燃煤烟气汞污染控制技术
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燃煤烟气汞污染控制技术3田立辉 李彩亭 曾光明 高 招 罗 瑶(湖南大学环境科学与工程学院,湖南长沙410082)摘要 介绍了燃煤电站汞的排放状况,论述烟气中汞的存在形式以及影响其存在形式的因素。
介绍当前燃煤电站汞排放控制技术的研究进展,并对各种烟气脱汞技术的特点和净化效率进行对比。
最后对烟气脱汞技术的研究趋势进行了展望,提出了适合于我国国情的研究方向。
关键词 燃煤烟气 汞的存在形式 影响因素 烟气脱汞技术3教育部科学技术研究重点项目(105126);湖南省自然科学基金项目(03JJ Y 2002);新世纪人才支持计划项目(NECT 20420769)。
0 引言煤作为一次性能源的主要利用方式是燃烧,其燃烧产物会对环境造成严重的破坏。
煤燃烧过程中生成的污染物除S O 2、NO x 和C O 2以外,还有各种形态的汞。
汞及其化合物可通过呼吸道、皮肤和消化道等不同途径侵入人体,造成神经性中毒和深部组织病变,而且汞毒性具有积累性,往往需几年或十几年才有表现,所以燃煤过程中的汞污染控制问题越来越受到重视[122]。
在我国煤炭是主要燃料能源,据统计2003年我国燃煤电站汞排放量达到8618t ,废渣汞排放量为28194t[3]。
可以预见,防止燃煤汞污染是21世纪电力工业最重要的环保课题之一。
1 烟气中汞的存在形式及其影响因素111 汞的存在形式烟气中汞的存在形式主要包括3种[4]:单质汞(Hg 0),化合态汞(Hg +和Hg 2+)和颗粒态汞。
通常而言,化合态汞易溶于水可被湿法洗涤系统所捕获而脱除[5],颗粒态汞可以通过除尘器除去,所以这2种形态的汞相对比较容易除去。
而单质汞容易在大气中通过长距离的大气运输,其在大气中的平均停留时间可达半年至两年,是最难控制的形态之一。
因此,对单质汞污染的控制成了当前研究的重点和难点。
112 影响烟气中汞存在形式的因素烟气中汞的存在形式对汞的脱除效率有重要影响。
影响烟气中汞存在状态的主要因素包括烟气温度、烟气气氛和烟气成分等。
燃煤电厂烟气脱汞技术探讨及适用性探讨
燃煤电厂是重要的电力能源供应者,同时也是环境污染的重要来源。
其中,汞污染问题备受关注。
汞是一种有害物质,可以导致神经系统损伤等健康问题,对环境也有一定的破坏作用。
为了保护环境和人类健康,需要对燃煤电厂排放的汞进行治理。
本文将探讨燃煤电厂烟气脱汞技术以及适用性。
烟气脱汞技术主要分为几种,包括活性炭吸附、催化氧化、湿法脱硫脱汞等。
目前来看,湿法脱汞技术应用较广泛。
湿法脱汞有两种方法:一种是低氯化物水洗法(ACI),另一种是氧化吸附法(OFA)。
ACI法是指在脱硫的同时,利用水洗把烟气中的汞溶解在水中。
OFA法利用溴化物或碘化物对汞进行氧化转化,然后将氧化后的汞使用活性炭进行吸附。
两种方法各有优缺点,需要根据实际情况选择。
燃煤电厂烟气脱汞技术适用性与燃煤种类、烟气性质、排放水平等有关。
直接燃烧燃煤时,汞在烟气中以元素形式存在,而不是化合物形式。
硫氧化亚氮等污染物会影响汞的脱除效率。
不同燃煤种类汞含量也不同,需要根据具体情况进行不同的处理。
此外,排放水平也是决定脱汞技术适用性的重要因素。
在国内,对燃煤电厂汞的排放标准比较严格,要求各电厂安装汞脱除设备。
因此,燃煤电厂烟气脱汞技术的适用性比较广泛。
总的来说,燃煤电厂的汞污染治理是一种以技术手段为主的治理方式。
根据不同的燃煤种类和排放水平,选择合适的脱汞技术能够有效地降低汞的排放量,保护环境和人类健康。
燃煤电厂烟气脱汞技术探讨及适用性探讨燃煤电厂作为我国主要的能源供应形式之一,其烟气中主要污染物包括二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等。
除此之外,燃煤电厂烟气中还存在着对环境和人体健康具有潜在危害的重金属元素,如汞、铅等。
