采用安大略法（OHM）對4套不同裝機容量的美國燃煤機組煙氣中汞進行現(xiàn)場采樣和分析，評價各污染物控制工藝（選擇性催化還原SCR脫硝、靜電除塵ESP和濕法煙道氣脫硫WFGD）對汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化和汞脫除效率的影響。SCR具有明顯的氧化零價汞的作用。同時發(fā)現(xiàn)煙氣經(jīng)過濕法脫硫工藝發(fā)生了零價汞再析出現(xiàn)象。通過建立一套連續(xù)測試零價汞再析出的實驗室評價裝置，對現(xiàn)場循環(huán)脫硫漿液、脫硫廢水和不同自制脫硫漿液(CaO、Ca

    汞污染已經(jīng)成為世界關(guān)注的焦點。利用EPA 認定的標準方法安大略法(OHM)采集美國燃煤電廠煙氣中各種形態(tài)的汞(零價汞、氧化態(tài)汞和顆粒態(tài)汞);在美國西肯塔基大學(xué)燃燒科學(xué)與環(huán)境研究所建立實驗室規(guī)模的濕法脫硫模擬系統(tǒng),對氧化態(tài)汞在漿液中還原成零價汞進行模擬,研究各操作參數(shù)對零價汞再析出的影響,并采用化學(xué)添加劑對零價汞再析出進行抑制。

    本書對一代表性的190MW 旋風(fēng)鍋爐燃煤機組的各個污染物控制裝置進出口處煙氣中汞進行現(xiàn)場采樣并進行濃度分析。當催化還原脫硝裝置(SCR)關(guān)閉時,在SCR 進口處零價汞占煙氣中總汞的絕大多數(shù)比例(占74.0%~98.0%);當催化還原脫硝裝置(SCR)運行時,在SCR進口處零價汞占煙氣中總汞的比例為30.0%~70.0%。煤中氯含量影響煙氣中汞的形態(tài)變化,氯含量高,氧化態(tài)汞比例高。催還還原脫硝裝置具有氧化零價汞的作用,其氧化效率達到71.0%。冷側(cè)靜電除塵器能通過飛灰脫除顆粒態(tài)汞。在非臭氧季節(jié),靜電除塵器對汞的捕獲效率范圍為2.6%~5.8%。在臭氧季節(jié),靜電除塵器對汞的捕獲效率稍高,捕獲范圍為7.9%~15.1%。在SCR關(guān)閉時,濕法脫硫的總汞脫除效率為54.9%~68.8%;在SCR運行時,濕法脫硫的總汞脫除效率為78.0%~90.2%。因此,濕法脫硫系統(tǒng)被認為是一種經(jīng)濟并且除汞和除污染物的聯(lián)合控制技術(shù)。燃煤機組的汞質(zhì)量平衡率為0.84~1.08,對各污染物控制裝置的除汞貢獻率進行了衡算,結(jié)果表明:濕法脫硫系統(tǒng)具有較高的脫汞效率,臭氧季節(jié)其脫汞效率達到近90.0%,飛灰和底灰對除汞的貢獻率較小。

    本書研究了四套濕法脫硫系統(tǒng)對汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化和總汞脫除效率。SCR運行和關(guān)閉時相比較,除了機組4外,經(jīng)過濕法脫硫系統(tǒng)獲得較高的總汞脫除效率,SCR運行時效果好于SCR關(guān)閉時效果。經(jīng)過SCR關(guān)閉時的四套濕法脫硫系統(tǒng),煙氣中總汞脫除效率為30.89%~77.39%,而在SCR運行時,煙氣中總汞脫除效率為37.84%~89.47%。在機組2和機組4,經(jīng)過濕法脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)零價汞的再析出現(xiàn)象,零價汞再析出是由于漿液中含有的亞硫酸根離子和低化合價的過渡金屬離子還原氧化態(tài)汞生成零價汞;而在機組1和機組3未發(fā)現(xiàn)汞再析出現(xiàn)象。

