![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
超低排放燃煤机组重金属协同减排和分布特性.pdf
《超低排放燃煤机组重金属协同减排和分布特性.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《超低排放燃煤机组重金属协同减排和分布特性.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、超低排放燃煤机组重金属协同减排和分布特性顾永正,魏书洲(国电电力发展股份有限公司,北京100101)摘要:煤燃烧排放的砷(As)、铅(Pb)、硒(Se)、铬(Cr)等重金属污染物已受到广泛关注。为探究超低排放燃煤机组烟气重金属的排放特征及分布规律,采用美国环境保护署(EPA)29 法和总颗粒物(TSP)采样系统对某 350MW 超低排放机组(配置选择性催化还原(SCR)脱硝+低低温静电除尘(LLT-ESP)+湿法烟气脱硫(WFGD)+湿式静电除尘(WESP)不同点位烟气中气态和颗粒态重金属(As、Pb、Se、Cr)进行同步等速采样分析,考察了分形态重金属在燃煤电厂中的富集、迁移、分布、协同控制
2、特性。结果表明:重金属(As、Pb、Se、Cr)在燃烧产物飞灰中的相对富集因子明显高于炉渣,飞灰/炉渣中不同重金属的富集程度与其挥发性具有较为明显的正/负相关关系;不同区域重金属质量平衡系数均在可接受范围内,燃煤过程中重金属(As、Pb、Se、Cr)主要分布在 ESP飞灰和炉渣中,分别占总输出量的 92.12%95.33%和 2.31%6.70%,而在脱硫石膏和排放烟气中的合计占比仅为 0.47%2.98%;ESP、WFGD、WESP 对 4 种重金属的脱除效率分别为98.70%99.52%、13.03%41.63%、23.67%53.18%,ESP+WFGD+WESP 组合对气态和颗粒态重金
3、属的脱除效率分别为 62.96%92.99%和 99.72%99.96%,促进烟气中重金属向飞灰中富集和可溶性化合物中转化可成为燃煤电厂重金属污染物高效脱除的有效技术手段;排放到大气中的气态和颗粒态重金属(As、Pb、Se、Cr)质量浓度分别为 0.111.89、0.063.83g/m3,4 种重金属的排放因子为 0.151.72g/TJ,不同分形态重金属排放的差异主要取决于其在煤中含量和挥发特性。关键词:燃煤电厂;超低排放;分形态重金属;协同控制;排放特性中图分类号:TK16;X511文献标志码:A文章编号:02539993(2023)08325211Synergistic emission
4、 reduction and distribution characteristics of heavy metals forultra-low emission coal-fired power plantsGUYongzheng,WEIShuzhou(Power Development Co.,Ltd.,Beijing100101,China)Abstract:Heavymetalspollutants(As,Pb,SeandCr)emittedfromcoalcombustionhascausedwidespreadconcern.Inordertostudytheemissionand
5、distributioncharacteristicsofheavymetalsfromultra-lowemissioncoal-firedpowerplant,the Method 29 of the United States Environmental Protection Agency(EPA)and total suspended particulate(TSP)samplingsystemwereusedtoconductparallelisokineticsamplinganalysisforthegaseousandparticulateheavymetalsatmultip
6、lepointsona350MWcoal-firedpowerunitequippedwithselectivecatalyticreduction(SCR),low-temperatureeconomizer-electrostaticprecipitator(LLT-ESP),wetfluegasdesulfurization(WFGD),andwetelectrostaticprecipitator收稿日期:20230223修回日期:20230607责任编辑:张晓宁DOI:10.13225/ki.jccs.2023.0232基金项目:中国科协青年人才托举工程资助项目(2021QNRC00