其中,汞是一种无色、无味、具有高挥发性和生物富集性的有害物质,在环境和人体健康中具有重要的作用。
汞的排放主要来源于燃煤电厂的烟气,燃煤电厂在燃烧煤炭时,蕴含在煤炭中的汞会挥发至烟气中,从而进入大气和水环境中,对环境和人体健康产生潜在危害。
因此,有效控制燃煤电厂烟气中的汞排放,具有十分重要的意义和价值。
在各种污染治理技术中,烟气脱汞技术被广泛应用于烟气污染物的削减。
烟气脱汞技术主要包括吸附、氧化、还原和蒸发浓缩等几种方式。
其中,吸附法是目前应用最为广泛的烟气脱汞技术之一,其基本原理是通过在烟气中添加一定的吸附剂,吸附烟气中的汞物质,并固化在吸附剂中。
氧化法则是通过将汞物质氧化成易于吸附的一种化合物,从而进行汞的分离和脱除。
还原法则是将氧化后的汞还原成元素态,从而增加其挥发和易吸附性。
蒸发浓缩法则是通过蒸发烟气中的水分,将汞物质浓缩于液体中,从而彻底去除。
然而,在实际的生产运行中,煤种、燃烧方式、烟气成分等因素均会对脱汞技术的适用性产生较大的影响。
因此,在选择烟气脱汞技术时,需根据煤种和燃烧工艺选用相应的技术,降低运营成本,提高效率。
在煤种方面,不同的煤种汞含量存在较大的差异。
目前,国内主要的煤种有无烟煤和褐煤等,其中褐煤的汞含量较高,而对其进行脱汞的技术较为困难。
因此,在选择煤种时应优先选择低汞含量的无烟煤,以降低汞的排放量。
在燃烧工艺方面,煤的燃烧方式、烟气温度、流速等均会对脱汞技术的适用性产生影响。
在烟气温度较低、流速较慢的情况下,吸附法的效果更好;而在烟气温度较高、流速较快的情况下,则需要采用氧化、还原或蒸发浓缩等技术。
此外,还应根据烟气成分的不同,选择对应的脱汞技术,以达到最佳的治理效果。
大气中汞的来源1 主要来源大气中主要汞污染源为燃煤电厂、水泥厂以及有关矿物材料的开采和加工。
甲基汞同时可从城市废物充填和污水处理厂直接排出。
燃煤电厂是汞向大气排入的最主要来源。
上海市对空气中细粒径颗粒态汞的分析表明,大气中汞的颗粒物来源燃煤约占80%左右。
2 燃煤电厂生产过程汞的迁移转化电厂燃煤中的汞经燃烧通过烟气、飞灰和灰渣以及冲灰水的排放进入大气、土壤和水体。
由于汞具有挥发性,电厂用煤在粉碎过程中已有部分挥发。
煤粉进入炉内,随着温度升高,挥发出的气态汞随着烟气排放。
烟气进入除尘设备后,部分汞被灰颗粒吸附随同残留在灰渣中的汞一块被排入灰场。
进入大气的汞通过干湿沉降进入土壤和水体。
灰渣和冲灰水中的汞进入环境后,其中零价汞比重大,不易溶于水,在靠近排放口处沉淀下来。
二价汞离子在迁移过程中,被底泥和悬浮物中颗粒吸附,渐渐沉降下来。
其它形态的汞在水或沉降物中也可以转化成二价汞。
二价汞在微生物作用下,生成毒性更大的甲基汞和二甲基汞。
火电厂灰场的粉煤灰也会对土壤和地下水造成影响。
汞的危害汞是有剧毒性的微量元素,它具有挥发性和累积性。
汞在空气中传输扩散,最后沉降到水和土壤中,从而对环境和人体健康构成极大隐患。
大气中汞的浓度往往较低,一般不为人们所重视。
如果汞直接或通过大气沉降进入水体,它将以毒性更大的形态-甲基汞在鱼和动物组织中累积。
甲基汞和二甲基汞也可富集于藻类、鱼类和其它水生生物中。
生物累积导致处在食物链顶端的食肉动物体内的汞浓度数千倍甚至数百万倍于水中的汞浓度,从而在整个食物链中富集。
人体汞接触主要通过食用被污染的鱼。
高水平的汞接触将对人的神经系统和生长发育产生影响。
根据汞的接触剂量,它的健康影响依次是:感觉和认知能力的轻微损失、颤抖、不能行走、抽搐和死亡。
长期吃大量从同一汞污染区域捕获的鱼的人汞中毒的风险最大。
尤其对于育龄妇女风险更大,因为胎儿的神经系统对汞更敏感,比成人更容易受到汞的危害。
燃煤汞的形态锅炉燃烧过程中,煤中汞受热挥发以汞蒸汽的形式存在于烟气中,在炉内高温条件下,几乎所有煤中的汞(包括无机汞和有机汞)转变成元素汞并以气态形式停留于烟气中。
煤燃料是汞污染的主要来源,汞及其化合物是主要污染物之一,是环境污染控制的重要内容。
