燃煤电厂中汞的排放与控制的研究
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燃煤电厂烟气汞排放控制研究现状及进展1燃煤电厂汞的排放煤作为一次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。
全世界发电用煤量巨大,燃煤电厂是导致空气污染的最大污染源之一。
在煤燃烧造成的污染物中,除SO2、NO X和CO2外,还有各种形态的汞排放。
汞是煤中的一种有毒的重金属痕量元素,具有剧毒性、高挥发性、生物体内沉积性和迟滞性长等特点。
全球每年排放到大气中的汞总量约为5000吨,其中4000吨是人为的结果,而燃煤过程的汞排放量占30%以上。
由于我国一次性能源以煤炭为主,原煤中汞的含量变化范围在0.1~5.5mg/kg,煤中汞的平均含量为0.22mg/kg,是世界范围内煤中平均汞含量的1.69倍。
根据相关报道,预计2010年中国电煤总需求量为16亿t,以煤炭含汞量为0. 22mg/kg,电厂平均脱汞效率为30%计, 2010年燃煤电厂汞排放量约为246. 4 t。
因此燃煤所造成的环境汞污染形势不容乐观,对其排放控制不容忽视。
2 烟气中汞的存在形式及其影响因素2.1 汞的存在形式烟气中汞的存在形式主要包括3种:单质汞(Hg0)、化合态汞(Hg+和Hg2+)和颗粒态汞。
其中单质汞(Hg0)是烟气中汞的主要存在形式。
烟气中汞的存在形态对汞的脱除有重要影响。
不同形态汞的物理、化学性质差异较大,如化合态汞易溶于水,并且易被烟气中的颗粒物吸附,因此易被湿法脱硫设备或除尘设备脱除。
颗粒态汞也易被除尘器脱除。
相反单质汞挥发性高、水溶性低,除尘或脱硫设备很难捕获,几乎全部释放到大气中,且在大气中的平均停留时间长达半年至两年,极易在大气中通过长距离大气输送形成广泛的汞污染,是最难控制的形态,也是燃煤烟气脱汞的难点。
2.2 影响汞存在形态的主要因素2.2.1 燃煤种类的影响燃烧所用煤种不同,烟气中汞的形态分布也不同。
烟煤燃烧时,烟气中Hg2+含量较高,Hg0含量偏低;而褐煤在燃烧时,烟气中Hg0的含量却较高。
电站锅炉重金属汞的排放规律及控制研究【关键词】燃煤烟气;汞形态;除汞机理0 引言全世界发电用煤量巨大,燃煤电厂是导致空气污染的最大污染源之一。
尽管汞在煤中的浓度很低,但是由于煤消耗量巨大,国内外对它的研究均十分重视。
在煤燃烧造成的污染物中,除so2,nox 和co2外,还有各种形态的汞排放,大量的汞释放到大气中,对人类健康造成直接或潜在的危害。
美国epa于2005年颁布了燃煤电站锅炉汞排放最终法规,这使得美国成为全球首个制定燃煤电站汞排放限制的国家,而我国对此研究上处于起步阶段。
1 燃煤电站汞的排放规律煤炭中的汞主要以hgs的形式存在,在燃烧过程中氧化成hgo。
在燃烧的高温区域,氧化态汞转化为热力学上稳定的元素态。
通常燃煤电站内的汞排放浓度在100-600ppt之间,而废物燃烧排放浓度则在10000-100000ppt之间。
目前认为烟气中的汞主要有三种形式,元素态汞,二价汞,和颗粒态汞。
煤中的大部分汞蒸发,通常10%的汞与飞灰结合在一起,90%的汞以气相的形态存在于空气预热器出口。
元素态汞,氧化态汞的比例是不确定的。
有结果表明50~90%的汞被氧化。
本质上所有水溶性的hg2+可用常规的烟气脱硫(fgd)装置去除,但元素态汞(hg0)不受fgd影响。
因此汞的去除效率取决于烟气中汞的形态分布。