作者建立了濕法脫硫模擬裝置對零價汞再析出現(xiàn)象進行了模擬。氧化態(tài)汞采用微量注射器按照設(shè)定的注射速度注入到漿液中,模擬了煙氣中的氧化態(tài)汞溶于脫硫系統(tǒng)漿液的過程。基線測試選用了氧化鈣漿液。隨著氧化態(tài)汞的注入,氧化鈣漿液中未發(fā)現(xiàn)零價汞再析出現(xiàn)象,說明氧化態(tài)汞沒有在氧化鈣漿液中發(fā)生轉(zhuǎn)化。使用亞硫酸鈉漿液模擬了雙堿法脫硫系統(tǒng)。亞硫酸鈉具有較好的溶解性。亞硫酸鈉漿液中含有較高濃度的亞硫酸根離子,導(dǎo)致零價汞再析出率高,達到36%。使用亞硫酸鈣漿液模擬了自然氧化或限制氧化的石灰石—石膏濕法脫硫系統(tǒng)。由于亞硫酸鈣在漿液中難溶,亞硫酸鈣漿液的零價汞再析出程度稍弱。使用亞硫酸鈣和硫酸鈣漿液模擬了強制氧化石灰石—石膏濕法脫硫系統(tǒng),系統(tǒng)中有較弱的零價汞再析出。對不同操作條件(溫度、漿液pH值、氧氣濃度和不同載氣)對零價汞再析出進行了考察。測試結(jié)果表明:HCl和NO 濃度對零價汞再析出影響不大,而SO2濃度對零價汞再析出有一定的影響。低化合價的過渡金屬離子(Fe2+、Pb2+、Ni2+、AsO-2 、Cu+ 和Sn2+ )和高價離子(Fe3+和Cu2+)配制成毫摩爾每升濃度級的稀溶液,模擬了脫硫漿液中的微量過渡金屬離子,測試結(jié)果表明:Sn2+、Pb2+、Fe2+、Ni2+、AsO- 2 和Cu+ 能使氧化態(tài)汞還原,這些離子濃度愈高,其還原氧化態(tài)汞的能力愈強,而Fe3+ 和Cu2+ 不能使氧化態(tài)汞還原。對相同條件下的零價汞濃度趨勢線進行了積分計算,定量比較了零價汞再析出率,比較結(jié)果得出,離子還原氧化態(tài)汞的能力順序為:Sn2+ >Pb2+>Cu+>Fe2+> AsO-2 > Ni2+。溶液的氧化還原電位和零價汞再析出存在一定性關(guān)系:漿液的氧化還原電位(ORP)為負值,能發(fā)生零價汞的再析出現(xiàn)象;漿液的ORP為正值,不能出現(xiàn)零價汞的再析出。

    由于S2-和I-能與漿液中的氧化態(tài)汞生成不溶的沉淀HgS和HgI2,選擇含S2-和I-物質(zhì)(如Na2S4、TMT-15和NaHS及HI)作為添加劑,考察了不同添加量抑制零價汞再析出效率的影響,并進行了定量評價。從零價汞再析出控制效果看,Na2S4添加劑控制效果最好,HI添加劑控制效果最差。從環(huán)境友好、操作安全性和副產(chǎn)物的利用來看,TMT-15是較好的添加劑;當TMT-15添加量為0.0005%(V/V)時,抑制零價汞再析出效率為70.42%。對TMT加入抑制零價汞再析出試驗進行了汞的質(zhì)量平衡評價。對實驗室自制PY系列添加劑抑制零價汞再析出的效果進行了評價。

    對燃煤電廠的循環(huán)脫硫漿液和脫硫廢水進行了零價汞再析出及其抑制的實驗室研究。自循環(huán)脫硫漿液中釋放的零價汞濃度迅速升到14000ng/Nm3左右;而脫硫廢水中含有較弱的還原性離子,所以隨載氣釋放的零價汞濃度較低(為1380ng/Nm3左右),并且零價汞短時間釋放出來。分別對原料、焙燒產(chǎn)物和焙燒吸收液三種添加劑抑制零價汞再析出的效果進行評價。本書是在董眾兵教授和曹晏教授精心指導(dǎo)下完成的,在此表示衷心的感謝! 由于作者水平有限,書中存在不足之處在所難免,懇請讀者批評指正。

作 者

2016年4月

第1章 緒論…………………………………………………………………………………… 1

1.1 本書研究內(nèi)容的背景……………………………………………………………… 1

1.2 本書研究內(nèi)容的提出……………………………………………………………… 1

1.3 文獻綜述…………………………………………………………………………… 2

第2章 燃煤電廠煙氣污染物控制裝置對汞形態(tài)轉(zhuǎn)化和脫除的研究…………………… 20

2.1 引言………………………………………………………………………………… 20

2.2 采樣方法與設(shè)備材料……………………………………………………………… 21

2.3 測試機組…………………………………………………………………………… 28

2.4 結(jié)果與討論………………………………………………………………………… 30

2.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………………… 40

第3章 不同濕法脫硫工藝對汞脫除的研究……………………………………………… 41

3.1 引言………………………………………………………………………………… 41

3.2 測試部分…………………………………………………………………………… 41

3.3 結(jié)果與討論………………………………………………………………………… 43

3.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………… 54

第4章 濕法脫硫模擬裝置中零價汞再析出研究………………………………………… 56

4.1 引言………………………………………………………………………………… 56

4.2 試驗部分…………………………………………………………………………… 57

4.3 亞硫酸根離子對零價汞再析出的影響…………………………………………… 60

4.4 過渡金屬離子對零價汞再析出的影響…………………………………………… 69

4.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………………… 74

第5章 化學(xué)添加劑對控制零價汞再析出的試驗研究…………………………………… 76

5.1 引言………………………………………………………………………………… 76

5.2 試驗部分…………………………………………………………………………… 76

5.3 試驗結(jié)果與討論…………………………………………………………………… 77

5.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………… 90

第6章 燃煤電廠脫硫漿液零價汞再析出及抑制試驗研究……………………………… 92

6.1 引言………………………………………………………………………………… 92

6.2 試驗部分…………………………………………………………………………… 92

6.3 結(jié)果與討論………………………………………………………………………… 93

6.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………… 97

第7章 總結(jié)與展望………………………………………………………………………… 98

7.1 總結(jié)………………………………………………………………………………… 98

7.2 建議與展望………………………………………………………………………… 99

參考文獻……………………………………………………………………………………… 101