燃煤电厂砷、硒、铅的排放与控制技术研究进展
发布时间：2021-03-19 09:52
煤炭是中国重要的能源资源,而中国煤中重金属砷、硒、铅含量较高,燃煤电厂已经成为重要的砷、硒、铅排放源之一。针对电厂燃煤带来严峻的砷、硒、铅污染问题,本文首先介绍了燃煤释放的砷、硒、铅排放量大且危害性强,概述了世界各国关于重金属排放控制的相关政策法规,指出中国对燃煤重金属砷、硒、铅的排放控制势在必行;其次从煤中赋存形态、燃烧过程中的形态转化和质量分布三个方面阐释了燃煤过程中砷、硒、铅的迁移转化规律,重点描述了砷、硒、铅在颗粒物上的形态特征和尺度分布;最后综述了燃烧前、燃烧中和燃烧后对砷、硒、铅的排放控制技术,详述了吸附剂捕集和烟气净化装置协同脱除的研究进展,并论述了低低温除尘器和团聚技术对砷、硒、铅的强化脱除潜力。以期为燃煤电厂重金属砷、硒、铅超低排放的实现提供参考和指导。
【文章来源】：燃料化学学报. 2020,48(11)北大核心
【文章页数】：17 页
【部分图文】：
不同赋存形态重金属的释放特性
Shen等[44]通过热力学计算发现烟气中的硒可在温度低于600 ℃的范围内与飞灰中的的钙基矿物质反应。Seames等[40]对飞灰中硒含量与Ca/Fe含量相关性进行分析,发现飞灰中硒主要与Ca/Fe基矿物结合,且相比于Ca基矿物,Fe基矿物对硒具有更强的反应活性,同时烟气中的SO2抑制硒与Ca/Fe基矿物的交互作用(见图3)。Shah等[45]利用X射线吸收近边结构(XANES)对飞灰中硒价态的表征结果表明,飞灰中的硒主要是四价的亚硒酸盐(Se4+)。Fu等[46]通过X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)对富铁飞灰中的硒形态进行分析,发现飞灰中的硒主要以单质硒(Se0)形式存在,剩余的则是亚硒酸盐(Se4+),且发现飞灰中硒与Fe的含量高度相关,进而得出飞灰中的Fe基矿物对烟气中的硒具有固定作用。Luo等[41]研究表明,飞灰中的硒主要是亚硒酸盐(Se4+),同时存在较低比例的单质硒(Se0),并认为单质硒的生成与飞灰中的未燃尽碳具有关系。而Ma等[47]通过热脱附和价态分析对飞灰中硒的形态进行了解析,结果表明飞灰中的硒主要亚硒酸盐,同时存在部分冷凝生成的二氧化硒。Huang等[48,49]则进一步发现气态硒与矿物组分的交互作用主要在900 ℃下发生,且铁基矿物在硒固定过程中起重要作用。热力学计算结果表明,烟气中的铅可与飞灰中的Si/Al基矿物质发生反应,在727-1227 ℃与SiO2反应生成PbO·SiO2;在527-927 ℃可与Al2O3反应生成PbO·Al2O3[50]。王丽[51] 则通过逐级提取对飞灰中的铅形态进行了分析,发现飞灰中的90 %以上的铅都是残渣态,主要是由于在高温下气态铅与飞灰中的硅铝酸盐反应从而被固定。Zhou等[29]通过煤添加矿物组分后的燃烧实验探究了不同矿物组分对铅的捕集作用(见图4),结果表明,Si/Al基矿物具有较好的铅捕集能力,且在1000 ℃内温度升高促进了Si/Al基矿物对铅的固定作用,侧面证明了燃煤过程中气态铅与Si/Al基矿物间较强的交互作用。
