣中存在氯元素的情況下，汞與氧的反應(yīng)減少，煙氣中的氧化態(tài)汞主要是HgCl<,2>，HgO的份額相對(duì)很低。盡管不能精確地預(yù)測實(shí)際條件下汞的氧化態(tài)組成，化學(xué)熱力學(xué)平衡計(jì)算的結(jié)果對(duì)于理論分析汞