自工业革命以来,世界各国尤其是西方国家大量消耗能源资源来实现经济增长,造成了大气中大量污染物的产生,进一步降低了大气质量,不仅对人们的日常生活造成一定的影响,而且也严重破坏了自然生态系统。
目前,对汞排放控制的研究已经成为世界各国研究的热点,汞具有累积性、剧毒性以及持久性等特点,虽然汞的浓度比较低,但是我国每年燃煤量巨大,汞污染问题不容忽视。
1汞的排放形态与特性不同形态汞得化学性质与物理性质有很大的差异。
燃烧之后扩散到空气中的汞有三种形态:单质汞、颗粒汞与气态氧化汞[1]。
在燃烧烟气中,单质汞大约是20%,气态氧化汞大约是50%。
单质汞是汞的主要形式,它具有较低的水溶性与较高的挥发性,在大气中很容易通过长时间当然传输形成全球性的汞污染[2]。
其含量超过环境本身的承载能力,大气质量不断恶化,致使人们的生活、工作、健康以及生态环境等多方面都受到严重的影响与破坏的现象。
由于人类不合理的生产活动对城市大气环境造成一定的破坏,从而影响着整个生物系统,包括对人类、植物与动物的生存空间都造成了很大的危害。
2燃煤锅炉烟气脱汞技术在环保要求不断提高的时代背景下,用于除尘与烟气脱硫脱硝的各种控制设备被广泛的应用,这为烟气脱汞提供更广阔的发展空间。
我国作为人口发展大国,城市环境的质量直接关系人们的身体健康,同时对我国的稳定与长久发展也有一定的影响。
目前,在城市大气污染对人们的身体健康与生态环境都造成了很大的负面影响。
2.1烟气脱硫装置脱汞脱硫装置可以达到一定的除汞目的,烟气中的气态氧化汞化合物可以溶于水。
研究表明湿法脱硫设备可以将烟气中11%~60%的气态氧化汞去除,但是对于不能溶于水的单质汞这种设施并不显著明的是。
自工业革命以来,世界各国尤其是西方国家大量消耗能源资源来实现经济增长,国家只重视社会经济的发展状况,忽视了社会发展对环境造成的破坏。
关于燃煤电厂汞排放及其控制技术的探究摘要:介绍了燃煤汞排放的现状、汞排放引起的危害及现行控制标准。
结合目前对汞排放控制的最新技术,提出了改善燃煤汞排放的建议。
关键词:汞排放;燃煤烟气;除汞技术0 引言燃煤电厂中 Hg 等痕量元素虽然排放浓度并不高,但是由于痕量元素本身的累积效应以及高毒性,它们也成为污染物控制的主要对象。
我国先后 4 次颁布实施有关燃煤电厂大气污染物的排放标准,标准中均没有设置汞的排放限值,在新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223 -2011)中增加汞的排放指标。
经研究美国、欧盟和德国的火电厂排放标准,确定我国火电厂汞及其化合物排放浓度限值为 0. 03mg/m 3(自 2015 年 1 月 1 日起实施)。
随着环保排放标准的日益严格,汞污染防治工作已被纳入电力企业“十二五” 规划,《重金属污染综合防治“十二五” 规划》和《“十二五” 重点区域大气污染联防联控规划》都对燃煤电厂大气汞排放控制工作做了安排。
目前汞排放控制对策、燃煤电厂汞形态分布、排放机理及控制技术的研究被提上了议程。
1 汞排放的危害随着高效电除尘器、烟气脱硫、烟气脱硝、高烟囱排放等污染控制技术的采用,烟尘、SO 2 和NO x 的污染已得到有效的控制,燃煤电厂汞污染问题逐渐显现。
由于汞在 36℃就开始蒸发,温度越高,蒸发越快。
汞蒸气可以随着大气环流迁移到很远的地方,随着燃煤烟气的排放,这些汞被扩散到空气中,溶解于水中,由于汞比重大,往往沉积于河底。
在甲基维生素 B12 存在下,经过厌氧细菌的作用,沉积于河底的汞离子形成了甲基汞和二甲基汞,甲基汞能积聚在水生生物中,参加食物链,使汞在鱼体内富集浓缩,达到极高浓度,最高可达20 万倍! 甲基汞进入人体后主要侵害神经系统,尤其是中枢神经系统。
数据表明,2010 年 1 ~11 月份用于发电的煤就达 10.05 亿t。
如按照国外燃煤中汞的平均含量0.2 mg/kg 计算,燃煤中含汞量达201 t。