热力学计算结果表明,烟气中的铅可与飞灰中的Si/Al基矿物质发生反应,在727-1227 ℃与SiO2反应生成PbO·SiO2;在527-927 ℃可与Al2O3反应生成PbO·Al2O3[50]。王丽[51] 则通过逐级提取对飞灰中的铅形态进行了分析,发现飞灰中的90 %以上的铅都是残渣态,主要是由于在高温下气态铅与飞灰中的硅铝酸盐反应从而被固定。Zhou等[29]通过煤添加矿物组分后的燃烧实验探究了不同矿物组分对铅的捕集作用(见图4),结果表明,Si/Al基矿物具有较好的铅捕集能力,且在1000 ℃内温度升高促进了Si/Al基矿物对铅的固定作用,侧面证明了燃煤过程中气态铅与Si/Al基矿物间较强的交互作用。综上可以看到,燃煤过程中砷、硒、铅形态转化复杂,具体过程如图5所示。高温下煤中砷、硒、铅主要以气态氧化物形式释放到烟气中;在烟气冷却过程中,释放的气态重金属可与烟气组分(O2、HCl、SO2和H2O)发生均相反应,或通过与飞灰矿物组分(Ca、Fe、Al和Si基矿物)的非均相反应以及物理冷凝等过程进而生成颗粒态重金属。砷、硒、铅的转化过程差异明显,砷和硒与烟气组分的交互作用较弱,更多地以气态氧化物形式存在;而铅易与烟气中的酸性气体(HCl和SO2)反应,进而从难挥发的氧化物形式转变成易挥发的氯化物或硫酸盐。另一方面,砷倾向于和Ca/Fe/Al基矿物反应进而被固定在颗粒物上,且与不同矿物的反应区间也有差异,相对而言砷与Al基矿物的反应温度要比Ca/Fe基矿物高;硒则主要与Ca/Fe基矿物结合,且由于硒化合物的热稳定性相对较差,硒与矿物的反应温度则更低(<900 ℃);铅更易在高温下和Si/Al基矿物反应,且部分PbCl2/PbSO4会发生冷凝进而生成颗粒态重金属。气态砷、硒、铅与烟气组分的交互作用决定气态重金属的形态,从而决定了其挥发性和毒性,影响气态重金属的脱除难度和危害程度。而气态砷、硒、铅与矿物的反应可促进气态重金属向(细)颗粒态转化,颗粒态重金属比气态更易脱除,粗颗粒态比细颗粒态更易捕集,因此气态重金属与矿物的交互作用决定了重金属在气态和(细)颗粒态的分布,影响重金属的总体脱除效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃煤电厂超低排放机组重金属铅、砷排放特性[J]. 华伟,孙和泰,祁建民,黄治军,石志鹏,段伦博. 热力发电. 2019(10)
[2]模拟烟气气氛下矿物元素组分对砷的吸附特性研究[J]. 许豪,张成,袁昌乐,余圣辉,李权,方庆艳,陈刚. 燃料化学学报. 2019(07)
[3]大型燃煤机组颗粒物与痕量元素的排放特性[J]. 盘思伟,张凯,张宇,刘小伟. 热能动力工程. 2016(10)
[4]电袋复合除尘器和湿法脱硫装置对电厂燃煤重金属排放协同控制[J]. 王春波,史燕红,吴华成,张月,康玺. 煤炭学报. 2016(07)
[5]燃煤电厂湿法脱硫设施对烟气中微量元素的减排特性[J]. 李兵,王宏亮,许月阳,薛建明,管一明. 煤炭学报. 2015(10)
[6]煤中有害微量元素的洁净潜势分析[J]. 张博. 洁净煤技术. 2015(04)
[7]金属氧化物吸附剂干法脱除气相As2O3实验研究[J]. 张月,王春波,刘慧敏,孙喆,李文瀚,张永生,潘伟平. 燃料化学学报. 2015(04)
[8]燃煤电厂铅的迁移转化研究[J]. 邓双,张凡,刘宇,石应杰,王红梅,张辰,王相凤,曹晴. 中国环境科学. 2013(07)
[9]300MW燃煤电站砷、汞排放特征研究[J]. 张凯华,张锴,潘伟平. 燃料化学学报. 2013(07)
[10]热处理条件对煤中硒释放行为的影响[J]. 刘瑞卿,杨建丽,刘振宇. 燃料化学学报. 2011(04)
博士论文
[1]煤燃烧过程中汞、砷、硒的排放与控制研究[D]. 郭欣.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]超低排放机组中汞、砷和硒等重金属的迁移特性研究[D]. 王丽.浙江大学 2018
