美国燃煤火力发电厂汞控制技术的发展及现状

1、.：.；美国燃煤火力发电厂汞控制技术的开展及现状一、引言 汞是一种地方性、区域性和全球性的污染物，危害人体安康。研讨阐明，汞与胎儿中枢神经系统先天缺陷、儿童言语和运动才干发育缓慢、儿童自闭症、成年人心血管疾病，包括心脏病发作等有关联。减少汞排放有利于人类安康和环境。 汞可以经过多种渠道进入大气，包括自然过程如火山迸发和人为活动如电厂燃煤，如今电厂燃煤曾经成为美国最大的人为汞污染源。美国及欧洲国家对工业汞排放控制阅历阐明，减少汞的排放会迅速和有效地降低食物链中的汞量，进而减少人类对汞的摄入，防止由此而产生的病变和危害。经过控制燃煤电厂汞排放将显著地降低生物群中汞，加强公众的安康。 二、美国汞控制

2、的立法和技术开展历程 美国最早大规模对工业上的汞排放控制开场于20世纪90年代初，主要针对的是医药废物焚化炉及城市渣滓熄灭炉。从图1中的数据统计可以看出，经过采用汞控制技术，美国人为汞的排放已从1990年的220吨/年降到了1999年的120吨/年。现今美国最大的汞排放源为燃煤火力发电厂。 1999年经过10年的研讨,克林顿时期的环保署以为对火力发电厂进展汞的控制是“正确和必需的，方案在2007年到达90%的汞控制率。布什政府废除了这个方案，并在2005年6月制定了清洁空气汞法规“cleanairmercuryrule，方案在2021年到达20%的汞控制率,并可以买卖；最终于2021年到达70

3、%的汞控制率。这个法规相比克林顿时期的决议有着很大的差距，于是20多个州决议本人制定更严厉的政策来控制本州火力发电厂汞排放，并同时把布什政府送上了法庭。2021年，美国上诉法庭判决：布什政府败诉，取消“清洁空气汞的法规并责成布什政府环保署制定更严厉的汞控制法规。newjersey，massachusetts，connecticu州政府要求境内火电厂在2021年到达85%的汞控制率；illinois州政府要求在2021年实现90%的汞控制率；pennsylvania州长已签署了在2021实现80%汞控制率的法规；minnesota，maryland，newyork，montana也曾经行动起来。

4、新建电厂要执行更严厉的政策，工业锅炉、钢厂、水泥厂也将对汞排放进展严厉控制。 针对燃煤火力发电厂的汞排放，美国对汞控制技术的研讨开展进程如下：(1990?1997)根底研讨，美国环保署提交国会八卷报告书,结论是汞排放必需控制。 (1995?2000)icr数据库对美国200多有代表性的燃煤火力发电厂进展了汞排放的丈量及研讨，分析了烟气中汞的浓度、方式及自然脱除率，为脱汞技术研讨和开展提供根身手实根据。 (2000?2007)美国能源部资助现场演示工程，在50多个电厂进展一个月以上的实地测试。一期工程(2000-2003)主要演示各种未处置的活性碳在电厂除汞(主要是熄灭炉除汞技术)，除汞效率低,

5、对次烟煤效果差,需大量的活性碳。二期工程(2003?2006)主要演示了经化学处置的活性碳、汞氧化添加剂的除汞效果。发现溴化活性碳除汞效果显著，活性炭放射经济有效，尤其是放射溴化活性炭最为有效。(2005?至今)活性炭放射aci技术商用化，如今全美10%的锅炉曾经订购或安装了活性炭放射系统。 三、美国燃煤电厂主要除汞方法 一切的煤里都含有或多或少的汞，汞主要富存于煤里硫化矿物中，部分为有机汞。它的含量从几个ppb到几百ppb。它在熄灭中成挥发组分。烟气中汞的存在方式主要有三种：元素汞(hg0)，二价汞(hgcl2，hgo)还有被粉尘吸附的汞，如：未燃炭吸附的汞。烟气中汞的浓度普通是几到几十g/

6、nm3。它们排放于大气，沉降于地表的水和土壤中，然后进入生物圈，构成污染源。 当煤进入锅炉炉膛，在高温下煤中一切形状的汞都挥发成元素汞(hg0)，元素汞随烟气经过水冷壁、过热器、再热器、省煤器后被冷却并进入锅炉尾部烟道。随着烟气温度的降低部分元素汞被烟气里的酸性物质氧化构成二价汞。少数二价汞会被飞灰中的未燃炭吸附构成粉尘“吸附汞，飞灰及粉尘“吸附汞可被静电除尘器捕集。又因二价汞溶于水，烟气脱硫安装也可捕集大部分的二价汞；最后从烟囱排到大气的是一切的元素汞和小部分的二价汞(如图2)。现今美国火力发电厂对汞排放的控制主要就是针对的从烟囱排到大气的汞。由于粉尘“吸附汞和二价汞都可被现成的静电除尘器或