7、1)作者简介:顾永正(1991),男,江苏盐城人,高级工程师,博士。E-mail:引用格式:顾永正,魏书洲.超低排放燃煤机组重金属协同减排和分布特性J.煤炭学报,2023,48(8):32523262.GUYongzheng,WEIShuzhou.Synergisticemissionreductionanddistributioncharacteristicsofheavymetalsforultra-lowemissioncoal-firedpowerplantsJ.JournalofChinaCoalSociety,2023,48(8):32523262.第48卷第8期煤炭学报Vol.4
8、8No.82023年8月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYAug.2023(WESP).Theenrichment,migration,distribution,andsynergisticcontrolcharacteristicsofheavymetalsindifferentformsinfluegaswereinvestigated.Theresultsshowthattherelativeenrichmentfactorsoffourheavymetals(As,Pb,SeandCr)inflyashwereobviouslyhigherthanthatofbotto
9、mash,inwhichtheenrichmentdegreeofdifferentheavymetalsinflyash/bottomashhaspositive/negativecorrelationwithitsvolatility.Themassbalanceratesoffourheavymetalsacrossdifferentzoneswereallinacceptableranges.Andfourheavymetals(As,Pb,SeandCr)weremainlydistributedinflyashandbottomashduringcoalcombustionwith
10、theratiosof92.12%95.33%and2.31%6.70%,respectively.However,asmallamountofthemexistedintheWFGDandthestack,withsumintherangeof0.47%2.98%.TheESPhadhighre-movalefficiencyof98.70%99.52%forheavymetals.BothWFGDandWESPcouldfurthercaptureheavymetals,whichresulted in the overall removal efficiencies of gaseous
11、 and particulate heavy metals across ESP+WFGD+WESP of62.96%92.99%and99.72%99.96%,respectively.Thus,thepromotionontheenrichmentofheavymetalsintoflyashandtheconversionofheavymetalsintosolublecompoundscouldbeeffectivetechnicalmeansforanefficientremovalofheavymetalspollutantsincoal-firedpowerplant.Final
12、ly,theconcentrationsofgaseousandparticulateheavymetals(As,Pb,SeandCr)emittedtoatmospherewereextremelylowwiththerangeof0.111.89and0.063.83g/m3,respectively,andtheemissionfactorswere0.151.72g/TJ,inwhichtheemissiondifferencesofdifferentheavymetalsindifferentformsmainlydependedontheircontentsincoalandvo