燃煤电厂汞排放控制技术介绍摘要:本文浅要分析了汞在燃煤中的赋存形态及其排放特性,并根据影响汞去除率的主要因素,简要介绍了当前一些汞排放控制技术。
关键词:赋存形态去除率洗煤活性炭前言汞是目前主要的全球性污染物之一,在大气中停留时间长、毒性大,并且具有生物累积作用,对人群健康构成很大威胁。
全球每年排放到大气中的汞总量约为5000吨,而燃煤过程中汞排放占相当大的比重。
根据美国环保署(EPA)1997年给美国国会的汞研究报告显示,燃煤电厂是最大的汞排放污染源。
与燃油相比,燃煤产生的汞排放要高出10倍到100倍。
因此燃煤电厂对于汞污染物的排放控制刻不容缓。
一、汞在燃煤中的赋存形态及其排放特性要控制燃煤电厂汞排放,就必须先了解汞在燃煤中的存在形态及其特性,以便对症下药。
煤中大部分汞是以固溶物形式存在于黄铁矿中,以硫化物结合态、有机物结合态和残渣态存在,也可能有部分微细的独立汞矿物分布在黄铁矿和有机物组分中。
汞是煤中较易挥发的痕量元素之一。
煤粉经过燃烧,其中的汞主要分为两部分:一部分伴随着灰渣的形成,直接存留于灰渣和飞灰中;另一部分在火焰温度下随着煤中黄铁矿(Fes:)和朱砂(HgS)等含汞物质的分解,以单质形态释放到烟气中。
,由于炉内高温,单质汞是煤粉中的汞在火焰温度下存在的主要形式。
当烟气流出炉膛,流经换热面,烟气温度逐渐降低时,一部分的气相单质汞会被飞灰通过物理吸附、化学吸附和化学反应等途径吸收,从而转化为以颗粒态存在的汞№(P),这一部分包括HgC12、HgO、HgSO4和HgS等。
一部分的气相单质汞在烟气温度降低到一定范围时,会被烟气中的含氯物质氧化而生成气相氯化汞(HgC12)。
目前学术界认为烟气中气态二价态汞多数为HgCl2(g)。
最后还有一部分气相单质汞仍保持不变,随烟气排出。
研究表明,在空气污染控制器的上游烟气中的气相汞中Hg2+占50 ~80%,单质汞Hg0占20 ~50%。
二、影响汞去除率的主要因素燃煤烟气中的汞主要有三种形态:二价汞(Hg2+)、单质汞(Hg0)、颗粒汞(Hg P)。
燃煤电厂烟气脱汞技术探讨及适用性探讨随着环保意识的日益增强,对大气污染物排放的管控要求也越来越严格。
重金属汞是大气污染物中的重要组成部分,其对人体健康和环境造成的危害不容忽视。
燃煤电厂是重要的大气污染源,因此研究和开发燃煤电厂烟气脱汞技术显得尤为重要。
本文将对燃煤电厂烟气脱汞技术进行探讨,并对其适用性进行研究。
一、烟气中汞的来源燃煤电厂烟气中的汞主要来自煤燃烧过程中。
煤中的汞以无机汞和有机汞的形式存在,当煤燃烧时,这些汞会随着烟气排放到大气中。
燃煤电厂的脱硫设备也会影响烟气中汞的形式和浓度。
研究燃煤电厂烟气脱汞技术需要充分了解汞的来源和形态。
二、烟气脱汞技术现状目前,燃煤电厂烟气脱汞技术主要有化学吸附、烟气净化装置优化、催化氧化和活性炭吸附等方法。
化学吸附是目前应用较为广泛的脱汞技术,它可以有效去除烟气中的汞。
烟气净化装置优化是通过优化燃烧工艺和净化装置结构,减少烟气中汞的排放。
催化氧化利用催化剂催化烟气中的汞,将其转化为易于捕集的形式。
活性炭吸附则是利用活性炭的吸附性能来去除烟气中的汞。
烟气脱汞技术的适用性取决于多个因素,包括燃煤种类、燃烧工艺、以及烟气排放特点等。
不同的燃煤种类含汞量不同,因此需要根据燃煤种类选择合适的脱汞技术。
燃烧工艺也会影响汞的形态和浓度,因此需要根据具体燃烧工艺确定脱汞技术。
燃煤电厂烟气排放特点也需要考虑,包括烟气温度、湿度、压力等参数。
综合考虑这些因素,选择合适的烟气脱汞技术对于燃煤电厂来说至关重要。
随着汞排放标准的不断提高,烟气脱汞技术也在不断发展和完善。
未来,烟气脱汞技术将朝着高效、低成本、易操作的方向发展。
化学吸附技术的发展将成为主要趋势,新型吸附剂和吸附工艺的应用将大大提高脱汞效率和降低成本。
烟气净化装置优化和催化氧化技术也将成为发展重点,通过优化工艺和结构来提高脱汞效率。
烟气脱汞技术的发展趋势将更加注重提高脱汞效率和降低成本。
