燃煤烟气脱汞吸附剂综述
发布时间:2024-11-17
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吸附 文献
洁:争煤燃烧与发电技术
燃煤烟气脱汞吸附剂综述
邢帅杰,苏文娟,张帆,胡恩俊,段钰锋
(东南大学能源与环境学院.南京210096)
摘要:概述了我国燃煤烟气中脱汞吸附剂的研究现状,综述了活性炭、改性活性炭、飞灰、钙
基吸附剂、矿物类吸附剂、金属类吸附剂,以及一些新型吸附剂对汞的脱除效果。指出活性炭对汞的脱除效率高。但成本也高;飞灰吸附剂脱汞的成本虽然低但脱除效率也低。文中还介绍了其它新型吸附剂的发展,指出寻找廉价高效吸附剂的必要性及开发烟气中污染物的联合脱除吸附剂的研究方向。
关键词:燃煤;烟气;脱汞:吸附剂中图分类号:TK4l
1+5
文献标志码:A文章编号:lool一5523(2009)03—0013—04电站进行现场实验,在碳汞(cmo比为5
000."1,ESP
我国每年燃煤排放的汞及其带来的污染是非常惊人的,从1978~1995年,中国燃煤汞排放累积达2
500
(静电除尘器)出口温度为106。C处喷人活性炭,活性
炭停留时间在0.75—1.5s范围内,除汞效率为
48%。
t,每年增速为4.8%,2000年燃煤汞排放达
到273t,因此有效控制燃煤汞污染是21世纪电力
工业最重要的环保课题之一。当前对汞的排放控制
可分为燃烧前控制和尾部烟气控制,其中以尾部烟
Dunhamt,1等人在中试装置上研究了活性炭对汞
的吸附。对于BelleAyr煤生成的烟气中在未喷人活
气脱除技术最为广泛。虽然现有污染控制装置(In布
袋除尘器、电除尘器和湿式FGD等)可有效脱除烟气中的二价汞,但是对元素汞的脱除效果不明显,所以开发新的汞脱除技术就是促使元素汞转化为氧化汞和颗粒汞并利用现有污染物控制装置进行有效的脱除。本文综述了活性炭、飞灰、矿物类吸附剂等对燃煤烟气中汞的吸附脱除特性。
性炭,汞的脱除效率为20%~80%。当烟气中喷入活
性炭后,C/Hg由2000变成15000,汞的脱除效率
稍微增加。对于Evergreen煤来说,C/Hg由2500增
加到10000,汞的脱除效率由30%增加到85%。对于Blacksville煤说,C/Hg由3500增加到13000,脱
汞效率几乎不变;当C/Hg为3800,烟气温度由1750C变成1000C时,脱汞效率由10%增加到95%。
温度并不影响活性炭脱除BelleAyr和Evergreen煤
1脱汞吸附剂
1.1活性炭
活性炭对汞的吸附包括吸附、凝结、扩散以及
所产生烟气中汞的脱除率。
1.2改进活性炭
缎
逸研究
与辱1
Ghorishit5等在固定床实验装置上研究了渗氯FGD活性炭脱汞特性。结果表明,当反应器入口HgO浓
度为86×104,与吸附剂接触时间为3—4为l
000~5
s,C/Hg
化学反应等过程,与吸附剂本身的物理性质(颗粒粒径、孔径、表面积等)、温度、烟气气体成分、停留时
间、烟气中汞浓度、C/Hg比例等因素有关。
000,吸附剂脱汞效率可以达到80%一
国
Carey_I-研究了烟气中的SO:和NO。对活性炭捕
获汞的影响,认为SO:浓度增加时,活性炭对两种形
90%。而未经改性的FGD活性炭在同样条件下的脱
汞效率仅为10%~15%。
态的汞捕获效率都会降低;而NO。会降低活性炭对
单质汞的捕获率。美国PSco/ADA【zl用工业活性炭在
Zen矿等用ZnCl:改性活性炭对燃煤烟气中Hgo的吸附的研究。结果表明:用ZnCl:改性活性炭后,活
13
万方数据