13、latility.Key words:coal-firedpowerplants;ultra-lowemission;heavymetalsindifferentforms;synergisticcontrol;emissioncharacteristic煤炭在过去相当长的时间内一直是我国的主体能源,为积极稳妥推进碳达峰碳中和,仍需全力提升能源生产供应保障能力,发挥煤炭兜底保障作用,进一步加强煤炭清洁高效利用1。煤中含有大量矿物组分和痕量元素,在高温燃烧过程中挥发性重金属元素易释放,随着烟气冷却会经过均相成核、凝聚、异相凝结等物理化学变化,最终迁移转化到烟气、飞灰、炉渣、石膏和废水中进入生态环
14、境2。根据重金属环境危害性的分类3,砷(As)、铅(Pb)、硒(Se)、铬(Cr)等挥发性重金属值得关注。As 是致癌、有毒元素,会对人体呼吸系统、血液及心血管系统、肝脏等造成不可逆的破坏;Pb 是一种可致人体全身中毒的元素,会侵犯造血系统、神经系统及肾脏等;Se 的过量摄入会对人体产生毒害作用,引起脱发、脱指甲、偏瘫等病症;Cr 的毒性与其存在的价态有关,具有致癌、致畸、致突变的危害4-6。相关研究表明7,从分行业大气重金属排放构成来看,燃煤是我国人为源大气重金属的主要排放源,其中 As、Pb、Se、Cr 均超过了一半。因此,燃煤电厂重金属污染物的排放控制及分布特性已成为当前国内外研究的热点
15、。煤中重金属的赋存形态和物化特性存在较大差异,在燃煤机组锅炉燃烧区域和烟气处理系统中会表现出不同的迁移转化行为8。国内外学者针对燃煤电厂烟气重金属的协同控制和排放特性开展了大量研究。王超等9在一台 220MW 燃煤锅炉上开展颗粒物采集,研究了 As、Pb、Cr 等痕量元素在烟道沿程上的迁移及分布特性,发现烟气从 SCR 到 ESP 的过程中,As、Pb、Cr 在颗粒物上的含量明显增加;从 ESP到 WFGD 过程中,颗粒物上重金属质量分数变化较小。SWANSON 等10采集了美国 2 台燃煤机组的入炉煤、炉渣、飞灰等固体样品,研究了 As、Pb、Se、Cr等重金属在燃煤副产品中的分布规律。邓双
16、等11对6 个燃煤电厂 Pb 的排放特性进行了实测研究,结果显示 ESP 和 FF 对 Pb 的平均脱除效率分别为 91.85%和95.12%,WFGD 对 Pb 的脱除效率为 35.67%77.81%。CRDOBA 等12研究了 WFGD 系统对痕量重金属的减排效果,发现其对颗粒态 As、Se、Cr 等具有一定捕获效果,但无法有效去除富集于细颗粒中的重金属。WANG 等13-14在一台 300MW 燃煤机组上采用 EPAMethod29 开展烟气重金属浓度测试,发现 WESP 对As、Pb、Se、Cr 等重金属具有一定减排效果,脱除效率分别为 24.6%、32.87%、23.06%和 9.3
17、9%。ZHAO等15采用 EPAMethod29 测试一台 660MW 燃煤机组的烟气重金属质量分数,发现 WESP 对 As、Pb 的脱除效率可达到 80%以上。值得关注的是,多个现场测试结果表明,采用 EPA 标准方法多数未能测出净烟气中颗粒态重金属质量分数,这主要和相应点位烟气中颗粒物浓度低及标准采样时间短有关,可能对协同减排效果数据分析的准确性有一定影响。近年来,我国燃煤机组全面实施超低排放或近零排放升级改造,常规烟气污染物控制设备(APCDs)的性能得到了大幅提高,且 WESP 等细颗粒物深度脱除第8期顾永正等:超低排放燃煤机组重金属协同减排和分布特性3253装置也得到了广泛应用,这
18、对烟气中重金属污染物浓度、形态分布、排放特征均有影响,同时考虑到当前现场测试研究的采样点位和采样方法较为局限,有必要针对典型超低排放燃煤机组开展更为系统的重金属污染全流程监测,以更好地阐释分形态重金属在烟道沿程的迁移转化过程,这方面研究鲜有报道。基于此,笔者在一台配置 SCR、LLT-ESP、WFGD、WESP 的350MW 超低排放燃煤机组上,采用美国 EPA29 法和 TSP 采样系统对不同点位烟气中气态和颗粒态重金属(As/Pb/Se/Cr)进行了同步等速采样分析,并采集了煤、灰、渣、脱硫副产物等固体/液体样品,研究了烟气重金属在燃煤电厂中的富集、迁移、分布、排放特性,着重分析了主要污控
19、设施对不同重金属的协同减排效果。1研究方法1.1机组和煤质现场采样选取河北某电厂 350MW 超低排放燃煤机组,该机组锅炉为日本三菱公司生产的亚临界控制循环燃煤汽包锅炉(MB-FRR1175/20),采用一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧、固态排渣。烟气重金属采样期间保持负荷稳定在 85%以上,煤质和燃料配比保持稳定,锅炉、制粉系统、送风系统和环保设施运行状况良好。所选机组燃用的是神混煤+准格尔煤(73),入炉煤的工业分析和重金属元素质量分数见表 1。该煤种属于低灰、低硫、高挥发分的优质烟煤,此外,煤中 As、Pb、Se、Cr 质量分数基本在我国煤种典型值范围内16。表 1 煤样工业分析和重金