元素态汞(hg0)一般占总汞的90%,元素态汞占的比例越大,越不容易被脱除。
所以目前很多脱汞方法的机理是将元素态汞转化为氧化态,然后将其脱除的。
2 影响烟气中汞的因素2.1 烟气的温度煤中的汞可以在150℃左右的低温下挥发。
在炉膛内的燃烧温度下,汞将蒸发并以单质汞的形态存在于气相之中,随着烟气温度降低,单质汞会与烟气中的其他成分发生一系列化学反应,一部分转化为气态的氧化汞,一部分转化为固态的颗粒汞并吸附于烟气中的飞灰颗粒上,从而容易地被各种除尘设备捕捉,大部分汞仍然以元素态的形式随烟气排放到大气环境中。
2.2 烟气中氯元素氯化氢的含量直接影响了烟气中汞的形态分布。
燃煤电厂烟气中汞排放分析及监测方法研究摘要:我国经济的日升月恒和重工业的稳步发展都需要燃煤来提供能量。
锅炉尾气主产物烟气成为了我国大气污染一大问题。
国家出台了一系列有关环保的政策来限制工厂尾气中一些元素的排放量,加强对有害成分排放的控制。
汞及其化合物会掺在燃烧煤炭的尾气中,污染上方大气且对生态环境造成不可逆直接伤害。
本文研究了国内外汞不同的采样分析和监测技术,提高汞排放监测准确和精确性,在其基础上提出改进建议,对汞排放控制的研究具有重要意义。
关键词:燃煤电厂;烟气;汞排放1.汞的基础监测方法(1)冷原子吸收分光光度法一定质量浓度的酸性高锰酸钾溶液吸收了燃煤电厂排放的烟气尾气中的汞,汞被吸收后发生了氧化反应变为离子态,汞离子又和氧化亚锡发生还原反应变回原子型态,存在于溶液内部的汞蒸气被通入的载气吹出进入到测汞仪内部,最后由冷原子吸收分光光度法(CAAS)测出Hg2+的质量浓度。
根据GB/T 16157中的气态污染物化学法采样系统,吸收烟道中烟尾气。
气密性试验后给采样管打开辅热装置。
实验前要先做一组对照组,将空白样品进行CAAS分析并记录数据。
注意采样时间为30min,需要避光运输,盛放产物的容量瓶也需要被原液洗涤大于2次,样品采集后需要尽快分析,或在0~4℃的温度下密封保存不要超过5d。
(2)原子荧光分光光度法气态汞属于荧光物质,经一定波长光源照射处于临界激发态,又降低活性回到基态左右能带,快速产生相对能量的荧光,分析其强度来测得汞含量。
以等速采样的方式,将颗粒物提取至玻璃纤维材质的滤筒,并用混合酸/王水对其进行消解化。
加热得到二价汞(Hg2+),Hg2+后续又和硼氢化钾(KBH4)还原反应生成气态汞,后被气泵打到光度计内部操作得到含量。
按GB16297-1996要求与CAAS类似组装。
各个采样点采样时间大于0.5h,样品数量大于2个,最后将数据取平均值。
空白样品步骤同上。
采样时,在没有尘粒抖落的前提下剪碎并收集样品,加入王水加热轻微沸腾状态,约2h冷却,后用滤纸过滤。
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。
燃煤电厂汞排放控制技术简介摘要:本文浅要分析了汞在燃煤中旳赋存形态及其排放特性,并根据影响汞清除率旳重要原因,简要简介了目前某些汞排放控制技术。
关键词:赋存形态清除率洗煤活性炭序言汞是目前重要旳全球性污染物之一,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旳汞总量约为5000吨,而燃煤过程中汞排放占相称大旳比重。
根据美国环境保护署(EPA)1997年给美国国会旳汞研究汇报显示,燃煤电厂是最大旳汞排放污染源。
与燃油相比,燃煤产生旳汞排放要高出10倍到100倍。
因此燃煤电厂对于汞污染物旳排放控制刻不容缓。