五、结语燃煤电厂烟气脱汞技术的研究和应用对于环境保护和人民健康具有重要意义。
汞在燃煤电厂中的排放与控制燃煤电厂是目前世界上最主要的电力供应方式之一。
然而,煤炭的燃烧会产生大量的汞排放,对环境和人体健康构成了潜在的威胁。
因此,针对燃煤电厂中的汞排放问题,采取有效的控制措施十分必要。
首先,了解汞在燃煤电厂中的来源以及排放途径是至关重要的。
汞在燃煤过程中主要来自于煤炭中的天然含汞物质。
当煤炭燃烧时,天然含汞的物质会被释放出来,并随烟气一起进入大气中。
汞主要以气态元素形式存在,但在某些特定条件下也可转化为固态或液态形式。
针对燃煤电厂中的汞排放问题,可以采取一系列的控制措施来降低其排放量。
首先,进行煤炭的预处理是十分关键的一步。
通过对煤炭进行洗选、除尘以及预处理,可以有效降低煤炭中汞的含量,从而减少燃烧过程中汞的排放。
其次,采用高效的脱硫技术也是降低汞排放的有效手段。
脱硫过程中,除了可以去除煤炭燃烧排放物中的二氧化硫,还可以同时去除其中的汞。
此外,采用先进的脱氮技术也能有效降低氮氧化物排放,并同时减少与汞的相互作用,从而进一步降低汞排放。
此外,对烟气进行高效的除汞处理也是一种常见的控制方法,可以采用压力吸附、催化氧化等技术进行治理。
除了在源头上进行控制外,对燃煤电厂中的汞排放进行监测和评估也是重要的。
通过持续的汞排放监测,可以了解燃煤电厂的汞排放情况,并及时采取相应的控制措施。
监测可以通过连续监测设备或间歇性采样测试等方式进行。
此外,对汞排放进行评估也是十分必要的,可以通过建立适当的数学模型来预测和评估不同控制措施对汞排放的影响。
然而,仅仅依靠燃煤电厂内部的控制措施是不够的,全面控制汞排放还需要政府、企业与公众的共同努力。
政府应制定相关的环保法规与政策,加强对燃煤电厂的监管,并推动采用更环保的能源替代煤炭。
企业应积极引进先进技术,提升汞排放控制的水平。
公众也应增强环境保护意识,倡导减少煤炭的使用,同时支持政府和企业在控制汞排放方面的努力。
总之,燃煤电厂中的汞排放问题不可忽视,对环境和人类健康具有一定的危害性。
浅析燃煤电厂烟气汞的排放及控制摘要:排放到环境中的汞会对人类健康和环境造成明显的伤害。
汞进入人体后,可能会造成脑组织的损害,当环境中汞的浓度达到一定的范围时,会造成汞中毒。
因此,要对燃煤机组的汞污染进行控制,各国也在针对燃煤机组汞污染的控制进行相关的研究。
关键词:燃煤电厂;烟气汞;排放;控制一、燃煤电厂烟气汞的排放赋存在燃煤中的汞经过燃煤电厂的锅炉机组后,开始在炉内高温下,几乎所有的汞会转变为零价汞进入高温的烟气,经过各污染控制设备和其他设施的过程中,由于温度、烟气成分及飞灰等的影响,汞会发生复杂的物理化学变化而转化为不同的形态,最终表现为三种形态:颗粒态汞、氧化态汞以及元素态汞。
一般颗粒态汞易于被除尘器收集,氧化态汞易溶于水,易于被WFGD脱除;而元素态汞挥发性高、不溶于水,不溶于酸,很难被除尘器去除。
因此,汞的排放形态直接影响汞的脱除效率。
二、燃煤电厂烟气汞形态转化的影响因素1.在燃煤电厂中,不同形态的汞的含量及比例受到多种因素的综合作用,主要包括煤种、锅炉的燃烧方式及燃烧温度、烟气气氛以及烟气中的HCl和飞灰等。
燃煤电厂烟气中的汞含量及形态与燃煤锅炉燃烧的煤种密切相关。
研究表明,烟煤燃烧产生的烟气中的汞是以氧化态为主的,亚烟煤燃烧后,烟气中的二价汞含量与零价汞含量相当,褐煤燃烧后烟气中以零价汞为主。
2.锅炉燃烧温度影响汞的形态,在炉膛温度较高时,烟气中零价汞含量较大,大多数的二价汞形成的氧化物不稳定,会发生分解生成单质汞。
当烟气温度降低于750K时,烟气中汞元素的主要形态是二价汞。
3.锅炉的燃烧方式不同,会影响煤的燃烧情况,从而影响汞的形态分布,例如,在相同的条件下,循环流化床产生的烟气中的二价汞的比例较大,这与循环流化床的低燃烧温度有关。
从燃煤电厂的测试结果发现,使用循环流化床的锅炉排放的烟气飞灰中富集的汞含量较高,这可能是因为循环流化床的燃烧温度较低,形成的飞灰含有较高含量的未燃尽碳,吸附了更多的零价汞。