[2]燃煤电站砷、铅、镉、铬的迁移规律[D]. 孙喆.华北电力大学 2015
[3]煤中挥发性微量元素Hg、As、Pb燃烧固化的热力学模拟与实验研究[D]. 麻银娟.河南理工大学 2011
本文编号：3089392
【文章来源】：燃料化学学报. 2020,48(11)北大核心
【文章页数】：17 页
【部分图文】：
不同赋存形态重金属的释放特性
Shen等[44]通过热力学计算发现烟气中的硒可在温度低于600 ℃的范围内与飞灰中的的钙基矿物质反应。Seames等[40]对飞灰中硒含量与Ca/Fe含量相关性进行分析,发现飞灰中硒主要与Ca/Fe基矿物结合,且相比于Ca基矿物,Fe基矿物对硒具有更强的反应活性,同时烟气中的SO2抑制硒与Ca/Fe基矿物的交互作用(见图3)。Shah等[45]利用X射线吸收近边结构(XANES)对飞灰中硒价态的表征结果表明,飞灰中的硒主要是四价的亚硒酸盐(Se4+)。Fu等[46]通过X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)对富铁飞灰中的硒形态进行分析,发现飞灰中的硒主要以单质硒(Se0)形式存在,剩余的则是亚硒酸盐(Se4+),且发现飞灰中硒与Fe的含量高度相关,进而得出飞灰中的Fe基矿物对烟气中的硒具有固定作用。Luo等[41]研究表明,飞灰中的硒主要是亚硒酸盐(Se4+),同时存在较低比例的单质硒(Se0),并认为单质硒的生成与飞灰中的未燃尽碳具有关系。而Ma等[47]通过热脱附和价态分析对飞灰中硒的形态进行了解析,结果表明飞灰中的硒主要亚硒酸盐,同时存在部分冷凝生成的二氧化硒。Huang等[48,49]则进一步发现气态硒与矿物组分的交互作用主要在900 ℃下发生,且铁基矿物在硒固定过程中起重要作用。热力学计算结果表明,烟气中的铅可与飞灰中的Si/Al基矿物质发生反应,在727-1227 ℃与SiO2反应生成PbO·SiO2;在527-927 ℃可与Al2O3反应生成PbO·Al2O3[50]。王丽[51] 则通过逐级提取对飞灰中的铅形态进行了分析,发现飞灰中的90 %以上的铅都是残渣态,主要是由于在高温下气态铅与飞灰中的硅铝酸盐反应从而被固定。Zhou等[29]通过煤添加矿物组分后的燃烧实验探究了不同矿物组分对铅的捕集作用(见图4),结果表明,Si/Al基矿物具有较好的铅捕集能力,且在1000 ℃内温度升高促进了Si/Al基矿物对铅的固定作用,侧面证明了燃煤过程中气态铅与Si/Al基矿物间较强的交互作用。
热力学计算结果表明,烟气中的铅可与飞灰中的Si/Al基矿物质发生反应,在727-1227 ℃与SiO2反应生成PbO·SiO2;在527-927 ℃可与Al2O3反应生成PbO·Al2O3[50]。王丽[51] 则通过逐级提取对飞灰中的铅形态进行了分析,发现飞灰中的90 %以上的铅都是残渣态,主要是由于在高温下气态铅与飞灰中的硅铝酸盐反应从而被固定。Zhou等[29]通过煤添加矿物组分后的燃烧实验探究了不同矿物组分对铅的捕集作用(见图4),结果表明,Si/Al基矿物具有较好的铅捕集能力,且在1000 ℃内温度升高促进了Si/Al基矿物对铅的固定作用,侧面证明了燃煤过程中气态铅与Si/Al基矿物间较强的交互作用。综上可以看到,燃煤过程中砷、硒、铅形态转化复杂,具体过程如图5所示。