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1、75t / h煤粉锅炉烟气汞排放情况浅析摘要：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i.i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 (GB
2、13223-2011),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
3、 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 r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/ kg1
4、，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1500C
5、的高温下煤粉中的汞大部分转化成单质汞HgO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150C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(HgO)，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 (H
6、gp)、氧化态汞(Hg2+)以及单质汞(HgO)。即燃煤烟气总汞(HgT) = (Hgp)+ (Hg2+) + (HgO)。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Fig ure l-4 Pote ntial mercury transfor mati ons during coal combusti on and subsequently in the resulting flue gas.第一早2.12.1.12.1.22.1.32.1.4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
7、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
8、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。第二早3.13.1.1 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，150C左右
9、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 collect。r 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
10、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Fig ure 3-2A 电厂脱硫系统工艺 A tech no logy for powe r pla nt desulf ur izati on 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
11、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 powe r pla nt3.1.2 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
12、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 test ing r esults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, #40.130.01481102 袋灰 75t/h，#40.510.02/3 脱硫产物 75t/h，#40.290.02序号名称测试机组容量大小及编号燃煤含汞量(“g/m3)备注1 除尘前 75t/h，#411.870.25/2除尘后75t/h，#41
13、.480.25除尘器除汞效率：3脱硫后75t/h, #40.810.15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44mgN %0.99C%67.56H %4.28S %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
14、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(v30pg/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)pg/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
15、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(pg/m3)Fig ure 3-4A bag dust collect or s, i nto the outlet flue gas mercury content (|jg/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
16、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(pg/m3)Fig ure 3-5 A powe r pla nt double alkali method desulf ur izati on towe r, mercury content in outlet flue gas(|jg/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)pg/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