一、汞在燃煤中旳赋存形态及其排放特性要控制燃煤电厂汞排放,就必须先理解汞在燃煤中旳存在形态及其特性,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,也也许有部分微细旳独立汞矿物分布在黄铁矿和有机物组分中。
汞是煤中较易挥发旳痕量元素之一。
煤粉通过燃烧,其中旳汞重要分为两部分:一部分伴伴随灰渣旳形成,直接存留于灰渣和飞灰中;另一部分在火焰温度下伴随煤中黄铁矿(Fes:)和朱砂(HgS)等含汞物质旳分解,以单质形态释放到烟气中。
,由于炉内高温,单质汞是煤粉中旳汞在火焰温度下存在旳重要形式。
当烟气流出炉膛,流经换热面,烟气温度逐渐减少时,一部分旳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取,从而转化为以颗粒态存在旳汞№(P),这一部分包括HgC12、HgO、HgSO4和HgS等。
一部分旳气相单质汞在烟气温度减少到一定范围时,会被烟气中旳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)。
最终尚有一部分气相单质汞仍保持不变,随烟气排出。
研究表明,在空气污染控制器旳上游烟气中旳气相汞中Hg2+占50 ~80%,单质汞Hg0占20 ~50%。
二、影响汞清除率旳重要原因燃煤烟气中旳汞重要有三种形态:二价汞(Hg2+)、单质汞(Hg0)、颗粒汞(Hg P)。
《煤气化渣脱除燃煤烟气中汞的性能研究》篇一一、引言随着燃煤工业的快速发展,燃煤烟气中的重金属污染物,尤其是汞(Hg)的排放问题日益受到关注。
汞是一种具有高度毒性的重金属元素,对环境和人体健康构成严重威胁。
因此,开发有效的燃煤烟气中汞的脱除技术,已成为当前环保领域的研究热点。
煤气化渣作为一种具有良好吸附性能的工业废弃物,其在燃煤烟气中汞的脱除方面具有巨大的应用潜力。
本文旨在研究煤气化渣脱除燃煤烟气中汞的性能,为煤气化渣在环保领域的应用提供理论依据。
二、实验材料与方法1. 实验材料本实验选用的煤气化渣来自于某大型煤气化企业,燃煤烟气来自某燃煤电厂。
实验所用药剂均为分析纯。
2. 实验方法(1)煤气化渣的预处理:将煤气化渣进行破碎、筛分、洗涤等处理,以去除杂质,提高其纯度。
(2)汞脱除实验:在一定的温度、压力和烟气流量条件下,将预处理后的煤气化渣与燃煤烟气进行接触反应,观察其脱汞性能。
(3)性能评价:通过测定反应前后烟气中汞的浓度,计算脱汞效率,评价煤气化渣的脱汞性能。
三、实验结果与分析1. 煤气化渣的脱汞性能实验结果表明,煤气化渣对燃煤烟气中的汞具有较好的脱除效果。
在一定的温度和压力条件下,随着煤气化渣用量的增加,烟气中汞的浓度逐渐降低,脱汞效率逐渐提高。
同时,我们发现烟气流量的变化也会影响煤气化渣的脱汞性能。
在一定的流量范围内,较低的烟气流量有利于提高脱汞效率。
2. 影响因素分析(1)温度:随着温度的升高,煤气化渣的脱汞性能呈现先升高后降低的趋势。
这可能是由于在一定温度范围内,煤气化渣的吸附性能随温度升高而增强,但过高的温度会导致其表面吸附的汞发生挥发,从而降低脱汞效率。
(2)压力:压力对煤气化渣脱汞性能的影响较小。
在常压条件下,煤气化渣即可实现较好的脱汞效果。
(3)烟气成分:烟气中的其他成分如硫氧化物、氮氧化物等也会影响煤气化渣的脱汞性能。
这些成分可能与汞发生化学反应,从而影响其脱除效果。
四、讨论与展望本实验研究了煤气化渣脱除燃煤烟气中汞的性能,发现其具有良好的脱汞效果。