燃煤电厂烟气脱汞技术探讨及适用性探讨燃煤电厂是当前中国能源供应的主要来源之一,然而燃煤所产生的烟气中含有大量污染物,其中汞是一种极其有害的重金属污染物。
汞的存在会对环境、生态和人类健康造成严重的影响。
因此,开发可行的技术来减少燃煤电厂的汞排放已经成为当前环保领域迫切需要解决的问题。
本文将针对燃煤电厂废气中汞的来源、特性、处理技术及适用性进行探讨。
燃煤电厂废气汞的来源和特性燃煤电厂废气汞的来源主要包括煤炭中天然含有的汞、煤炭处理过程中的损失和燃煤过程中的挥发排放。
汞通常以元素的形式存在于煤中,但煤中汞的含量和形态因煤的类型、区域、年代和开采方式的不同而异。
现有研究表明,中国东北地区的煤中汞含量较高,煤中汞的形态主要为无机汞。
在燃煤过程中,汞主要以元素和无机形态的氧化态汞存在于烟气中。
燃煤电厂的烟气中汞的形态和含量取决于燃烧控制、废气处理设备和煤种等因素。
通常,燃煤电厂大约有80%的汞存在于固体废弃物中,而20%的汞则以气态排放进入大气中。
目前,主要的汞排放控制技术包括吸附剂、氧化剂和活性炭吸附剂的使用以及固定化技术。
这些技术主要用于废气中无机汞的控制,但是对于废气中的有机汞并不是很有效。
吸附剂是一种在固体表面上吸附汞、将其去除的材料。
目前已经研发出一系列吸附材料,如硫酸盐、Zeolite、ZnO、TiO2等。
然而,这些吸附剂的应用也存在一定的限制,例如使用成本昂贵,废液处理存在困难等。
氧化剂是将无机汞转化为更易被去除的氧化态汞的方法。
常见的氧化剂包括氧气、氯化氢、DV等。
然而,这些方法不能去除有机汞,并且本身存在储存和运输等方面的问题。
活性炭吸附是现代常用的技术之一,通过物理吸附吸附汞并达到减排的目的。
活性炭吸附剂具有高比表面、介孔、广谱的吸附性能,是一种应用广泛的废气治理技术。
固定化技术是将废气中的汞转化为固态,通过沉降、过滤等方法将其去除。
这种技术将汞转化为固态,可以有效地降低二次污染,但是对于处理废气和垃圾场中的固体废弃物存在一定的技术难度。
燃煤烟气汞污染控制技术3田立辉 李彩亭 曾光明 高 招 罗 瑶(湖南大学环境科学与工程学院,湖南长沙410082)摘要 介绍了燃煤电站汞的排放状况,论述烟气中汞的存在形式以及影响其存在形式的因素。
介绍当前燃煤电站汞排放控制技术的研究进展,并对各种烟气脱汞技术的特点和净化效率进行对比。
最后对烟气脱汞技术的研究趋势进行了展望,提出了适合于我国国情的研究方向。
关键词 燃煤烟气 汞的存在形式 影响因素 烟气脱汞技术3教育部科学技术研究重点项目(105126);湖南省自然科学基金项目(03JJ Y 2002);新世纪人才支持计划项目(NECT 20420769)。
0 引言煤作为一次性能源的主要利用方式是燃烧,其燃烧产物会对环境造成严重的破坏。
煤燃烧过程中生成的污染物除S O 2、NO x 和C O 2以外,还有各种形态的汞。
汞及其化合物可通过呼吸道、皮肤和消化道等不同途径侵入人体,造成神经性中毒和深部组织病变,而且汞毒性具有积累性,往往需几年或十几年才有表现,所以燃煤过程中的汞污染控制问题越来越受到重视[122]。
在我国煤炭是主要燃料能源,据统计2003年我国燃煤电站汞排放量达到8618t ,废渣汞排放量为28194t[3]。
可以预见,防止燃煤汞污染是21世纪电力工业最重要的环保课题之一。
1 烟气中汞的存在形式及其影响因素111 汞的存在形式烟气中汞的存在形式主要包括3种[4]:单质汞(Hg 0),化合态汞(Hg +和Hg 2+)和颗粒态汞。
通常而言,化合态汞易溶于水可被湿法洗涤系统所捕获而脱除[5],颗粒态汞可以通过除尘器除去,所以这2种形态的汞相对比较容易除去。
而单质汞容易在大气中通过长距离的大气运输,其在大气中的平均停留时间可达半年至两年,是最难控制的形态之一。
因此,对单质汞污染的控制成了当前研究的重点和难点。
112 影响烟气中汞存在形式的因素烟气中汞的存在形式对汞的脱除效率有重要影响。
