烟气汞检测与控制技术.ppt

燃煤机组烟气汞测试方法 与控制技术 报告人：盘思伟报告人：盘思伟 广东电网公司电力科学研究院环保所广东电网公司电力科学研究院环保所 2012 2012年年8 8月月 1 燃煤电厂脱汞问题的提出 2 脱汞技术简介3 我们的工作 4 烟气汞的性质、化学转化与测试手段 汞在中国的立法汞在中国的立法 汞及其化合物排放限值为0.03 mg/m3 最新火电厂大气污染物排放标准 （GB 13223-2011） 从无到有 汞在中国的立法汞在中国的立法 最新环境空气质量标准（GB 3095-2012）附录A 从无到有 汞的参考浓度限值为0.05 g/m3 汞在中国的立法汞在中国的立法 汞 汞、砷、硒、铅、碳 医疗废物焚烧炉和城市垃圾焚烧炉 p 20世纪90年代初，大幅削减 美国汞排放的立法美国汞排放的立法 燃煤火力发电厂 p 克林顿时期，2007年汞排放量比1999年削减90% p 布什时期，颁布清洁空气汞法规（CAMR）： 2010年开始，年排放量由48吨降到38吨（21%），2018年起降到15吨/年（69%） p 奥巴马政府，2011年12月出台汞和空气有毒物质标准（MATS）： 新标准相当于将烟气里的汞排放控制到1.2 g/Nm3，汞减排约91% (从煤到大气) 美国汞排放的立法美国汞排放的立法 “Job Killer” 汞在环境中的迁移汞在环境中的迁移 将损害健康造成的损失与脱汞费用进行对比 过量汞对健康的影响过量汞对健康的影响 水俣病 神经系统 心血管系统 免疫系统，生殖系统，肝脏和肾脏 甲基汞 2004年修订大型燃烧装置法（GFAVO），规 定汞及其化合的排放限值不得超过0.03 mg/m3。 德国汞排放的立法德国汞排放的立法 我国新标准与其相同 我国燃煤电厂汞排放形势我国燃煤电厂汞排放形势 燃煤含汞量偏高 平均0.15-0.20mg/kg，华南、西南煤汞普遍很高 煤炭氯含量低，烟气中零价汞所占比例高 Cl500mg/kg，华南高汞煤氯含量仅约200mg/kg 汞排放量大 据测算，2007年火电汞产生量为205吨，2010年产生量为257吨， 2015年和2020年分别为359吨和431吨 局地汞污染相当严重 我国近年来汞排放情况我国近年来汞排放情况 世界汞污染分布情况 我国汞排放情况 我国近年来汞排放情况我国近年来汞排放情况 我国汞排放行业分布 我国汞排放情况 我国加强燃煤汞污染控制的迫切性我国加强燃煤汞污染控制的迫切性 未来“绿色贸易”壁垒风险 国际压力 限汞是大势所趋，中国无从回避。2011年千叶会议提出了2020年 全球全面禁汞的建议。国际汞公约谈判，尚无书面协议。 到2015年，由于新标准的实施，脱硫和脱硝装置的安装 和运行，汞排放量将由2010年的142吨削减到90吨，削减率 为36%，到2020年削减到108吨，削减率为24%。 我国燃煤电厂汞排放削减预期我国燃煤电厂汞排放削减预期 1 燃煤电厂脱汞问题的提出 2 脱汞技术简介3 我们的工作 4 烟气汞的性质、化学转化与测试手段 1 单质汞（Hg0）：不溶 2 二价汞（Hg2+）：HgCl2，可溶 3颗粒态汞（Hg(P)）：吸附于颗粒物上的Hg 烟气中汞的形态烟气中汞的形态 烟气中汞的形态烟气中汞的形态 烟气中汞形态转化烟气中汞形态转化 烟气中汞形态转化烟气中汞形态转化 煤粉 SCR 电除尘 SCR FGD 出灰 飞灰 烟囱 飞灰 Hg0 Hg2+ Hg(P) Hg0100% Hg(P)0% NH3 烟气汞的分析测试方法烟气汞的分析测试方法 | 在线测试方法（CEMs） | 安大略法（OHM） | EPA 30B法、EPA 29法及EPA 101A 汞 分 析 烟气汞的分析测试方法烟气汞的分析测试方法 在线测试方法（CEMs）：对汞在线、实时分析与监测。 原理：用装有烟尘过滤装置的采样探头将烟气抽取出来，经过加热管线 ，一路直接送至冷原子吸收（CVAA）或其他类型的检测器检测，测得 Hg0，另一路送至汞转换器，通过高温转化或催化转化将Hg2+还原为Hg0 ，再送至检测器测得总汞含量，两路读数之差即为Hg2+。 优点：操作简单，能满足电厂气态汞浓度监测的需要。 缺点：仪器贵重，较难维护，系统稳定性和可靠性有待提高。 