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。
燃煤电厂中汞的排放与控制的研究摘要:本文对煤中微量元素汞的含量以及燃煤烟气中汞的排放情况进行了论述,综述了重金属汞在煤中的存在形态及在燃煤电站中的转化过程,并重点介绍了燃煤烟气中重金属汞的控制方法的最新研究进展,分析了燃煤电厂在汞的控制方面存在的主要问题,并结合我国国情提出了相关建议。
关键词:燃煤电厂;烟气;汞;排放;控制Keywords: coal-fired power plant; flue gas; mercury; emission; control0引言汞对已知的任何生物没有作用,人们很久以前就认识到汞是一种有毒的物质,且属于毒性最强的元素之一。
汞污染对生态环境的影响虽然比较缓慢,但进入生态环境的汞会产生长期的危害,特别是有机汞污染环境后,对人类造成严重威胁。
自然界中汞有三种价态,零阶汞Hg0,一价汞Hg+和二价汞Hg2+。
零阶汞易挥发,且难溶于水,是大气环境中相对比较稳定的形态,在大气中的停留时间很长,平均可达1年左右,可以在大气中被长距离地输运而形成大范围的汞污染。
造成汞环境污染的来源主要是天然释放和人为两方面。
从局部污染来看:人为来源是相当重要的。
以美国为例[1],美国每年汞的排放量占全世界向大气排放汞总量的3%,大约150t左右,其中占33%、份额最大的当属燃煤电站,约50t,垃圾焚烧炉年排放汞量约占20%,医疗垃圾焚烧约占10%。
对于燃煤过程,汞主要是以气态形式排放。
汞的电离势高,高电离势决定了汞易变为原子的特性,因而汞易迁移,难富集,利用一般的污染物控制装置无法有效捕捉而排入大气。
由于全球煤炭消耗量巨大,汞经由燃煤过程的迁移、转化已成为它在生物圈内循环的一个重要途径。
本文在参阅大量文献的基础上,从煤中汞的存在形态谈起,论述了燃煤电站中汞的形态转化过程,简要论述目前学术界对燃煤电站中汞的排放形式及其控制方法,并对该领域的研究提出了一些看法。
1 煤中汞的含量及燃煤烟气中汞的排放情况1.1 煤中汞的含量我国是一个燃煤大国,能源消耗主要以煤炭为主,因而由燃煤造成的汞污染问题也相当严重。
王启超等曾对中国各省煤中的汞含量进行了测量,汞的平均质量浓度为0.22mg/kg,汞在煤中处于富集状态[2]。
各省煤炭的汞含量见表1。
表2是美国部分矿区煤的含汞量。
与表1比较可见,中国煤中的汞含量普遍高于美国。
表1 我国各省煤炭含汞量[2]mg/kg表2 美国部分煤种含汞量统计[3]1.2 燃煤烟气中汞的排放情况大气环境中的汞除一部分来自天然排放外,很大一部分来自人类活动。
来自人类活动的汞占整个汞排放量的10%~30%[4],而燃煤电站的汞排放占主要地位。
据美国环保机构测算,1994年-1995年间,美国由于人类活动排出的汞达150t,其中约有87%是由燃烧源排出的[2]。
我国也曾有人对汞的排放量作过估算:据王起超等人( 1999年)估算,1995年全国汞的排放量为21318t;据冯新斌和洪业汤(1996年)估算,1994年全国燃煤排出的汞更多,为296t[5]。
2汞在煤中的存在形态及在燃煤电站中的转化过程2.1 汞在煤中的存在形态煤中汞的存在形式也是影响汞排放的一个重要因素,尽管有学者提出煤中存在与有机煤岩组分结合的有机汞化合物,但主要还是以与无机物结合形式存在[3]。
对于煤中汞的存在形式,许多学者都进行了研究。
Finkelman在煤中发现了含汞的硫化物和硒化物,Cahill和Shiley发现煤中的方铅矿含汞,Dvornikov还提出煤中的汞主要以辰砂、金属汞和有机汞化合物的形式存在[6]。
