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煤粉锅炉烟气汞排放情况浅析
作者:管理员    发布于:2016-05-13 11:55:46    文字:【】【】【
燃煤排放出的汞是全球大气中汞的重要污染源之一,其中燃煤消耗最为集中的为燃煤发电厂,研究燃煤电厂烟气汞排放尤为重要。本论文将通过对燃煤锅炉烟气汞的采集,分析烟气汞的含量及现有环保设施的除汞能力,对燃煤电厂的汞排放做出客观评价。
  通过对现有燃煤电厂煤粉锅炉烟气汞的采样检测分析,初步掌握了燃煤电厂现除尘和脱硫设施对汞的协同脱除能力。通过除尘设施和脱硫设施的脱汞评估,为其他燃煤电厂如何控制烟气汞的排放提供依据和参考。
  关键词:重金属汞、燃煤、大气污染、汞平衡、脱汞评估
  1.1 引言
  2012年1月1日中国国家环保部正式实施新的火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011),新标准(GB13223-2011)中明确要求,自2015年1月1日起,燃煤锅炉执行汞及其化合物污染物排放0.03 mg/m3的限值。作为新的大气污染物标准,不仅降低了GB13223-2003旧标准中的相关大气污染物的排放指标,增设了国内特别地区的特别排放限值,而且在标准中首次新增加了对燃煤重金属汞浓度的排放要求。目前各大火力发电厂大气污染物除了烟尘、二氧化硫及氮氧化物安装了在线连续监测系统,三大污染物排放浓度具备连续监测及传输功能,但是燃煤锅炉烟气中的重金属汞排放暂未进行监测,因此对燃煤电厂重金属汞排放及控制现状分析研究对今后燃煤电厂控制烟气汞的达标排放有十分重要的意义。
  1.1.1 汞的危害
  汞的元素含量在地壳中排名63位,汞相比较其他元素具有一些比较特殊的性质:1)重金属汞在自然界中以金属状态为主; 2)金属汞不仅仅是以金属形态存在,而且它的金属形态是以液态存在的;3)汞及汞的化合物的毒性表现在自然界的食物链中,不仅能迁移和分配,而且能蓄积;4)如表1-1所示,汞的蒸汽压随温度的逐渐升高成倍增加,在20℃时出现突升点;5)汞和它的无机化合物沸点较低,较易挥发。这些特性大大提高了汞及其化合物对于自然环境及人体的危害。
  1.1.2 燃煤中的金属汞含量
  在2005年时,全国汞的平均含量通过选取近1500个煤样采样分析测量为0.20 mg/ kg[1] ,根据我国煤炭汞含量记录及国内煤炭的行业标准,国内多数火电燃煤锅炉使用燃煤的汞含量处于0.01mg/kg至1.0mg/kg之间[2]。而通过燃煤汞含量的比较,国内各种燃煤汞含量由低到高的顺序依次为: 长焰煤、气煤、无烟煤、焦煤、褐煤及瘦煤。
  1.1.3 燃煤燃烧中重金属迁移规律
  火电燃煤锅炉燃煤中的汞主要有有机汞和无机汞两种形态,由于黄铁矿中含有丰富的硫,由于无机汞具有较强的亲硫性质,所以主要分布在黄铁矿中,研究表明,通过燃煤燃烧前的洗煤手段,可以有效减少煤炭中的无机汞含量,但是有机汞较难去除。此外,煤种的灰分越大,代表煤种的矿物质含量越多,也意味着汞含量越多。
  在火电燃煤锅炉运行中,在1500℃的高温下煤粉中的汞大部分转化成单质汞Hg0进入燃烧后的烟气中[3],燃烧后的烟气由于具有较高的温度,通过热交换,利用余热提高锅炉的热效率,在通过相关热交换器进行热交换时,烟气温度
  逐渐降低到150℃左右,在这个降温的过程中,烟气中的气相单质汞将会发生不同的变化:1)有一部分气相单质汞,通过一些吸附及化学反应变成烟尘一样的颗粒形态的汞(Hgp);2)部分气相单质汞被氧化成氧化态汞(Hg2+),或被飞灰颗粒吸收,或直接随烟气有烟囱带入大气;3)剩余一部分为单质汞(Hg0),不被除尘器或者脱硫塔吸附或去除,直接排入大气。由上述可知,火电燃煤锅炉燃烧烟气中的总汞主要为三种形态,包括颗粒态汞(Hgp)、氧化态汞(Hg2+)以及单质汞(Hg0)。即燃煤烟气总汞(HgT)=(Hgp)+ (Hg2+)+(Hg0)。火电燃煤锅炉煤中汞在燃烧过程和烟气中的可能转化途径如图1-4所示[4]
  图1-4煤中汞在燃烧过程和烟气中的可能转化途径
  Figure l-4 Potential mercury transformations during coal combustion and subsequently in the resulting flue gas.