烟气汞的分析测试方法烟气汞的分析测试方法 安大略法（OHM）：湿法，是EPA推荐的美国标准方法，也是国际承 认的标准测试方法。 原理：从烟气中等速取样，取样管线维持在120，Hg(p)由前端的石英纤维 滤筒捕获，Hg2+由3个盛有1N KCl的吸收瓶收集，Hg0由1个装有5% HNO310%H2O2和3个装有4% KMnO410%H2SO4的吸收瓶收集。取样结束 后，可用SnCl2将Hg2+还原成Hg0再用CVAA分析测定，也可用硼氢化钾将 Hg2+还原成Hg0再用冷原子荧光光谱法（CVAF）进行测定。 优点：能有效采集和分析烟气中不同形态的汞。 缺点：采样测试操作复杂，耗时长，对操作人员要求很高。 烟气汞的分析测试方法烟气汞的分析测试方法 30B法：干法。 原理：用填充有专用吸附材质（如活性炭等）的吸附管捕集烟气中的气 态汞，之后再对固体样品进行分析。 优点：操作简单，精度和准确度较高，也可实现分形态采样。 缺点：成本高，主要运用于低烟尘环境。 1 燃煤电厂脱汞问题的提出 2 脱汞技术简介3 我们的工作 4 烟气汞的性质、化学转化与测试手段 吸附脱汞技术吸附脱汞技术 单质汞氧化单质汞氧化 气相氧化、催化氧化气相氧化、催化氧化 （SCR ） 二价汞吸收与还原二价汞吸收与还原 WFGDWFGD系统系统 液相汞还原抑制液相汞还原抑制 沉淀法、络合法沉淀法、络合法 氧化吸收技术氧化吸收技术其他脱汞技术其他脱汞技术 活性炭（活性炭（ACIACI） S S、BrBr、ClCl等改性等改性 相对成熟，成本高昂相对成熟，成本高昂 飞灰飞灰 除尘系统除尘系统 钙基吸附剂及其他钙基吸附剂及其他 效率不够高效率不够高 等离子脱汞技术等离子脱汞技术 光催化脱汞技术光催化脱汞技术 烟气汞污染控制技术烟气汞污染控制技术 与除尘脱硫脱硝相结合 现有烟气净化装置的除汞作用现有烟气净化装置的除汞作用 烟气净化装置对汞排放的影响： 除尘设备 p静电除尘器 p袋式除尘器 脱硫设备 p干法或半干法 p湿法 FGD 脱硝方法或设备 pSCR pLNB (Low-NOx Burner) 典型除尘设备对不同形态汞的去除情况典型除尘设备对不同形态汞的去除情况 Sites/PMCoal type/Burner Inlet(mg/m3)Outlet(mg/m3) HgT Red. % HgP Hg2+ Hg0 HgP Hg2+ Hg0 Brayton / CS-ESPBituminous/PC2.273.510.280.763.350.2427.60% Meramec/ CS-ESP Bituminous/PC7.531.260.400.001.510.7974.32% Montrose / CS-ESPSubbituminous/PC1.492.415.200.022.495.709.23% Newton / CS-ESPSubbituminous/PC0.081.659.260.001.997.748.23% Stanton/ CS-ESPLignite / PC0.080.1111.480.020.4411.6-3.57% Cliffside / HS-ESPBituminous / PC0.113.804.630.203.012.8127.12% Gaston/ HS-ESPBituminous / PC2.421.843.010.765.082.62-17.20% Cholla HS-ESPSubbituminous/ PC0.340.371.000.010.301.382.28% Sammis /FFBituminous / PC13.920.500.550.010.530.5792.46% Boswell /FF Subbituminous/ PC1.851.411.850.030.730.1682.60% 湿法烟气脱硫系统对汞的捕集情况湿法烟气脱硫系统对汞的捕集情况 Sites/PM/FGDCoal rank Inlet(mg/m3)Outlet(mg/m3) HgT Red. % HgP Hg2+ Hg0 HgP Hg2+ Hg0 Bruce/PS/wet FGD Bituminous0.428.941.790.051.957.7612.39% Boswell4/PS/wet FGDSubbituminous1.950.652.560.170.385.66-21.91% Lewis/PS/wet