燃煤电厂汞污染及控制.ppt

燃煤电厂汞污染及控制,能源清洁利用国家重点实验室 国家环境保护燃煤大气污染控制工程技术中心 浙江大学热能工程研究所,内容,一、我国电厂汞污染控制总体思路 二、全球大气汞污染形势和控制现状 三、我国大气汞污染及控制现状 四、燃煤电厂现有污染物控制设备的汞控制能力 五、燃煤烟气汞的排放控制方案 六、浙大在汞排放、控制方面研究情况 七、燃煤电厂汞排放测试方法,2009年下发的国务院办公厅转发环境保护部等部门关于加强重金属污染防治工作指导意见的通知中将汞污染防治列为工作重点。 2010年5月又发布国务院办公厅转发环境保护部等部门关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量指导意见的通知，进一步提出建设火电机组烟气脱硫、脱硝、除尘和除汞等多污染物协同控制示范工程。 即将报请国务院批准的重金属污染综合防治规划和正在编制的“十二五”重点区域大气污染联防联控规划中，都对燃煤电厂大气汞排放控制工作做了安排。,1.1 我国重金属污染防治工作,一、我国电厂汞污染控制总体思路,2010年7月9日，重金属污染防治部际联席会议在京召开。会上环境保护部、中宣部、发展改革委等13个部门及内蒙古、江苏、浙江等14个省（区）政府分管领导对重金属污染综合防治规划（20102015年）进行了深入细致讨论，并提出了修改意见和建议。会议原则通过了重金属污染综合防治规划（20102015年），决定进一步修改后报国务院批准实施。,1.2 重金属污染防治部际联席会议,一、我国电厂汞污染控制总体思路,2010年9月15日，张力军副部长召开燃煤电厂大气汞污染控制试点工作座谈会，对燃煤电厂汞排放提出明确要求， 一是要摸清底数，建立我国典型燃煤机组排放清单的计算模型，开展燃煤电厂大气汞排放在线监测试点工作，准确掌握燃煤电厂大气汞排放第一手数据； 二是要搞除汞技术示范； 三是要通过试点示范，提出燃煤电厂大气汞污染控制技术政策和经济政策的建议； 四是要抓住“十二五”规划编制的契机，将燃煤电厂大气汞污染防治工作纳入各集团公司的“十二五”规划，落实项目和资金安排，制定有针对性的措施。,1.3 燃煤电厂大气汞污染控制试点工作座谈会,一、我国电厂汞污染控制总体思路,2.1 全球汞污染汞污染具有全球性,二、全球大气汞污染形势和控制现状,工业革命后人为活动增加了大气中250%的汞，地表水中25%的汞，深海洋中11%的汞。,2.1 全球汞污染利用模型估算全球汞循环,（ Sunderlan and Mason，2007）,二、全球大气汞污染形势和控制现状,总排放量为7710吨 自然源大气汞排放量为5207吨，其中海洋排放2682吨。 人为源排放量为2503吨，其中燃煤燃油排放1422吨。,（Nicola Pirrone, Sergio Cinnirella, Xinbin Feng, et al,2008）,2.1 全球汞污染全球自然和人为大气汞排放量,二、全球大气汞污染形势和控制现状,2005年全球人为源大气汞排放总量为1930吨，其中中国占42.85%，为排放量最大的国家；排放量第二的美国占8.93%。,2.1 全球汞污染2005年全球十大大气汞排放国,（ UNEP2008年全球大气汞评估报告）,二、全球大气汞污染形势和控制现状,2.1 全球汞污染2005年人为大气汞排放量全球分布,（ UNEP2008年全球大气汞评估报告）,二、全球大气汞污染形势和控制现状,2.2 全球汞污染控制UNEP汞公约谈判背景及进展,二、全球大气汞污染形势和控制现状,美国90年代发布了市政垃圾和医疗垃圾焚烧炉的汞排放标准（大于90%的控制率），以及颁布了一系列限制汞使用的措施，使排放量从1990年的220吨降低到1999年的115吨。,2.2 全球汞污染控制美国人为源大气汞排放情况,（ US EPA）,二、全球大气汞污染形势和控制现状,美国一些州制定了各自的燃煤电厂大气汞排放标准，平均为3.8g/kwh（8.1 g/kwh -1.2 g/kwh ）。 美国EPA将在2011年3月发布燃煤电厂汞标准建议稿，2011年11月将发布最终稿，三年时间执行。 