  第二章
  2.1
  2.1.1
  2.1.2
  2.1.3
  2.1.4 本文采样方式及实验仪器
  采样方式,通过被测电厂在测试期间尽量保持锅炉燃烧工况的稳定,将相关设备搬运至测试烟道测试孔处,对设备进行管道连接,接通伴热器电源,调试采样时间,在烟枪内装入汞吸附管,然后将烟枪水平插入烟道,进行采样。
  具体的采样示意图如下图所示:
  图2-4采样设备仪器示意图
  Figure 2-4 采样设备仪器示意图The sketch map of sampling equipment
  本实验采用RA-915+汞分析仪,该分析仪具有高灵敏度、宽量程、在水和气体样品中有超低汞检测限,在大多数情况下,复杂组分样品中汞含量的测定时无须进行样品的前处理。可以作为电机装置和计算机分析系统的部件在野外或者是在实验室内使用。本实验采用的RA-915+汞分析仪目前来说,是汞分析仪器中技术先进、精密度高的仪器。通过汞原子对254nm共振发射线的吸收和塞曼(Zeeman)效应背景校正技术在加上应用了高频调制偏振光技术而出现的汞分析仪器。
  第三章
  3.1
  3.1.1 A电厂采样点情况
  A电厂是一家工业开发区内的热电联供电厂,为工业开发区内的40余家企业提供不同压力等级的高温蒸汽,已建四台75吨/时的次高压煤粉锅炉,以及两台1.2万千瓦时的汽轮机。在十一五及十二五期间该电厂用有陆续增设和改建了相应的环保设施,其中新增了低氮燃烧器和双碱法脱硫系统,将原有的水膜除尘器改了除尘效率更高的布袋除尘器。
  (1)布袋除尘器
  火电燃煤锅炉燃烧后烟气中带灰,经过各种热交换器后,150℃左右的带灰烟气进入布袋除尘器,进入除尘器舱室的烟气被均匀分布在各个舱室内,烟气中的飞灰被吸附在长条布袋外,而经过布袋除尘后的烟气则通过除尘器出口排除,随着布袋表面附着的飞灰越来越多,越来越致密,除尘器的设备阻力到达设定的参数后,压缩空气就会鼓吹布袋,让附着在布袋的飞灰下落进入除尘器底部,再有底部的仓泵进行喷吹有输送管道储存至灰库中。布袋除尘器结构图如下所示:
  图3-1 A电厂布袋除尘器结构
  Figure 3-1A电厂布袋除尘器结构 A power plant dust collector structure
  (2)双碱法脱硫
  该电厂采用的双碱法添加剂为氧化钙和碳酸钠,首先制备好的新鲜碱液输送到脱硫塔内,由脱硫塔循环泵进行塔内逆流交换脱硫,吸收好二氧化硫的浆液排出脱硫塔用氧化钙进行置换和再生新鲜浆液,同时在后级加入纯碱沉淀掉过量的钙离子用来减缓脱硫系统内的结垢,延长脱硫系统的稳定运行能力,此外,通过引入一路氢氧化钠液碱进行应急补充使用,确保脱硫系统故障时,延缓设备故障引起的二氧化硫排放浓度超标。具体工艺流程见下图:
  图3-2 A电厂脱硫系统工艺
  Figure 3-2A电厂脱硫系统工艺 A technology for power plant desulfurization system
  (3)采样点概况
  本次采样分别在#4炉除尘器进口、出口(锅炉房9米层)、脱硫塔出口(18米)进行了烟气采样,并对煤粉、除尘器干灰等进行采样,对采样结果进行分析后进行相应换算,最后进行电厂的汞平衡评估。
  图3-3 A电厂采样点分布图
  Figure 3-3A电厂采样点分布图 The distribution map of sampling points in A power plant
  3.1.2 A电厂金属汞排放分析
  1、A电厂烟气汞测试结果分析
  2014年3月26日上午10时,本实验相关人员对A电厂进行了烟气汞的采样检测。烟气汞测试期间工况:锅炉流量76t/h,100%满负荷运行;采样期间#4锅炉标态烟气量:7.2-8.5万m3/h;进煤量:8.5t/h;脱硫石膏产量:0.26t/h。主要测试结果如下图所示:
  表3-1 A电厂烟气#4锅炉汞测试结果
  Table 3-1 A电厂烟气#4锅炉汞测试结果A power plant #4 boiler flue gas mercury testing results