影响烟气中汞存在状态的主要因素包括烟气温度、烟气气氛和烟气成分等。
(1)烟气温度及烟气气氛的影响。
刘迎晖[6]等人研究发现汞在氧化性气氛下,当温度>800K 时单质汞是主要存在形式;温度<600K 时氯化汞是主要形态;在600~1000K 有少量的氧化汞生成;在温度>400K 的还原性气氛中99%的汞以单质汞的形式存在。
(2)烟气成分的影响。
燃烧后烟气中含有的微量成分对元素汞的氧化有重要影响,Laudal D L [7]等人对不同气体组分存在条件下汞的氧化进行了研究,给出了不同气体存在时氧化态汞与元素汞的比例,见表1。
表1 不同气体组分存在条件下汞的形态分布[7]气体组分氧化态汞Π%元素汞Π%Cl 284181512飞灰1109910HCl 0139917S O 20179913飞灰、Cl 2、S O 228157115飞灰、HCl 、S O 21139817NO ΠNO 22119719飞灰、NO ΠNO 2、Cl 278152115飞灰、NO ΠNO 2、S O 237116219S O 2、NO ΠNO 2、HCl0119917飞灰、HCl 、S O 2、NO ΠNO 2、Cl 2461753172 烟气脱汞技术汞排放控制技术的研究目前主要集中在3个方面:燃烧前脱汞、燃烧中脱汞和燃烧后脱汞,其中燃烧后脱汞即烟气脱汞是目前研究的重点。
烟气脱汞的方法主要有吸附剂法和化学氧化法。
211 吸附剂法21111 活性炭法在烟气中喷入活性炭是研究最为集中且最为成84环 境 工 程2008年10月第26卷第5期熟的一种除汞方法。
但是该技术运行成本相当高[8]。
目前,针对活性炭喷射技术的改进,主要是提高活性炭的吸附能力,降低活性炭用量,节省成本。
经研究表明,相同条件下,注碘或注硫活性炭的吸附性能好于一般的活性炭[9]。
Radisav D V[10]通过实验指出经硫氯化物浸渍后活性炭对汞的吸附能力大大提高,最高效率可达95%~98%,但是同时也增加了成本。
高洪亮[11]等研究证明,对活性炭进行FeCl3处理后吸附效果得到了很大的提高,有效吸附时间从65min延长到180min,改性的活性炭在经过100min 的吸附后吸附效率仍可达到75%。
21112 飞灰注入法燃煤过程中产生的飞灰可吸附一部分气态汞[12],飞灰对汞的吸附主要通过物理吸附、化学吸附、化学反应以及三者结合的方式。
将飞灰重新注入烟气中可进一步捕集汞。
尽管目前学术界一致认为飞灰颗粒能捕获气相汞,但对其机理还没有很好的认识。
美国Radian实验室[13]认为飞灰先吸附元素态汞,当达到动态平衡时和烟气中的HCl、S O2和NO x等气体之间发生复杂反应,部分元素汞被氧化,氧化态的汞可以在接下来的脱硫装置中去除,吸附元素汞的飞灰可经过除尘器除去。
中试实验表明[14],在135~160℃附近,汞去除率在13%~80%。
目前认为飞灰吸附主要受到温度、飞灰粒径、碳含量、烟气成分以及飞灰中无机成分对汞的催化作用等因素影响。
江贻满[15]等研究证明:颗粒粒径越小,比表面越大,飞灰吸附汞的能力越强;飞灰含碳量与汞含量呈正相关关系;亚微米级颗粒物对汞的吸附不仅与其比表面积有关,而且与其比表面积的利用率有关。
21113 钙基吸附剂钙基吸附剂如CaO、Ca(OH)2、CaC O3、CaS O4・2H2O等价格低廉,且已广泛用于烟气中S O2的脱除。
如果钙基物质能够在烟气汞排放的控制方面也有所突破,则可作为脱除烟气中多种污染物的有效物质。
研究表明[16],钙基物质如Ca(OH)2对HgCl2的吸附效率可达到85%,CaO同样也可以很好的吸附HgCl2,但是Ca(OH)2和CaO对于单质汞的吸附效率却很低,因此需要加强钙基类物质对单质汞吸附的研究。
目前主要从两方面进行尝试,一方面是增加钙类物质捕捉单质汞的活性区域,另一方面是把氧化性物质加到钙基吸附剂中。
G horishi等人[17]采用第2种方法改善石灰和硅酸钙的吸附性能,结果发现改性后吸附效率有所增加。