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洁二争煤燃烧与发电技术
性炭的比表面积减小,但其对烟气中Hgo的吸附量大
幅增加,原因是化学吸附起了很大作用。
孙巍等【固为提高活性炭对烟气中单质汞的吸附作用,利用溴对活性炭进行处理。通过对吸附容量和吸附动力学的测试,研究了载溴活性炭对气体中的
单质汞的去除行为。结果表明:载溴可使活性炭对单质汞的吸附量显著增加,并加快对单质汞的吸附速
率。在实验条件下,当载溴量为0.33%时,活性炭对汞
的饱和吸附量可增加约80倍,吸附容量达0.2
rag/g;
相对吸附系数增加了约40倍。溴负载量越高,吸附
强化作用越显著。温度升高,载溴活性炭的吸附能力
略有下降,烟气中的二氧化硫对单质汞的吸附速率
略有抑制作用。
Liu等[71研究了注硫活性炭对气态汞的吸附特
性,实验表明在高温下注硫活性炭对汞的吸附效率
最高,随着温度降低,炭对贡的吸附能力下降;当硫炭(s/c)比为4:l~l:2时,其吸附能力稍微降低。注硫温度是影响活性炭汞吸附效率的最主要因素。此外,
注硫活性炭的汞吸附效率还与硫的存在形态。硫与炭之间的结合力,硫、炭的表面积以及其微孔所占比例等因素有关。
1.3飞灰
Dunhamt3J等在同定床上用含Hgo和HgCl:的模
拟烟气对不同来源和煤种的飞灰样品进行试验。通
过表面积、烧失量、灰中铁的形态等因素描述了飞灰样品的特性。rlgo的氧化随灰中磁铁矿含量的增加而增加,但有一种高含碳量的亚烟煤飞灰不含磁铁矿却显示出比较强的氧化Hgo的能力,这与其中的炭含量有关。同时还发现,飞灰中类晶石型结构的氧
缎
化铁是汞氧化的活性物质,飞灰表面积以及表面特
缝
性对Hgo的氧化和吸收具有十分重要的影响。温度
研升高,飞灰吸收能力下降。
究
喜Careyts等在燃煤电站现场测试了飞灰脱除烟气
辱1
中汞的脱除效率。在褐煤和烟煤的烟气中喷人烧失围
量为82%的亚烟煤飞灰,飞灰对汞的吸附量分别为30¨g,g和10o,g/g。Senior等分析了两个燃煤电站中飞灰烧失量与汞含量的关系。在Gaston燃煤电站,此
燃煤电站装有COHPAC布袋除尘器,布袋除尘器中
飞灰的烧失量为10%一15%,飞灰中的汞含量0.2~万方数据
堡塑奎茎:丝竖塑墨丝查坠丝塑至查
2¨如。在PleasantPrairie燃煤电站中,此燃煤电站
燃烧亚烟煤并且装有静电除尘器,静电除尘器中飞
灰的烧失量为0.5%,飞灰中的汞含量<0.5¨g/g。
彭苏萍等19嗵过实验室模拟试验,研究了燃煤飞
灰颗粒组分对燃煤烟气中气相汞的吸附脱除特性。飞灰中不同类型多孔及巨大比表面积介质对气相汞
的吸附特性差异明显,飞灰中未燃尽炭的相关眭最
大,吸附性能最强。汞吸附量随飞灰烧失量的增长而增大,汞吸附量与吸附时间、吸附温度、载气汞浓度、吸附剂比表面积和孔隙结构有关。吸附剂BET比表面积与其汞吸附量呈正相关关系。载气气相汞浓度与汞吸附量成非线性关系,载气汞浓度增加10倍只
能提高2倍左右的汞吸附量。吸附温度与汞吸附量
呈较显著负相关关系。当吸附温度从70℃提高至
90
cC时,汞吸附量呈下降趋势。燃煤飞灰炭粒所具
有的多孑L隙结构和巨大比表面积有利于吸附脱除烟气中的汞污染物。1.4石油焦
Leet,o等研究石油焦对汞的吸附作用。研究结果
表明,石油焦中含有7%的硫。如果石油焦没有被热解。其对汞的脱除不起作用;但在热解以后,其对汞的脱除率为65%,相当于某种活性炭。程序升温氧化分析表明,石油焦在热解过程中内部的硫向石油焦的表面移动,这种硫可以脱除烟气中的汞。1.5钙基吸附剂