  序号名 称测试机组容量大小及编号试样含汞量
  (ppm)燃煤含氯量
  (ppm)
  1煤样75t/h,#40.13±0.01481±10
  2袋灰75t/h,#40.51±0.02/
  3脱硫产物75t/h,#40.29±0.02
  序号名 称测试机组容量大小及编号燃煤含汞量
  (μg/m3)备注
  1除尘前75t/h,#411.87±0.25/
  2除尘后75t/h,#41.48±0.25除尘器除汞效率:
  87%
  3脱硫后75t/h,#40.81±0.15脱硫系统除汞效率:
  45%
  (1)煤样分析
  含汞浓度:0.13(±0.01)mg/kg(ppm)。
  国内燃煤平均含汞量一般为0.12-0.2ppm,A电厂用煤的汞含量在0.13ppm左右,在国内汞平均含量范围内。其它煤样元素分析如表2-2
  表3-2 A电厂煤样元素分析
  Table 3-2A电厂煤样元素分析 Analysis of A power plant coal sample elements
  煤样A电厂
  重量44mg
  N [%]0.99
  C[%]67.56
  H [%]4.28
  S [%]0.55
  (2)除尘前烟气汞含量测试结果
  该测试结果表明,在燃煤过程中的汞几乎100%进入烟气中,依据《火电厂大气污染排放标准-GB13223-2011》的规定,燃煤锅炉汞的排放指标(<30μg/m3),A电厂除尘前烟气中的汞含量已经达到排放标准。,随着全球对汞排放污染的重视程度的不断加深以及2013年10月全球汞排放公约的签署,燃煤锅炉汞排放标准将会越来越严格,我国燃煤汞排放控制还有很长的路要走。
  (3)除尘后烟气汞含量测试结果:
  同样采取30B测量技术,对除尘后的烟气中汞含量进行测量,共采了3组数据,经过分析可知,汞含量在1.48(±0.25)μg/m3。对比除尘前的数据图3-1显示经过除尘后,约有87(±4)%的汞在袋式除尘装置中被除去,经过对袋区收集的尘样中汞含量进行分析,发现袋区灰中汞含量约为0.51(±0.02)mg/kg(ppm),因此袋除尘具有较好的除汞作用。其中一方面的原因是煤中的氯含量为481(±10)ppm,属于高氯煤种,导致烟气中二价氧化态汞含量升高,零价汞减少,而氧化态的汞的去除是较容易的。
  图3-4A电厂布袋除尘器进、出口烟气汞含量(μg/m3)
  Figure 3-4A bag dust collectors, into the outlet flue gas mercury content (μg/m3)
  如图3-1所示,通过对A电厂#4锅炉烟气的测试表明,该厂的袋除尘装置的协同除汞效率在87%左右,具有较好的除汞控制作用。
  图3-5 A电厂双碱法脱硫塔进、出口烟气汞含量(μg/m3)
  Figure 3-5 A power plant double alkali method desulfurization tower, mercury content in outlet flue gas(μg/m3)
  (4)脱硫后烟气含汞量测试:对脱硫后的烟气中汞进行分析,汞含量为0.81(±0.15)μg/m3。对比脱硫前后如图3-2所示,该脱硫塔的实际除汞效率在45%左右,与目前国外的测试结果相接近。
  2、排烟系统汞平衡核算
  按测试过程平均燃煤量:8500kg/h,汞含量按0.13ppm计,标态烟气按7.85万Nm3/h估算,原始烟气含尘浓度按22g/Nm3计算。
  表3-3 A电厂运行工况参数
  Table 3-3 A power plant operating parameters
  序号名 称实际数值
  1工况运行负荷76t/h(100%)
  2标态烟气量7.2-8.5万m3/h
  3进煤量8.5t/h
  4脱硫石膏产量0.26 t/h
  (1)则每小时燃煤所带入烟气中的汞的量:按上述用煤量及煤汞浓度估算,每小时进入锅炉的汞量约1.105g/h。
  (2)除尘前的烟气含汞总量:实测烟气汞浓度11.87(±0.25)μg/m3,除尘前烟气含汞总量为0.932(±0.02)g/h。