全国350家电厂的测试基础上，2011年将发布的排放标准，预计汞脱除效率大于或者等于90%。,2.2 全球汞污染控制美国各州火电厂大气汞排放标准,摘自美国雅宝公司汞控制全球商务经理Sid Nelson Jr.报告,二、全球大气汞污染形势和控制现状,大气汞主要来自于煤和含汞垃圾的燃烧、金属矿物冶炼，以及生产工艺涉汞行业（电池、荧光灯、温度计和PVC等生产工艺）。 2009年我国煤炭消费超过30亿吨，其中50%用于电厂。考虑到我国对电力需求的高速增长在未来一段时间内还将继续，电厂燃煤总量也将保持高速增长趋势。同时，电厂是集中排放，较其他排放源更易于控制，燃煤电厂的控制能在很大程度上实现中国汞排放总量的消减。,3.1 我国大气汞排放情况,三、我国大气汞污染及控制现状,2）USGS study (March 2004) 291 coals (all ranks) = 0.15 (0.14) 16 cleaned coals = 0.08 (0.07),3）Wang et al. n = 234 mean = 0.22 ppm 4）Huang and Yang n = 1466 mean = 0.15 ppm 5) Zhang et al. N = 990 mean = 0.16 ppm,1）浙大基于40种动力煤， 平均汞含量: 0.19 mg/Kg。,3.1 我国大气汞排放情况煤中汞含量,三、我国大气汞污染及控制现状,（ye wu, shuxiao wang, David G. Streets, et al., Environ. Sci. Technol., 2006, 40 (17), 5312-5318）,3.1 我国大气汞排放情况 1995-2003年我国人为源大气汞排放量,三、我国大气汞污染及控制现状,王起超（1999）计算得出1995 年全国燃煤向大气中排汞量为213. 8t，其中电力行业排放72.9 t，占总排放量的34。 David G. Streets（2005）估算了中国1999年人为源（包含开放生物质燃烧，不包含自然源和以前沉积汞的再释放）大气汞排放量为536236吨，其中45%来自于有色金属冶炼，38%来自于燃煤，17%来自于其他源（其中三类最大排放源为电池和荧光灯生产、水泥生产） 蒋靖坤（2005）用2 组原煤汞含量数据资料计算的2000 年中国燃煤大气汞排放量分别为161.6 t和219.5 t ,其中绝大部分汞排放来自工业、电力和生活消费,分别占46 %、35 %和14 %. 中国环境科学研究院估算2003年我国燃煤电厂大气汞排放量为89.4吨。,3.1 我国大气汞排放情况 我国燃煤大气汞排放情况,三、我国大气汞污染及控制现状,3.1 我国大气汞排放情况 1990-2005年间我国燃煤电站大气汞排放量,浙江大学张乐（2007）,中国环境科学研究院,三、我国大气汞污染及控制现状,2007年我国各省区燃煤电厂大气汞排放量,中国环境科学研究院,3.1 我国大气汞排放情况,三、我国大气汞污染及控制现状,3.2 我国大气汞排放控制现状,三、我国大气汞污染及控制现状,我国大气汞控制尚处于实验室阶段，国内从事燃煤汞污染排放控制研究的主要单位有：浙江大学、清华大学、中国环科院、华中科技大学等。 2010年9月15日，张力军副部长召开燃煤电厂大气汞污染控制试点工作座谈会要求，我国燃煤电厂汞排放控制的示范工作将在十二五开展。 1、通过系统的排放测试，准确掌握燃煤电厂大气汞排放第一手数据，研究建立我国燃煤电厂大气汞排放清单及其方法学； 2、通过开展燃煤电厂大气汞排放监测试点，总结经验，制定燃煤电厂大气汞排放监测技术方法指南； 3、通过开展燃煤电厂脱汞技术示范，系统评估各种大气汞排放控制技术的技术、经济和环境效益，提出燃煤电厂大气汞污染控制的的技术政策建议； 4、通过开展国内外燃煤汞排放的管理政策、法规、标准、技术规范等的对比分析，初步建立我国燃煤电厂大气汞污染控制管理体系。