国内外研究者已经采用CaO、Ca(OH):、CaC03、
CaSO。 2H:O等研究汞的脱除。Ghorishit5J等研究表
明,钙基类物质如Ca(OH):对HgCl:的吸附效率可达到85%,但对于Hgo,只有在SO:存在时,可脱除18%;碱性吸附剂如CaO同样也可以很好地吸附HgCl:,但对于Hgo的吸附效率却很低;同时研究
HCl对钙基吸附剂的影响时还发现,由于氯原子和
rigo相互作用,带有结晶水的CaSO。(CaSO。 2H20、CaS04 1/2H:O)对Hgo的吸附作用大大增强了。
任建莉等1¨1用恒温水浴中汞渗透管的汞蒸汽发生装置和其他烟气主要气体成分模拟烟气条件,在
小型固定床试验台上开展钙基类物质作为吸附剂脱
除单质汞的试验研究。结果表明,无SO:时,两种钙
基吸附剂以及飞灰和熟石灰混合物对单质汞的吸附
14
吸附 文献
邢帅杰等.燃煤烟气脱泵吸附利综述
效率不高;当有SO:存在时,对单质汞的脱除效率可增加15%~20%,30min时吸附量可增加50%以上,且吸附在较高温度下更有利。其原因在于SO:同钙基吸附剂之间的化学反应,在钙基物质表面产生了
活性区域,有利于提高对nd的捕捉效率,化学吸附
起到了促进吸附的作用。1.6矿物类吸附剂
矿物类吸附剂由于具有储量丰富、价格低廉、对
环境无毒无害等优点而倍受人们关注,包括沸石、蛭
石、高岭土、膨润土、硅土、生物质半焦、浸盐硅碳纤维等。
Morencyt位1等对2种天然沸石的脱汞特性进行研究,其汞脱除效率与沸石/汞有关;当沸石/汞为
25
000:1时,其中一种汞脱除效率达到100%。
Jum91准固定床模拟烟气试验台上研究了沸石、
膨润土、活性炭和木材焦对汞的脱除性能。结果表明,在1s的停留时间之内,沸石和膨润土对汞的脱除效率大约为50%;但是在0.5s的停留时间之内,活性炭和木材焦对汞的脱除效率接近100%。注硫的沸石和膨润土与原始的沸石和膨润土对脱除烟气中汞效率没有差别。
1.7金属类吸附剂
金属吸收剂利用特定的贵金属(如金和钛)能与汞形成合金的特性吸附除去烟气中的汞,这种新形成的合金能够在提高温度的情况下进行可逆反应,从而实现汞的回收以及金属的循环利用,而且金属吸收率与汞的化学形态无关。金属吸附剂除汞可以降低成本,减少有害物质排放,因而很有发展潜力。1.8新型吸附剂
Malyuba等114研究了一种新型的螯合吸收剂,它
可以从烟气中直接去除气态的HgCl:。该吸收剂主
要由附着在多孑L硅胶培养基上的活性超细表层结构构成,通过固定的鳌合团表面的熔融盐产生螯合作用。元素分析结果表明它对汞的理论吸收能力非常高,大约为33mg/g。该吸收剂适用于烟气处理最后阶段的低温区域,最高的操作温度135。C。对HgCI:的动力吸附最低的吸收能力达12mgH92+/g,通过Far-FTIR检测产物发现由巯基丙氨酸配体和捕集
的HgCl:之间形成了螯合物。
万方数据
洁二争煤燃烧与发电技术
高鹏I,51等利用自制的壳聚糖(Chitosan),对一维
炉燃烧所产生的烟气中的汞进行吸附脱除,效果良好,在80。C时吸附率达96.34%,同时对SO。和NO。有一定的脱除效果,并且能有效脱除单质汞。
2结论
(1)活性炭对燃煤烟气中汞的脱除效率最大可
达到90%以上,但成本高且消耗量大,而且运行费用高,一般燃煤电厂难以承受。改性活性炭汞的吸
附效率大大提高,温度是影响活性炭化学吸附和物
理吸附的关键参数。
(2)飞灰能有效吸附烟气中的汞,成本低但脱除效率有限。粒径越小,比表面积越大,汞吸附量越高,
它与含碳量有关。飞灰对汞的吸附作用是物理吸附、