7、烟气脱硫安装所捕获，所以降低元素汞含量，相应添加粉尘“吸附汞和二价汞含量可有效的控制烟囱汞排放。 1.炉后放射溴化粉状活性炭吸附剂 主要就是粉状溴化活性碳在静电除尘器或布袋除尘器前喷入，烟气里的汞和活性碳上的溴反响并被活性碳所吸附，最后被静电除尘器所捕集，图3表示了吸附剂的放射过程，吸附剂占粉煤灰中的比例取决于放射率和燃煤的灰分含量，普通在0.1%到3%左右。 飞灰里被搜集下来的汞不会再次释放从而到达除汞的目的。炉后放射溴化粉状活性炭吸附剂技术包括选择和消费吸附剂、吸附剂储存和放射及汞丈量三个环节。溴化活性炭吸附剂从消费的工厂运送到电厂，储存于贮料罐中，紧缩空气将进料机分配到放射器的吸附剂注入

8、导管，再经过一批喷嘴放射到烟气中，延续测汞仪cmm将烟气中的汞含量记录下来。 吸附剂是该技术的中心。雅保吸附剂技术公司的三种气相溴化汞吸附剂b-pactm，c-pactm，h-pac是为不同的运用范围而开发的，都极为有效。b-pac是规范汞吸附剂，能有效地去除烟煤、次烟煤、褐煤或配煤烟气中的汞；c-pac，是为出卖粉煤灰在混凝土中部分替代水泥的电厂脱汞而开发的；h-pactm可注入热端esp上游脱除高温550f烟气中的汞。 优化的放射系统可以大大地提高吸附剂的脱汞效率和降低本钱。优化的放射系统将吸附剂颗粒均匀地放射在烟气中，让吸附剂颗粒涵盖一切的烟道空间，以最快的速度和烟气混合，使吸附剂颗粒与

9、汞化合物最大限制地接触和反响，以到达最正确的脱汞效果。流体动力学计算机模型cfd对确定放射点和优化放射技术起到了重要的作用。 案例：底特律爱迪生圣克莱尔(detroitedisonsstclair)电厂汞控制 st.clair电厂的汞排放情况是一大批美国的燃煤电厂的代表，即电厂仅配有静电除尘器作为粉尘控制设备。美国约有75的燃煤电厂将要采用st.clair电厂控制汞排放的技术。 该电厂熄灭85的次烟煤和15的烟煤的配煤。雅保吸附剂技术公司的b-pac和未处置活性炭进展了短期条件实验，测试结果阐明，放射1磅/mmacf的b-pac可以脱除70的气相汞，3磅/mmacf可以脱除90以上的气相汞图4

10、。锅炉熄灭100的次烟煤时比正常熄灭85的次烟煤和15的烟煤的配煤，脱汞率更高。b-pactm的脱汞效果明显优于未处置的普通活性炭。b-pac被选为长期测试的吸附剂，不延续地以3磅/mmacf的速度放射了30天，平均94的汞被吸附图5。 st.clair电厂汞控制提示： 1溴化活性炭b-pactm的脱汞效果明显优于普通活性炭。 2在仅配有静电除尘器作为粉尘控制设备的电厂，高脱汞率90是可以实现的。 3放射溴化活性炭脱汞对电厂的运转没有影响。 2.炉前溴化添加剂技术 燃煤电厂炉前溴化添加剂脱汞技术就是在电厂输煤皮带上或给煤机里参与溴化盐溶液，也可直接将溶液喷入锅炉炉膛(如图6)。在烟气中溴离子氧

11、化元素汞构成二价汞，脱硝安装scr可加强元素汞和溴的氧化构成更多的二价汞，二价汞溶于水从而被脱硫安装所捕获，从而到达除汞目的。这种技术对配备了scr和脱硫安装的燃煤电厂脱汞效果好，本钱低。而且由于参与煤里的溴相对煤里本身含有的氯很少,所以添加到煤里的溴化盐不会对锅炉加重腐蚀。如今很多配备了scr和wfgd的美国燃煤电厂正在测试这种脱汞技术，其中一些电厂已获得了很好的汞控制效果。 案例：炉前溴化添加剂脱汞技术在一台60万千瓦燃煤机组的运用fromrini,m. 在2007年底溴化添加剂脱汞技术被运用到一台配备了脱硝安装(scr)、静电除尘器和烟气湿法脱硫的60万千瓦燃煤机组上，锅炉烧prb煤。溴

12、化钙溶液以4ppm，8ppm，12ppm，22ppm溴煤比参与煤中。22ppm溴含量相当于大约11升溴化钙溶液或19公斤溴化钙参与315吨煤里。未控制前汞的平均排放浓度为13微克/米3。锅炉喷入溴化钙溶液后脱汞效果显著如图7。在煤里参与4ppm的溴，汞的净脱除率可到达64%，总汞控制率达80%，假设参与12ppm的溴可接近88%的总脱汞率。 溴化添加剂脱汞技术在一台配备了scr、静电除尘器和烟气湿法脱硫的60万千瓦燃煤机组上运用证明了溴化钙溶液是一种很好的汞氧化剂，利用烟气湿法脱硫安装能有效的控制汞的排放。而且放射系统简单，除汞本钱低。独一值得留意的是被控制的汞都进入烟气湿法脱硫安装的排出物石膏或废水里，需求二次处置。但由于除汞本钱低，此技术对现今配备了scr和湿法脱硫安装的电厂吸引力非常大。 四、总结燃煤电厂脱汞溴化技术是关键 溴化活性炭或溴化添加剂使烟气里的元素汞转化为二价汞，从而使汞能被静电除