,四、燃煤电厂现有污染物控制设备的汞控制能力,燃煤汞排放特征与控制原理,不可溶, 吸附方式 可溶, 洗涤方式 飞灰脱除,气态零价汞,气态二价汞,颗粒汞,给煤,炉膛,烟道,四、燃煤电厂现有污染物 控制设备的汞控制能力,来源：1） A. Licata，E. Balles，W. Schttenhelm，Mercury Contral Alternatives for Coal-fired Power Plants，Presented at Power Gen 2002 Orlando, Fl, 2002. 2）Economic and Social Council of UN, Control of mercury emissions from coal-fired electric utility boilers, EB.AIR/WG.5/2002/6. 4 July, 2002.,现有污染控制技术对不同煤种的汞脱除效率,四、燃煤电厂现有污染物 控制设备的汞控制能力,SCR对于烟气汞形态分布的影响,来源：浙江大学电厂实测数据,四、燃煤电厂现有污染物 控制设备的汞控制能力,ESP对于烟气汞形态分布的影响,来源：浙江大学电厂实测数据,四、燃煤电厂现有污染物 控制设备的汞控制能力,ESP对颗粒汞的脱除,来源：浙江大学电厂实测数据,四、燃煤电厂现有污染物 控制设备的汞控制能力,WFGD对于烟气汞形态分布的影响,来源：浙江大学电厂实测数据,四、燃煤电厂现有污染物 控制设备的汞控制能力,来源：浙江大学电厂实测数据,WFGD脱汞效率同烟气中Hg2+比例的关系,五、燃煤烟气汞的排放控制方案,利用现有污染物控制设备的控制(无SCR）,21.5 ug/M3,21.5 ug/M3,20.8 ug/M3 Hg0=5.1 & Hg2+=15.7,Total Mercury Removal across FGD = 71%,5.95 ug/M3 Hg0=5.87 Hg2+=.08,来源：ADA-ES, Inc,五、 燃煤烟气汞的排放控制方案,利用现有污染物控制设备的控制(有SCR）,23 ug/M3,19.3 ug/M3,18.9 ug/M3,Total Mercury Removal = 90+%,ND,来源：ADA-ES, Inc,五、 燃煤烟气汞的排放控制方案,利用现有污染物控制设备的控制,来源：浙江大学电厂实测数据,五、 燃煤烟气汞的排放控制方案,专门脱汞技术的应用吸附剂喷射,Coal,来源：ADA-ES, Inc,五、 燃煤烟气汞的排放控制方案,专门脱汞技术的应用吸附剂喷射,工程案例1：底特津爱迪生*圣克莱尔电厂汞控制 电厂仅配备静电除尘器； 电厂燃烧85%的次烟煤和15%的烟煤的配煤 控制技术：炉后活性炭喷射技术 吸附剂：吸附剂B-PACTM 溴化活性炭 效率：不间断地以3磅/Mmacf（48mg/m3) 的速度喷射30天，平均94%的汞被吸附,五、 燃煤烟气汞的排放控制方案,专门脱汞技术的应用吸附剂喷射,来源：ADA-ES, Inc,10%- 飞灰 + 吸附剂循环再生或处置,90%+飞灰还可以正常利用,Hg Sorbent,五、 燃煤烟气汞的排放控制方案,专门脱汞技术的应用炉前脱汞,工程案例2：一台60万千瓦燃煤机组 ； 电厂配备脱销装置SCR，静电除尘器，烟气湿法脱硫 燃烧煤种: PRB煤（一种高钙煤） 控制方式：炉前脱汞，溴化钙以4ppm，8ppm，12ppm，22ppm（溴煤比）加入煤中 效率：4ppm时汞的净脱除率可达64%，总汞控制达80%；12ppm可接近88%的总汞脱除率,六、浙大在汞排放、控制方面研究情况,排放方面 建立燃煤汞排放测试分析平台 研究燃煤汞排放形态特征及影响因素（973，自然基金项目） 研究国内典型燃煤电厂汞排放特征（国际合作项目） 研究国内典型水泥厂汞排放特征（环保部项目） 燃煤电厂汞排放对周边环境影响评估（国际合作项目） 典型汞排放源的汞排放特征（环保公益项目） 控制方面 研究现有污染设备对燃煤汞的控制（博士基金项目） 研究吸附剂喷射汞排放控制（863项目） 研究控制产物的稳定性（自然基金项目） 研究燃煤汞及其它污染物联合脱除,主要的研究内容,基于OH法的湿化学取样分析测试系统 MS-1A/DM-6A烟气汞在线分析系统 基于固体吸附剂的烟气汞采集系统 