摘要:燃煤汞污染已引起广泛关注。燃煤电厂控制汞排放最成熟可行的技术是烟道活性炭喷射技术,但该技术在我国燃煤电厂的广泛应用还存在较多的科学问题,因为活性炭对烟气汞的脱除是包含吸附、扩散、传质及化学反应在内的多元化过程,因此,针对燃煤电厂吸附剂喷射脱汞技术的研究已成为当前的热点课题。本文从吸附剂喷射脱汞技术原理、脱汞吸附剂的评价方法、汞吸附机理研究以及吸附剂喷射脱汞数学模型方面评述了燃煤电厂吸附剂喷射脱汞技术近些年取得的研究进展,并在此基础上提出了开发廉价高效、可再生的脱汞吸附剂,全面深入研究吸附剂的脱汞机理以及开发简单、精确的吸附剂喷射脱汞数学模型等后续研究方向,可为我国燃煤电厂吸附剂喷射脱汞技术的开发提供一定指导。
汞是一种具有强挥发性、生物累积性及环境持久性的剧毒污染物。燃煤是全球****的人为汞排放源, 尽管煤中汞浓度较低(0.01~3.3mg/kg),但是煤的产量大,消耗量大。我国汞排放量约为500t/a,其中向大气排放量约为350t/a,每年还以4.8%的速度递增,这使得我国面临着比其他国家更严峻的汞污染现状。
2011年7月29日,中国环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布《火电厂大气污染物排放标准》,****正式对燃煤电厂汞排放实行监控,限值为30μg/m3,已于2015年1月1日开始实施。然而,我国尚未有商业化的燃煤电厂高效经济的脱汞技术和装置。目前,燃煤电厂控制汞排放最成熟可行的技术是烟道活性炭喷射技术(activated carbon injection,ACI),然而由于活性炭对烟气汞的脱除是包含吸附、扩散、传质及化学反应在内的多元化过程,使得活性炭喷射脱汞技术在应用过程中仍存在许多科学问题,如吸附剂停留时间较短、吸附剂的利用率低、吸附剂的生产成本高、汞吸附机理不明确等,这些问题的存在限制了ACI技术在我国燃煤电厂的应用。目前,国内外研究者对ACI技术的现存问题进行了一系列的研究,取得了一些有价值的研究成果。本文总结了近年来国内外在吸附剂喷射脱汞技术研究方面取得的研究进展,并在此基础上对后续研究方向提出了一些建议。
1 吸附剂喷射脱汞技术
图1 传统ACI技术原理图
图2 TOXECONTM技术原理图
图3 TOXECONⅡTM技术原理图
图4 Mer-CureTM技术原理图
2 脱汞吸附剂的评价方法
2.1 固定床汞吸附性能测试
2.2 夹带流反应器喷射脱汞测试
2.3 燃煤电厂现场测试
3 汞吸附机理
3.1 吸附动力学分析
3.2 量子化学研究
3.3 程序升温脱附汞形态分析
4 吸附剂喷射脱汞数学模型
5 结 语
(1)活性炭喷射脱汞技术是目前燃煤电厂控制汞排放最成熟可行的技术,而活性炭的低使用 率与高成本限制了该技术的发展。因此,廉价高效、可再生的脱汞吸附剂开发仍是一个重要的研究方向。
(2)吸附剂喷射脱汞是包含流动、传热、传质、化学反应在内的复杂两相流系统,使得汞吸附微观作用机理非常复杂,目前还没有形成统一定论。因此,对于吸附剂喷射脱汞机理的研究仍需进行,以期更加深入地了解、改进该技术,从而降低脱汞成本。
(3)目前,吸附剂喷射脱汞数学模型均考虑了外部传质、内部扩散或表面反应的复杂过程,显著增加了模型方程数量与模型参数,导致模型的求解难度增加,针对吸附剂喷射脱汞过程的简化、精确数学模型仍需进一步发展。
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