  (3)袋除尘后烟气含汞总量:实测烟气汞浓度值为1.48(±0.25)μg/m3,除尘后烟气含汞总量为0.116(±0.02)g/h,与除尘前相比,烟气中汞的总量降低0.816(±0.02)g/h。
  (4)袋区灰中含汞总量:除尘装置除尘效率按99%计,则每小时收灰1.683t,汞含量为0.51(±0.02)ppm,则每小时进入袋区灰中的汞量约为0.858(±0.03)g/h。
  (5)脱硫后烟气含汞总量:经测定,脱硫后烟气中汞含量为0.81(±0.15)μg/m3,按上述烟气量估算计,烟气中的汞总量为0.064g/h,通过脱硫塔汞减少了0.052g/h。
  综上所述可知,烟气系统中汞的平衡核算符合度较好,汞质量平衡核算汇总如下:
  除汞:93%
  除汞:45%
  除汞:87%
  锅炉
  除尘器
  脱硫塔
  原煤中总汞1.105g/h
  除尘前总汞0.932g/h
  除尘后总汞
  0.116g/h
  脱硫后总汞
  0.064g/h
  飞灰中总汞
  0.858g/h
  图3-6 A电厂汞质量平衡核算图
  Figure 3-6 A mercury mass balance calculation diagram
  通过A电厂汞质量平衡图分析可以得出,原煤中的总汞经过燃烧后,产生的烟气总汞为0.932g/h,A电厂的布袋除尘器具备较好的除汞效果,除汞效率87%,被降低汞浓度的烟气在进入脱硫塔,汞被进一步脱除,脱除效率为45%,两级环保设施共计协同除汞效率高达93%。
  第四章
  4.1 研究结论
  A电厂为区域供热电厂,机组为75t/h煤粉锅炉,使用燃煤汞含量0.13ppm,氯含量481ppm,燃煤汞含量属于国内平均水平内,并且属于高氯煤种。烟气中的颗粒汞和被飞灰颗粒吸收的二价汞,被布袋除尘器去除了87%。然后烟气中剩余13%的烟气汞通过湿法脱硫,其中有45%的烟气二价汞被去除,55%的单质汞及少量二价汞排入大气。A电厂布袋除尘器和双碱法脱硫的协同除汞能力为93%,烟囱出口烟气汞排放浓度为0.81μg/m3。
  4.2 展望
  我国目前的燃煤火电烟气汞污染排放和治理仍然处在研究阶段,为了更好的分析、比较和控制现有燃煤火电锅炉的汞排放浓度计总量,应该从以下几方面进行重点研究和考虑:
  (1)由于除尘器对于烟气汞的突出协同除汞能力,可以将燃煤电厂环保设施提高协同除汞效率研究集中在研究除尘器的协同除汞效率提升上。
  (2)在进一步增设大气污染环保设施时,一并考虑该环保设施对于综合治理大气污染物的能力和水平。研发燃煤汞治理的协同控制技术,在原有环保设施的基础上进一步提高汞脱除效率。由于很多火电厂目前受新的环保标准GB13223-2011排放限值要求,陆续增设脱硫塔喷淋层、增加高效除尘器等措施,在采取这类措施的时候可以将控制燃煤重金属汞排放考虑进去,在增加除尘脱硫效率的同时,提高协同除汞能力。
  (3)在针对燃煤电厂汞排放控制和研究的同时,推广到其他汞排放行业和企业中去,加大宣传力度,最大限度的减少人为汞的排放,保护生态环境汞的平衡。
  参考文献
  [1] 郭欣,郑楚光,贾小红,等,300MW煤粉锅炉烟气中汞形态分析的实验研究[J].中国电机工程学报,3004,34(6);185-188;
  [2] 王起超,等.煤及其灰渣中的汞[J].中国环境科学,1997(2):76-79;
  [3] ZHUANG Y, KEVIN G, CHRIS Z,et al. Mercury transformation in coal combustion flue gas[J].Fuel Processiug Tecbuologc",2000.(8):289-310;
  [4] Galbreath K.C., Zygarlike C.J. Mercury transformations in coal combustion flue gas. Fuel Processing Technology [J], 2000, 65: 289-310.