高温下煤中砷、硒、铅主要以气态氧化物形式释放到烟气中;在烟气冷却过程中,释放的气态重金属可与烟气组分(O2、HCl、SO2和H2O)发生均相反应,或通过与飞灰矿物组分(Ca、Fe、Al和Si基矿物)的非均相反应以及物理冷凝等过程进而生成颗粒态重金属。砷、硒、铅的转化过程差异明显,砷和硒与烟气组分的交互作用较弱,更多地以气态氧化物形式存在;而铅易与烟气中的酸性气体(HCl和SO2)反应,进而从难挥发的氧化物形式转变成易挥发的氯化物或硫酸盐。另一方面,砷倾向于和Ca/Fe/Al基矿物反应进而被固定在颗粒物上,且与不同矿物的反应区间也有差异,相对而言砷与Al基矿物的反应温度要比Ca/Fe基矿物高;硒则主要与Ca/Fe基矿物结合,且由于硒化合物的热稳定性相对较差,硒与矿物的反应温度则更低(<900 ℃);铅更易在高温下和Si/Al基矿物反应,且部分PbCl2/PbSO4会发生冷凝进而生成颗粒态重金属。气态砷、硒、铅与烟气组分的交互作用决定气态重金属的形态,从而决定了其挥发性和毒性,影响气态重金属的脱除难度和危害程度。而气态砷、硒、铅与矿物的反应可促进气态重金属向(细)颗粒态转化,颗粒态重金属比气态更易脱除,粗颗粒态比细颗粒态更易捕集,因此气态重金属与矿物的交互作用决定了重金属在气态和(细)颗粒态的分布,影响重金属的总体脱除效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃煤电厂超低排放机组重金属铅、砷排放特性[J]. 华伟,孙和泰,祁建民,黄治军,石志鹏,段伦博. 热力发电. 2019(10)
[2]模拟烟气气氛下矿物元素组分对砷的吸附特性研究[J]. 许豪,张成,袁昌乐,余圣辉,李权,方庆艳,陈刚. 燃料化学学报. 2019(07)
[3]大型燃煤机组颗粒物与痕量元素的排放特性[J]. 盘思伟,张凯,张宇,刘小伟. 热能动力工程. 2016(10)
[4]电袋复合除尘器和湿法脱硫装置对电厂燃煤重金属排放协同控制[J]. 王春波,史燕红,吴华成,张月,康玺. 煤炭学报. 2016(07)
[5]燃煤电厂湿法脱硫设施对烟气中微量元素的减排特性[J]. 李兵,王宏亮,许月阳,薛建明,管一明. 煤炭学报. 2015(10)
[6]煤中有害微量元素的洁净潜势分析[J]. 张博. 洁净煤技术. 2015(04)
[7]金属氧化物吸附剂干法脱除气相As2O3实验研究[J]. 张月,王春波,刘慧敏,孙喆,李文瀚,张永生,潘伟平. 燃料化学学报. 2015(04)
[8]燃煤电厂铅的迁移转化研究[J]. 邓双,张凡,刘宇,石应杰,王红梅,张辰,王相凤,曹晴. 中国环境科学. 2013(07)
[9]300MW燃煤电站砷、汞排放特征研究[J]. 张凯华,张锴,潘伟平. 燃料化学学报. 2013(07)
[10]热处理条件对煤中硒释放行为的影响[J]. 刘瑞卿,杨建丽,刘振宇. 燃料化学学报. 2011(04)
博士论文
[1]煤燃烧过程中汞、砷、硒的排放与控制研究[D]. 郭欣.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]超低排放机组中汞、砷和硒等重金属的迁移特性研究[D]. 王丽.浙江大学 2018
[2]燃煤电站砷、铅、镉、铬的迁移规律[D]. 孙喆.华北电力大学 2015
[3]煤中挥发性微量元素Hg、As、Pb燃烧固化的热力学模拟与实验研究[D]. 麻银娟.河南理工大学 2011
本文编号：3089392
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