21114 高分子壳聚糖吸附法壳聚糖(Chitosan,CS)又称脱乙酰几丁质、聚氨基葡萄糖、可溶性甲壳素,是一种储量极为丰富的天然碱性高分子多糖,多为虾、蟹甲壳提取物,是由甲壳素(Chitin)部分脱乙酰化衍生物[18]。
它具有耐热、耐腐蚀和兼容性宽的优点,其分子中含有大量的NH2和・OH,是重金属离子的良好吸附剂,被广泛应用[19220]。
高鹏[21]研究发现壳聚糖除汞效率很高,在80℃吸附效率达96143%,同时对S Ox和NO x有一定的脱除效果,壳聚糖吸附剂脱除汞的反应是化学反应占主导,它可以高效的脱除Hg2+和Hg单质,理论上最佳吸附反应温度为80~120℃。
212 化学氧化法21211 光催化氧化法光催化氧化技术,是针对现有湿法烟气脱硫(WFG D)设备中Hg2+的脱除效率较高而Hg0脱除效率甚低的现象而开发的,将Hg0氧化处理的新技术,处理效果可达到99%[22]。
其机理是:T iO2经过紫外线照射后,在其表面会产生・OH,当烟气通过T iO2的表面时,Hg0被・OH氧化成HgO,进而被吸附在T iO2颗粒的表面。
在模拟燃煤烟气成分的状态下,Y ing Li[23]等研究了T iO22SiO2在紫外线照射下对汞的去除效果,研究表明:HCl和S O2的存在提高了T iO22SiO2对汞的氧化和捕集能力,H2O和NO的存在降低T iO22SiO2对汞的氧化和捕集能力,NO2的影响效果不明显。
21212 选择性催化还原法(SCR)选择性催化还原法就是在将氮氧化物催化还原为氮气的同时,可将Hg0氧化成Hg2+,Hg2+相对更易被湿式喷淋装置脱除。
Hg0被SCR装置催化氧化的效率可达80%~90%,氧化效率的高低受气体空间流速、氨的浓度和气流中氯的浓度等[24]因素影响。
Machalek T[25]研究发现汞的氧化效率随气体空间流速的增大而减少,当气体空间流速由3000kmΠh增加到7800kmΠh时,汞的氧化效率从40%降低到5%。
同时还有研究表明[26],汞的氧化效率随着氨浓度的增加而减小,随着气流中氯浓度的增加而增大。
21213 臭氧法利用臭氧的强氧化性将Hg0氧化成Hg2+,然后94环 境 工 程2008年10月第26卷第5期通过脱硫装置和除尘装置除去。
该方法的突出优点是在氧化汞的同时可以氧化烟气中的S O2和NO x,而且汞的氧化效率比较高。
Zhihua Wang[27]研究发现,当臭氧的体积分数达到250×10-6时,模拟烟气中汞的氧化效率可达89%。
在洗涤塔存在的条件下,当臭氧的体积分数达到360×10-6时,NO和S O2的去除效率可分别达到97%和100%。
综上所述,烟气脱汞技术对比见表2。
表2 烟气脱汞技术对比方法特点净化效率Hg0Hg2+活性炭法汞的脱除效率高,而且能够同时脱除多种污染物,但费用高高高飞灰注入法费用低,Hg2+的脱除效率高,变废为宝,但是对Hg0脱出效果一般一般较高钙基吸收剂Hg2+的脱除效率高,费用低,可同时脱除S O2,对Hg0脱除效果不明显低较高高分子壳聚糖吸附法费用低,汞的脱除效率高,对S O2和NO有一定的去除效果,具有很好的应用前景高高光催化氧化法对汞的脱除效率高,但是现在处于初步研究阶段,如果效果好可实现脱硫、脱硝和脱汞一体化,应用前景较好高高SCR法对汞的脱除效率较高,实现脱硝和脱汞一体化,是今后研究的重点较高较高臭氧法对汞的脱除效率高,可以同时脱除S O2和NO高高3 研究展望综上所述,活性炭吸附法对汞的去除效率最高,但是该技术运行成本高,并不适合我国国情。
根据我国的经济现状,烟气脱汞技术的进一步研究可集中在:(1)开发新型廉价高效的吸附剂取代价格昂贵的活性炭;(2)寻找一种优良的氧化剂,提高元素汞的氧化效率;(3)研究开发高效的催化剂,实现SCR同时脱硝脱汞。
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