  上海星火热电 冯晶晶
  摘要: 燃煤排放出的汞是全球大气中汞的重要污染源之一,其中燃煤消耗最为集中的为燃煤发电厂,研究燃煤电厂烟气汞排放尤为重要。本论文将通过对燃煤锅炉烟气汞的采集,分析烟气汞的含量及现有环保设施的除汞能力,对燃煤电厂的汞排放做出客观评价。
  通过对现有燃煤电厂煤粉锅炉烟气汞的采样检测分析,初步掌握了燃煤电厂现除尘和脱硫设施对汞的协同脱除能力。通过除尘设施和脱硫设施的脱汞评估,为其他燃煤电厂如何控制烟气汞的排放提供依据和参考。
  关键词:重金属汞、燃煤、大气污染、汞平衡、脱汞评估
  1.1 引言
  2012年1月1日中国国家环保部正式实施新的火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011),新标准(GB13223-2011)中明确要求,自2015年1月1日起,燃煤锅炉执行汞及其化合物污染物排放0.03 mg/m3的限值。作为新的大气污染物标准,不仅降低了GB13223-2003旧标准中的相关大气污染物的排放指标,增设了国内特别地区的特别排放限值,而且在标准中首次新增加了对燃煤重金属汞浓度的排放要求。目前各大火力发电厂大气污染物除了烟尘、二氧化硫及氮氧化物安装了在线连续监测系统,三大污染物排放浓度具备连续监测及传输功能,但是燃煤锅炉烟气中的重金属汞排放暂未进行监测,因此对燃煤电厂重金属汞排放及控制现状分析研究对今后燃煤电厂控制烟气汞的达标排放有十分重要的意义。
  1.1.1 汞的危害
  汞的元素含量在地壳中排名63位,汞相比较其他元素具有一些比较特殊的性质:1)重金属汞在自然界中以金属状态为主; 2)金属汞不仅仅是以金属形态存在,而且它的金属形态是以液态存在的;3)汞及汞的化合物的毒性表现在自然界的食物链中,不仅能迁移和分配,而且能蓄积;4)如表1-1所示,汞的蒸汽压随温度的逐渐升高成倍增加,在20℃时出现突升点;5)汞和它的无机化合物沸点较低,较易挥发。这些特性大大提高了汞及其化合物对于自然环境及人体的危害。
  1.1.2 燃煤中的金属汞含量
  在2005年时,全国汞的平均含量通过选取近1500个煤样采样分析测量为0.20 mg/ kg[1] ,根据我国煤炭汞含量记录及国内煤炭的行业标准,国内多数火电燃煤锅炉使用燃煤的汞含量处于0.01mg/kg至1.0mg/kg之间[2]。而通过燃煤汞含量的比较,国内各种燃煤汞含量由低到高的顺序依次为: 长焰煤、气煤、无烟煤、焦煤、褐煤及瘦煤。
  1.1.3 燃煤燃烧中重金属迁移规律
  火电燃煤锅炉燃煤中的汞主要有有机汞和无机汞两种形态,由于黄铁矿中含有丰富的硫,由于无机汞具有较强的亲硫性质,所以主要分布在黄铁矿中,研究表明,通过燃煤燃烧前的洗煤手段,可以有效减少煤炭中的无机汞含量,但是有机汞较难去除。此外,煤种的灰分越大,代表煤种的矿物质含量越多,也意味着汞含量越多。
  在火电燃煤锅炉运行中,在1500℃的高温下煤粉中的汞大部分转化成单质汞Hg0进入燃烧后的烟气中[3],燃烧后的烟气由于具有较高的温度,通过热交换,利用余热提高锅炉的热效率,在通过相关热交换器进行热交换时,烟气温度
  逐渐降低到150℃左右,在这个降温的过程中,烟气中的气相单质汞将会发生不同的变化:1)有一部分气相单质汞,通过一些吸附及化学反应变成烟尘一样的颗粒形态的汞(Hgp);2)部分气相单质汞被氧化成氧化态汞(Hg2+),或被飞灰颗粒吸收,或直接随烟气有烟囱带入大气;3)剩余一部分为单质汞(Hg0),不被除尘器或者脱硫塔吸附或去除,直接排入大气。由上述可知,火电燃煤锅炉燃烧烟气中的总汞主要为三种形态,包括颗粒态汞(Hgp)、氧化态汞(Hg2+)以及单质汞(Hg0)。即燃煤烟气总汞(HgT)=(Hgp)+ (Hg2+)+(Hg0)。火电燃煤锅炉煤中汞在燃烧过程和烟气中的可能转化途径如图1-4所示[4]
  图1-4煤中汞在燃烧过程和烟气中的可能转化途径
  Figure l-4 Potential mercury transformations during coal combustion and subsequently in the resulting flue gas.