20、属元素分析Table 1 Proximate and heavy mental analysis of coal sample工业分析/%Qar,net/(MJkg1)w(Sad)/%重金属元素质量分数/(mgkg1)MarVdafAarFCarAsPbSeCr13.1836.7113.9046.1521.960.371.2114.001.3613.491.2采样点和采样分析方法重金属的采样主要包括烟气样品和煤、飞灰、炉渣、石灰石、脱硫石膏、脱硫废水、工艺水等固体/液体样品,采样工作同步进行,同时收集烟气基本参数及机组运行参数,图 1 为试验机组采样点的布置示意。烟气样品包括气态重金属(TEg
21、)和颗粒态重金属(TEp),采样点分别位于 ESP 前后、WFGD 后、WESP后,采样孔均设置在中间烟道的中心位置。为了便于各点位烟气中不同形态重金属含量的比较,烟气重金属含量均换算成干基标准状态(6%O2)。1.2.1烟气重金属采样方法目前国际上燃煤电厂烟气重金属采样方法主要依据美国 EPA 推荐的 Method2917,是 EPA 唯一认定测量烟气中 As、Pb、Se、Cr 等重金属元素质量分数的标准方法,其采样系统如图 2 所示。EPA29 法通过石英采样管、过滤器等从烟气中等速采样,采样枪和湿法脱硫WFGD空气预热器APH干式静电除尘器ESPSCR脱硝低温省煤器湿式电除尘WESP煤粉
22、炉PC入炉煤炉渣飞灰脱硫废水采样点采样点采样点采样点烟囱煤脱硫石膏工艺水石灰石图1试验机组采样点示意Fig.1Schematicdiagramofsamplingpoints3254煤炭学报2023年第48卷采样管线温度维持在 120 左右或更高的烟温,颗粒态重金属被收集在石英纤维滤膜上,随后气态重金属被放置在冰浴箱中的吸收瓶组合吸收。其中,1 号空瓶用于收集烟气凝结水;2、3 号瓶为 5%HNO3+10%H2O2(体积分数),用于采集气态重金属;4 号瓶用硅胶作为干燥剂,吸收烟气中剩余水分。取样后,严格按照 EPA29 法标准,对采集到的吸收液样品和放置现场的空白吸收液/滤膜进行回收、消解,
23、最后使用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析测定。超低排放机组 ESP 后烟气中烟尘浓度很低,考虑到 EPA29 法采集的烟气量一般为 1m3,滤膜上颗粒物的质量难以保证颗粒态重金属的分析精度。因此,本文烟气中气态和颗粒态重金属的测试采用 2 种方法同步进行手工采样,其中 EPA29 法主要用于采样分析气态重金属含量,采样设备为 ApexInstruments公司的 XC-572-V;ESP 后、WFGD 后和 WESP 后 3个采样点处烟气中颗粒态重金属样品的采集依据美国EPAMethod5 标准方法18,选择采样流量为30L/min的撞击采样器(TSP 采样头)进行采样,与气态重金属
24、采样工作同步进行,且为同一采样点相邻的采样孔。颗粒态重金属采样系统同样采用等速采样,保持120 左右或更高的烟温,采样时 TSP 撞击采样器内部不对颗粒物作分级处理,采用特氟龙膜收集 TSP 样品,称重后进行重金属含量测试。烟气中气态和颗粒态重金属的采样工作均进行4 次平行采样,每次保持连续等速采样 1h 以上,同时每隔 0.5h 采集一次固体、液体样品,混合充分后进行重金属含量测定。1.2.2样品处理和分析方法测试固体(含颗粒物)、液体样品中重金属质量分数均采用 ICP-MS 测定,固体样品采用微波消解仪进行消解(消解体系为 HNO3HF=51(体积比)。烟气中气态重金属折算质量浓度 Cs(
25、g/m3)的计算公式为Cs=Ca2FaVaMbhbVm(std)(1)式中,Ca2为 1、2、3 号撞击瓶中重金属质量浓度,g/mL;Fa为校正因子,其值为稀释后所分析样品体积除以稀释后样品总体积;Va为消化样品溶液的总体积,mL;Mbhb为放置现场的空白吸收液样品中重金属质量,g;Vm(std)为经换算(干基、标准状态下)后的样品体积,dscm。考虑试验机组真空皮带脱水机处脱硫石膏与烟气采样时效性的差异,对采集的石膏浆液进行静置处理,通过过滤实现固液分离,取上清液为脱硫废水样品,沉淀物经 45 干燥得到石膏样品。另外,试验机组 WESP 废水排入 WFGD 中,不作为输出量。对于TSP 颗粒
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 排放 燃煤 机组 重金属 协同 分布 特性
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。