MA-2000自动测汞仪 遵循标准：OH法，Method 5, Method 29, Method 324等,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情况,汞排放分析测试平台,美国EPA标准燃煤烟气汞形态测试方法 符合OH法测试要求,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情况,汞排放分析测试平台,基于OH法的湿化学取样分析测试系统,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情况,汞排放分析测试平台,MS-1A/DM-6A烟气汞在线分析系统,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情况,汞排放分析测试平台,（基于固体吸附剂的烟气汞采集系统324 法）,在实际燃煤锅炉烟气测汞 实现烟气中气态汞形态的低成本测试,4 浙大在汞排放、控制方面研究情况,汞排放分析测试平台,MA-2000自动测汞仪,MA-2000测汞仪可以对任何样品（固体、液体、气体）的汞含量直接分析测定，无须任何前处理，检测限为0.002ng。,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情况,汞控制技术研发SCR氧化,Fixed-bed reactor,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情况,汞控制技术研发SCR氧化,HCl 是最主要的氧化因素 钒基 SCR 催化剂,SCR: 1 wt.% V2O5/ TiO2 T= 380 GHSV=7880 h-1 Simulated flue gas: 5% O2, 12% CO2 50ppm HCl, 400ppm NO 1500ppm SO2 20ppm NO2 Hg0=18.5 g/m3,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情况,汞控制技术研发其他催化氧化,Simulated flue gas (baseline): 5% O2, 12% CO2, 8%H2O, 400ppm SO2, 10ppm HCl, 10ppm NO2, Hg0=42.5 g/m3 W/F=800 mg/L, T= 150 ,MnOx/Al2O3 催化剂,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情况,汞控制技术研发吸附剂筛选与改性,研究了活性炭、沸石、膨润土、飞灰以及蛭石等吸附剂及其改性物对汞蒸气的吸附能力。 筛选出了以下几种有应用前景的吸附剂： 活性炭、 活性MnO2浸渍活性炭、 三氯化铁浸渍活性炭、 600渗硫活性炭、 活性MnO2浸渍沸石、 活性MnO2浸渍膨润土、 活性MnO2浸渍蛭石、 三氯化铁浸渍蛭石。,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情况,汞控制技术研发以半干法为基础的新型燃煤烟气除汞技术,以半干法为基础的燃煤汞排放控制流程,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情况,汞控制技术研发以半干法为基础的新型燃煤烟气除汞技术,半干法中型脱汞试验台,脱汞塔有效长度为18m，塔体直径400mm； 风量从20002600m3/h； 袋除尘器总过滤面积为33.7m2,七、燃煤电厂汞排放测试方法,离线测试方法 EPA Method 29 Tris Buffer Method Ontario Hydro Method Dry Sorbent-Based Method 在线测试方法 EPA Method 30A,OHM采样示意图,Ontario Hydro Method采样系统,七、燃煤电厂汞排放测试方法,OHM法采样吸收瓶装置示意图,Ontario Hydro Method采样系统,Hg (p),