燃煤電站汞排放及其控制技術(shù)研究進(jìn)展

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1、燃煤電站汞排放及其控制技術(shù)研究進(jìn)展摘要本文討論了汞在煤中的賦存狀態(tài)并且概述了近年來國內(nèi)外電廠煤燃燒過程中汞的形態(tài)分布以及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律研究的最新成果。在此基礎(chǔ)上，分析了影響燃煤煙氣中汞存在形態(tài)的主要因素，并討論了當(dāng)前國內(nèi)外研究進(jìn)展及工業(yè)上控制汞排放的主要技術(shù)。關(guān)鍵詞燃煤電廠汞煙氣形態(tài)轉(zhuǎn)化排放控制StudyonthecontroltechniqueandthelawoftransportformercuryresultingfromcombustionofcoalinpowerplantAbstrct:Thispaperreported

2、mercuryoccurrenceincoalandmercuryspeciationandemissionsfromcoal-firedpowerstations.Basedontheabovestudy,thefactorswhicheffectthemercuryspeciationinthefluegashavebeendiscussedandthecontroltechnologyofmetcuryemissionshavealsobeensummarized.Keywords:coal-firedpowerstation

3、;mercury;fluegas;statetransfromation;controltechnology汞是一種可在生物體內(nèi)和食物鏈過程中不斷累積的有毒物質(zhì)，又是一種全球性循環(huán)元素[1]。盡管自然界本身也排放出汞，但主要的汞污染物還是由于人類活動(dòng)而產(chǎn)生的。相關(guān)研究表明，化石燃料燃燒所排放出的汞約占人類活動(dòng)排放出汞的70-85%[2]。由于汞在大氣中的停留周期很長，毒性較大，因而汞的排放控制研究已成為國際上研究的熱點(diǎn)，美國、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家已制定了有關(guān)燃煤電站控制汞排放的標(biāo)準(zhǔn)。我國煤中汞的平均含量為0.15mg/kg，由于燃煤占

4、一次能源消耗的75%左右，消耗量巨大，煤燃燒排放汞的總量巨大[3]，由此引起的汞排放污染也開始受到重視，雖然我國政府目前還未出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但控制汞排放可謂迫在眉睫，制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)也是大勢(shì)所趨。燃煤過程中汞的形態(tài)分布直接影響到煙氣中汞的毒性及其控制，同時(shí)也影響到汞在大氣環(huán)境中的遷徙以及對(duì)汞危害性進(jìn)行的評(píng)估。本文著重介紹燃煤電站中汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化及其控制技術(shù)的研究進(jìn)展。1汞在煤中的存在形態(tài)煤中汞的存在形式也是影響汞排放的一個(gè)重要因素,盡管有學(xué)者提出煤中存在與有機(jī)煤巖組分結(jié)合的有機(jī)汞化合物,但主要還是以與無機(jī)物結(jié)合形式存在[4]。對(duì)于煤中汞的存

5、在形式,許多學(xué)者都進(jìn)行了研究。Finkelman在煤中發(fā)現(xiàn)了含汞的硫化物和硒化物,Cahill和Shiley發(fā)現(xiàn)煤中的方鉛礦含汞,Dvornikov還提出煤中的汞主要以辰砂、金屬汞和有機(jī)汞化合物的形式存在[5]。煤在地質(zhì)化學(xué)中被歸為親硫元素,因而,煤中的汞主要存在于黃鐵礦(FeS2)和朱砂(HgS)中[4]。文獻(xiàn)[5]的研究證實(shí)了煤中大多數(shù)汞以固溶物形式分布于黃鐵礦中,特別是后期成因的黃鐵礦。劉晶等人[6]用連續(xù)化學(xué)浸提法測(cè)定了3種煤中的汞形態(tài),發(fā)現(xiàn)其中可交換態(tài)汞占總汞量的0.9%～2.4%,硫化物結(jié)合態(tài)汞占總量的40.1%～78.

6、3%,有機(jī)結(jié)合態(tài)汞占0.3%～1.5%,殘?jiān)鼞B(tài)汞占17.8%～57.9%。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)汞在密度較大的煤中質(zhì)量濃度較大,而密度較大的煤中礦物質(zhì)的質(zhì)量濃度較大,這表明汞主要存在于礦物質(zhì)中。文獻(xiàn)[5]對(duì)貴州煤中汞的賦態(tài)狀態(tài)研究表明,12煤中大部分汞賦存于能被硝酸浸取的物相中(主要為黃鐵礦),而且汞在黃鐵礦中的分布是不均勻的。黔西南煤中汞在黃鐵礦中的分布也符合這一規(guī)律。總之,煤中的汞主要存在于無機(jī)礦物質(zhì)中,特別是黃鐵礦中,而且汞在其中的分布是不均勻的。2燃煤電站汞排放2.1燃煤電站中汞的轉(zhuǎn)化過程在燃煤電站中，原煤首先進(jìn)入制粉系統(tǒng)。煤在破碎的過

7、程中產(chǎn)生熱量,由于汞具有很強(qiáng)的揮發(fā)性，一部分汞會(huì)吸熱從煤中揮發(fā)出來。文獻(xiàn)[7][7]對(duì)太原第一熱電廠和侯馬電廠的煤和灰渣進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)原煤中的汞有14%在制粉過程中揮發(fā)掉。煤粉進(jìn)入爐膛后,經(jīng)過燃燒,其中的汞主要分為兩部分:一部分伴隨著灰渣的形成，直接存留于灰渣和飛灰中。趙毅對(duì)2個(gè)電廠的實(shí)測(cè)結(jié)果表明，灰渣中汞的質(zhì)量濃度為0.2298～0.3537mg/kg,占原煤中總汞的13%[7]。而朱珍錦等[8][8]曾對(duì)燃用山西貧煤的鍋爐在不同負(fù)荷下燒成的爐底渣進(jìn)行取樣,測(cè)得其中的汞為0～0.044μg/g。煤中的另一部分汞在火焰溫度下(>14

8、00℃)隨著煤中黃鐵礦(FeS2)和朱砂(HgS)等含汞物質(zhì)的分解,以單質(zhì)的形態(tài)釋放到煙氣中。煤中汞的具體形態(tài)和結(jié)構(gòu)并不影響這一燃燒轉(zhuǎn)化機(jī)理,也就是說,在火焰溫度下,氣態(tài)汞主要以單質(zhì)形態(tài)存在。進(jìn)入爐膛的煤粉中的汞,絕大部分在火焰溫度下