  第二章
  2.1
  2.1.1
  2.1.2
  2.1.3
  2.1.4 本文采样方式及实验仪器
  采样方式,通过被测电厂在测试期间尽量保持锅炉燃烧工况的稳定,将相关设备搬运至测试烟道测试孔处,对设备进行管道连接,接通伴热器电源,调试采样时间,在烟枪内装入汞吸附管,然后将烟枪水平插入烟道,进行采样。
  具体的采样示意图如下图所示:
  图2-4采样设备仪器示意图
  Figure 2-4 采样设备仪器示意图The sketch map of sampling equipment
  本实验采用RA-915+汞分析仪,该分析仪具有高灵敏度、宽量程、在水和气体样品中有超低汞检测限,在大多数情况下,复杂组分样品中汞含量的测定时无须进行样品的前处理。可以作为电机装置和计算机分析系统的部件在野外或者是在实验室内使用。本实验采用的RA-915+汞分析仪目前来说,是汞分析仪器中技术先进、精密度高的仪器。通过汞原子对254nm共振发射线的吸收和塞曼(Zeeman)效应背景校正技术在加上应用了高频调制偏振光技术而出现的汞分析仪器。
  第三章
  3.1
  3.1.1 A电厂采样点情况
  A电厂是一家工业开发区内的热电联供电厂,为工业开发区内的40余家企业提供不同压力等级的高温蒸汽,已建四台75吨/时的次高压煤粉锅炉,以及两台1.2万千瓦时的汽轮机。在十一五及十二五期间该电厂用有陆续增设和改建了相应的环保设施,其中新增了低氮燃烧器和双碱法脱硫系统,将原有的水膜除尘器改了除尘效率更高的布袋除尘器。
  (1)布袋除尘器
  火电燃煤锅炉燃烧后烟气中带灰,经过各种热交换器后,150℃左右的带灰烟气进入布袋除尘器,进入除尘器舱室的烟气被均匀分布在各个舱室内,烟气中的飞灰被吸附在长条布袋外,而经过布袋除尘后的烟气则通过除尘器出口排除,随着布袋表面附着的飞灰越来越多,越来越致密,除尘器的设备阻力到达设定的参数后,压缩空气就会鼓吹布袋,让附着在布袋的飞灰下落进入除尘器底部,再有底部的仓泵进行喷吹有输送管道储存至灰库中。布袋除尘器结构图如下所示:
  图3-1 A电厂布袋除尘器结构
  Figure 3-1A电厂布袋除尘器结构 A power plant dust collector structure
  (2)双碱法脱硫
  该电厂采用的双碱法添加剂为氧化钙和碳酸钠,首先制备好的新鲜碱液输送到脱硫塔内,由脱硫塔循环泵进行塔内逆流交换脱硫,吸收好二氧化硫的浆液排出脱硫塔用氧化钙进行置换和再生新鲜浆液,同时在后级加入纯碱沉淀掉过量的钙离子用来减缓脱硫系统内的结垢,延长脱硫系统的稳定运行能力,此外,通过引入一路氢氧化钠液碱进行应急补充使用,确保脱硫系统故障时,延缓设备故障引起的二氧化硫排放浓度超标。具体工艺流程见下图:
  图3-2 A电厂脱硫系统工艺
  Figure 3-2A电厂脱硫系统工艺 A technology for power plant desulfurization system
  (3)采样点概况
  本次采样分别在#4炉除尘器进口、出口(锅炉房9米层)、脱硫塔出口(18米)进行了烟气采样,并对煤粉、除尘器干灰等进行采样,对采样结果进行分析后进行相应换算,最后进行电厂的汞平衡评估。
  图3-3 A电厂采样点分布图
  Figure 3-3A电厂采样点分布图 The distribution map of sampling points in A power plant
  3.1.2 A电厂金属汞排放分析
  1、A电厂烟气汞测试结果分析
  2014年3月26日上午10时,本实验相关人员对A电厂进行了烟气汞的采样检测。烟气汞测试期间工况:锅炉流量76t/h,100%满负荷运行;采样期间#4锅炉标态烟气量:7.2-8.5万m3/h;进煤量:8.5t/h;脱硫石膏产量:0.26t/h。主要测试结果如下图所示:
  表3-1 A电厂烟气#4锅炉汞测试结果
  Table 3-1 A电厂烟气#4锅炉汞测试结果A power plant #4 boiler flue gas mercury testing results
  序号名 称测试机组容量大小及编号试样含汞量
  (ppm)燃煤含氯量
  (ppm)
  1煤样75t/h,#40.13±0.01481±10
  2袋灰75t/h,#40.51±0.02/
  3脱硫产物75t/h,#40.29±0.02
  序号名 称测试机组容量大小及编号燃煤含汞量
  (μg/m3)备注
  1除尘前75t/h,#411.87±0.25/
  2除尘后75t/h,#41.48±0.25除尘器除汞效率:
  87%
  3脱硫后75t/h,#40.81±0.15脱硫系统除汞效率:
  45%
  (1)煤样分析
  含汞浓度:0.13(±0.01)mg/kg(ppm)。
  国内燃煤平均含汞量一般为0.12-0.2ppm,A电厂用煤的汞含量在0.13ppm左右,在国内汞平均含量范围内。其它煤样元素分析如表2-2
  表3-2 A电厂煤样元素分析
  Table 3-2A电厂煤样元素分析 Analysis of A power plant coal sample elements
  煤样A电厂
  重量44mg
  N [%]0.99
  C[%]67.56
  H [%]4.28
  S [%]0.55
  (2)除尘前烟气汞含量测试结果
  该测试结果表明,在燃煤过程中的汞几乎100%进入烟气中,依据《火电厂大气污染排放标准-GB13223-2011》的规定,燃煤锅炉汞的排放指标(<30μg/m3),A电厂除尘前烟气中的汞含量已经达到排放标准。,随着全球对汞排放污染的重视程度的不断加深以及2013年10月全球汞排放公约的签署,燃煤锅炉汞排放标准将会越来越严格,我国燃煤汞排放控制还有很长的路要走。
  (3)除尘后烟气汞含量测试结果:
  同样采取30B测量技术,对除尘后的烟气中汞含量进行测量,共采了3组数据,经过分析可知,汞含量在1.48(±0.25)μg/m3。对比除尘前的数据图3-1显示经过除尘后,约有87(±4)%的汞在袋式除尘装置中被除去,经过对袋区收集的尘样中汞含量进行分析,发现袋区灰中汞含量约为0.51(±0.02)mg/kg(ppm),因此袋除尘具有较好的除汞作用。其中一方面的原因是煤中的氯含量为481(±10)ppm,属于高氯煤种,导致烟气中二价氧化态汞含量升高,零价汞减少,而氧化态的汞的去除是较容易的。
  图3-4A电厂布袋除尘器进、出口烟气汞含量(μg/m3)
  Figure 3-4A bag dust collectors, into the outlet flue gas mercury content (μg/m3)
  如图3-1所示,通过对A电厂#4锅炉烟气的测试表明,该厂的袋除尘装置的协同除汞效率在87%左右,具有较好的除汞控制作用。
  图3-5 A电厂双碱法脱硫塔进、出口烟气汞含量(μg/m3)
  Figure 3-5 A power plant double alkali method desulfurization tower, mercury content in outlet flue gas(μg/m3)
  (4)脱硫后烟气含汞量测试:对脱硫后的烟气中汞进行分析,汞含量为0.81(±0.15)μg/m3。对比脱硫前后如图3-2所示,该脱硫塔的实际除汞效率在45%左右,与目前国外的测试结果相接近。
  2、排烟系统汞平衡核算
  按测试过程平均燃煤量:8500kg/h,汞含量按0.13ppm计,标态烟气按7.85万Nm3/h估算,原始烟气含尘浓度按22g/Nm3计算。
  表3-3 A电厂运行工况参数