化学吸附、化学反应以及三者相结合的共同作用结果。
(3)我国对燃煤电厂汞排放控制吸附剂研究刚刚起步,尚处于初级阶段。因此寻找廉价高效的吸附剂对汞排放控制十分必要,目前的工作应从污染
物联合脱除控制人手,开发联合脱除污染物技术,可有效降低运行成本。
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收稿日期:2009-03—18
建在高楼中间的发电站
在巴林王国麦纳麦市中心的中央商务区有2座传统阿拉伯“风塔”形状的塔楼,它就是巴林世贸中心。在高240m的办公塔楼之间安装了3台水平轴发电风车,使世贸中心成为世界上首先为自身持续提供可再生能源的摩天大楼。这3台发电风车每年约能提供120万kW h的电力。
当地的海风其实并不大,设计塔楼的英国阿特金斯公司巧妙地借助空气动力学原理加以弥补。大楼的椭圆形截面使它们中间区域的空间陡然变窄,构造成一个负压区域,将塔间的风速提
高了约30%,而塔楼设计成风帆般的外形,起到导风板的作用,引导陆地吹来的风通过两塔之间。
这可使原本斜向的来风改变方向,让其沿着塔间的中线吹拂。风洞测试表明,从左右不大于45。角吹来的风都会调整到几乎垂直于发电风车的走向。这不但提升了涡轮机的发电能力,还将斜向风对风翼的压力控制在承压范围内,尽量减少风翼的疲劳度。而在实际的运行中,规定当风向和
中线夹角达到或超过300角时,会采取措施让其进入“停顿”模式。
继
缝缉窥
与
幻
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燃煤烟气脱汞吸附剂综述
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):引用次数:
邢帅杰, 苏文娟, 张帆, 胡恩俊, 段钰锋东南大学能源与环境学院,南京,210096能源研究与利用
ENERGY RESEARCH & UTILIZATION2009,""(3)0次
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(1)论文研究了燃煤电站常用的烟煤中汞的含量,分析汞含量与煤种的相关性,发现煤中汞含量与硫含量具有较强的相关性。本研究采用小型管式炉进行燃煤排放烟气中汞的形态分布模拟实验。在600℃的燃烧条件下,实验煤种汞的析出率大于95%。模拟实验还发现,烟气中二价汞(Hg2+)所占的比例随燃烧温度、燃烧供气流量的增加而上升;零价汞(Hg0)所占的比例则随燃烧温度、燃烧供气流量的增加而下降。
(2)本研究采用Ontario—Hydro Method(OH法),在300 MW工业燃煤锅炉进行烟气中汞的浓度水平分析,同时取样分析锅炉的煤、底渣、飞灰等固体样品,以及脱硫塔进出口、曝气池之后海水样品中的汞含量。研究发现,电站燃煤排放烟气中气态汞的浓度在12.63~15.71μg/Nm3之间变动,飞灰中的汞含量与煤中的汞含量大体相当,底渣中的汞含量则仅为飞灰含汞量的1/10~1/100左右。脱硫曝气池的海水在排向海域前的汞含量仍为新鲜海水的5~6倍左右。经物料衡算,单位发电量产生的汞源强约为62.40μg/kW·h,实测数据计算结果表明,单位发电量排向大气环境的汞约13.78μg/kW·h,以灰渣形式排向环境的汞约3.53μg/kW·h,排向海水环境的汞约33μg/kW·h。