煤在地质化学中被归为亲硫元素,因而,煤中的汞主要存在于黄铁矿(FeS2)和朱砂(HgS)中[3]。
文献[6]的研究证实了煤中大多数汞以固溶物形式分布于黄铁矿中,特别是后期成因的黄铁矿。
刘晶等人[7]用连续化学浸提法测定了3种煤中的汞形态,发现其中可交换态汞占总汞量的0.9%~2.4%,硫化物结合态汞占总量的40.1%~78.3%,有机结合态汞占0.3%~1.5%,残渣态汞占17.8%~57.9%。
同时还发现汞在密度较大的煤中质量浓度较大,而密度较大的煤中矿物质的质量浓度较大,这表明汞主要存在于矿物质中。
文献[6]对贵州煤汞的赋态状态研究表明,煤中大部分汞赋存于能被硝酸浸取的物相中(主要为黄铁矿) ,而且汞在黄铁矿中的分布是不均匀的[8]。
黔西南煤中汞在黄铁矿中的分布也符合这一规律。
总之,煤中的汞主要存在于无机矿物质中,特别是黄铁矿中,而且汞在其中的分布是不均匀的。
2.2 燃煤电站中汞的转化过程在燃煤电站中,原煤首先进入制粉系统。
煤在破碎的过程中产生热量,由于汞具有很强的挥发性,一部分汞会吸热从煤中挥发出来。
文献[9]对太原第一热电厂和侯马电厂的煤和灰渣进行分析,发现原煤中的汞有14%在制粉过程中挥发掉。
煤粉进入炉膛后,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。
赵毅对2个电厂的实测结果表明,灰渣中汞的质量浓度为0.2298~0.3537mg/kg ,占原煤中总汞的13%[9]。
而朱珍锦等[10]曾对燃用山西贫煤的锅炉在不同负荷下烧成的炉底渣进行取样,测得其中的汞为0 ~0.044 μg/g。
煤中的另一部分汞在火焰温度下( > 1400 ℃)随着煤中黄铁矿(FeS2)和朱砂(HgS)等含汞物质的分解,以单质的形态释放到烟气中。
煤中汞的具体形态和结构并不影响这一燃烧转化机理,也就是说,在火焰温度下,气态汞主要以单质形态(Hg0(g))存在[3]。
进入炉膛的煤粉中的汞,绝大部分在火焰温度下转化为单质汞。
3汞的控制方法脱除汞的有效性取决于汞的形态分布即烟气中汞以何种形式存在,而烟气中汞的形态分布与飞灰成分、温度、烟气成分(如氯化物、SO x、NO x)等的影响有很大关系。
目前认为,烟气中的汞主要有 3 种形式:气态零阶汞(Hg0)、气态二价汞(Hg2+)和颗粒态汞(Hg),且燃煤汞排放控制技术研究主要集中在如何脱除烟气向大气排放的汞。
在我国,浙江大学、华中科技大学和国家电站燃烧工程技术研究中心等已开始进行研究,目前只是处于实验室研究的起步阶段。
借鉴国外对重金属特别是燃煤汞排放和控制的研究和开发的经验,我们有可能在燃煤汞污染控制技术上较快取得工业应用的成果。
目前,从发达国家对烟气中污染物排放控制的总体来看:要求越来越高,控制内容越来越细。
为适应这些严格的法规,相继开发出一批燃煤汞排放控制新技术和新方法。
综合国内外文献,针对燃煤烟气汞排放控制方法大致分为以下5种。
3.1 吸附剂吸附法利用活性炭或者其它吸附剂来除去烟气中的汞。
用活性吸附烟气中的汞可以通过以下2 种方式:一种在颗粒脱除装置前喷入粉末状活性炭,吸附了汞的活性炭颗粒经过除尘器时被除去;另一种是将烟气通过活性炭吸附床,但如果活性炭颗粒太细会引起较大的压降。
垃圾焚烧炉为控制重金属汞的排放很早就采用了活性炭吸附和布袋除尘技术,选择合适的碳汞(C/Hg)比例,可以获得90%以上的除汞效率。
对于燃煤电站锅炉的烟气除汞,适当增加碳汞(C/Hg)比例除汞效率可以达到30%以上。