FGD ND Lignite1.4112.1310.090.020.4514.8232.77% Cayuga/CS-ESP/wet FGD Bituminous0.006.842.680.000.242.8363.8% Bridger/CS-ESP/wet FGDSubbituminous0.182.16.120.060.266.369.7% Monticello/CS-ESP/wet FGDND Lignite0.1420.728.250.244.7326.0236.4% Charles HS-ESP/wet FGDBituminous2.553.622.090.061.873.3635.6% San Juan HS-ESP/wet FGDSubbituminous0.044.874.560.060.385.5336.8% Clover/FF/wet FGDBituminous-1.091.240.040.270.2436.8% 欧盟建议： 脱汞技术方案的选择脱汞技术方案的选择 优先考虑高效除尘、烟气脱硫和脱硝协同控制的技术路线 电/布袋除尘器+烟气脱硫装置，平均脱汞效率75%，加上SCR可达90% ；燃用褐煤时脱汞效率在3070%。 协同控制未达标时 p炉内添加卤化物：卤化物氧化Hg0形成Hg2+ p喷入活性炭吸附剂 不同类型的活性炭对汞的去除结果不同类型的活性炭对汞的去除结果 活性炭喷入技术（活性炭喷入技术（ACIACI） 影响飞灰品质 吸附剂占粉煤灰中的比例取决于喷射率和燃煤的灰分含量，一 般在0.1%到3%左右。 TOXECOTOXECO工艺工艺 脱汞成本约为810万美元/千克。 燃用褐煤或烟气中SO3浓度高 的电厂，脱汞效果不理想 新标准编制说明的评价： 我国现有燃煤电厂大气汞控制的科研基础薄弱 实际排放数据和普查资料缺乏 对汞的控制技术也未完全掌握 国内研究现状国内研究现状 1 燃煤电厂脱汞问题的提出 2 脱汞技术简介3 我们的工作 4 烟气汞的性质、化学转化与测试手段 研究内容研究内容 BB C C DD AA 研究内容研究内容 汞氧化催化剂的 开发 汞形态测试与 迁移规律研究 飞灰改性研究 WFGD同步脱汞 技术研究 E E 除汞策略 的制定 研究工作路线研究工作路线 汞形态测试与迁移规律研究汞形态测试与迁移规律研究 采样装置采样装置 安大略法（OHM）采样系统 采样装置采样装置 30B法采样系统 总汞测试管 价态汞测试管 分析仪器分析仪器 固相分析系统液相分析系统 实验室研究实验室研究 吸附与催化实验系统吸收实验系统 已开展的工作已开展的工作 | 制定研究方案制定研究方案 | 配备仪器设备：配备仪器设备：汞采样仪、汞分析仪汞采样仪、汞分析仪 | 现场采样试验现场采样试验 机组系统配置汞量(ng) 采样体积 (L) 浓度(g/Nm3) 平均浓度(g/Nm3) #1机600 MW, ESP+FGD+GGH 1631.7219.2632.80 34.9 2707.1621.8432.38 3591.7614.0542.12 4611.3616.6636.69 5机600 MW, SCR+ESP+FGD 15.6016.010.35 0.335 25.4317.170.32 34.9415.230.32 46.1417.480.35 2机600 MW, SCR+ESP+ FGD+GGH 16.1420.760.30 0.267 22.8812.140.24 6机1000 MW, SCR+ESP+FGD 16.1517.250.36 0.366 25.7715.360.38 已开展的工作已开展的工作 省内某电厂汞排放测试结果 初步判断：SCR对脱汞非常有利，因为Hg0会在SCR系统中被氧化成Hg2+ ，进而被飞灰吸附和在脱硫系统中被高效吸收 平均浓度(ng/g) 用量或排量 (t/h) Hg量(g/h)输入或输出(g/h) 入炉煤23.302405.59 7.02 石灰石238.5761.43 飞灰146.27233.36 5.69 灰渣25.905.760.15 石膏187.2310.82.02 脱硫废水2.261.90.0043 烟气0.0752.0310.15 已开展的工作已开展的工作 2机组汞平衡测