(3)本研究利用了OH法的分析数据以及对飞灰粒径和残碳量的测试结果,并采用连续在线测汞仪(CEMs)监测不同运行工况下烟气中汞的排放浓度变化趋势,同时结合烟气净化设施(FCDs)的工艺特点,分析FCDs工艺及运行方式对汞排放特性的影响。研究发现:在选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂的作用下,烟气中83.4%的气态Hg0被氧化成气态Hg2+,强烈地影响汞的后续排放特性。作为SCR工艺中的还原剂,NH3不会对烟气中汞的形态变化造成可视性(discernable)的影响。烟气经过静电除尘(ESP)的脱尘作用后,颗粒态汞在烟气总汞中所占的比例由ESP前的5.66%降至ESP后的近似于零,静电除尘对颗粒态汞的去除率几乎达到100%。ESP各电场飞灰吸附汞能力与飞灰粒径呈负相关性,与飞灰残碳量有较强的正相关性。采用烟气海水(SW—FGD)脱硫装置时,海水对烟气中汞的洗脱率高达73.6%,海水转移了本应排向大气的汞污染物。本研究中SCR十ESP+SW—FGD的FCDs组合方式对烟气中汞的脱除率达74.1%。因此认为,烟气净化设施能有效地削减燃煤过程汞的向大气的排放量,有必要充分利用现有烟气净化设施优先控制燃煤锅炉烟气中汞向大气的排放。
(4)本研究采用金丝捕汞法富集脱硫海水曝气池逸出的汞,考察脱硫海水曝气工艺对汞向大气释放的影响。曝气池上空气体中汞的浓度平均值为10.01ng/m3,高出当地背景值的20倍以上。汞的浓度还与曝气池海水中汞的质量浓度、曝气强度呈正相关性。研究还发现,汞的浓度在曝气池周边的垂直高度上呈现递减的规律。曝气池上空汞的浓度在白昼时段高于夜间时段,并在中午日光照射较强的时段出现峰值,光致还原对曝气池海水中的汞释放起到了促进作用。
(5)本研究建立了三维水动力数学模型,采用具有二次精度的六节点三角形单元,并利用粗细网格共存及多套网格一次剖分的非结构化网格技术,模拟和预测脱硫海水中汞在附近海域的排放规律,通过对排水口附近海域海水中汞含量的实地监测,验证预测模型的准确性。
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随着污染物总量控制政策的出台,对火电厂等固定污染源的排放实行连续在线监测成为必需.阐述了烟气连续监测系统的组成、各子系统的原理及适用范围,并针对燃煤火电厂烟气排放的工况条件提出安装选用连续监测系统时的注意事项.
8.期刊论文 张建伟.郑海明 燃煤火电厂烟气排放连续监测系统校验与分析 -仪器仪表用户2010,17(1)
烟气排放连续监测系统是一种新型的电力环保自动化控制设备,可作为火电厂排污收费的法定依据.本文对一燃煤火电厂安装的烟气连续监测系统在不同的锅炉负荷状态下进行了相对准确度的校验,分析结果表明:二氧化硫和氮氧化物监测子系统相对准确度超出标准要求.要加以数据修正,烟尘测量的相对准确度符合法规要求.为保证监测数据的准确性,烟气排放连续监测系统应定期进行相对准确度校验,不但要进行冷态校验更要注重运行时的热态校验.
9.期刊论文 夏清.曾光明.李彩亭.叶昌 陶瓷工业窑炉烟气一体化治理研究 -陶瓷2000,""(4)
分析了燃煤窑炉在陶瓷工业中存在的必然性,阐述了陶瓷工业燃煤窑炉产生大气污染的机理,研究出一种除尘、消烟、脱硫一体化的陶瓷燃煤窑炉烟气净化装置.
10.会议论文 盛海明.徐耀良.吴平林.任秀峰.尹洁 加热式直接抽取法CEMS在焦作电厂的应用 2007
本文以烟气连续排放监测系统在焦作电厂燃煤发电机组上的应用为例,介绍了一种加热式直接抽取法烟气连续监测系统的原理、系统组成及功能、系统的运行以及系统的维护检修。
本文链接:http:///Periodical_nyyjyly200903004.aspx
下载时间:2010年6月12日