燃煤電站汞排放及活性炭穩(wěn)定吸附機理研究.pdf

1、燃煤汞排放作為主要的環(huán)境污染問題之一，其危害已引起國內(nèi)外研究者及相關(guān)政府部門的關(guān)注，并積極開展了這方面的控制研究工作。本文依托國家863計劃及國家自然科學(xué)基金資助項目，圍繞當(dāng)前燃煤汞污染及其控制方法的新興研究，對我國燃煤電站汞排放污染情況及活性炭噴射煙氣除汞過程中的穩(wěn)定吸附機理問題開展研究。 通過對中國典型燃煤電站鍋爐汞排放特性研究，深入準確地了解我國燃煤電站汞排放的現(xiàn)狀。針對活性炭噴射這一目前主要的煙氣汞控制技術(shù)，著重研究了汞

2、在活性炭吸附產(chǎn)物中的穩(wěn)定性，吸附機理以及增強穩(wěn)定的途徑和方法，并提出相應(yīng)的燃煤電站汞排放估算模型和煙道活性炭噴射汞吸附模型，對于推動我國燃煤汞污染排放控制機理研究及控制技術(shù)的工程應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實和未來意義。 首先利用大型燃煤鍋爐汞排放分析測試平臺對國內(nèi)6套典型燃煤鍋爐進行了系統(tǒng)的汞排放測試研究。研究表明當(dāng)電站尾部只布置靜電除塵(ElectrostaticPrecipitator，ESP)時，燃燒生成的80％以上的汞以氣態(tài)形式排

3、入大氣；當(dāng)ESP和濕法脫硫(Wet Flue Gas Desulfurization，WFGD)共同布置時，氣態(tài)汞比例降低到了25％以下；當(dāng)ESP、WFGD和選擇性催化還原脫硝設(shè)備(Selective CatalyticReduction，SCR)共同布置時，氣態(tài)汞的比例甚至降低到了7％以下。通過模型估算，每100MW機組總汞排放量在40～50Kg/年左右，氣態(tài)汞排放量受尾部污染物控制設(shè)備的影響較大。2005年全國電站燃煤鍋爐總汞排放量

4、約為193.644噸，其中氣態(tài)汞排放量約為147.014噸，約占總汞排放量的75.92％；固態(tài)汞約為30.023噸。 針對活性炭噴射汞吸附方法可能形成汞再次釋放而引起二次污染的問題，著重研究了水環(huán)境，受熱環(huán)境以及自然堆積環(huán)境下活性炭吸附汞的穩(wěn)定性問題。首先通過實驗證明了毒性特性浸出程序(TCLP，Toxicity Characteristic LeachingProcedure)是一種可靠的實驗室加速評估方法，可作為評估燃煤汞排

5、放活性炭汞吸附產(chǎn)物是否穩(wěn)定的參考方法。研究表明在水環(huán)境下活性炭吸附的汞比較穩(wěn)定。但當(dāng)活性炭經(jīng)過強氧化性的浸漬改性后，汞的吸附穩(wěn)定性有所下降。受熱環(huán)境下的穩(wěn)定性研究表明，隨著受熱溫度的增加和時間的延長均不利于汞在活性炭吸附劑中的穩(wěn)定；尤其在較高溫度段活性炭中汞變得相當(dāng)不穩(wěn)定，易造成二次污染。另外研究表明以Hg<'2+>汞源吸附的活性炭中汞穩(wěn)定性要比以Hg<'0>汞源的差。飛灰中汞及活性炭吸附的汞在自然環(huán)境下較穩(wěn)定，對周圍環(huán)境影響不大。

6、 在研究增強活性炭汞吸附穩(wěn)定的方法和途徑之前，首先利用實驗的手段研究了活性炭汞吸附機理。從吸附機理實驗來看，活性炭對Hg<'0>的吸附不是簡單的直接的物理吸附過程，而是復(fù)雜的化學(xué)吸附過程。如果孔表面不存在任何有關(guān)的化學(xué)元素組分(如Cl元素等)，在N<,2>氣氛下活性炭不會通過孔隙間的范德華力作用以物理形式吸附Hg<'0>，也不會以C-Hg直接化學(xué)結(jié)合的形式吸附Hg<'0>。而活性炭對hg<'2+>的吸附具有化學(xué)和物理吸附的雙重特征。

7、研究表明在模擬煙氣下活性炭對Hg<'0>的吸附過程中主要以這樣的方式進行：在活性炭表面C催化作用下模擬煙氣中的Hg<'0>被酸性氣氛氧化成HGHg<'2+>并同時被活性炭孔表面吸附位所吸附。而活性炭孔及表面物理結(jié)構(gòu)特性可能在最終完成化學(xué)吸附及吸附容量方面起著比較大的作用。酸性氣氛在吸附過程中氧化作用可通過預(yù)先在活性炭注入或增加具有氧化性的化學(xué)元素來代替，這為獲得或制造高吸附效力和高穩(wěn)定性的吸附劑提供了直接的實驗依據(jù)。根據(jù)活性炭汞吸附機理

8、研究及汞化合物特性，主要研究了以S為基本元素的增強活性炭汞吸附穩(wěn)定的改性途徑和方法。以不同改性方式，從不同的角度將S元素引入活性炭，并進行了吸附能力和穩(wěn)定性實驗。從對汞的吸附能力來看，各種改性方式的按優(yōu)到差的順序是：600℃高溫滲硫>200℃高溫滲硫>(NH<,4>)<,2>S浸漬>SO<,2>分子源自由基簇射>S(CCl<,2>)浸漬>Na<,2>S浸漬。TCLP實驗結(jié)果表明各種硫改性活性炭吸附的汞在非強酸強堿的水環(huán)境下非常穩(wěn)定。對各

9、改性活性炭進行的熱穩(wěn)定性實驗表明，改性滲硫溫度越低似乎活性炭中汞越不穩(wěn)定。YK-AC-600℃-S-Hg和MZ-AC-600℃-S-Hg在熱穩(wěn)定實驗的低溫區(qū)段表現(xiàn)了穩(wěn)定性增強的趨勢。(NH<,4>)<,2>S浸漬改性后活性炭吸附汞的穩(wěn)定性加強。綜合考慮吸附能力及穩(wěn)定性，在各種硫改性的方法中(NH<,4>)<,2>S浸漬改性活性炭為最佳改性手段。 結(jié)合實際燃煤電站的尾部煙道結(jié)構(gòu)，在活性炭吸附機理研究的基礎(chǔ)上，建立了以化學(xué)吸附理論為