  Table 3-3 A power plant operating parameters
  序号名 称实际数值
  1工况运行负荷76t/h(100%)
  2标态烟气量7.2-8.5万m3/h
  3进煤量8.5t/h
  4脱硫石膏产量0.26 t/h
  (1)则每小时燃煤所带入烟气中的汞的量:按上述用煤量及煤汞浓度估算,每小时进入锅炉的汞量约1.105g/h。
  (2)除尘前的烟气含汞总量:实测烟气汞浓度11.87(±0.25)μg/m3,除尘前烟气含汞总量为0.932(±0.02)g/h。
  (3)袋除尘后烟气含汞总量:实测烟气汞浓度值为1.48(±0.25)μg/m3,除尘后烟气含汞总量为0.116(±0.02)g/h,与除尘前相比,烟气中汞的总量降低0.816(±0.02)g/h。
  (4)袋区灰中含汞总量:除尘装置除尘效率按99%计,则每小时收灰1.683t,汞含量为0.51(±0.02)ppm,则每小时进入袋区灰中的汞量约为0.858(±0.03)g/h。
  (5)脱硫后烟气含汞总量:经测定,脱硫后烟气中汞含量为0.81(±0.15)μg/m3,按上述烟气量估算计,烟气中的汞总量为0.064g/h,通过脱硫塔汞减少了0.052g/h。
  综上所述可知,烟气系统中汞的平衡核算符合度较好,汞质量平衡核算汇总如下:
  除汞:93%
  除汞:45%
  除汞:87%
  锅炉
  除尘器
  脱硫塔
  原煤中总汞1.105g/h
  除尘前总汞0.932g/h
  除尘后总汞
  0.116g/h
  脱硫后总汞
  0.064g/h
  飞灰中总汞
  0.858g/h
  图3-6 A电厂汞质量平衡核算图
  Figure 3-6 A mercury mass balance calculation diagram
  通过A电厂汞质量平衡图分析可以得出,原煤中的总汞经过燃烧后,产生的烟气总汞为0.932g/h,A电厂的布袋除尘器具备较好的除汞效果,除汞效率87%,被降低汞浓度的烟气在进入脱硫塔,汞被进一步脱除,脱除效率为45%,两级环保设施共计协同除汞效率高达93%。
  第四章
  4.1 研究结论
  A电厂为区域供热电厂,机组为75t/h煤粉锅炉,使用燃煤汞含量0.13ppm,氯含量481ppm,燃煤汞含量属于国内平均水平内,并且属于高氯煤种。烟气中的颗粒汞和被飞灰颗粒吸收的二价汞,被布袋除尘器去除了87%。然后烟气中剩余13%的烟气汞通过湿法脱硫,其中有45%的烟气二价汞被去除,55%的单质汞及少量二价汞排入大气。A电厂布袋除尘器和双碱法脱硫的协同除汞能力为93%,烟囱出口烟气汞排放浓度为0.81μg/m3。
  4.2 展望
  我国目前的燃煤火电烟气汞污染排放和治理仍然处在研究阶段,为了更好的分析、比较和控制现有燃煤火电锅炉的汞排放浓度计总量,应该从以下几方面进行重点研究和考虑:
  (1)由于除尘器对于烟气汞的突出协同除汞能力,可以将燃煤电厂环保设施提高协同除汞效率研究集中在研究除尘器的协同除汞效率提升上。
  (2)在进一步增设大气污染环保设施时,一并考虑该环保设施对于综合治理大气污染物的能力和水平。研发燃煤汞治理的协同控制技术,在原有环保设施的基础上进一步提高汞脱除效率。由于很多火电厂目前受新的环保标准GB13223-2011排放限值要求,陆续增设脱硫塔喷淋层、增加高效除尘器等措施,在采取这类措施的时候可以将控制燃煤重金属汞排放考虑进去,在增加除尘脱硫效率的同时,提高协同除汞能力。
  (3)在针对燃煤电厂汞排放控制和研究的同时,推广到其他汞排放行业和企业中去,加大宣传力度,最大限度的减少人为汞的排放,保护生态环境汞的平衡。
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