另外,运用化学方法将活性炭表面渗入硫或者碘,以增强活性炭的活性,且由于硫或者碘与汞之间的反应能防止活性炭表面的汞再次蒸发逸出,可提高吸附效率。
直接采用活性炭吸附的方法成本很高,燃煤电站难以承受。
据美国EPA 和DOE 估算结果表明:燃煤电站如选择活性炭喷入方式,每脱除 1 镑汞需耗资$14200~70000;如采用活性炭吸附床,每脱除 1 镑汞需耗资$17400~38600。
鉴于活性炭如此昂贵,很多研究人员开始开发新型、价格低廉的吸附剂。
为此,国外学者研究利用钙基吸附剂(CaO、Ca(OH)2、CaCO3、CaSO4·2H2O)来脱除汞。
在模拟燃煤烟气进行的实验中发现:Ca(OH)2对Hg2Cl2的吸附效率可达到85%,但对零阶汞(Hg0),只有在SO2存在的情况下,18%的Hg0可以被除去。
碱性吸附剂如CaO同样也可以很好地吸附HgCl2,SO2存在时对Hg0的脱除率为35%。
Gho-rishi在研究HCl对钙基吸附剂的影响时发现:由于氯原子和Hg0相互作用,带有结晶水的CaSO4(CaSO4·2H2O、CaSO4·1/2H2O)对Hg0的吸附作用大大增强了。
目前,钙基吸附剂尚处于实验室研究阶段,还未用于工业实践。
美国PSI(Physical Science Inc)用沸石材料作为工业锅炉控制汞排放的吸附剂。
在燃煤烟气中加入已知含量的零阶汞(Hg0)进行实验,结果表明:沸石在高温和低温下都可以吸附Hg0和Hg2+。
沸石材料这种新型吸附剂仍在研究之中,但它在替代活性炭方面存在巨大的潜力。
美国辛辛那提大学利用TiO2 吸附剂来捕捉汞。
在实验室模拟试验中,将TiO2喷入到高温燃烧器中,产生大量TiO2凝聚团,凝取团的大表面积可氧化并吸附汞蒸气,然后通过除尘装置被除去。
但由于其松散的结构和反应效率低,对汞的捕捉效果不明显。
再加以低强度的紫外光照射,Hg0在TiO2表面氧化为Hg2+并与TiO2结合为一体,显示出很好的除汞能力。
3.2 FGD除汞法利用湿法脱硫装置(FGD)除汞。
由于烟气中的Hg2+化合物,大部分为HgCl2 是可溶于水的,脱硫系统可通过溶解烟气中的二价汞将其捕捉,剩余的烟气中部分零阶汞和部分二价汞在经过除尘器(FF或ESP)时被除去。
湿法脱硫装置(Wet FGD)可以将烟气中80%~95%的Hg2+除去。
但对于不溶于水的Hg0捕捉效果不显著。
据统计,WFGD 对烟气中总汞的脱出率在45%~55%范围内。
脱硫装置还可以控制SO2和颗粒的排放。
通过改进WFGD的处理过程,如利用催化剂使烟气中的Hg0转化为Hg2+,当烟气中以Hg2+形式存在的汞占主要水平时,WFGD的除汞效率会大大提高。
美国Argonne 国家实验室[11]采用新型氧化剂NOXSORB (氯酸HClO 3 和氯酸钠的混合物NaClO3) ,将它喷入到149°C的烟气中,100%的气态Hg0被氧化为Hg2+,最终经过WFGD被捕捉。
这种氧化剂在脱除汞的同时也可以减少80%NO的排放量。
美国Radian实验室使用含铁类物质和含钯类物质作氧化剂,149°C时烟气中的气态Hg0几乎全部转化为Hg2+。
科学家们用WFGD的固体废物和废液作TCLP酸液浸出试验和挥发性检验,发现WFGD的废物和废液中所吸附的汞稳定且难以溢出。
3.3飞灰除汞法通过飞灰吸附作用来除去烟气中的汞。
燃煤产生的飞灰能吸收烟气中的汞,含碳量高的飞灰对汞的吸附是很有利的,但也有科学家认为大幅度增加飞灰的含碳量,并不能相应提高飞灰吸附汞的能力。