Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде Distr.: General 21 October 2015 Russian Original: English



жүктеу 4.34 Mb.
бет9/42
Дата11.10.2018
өлшемі4.34 Mb.
түріПрограмма
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   42

3 Перечень методов сокращения выбросов ртути


В данном разделе описаны подходы к сокращению выбросов ртути и технологии контроля, которые какая либо Сторона или какое-либо предприятие могут рассматривать при определении НИМ (см. раздел 5 ниже). К ним относятся подготовка угля, попутное удаление ртути и специальные технологии для удаления ртути.

3.1 Промывка угля


Промывка угля снижает содержание в нем золы и повышает его теплотворную способность, увеличивая таким образом КПД котла (Satyamurty, 2007). Она предназначена главным образом для минимизации содержания в угле золы и серы, однако наряду с этим она позволяет также уменьшить содержание в угле ртути, и в некоторых случаях уже применяется для этой цели. Неподготовленный уголь содержит минеральные примеси, например, фрагменты породы и глины, которые называются золой. По мере целесообразности неподготовленный уголь следует обрабатывать (или очищать), чтобы уменьшить содержание золы, увеличить его теплотворную способность и снизить содержание твердых частиц (ТЧ), серы и (потенциально) ртути и, в конечном итоге, снизить выбросы вследствие сжигания угля в котле. Кроме того, удаление минеральных примесей позволяет также снизить расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание и замедлить изнашивание котельного агрегата. Тем не менее, следует отметить, что бóльшая часть лигнитов и бурых углей не поддаются обычной промывке (Institution of Chemical Engineers, 1997).

Обычные методы промывки угля также позволяют удалить некоторую часть ртути, связанной с негорючими минеральными материалами. Однако они, как правило, не справляются с удалением ртути, связанной с органическим углеродным скелетом угля (USEPA, 2002). В одной из обзорных работ приведены экспериментальные данные по 26 образцам битуминозного угля из Соединенных Штатов с широким разбросом количеств ртути, которая была удалена при промывке угля (USEPA, 1997). Эта тенденция была подтверждена еще одним исследованием (USGS, 2014), в котором был сделан вывод об эффективности промывки угля для снижения концентраций родственных пириту элементов, таких как ртуть. В другом исследовании сообщалось, что в пересчете на содержание энергии средний уровень сокращения ртути составил 37 процентов (Toole-O’Neil et al., 1999).

Различия указанных выше величин сокращения ртути могут объясняться типом процесса промывки угля, различной сортностью угля, а также характером присутствующей в его матрице ртути. Таким образом, при использовании обычных методов промывки угля возможно удаление из него некоторого количества ртути. Тем не менее, эффективность удаления ртути при обычной промывке угля может сильно варьироваться в зависимости от источников угля и характера присутствующей в нем ртути.

Межсредовое загрязнение вследствие промывки угля

При промывке угля образуется загрязненный шлам, содержащий ртуть. Если не налажено безопасное регулирование шлама от промывки угля, то имеется потенциальная возможность загрязнения почвы или грунтовых вод.


3.2 Вклад СКЗВ в удаление ртути


СКЗВ, монтируемые главным образом для контроля SO2, NOX или твердых частиц (ТЧ), позволяют удалять ртуть из дымовых газов. Этот метод называется побочным удалением ртути. Побочное удаление ртути системами контроля загрязнения воздуха, не предназначенными специально для ее фильтрации, как правило, осуществляется двумя основными способами: удаление окисленной ртути в мокром скруббере для десульфуризации дымовых газов (мокрая ДДГ); и удаление ТЧ-связанной ртути в устройстве фильтрации ТЧ, например, в электростатическом пылеуловителе (ЭСП) или тканевом фильтре (ТФ). Побочное удаление ртути может осуществляться также в распылительных сушилках. Эффективность удаления ртути зависит от конфигурации оборудования для контроля загрязнения окружающей среды. Обзор величин побочного удаления ртути, соответствующих различным конфигурациям существующих СКЗВ, приводится вТаблица 2 (Srivastava et al., 2006; EIPPCB, 2013). Следует отметить, что показатели побочного удаления, приведенные вТаблица 2, будут меняться в зависимости от свойств угля и эксплуатационных параметров СКЗВ.
Таблица 2

Обзор показателей побочного удаления ртути в СКЗВ



Имеющееся фильтрационное оборудование

Качественные показатели улавливания ртути

Только ЭСПх

Хорошее улавливание ртути, связанной с частицами; лучше подходит для угля с высоким содержанием хлоридов, чем для низких сортов угля.

Только ЭСПг

Низкий уровень улавливания

Только ТФ

Хорошее улавливание окисленной ртути

ЭСПх + мокрая ДДГ

В целом хорошее улавливание при использовании угля с высоким содержанием хлоридов в силу присутствия растворимой окисленной ртути в дымовых газах. Относительно невысокое улавливание при использовании угля низкой сортности. Повторные выбросы элементарной ртути могут уменьшать эффективность побочного удаления.

ЭСПг + мокрая ДДГ

В целом хорошее улавливание при использовании угля с высоким содержанием хлоридов в силу присутствия растворимой окисленной ртути в дымовых газах. Относительно невысокое улавливание при использовании угля низкой сортности. Повторные выбросы элементарной ртути могут уменьшать эффективность побочного удаления.

РАС + ТФ

В целом хорошее улавливание при использовании угля с высоким содержанием хлоридов; ожидается менее эффективное улавливание при использовании низкосортного угля.

ТФ + мокрая ДДГ

В целом хорошее улавливание при использовании угля с высоким содержанием хлоридов в силу присутствия растворимой окисленной ртути в дымовых газах. Относительно невысокое улавливание при использовании угля низкой сортности. Повторные выбросы элементарной ртути могут уменьшать эффективность побочного удаления. Элементарная ртуть может окисляться при прохождении через ТФ и улавливаться мокрым скруббером.

СКВ + ЭСПх

Хорошее улавливание ртути, связанной с частицами; лучше подходит для угля с высоким содержанием хлоридов, чем для низкосортного угля.

СКВ + ЭСПг

Низкий уровень улавливания

СКВ + ЭСПх + мокрая ДДГ

В целом хорошее улавливание при использовании угля с высоким содержанием хлоридов в силу увеличения объема растворимой окисленной ртути в дымовых газах благодаря использованию СКВ. Более эффективное улавливание при использовании низкосортного угля в силу увеличения объема растворимой окисленной ртути в дымовых газах. Повторные выбросы элементарной ртути могут уменьшать эффективность побочного удаления. Хорошее улавливание ртути, связанной с частицами.

СКВ + ТО + ПНТ-ЭСП + мокрая ДДГ

Очень хорошее улавливание при использовании угля с высоким содержанием хлоридов в силу увеличения объема растворимой окисленной ртути в дымовых газах благодаря использованию СКВ. Более эффективное улавливание при использовании низкосортного угля в силу увеличения объема растворимой окисленной ртути в дымовых газах. Повторные выбросы элементарной ртути могут уменьшать эффективность побочного удаления. Сочетание теплообменника и предельно низкотемпературного ЭСП улучшает захват частиц и паров ртути.

СКВ + РАС + ТФ

В целом хорошее улавливание при использовании угля с высоким содержанием хлоридов; менее эффективно при использовании низкосортного угля. СКВ усиливает улавливание за счет преобразования элементарной ртути в окисленные формы при наличии хлора в дымовых газах.

СКВ + ЭСПг + мокрая ДДГ

В целом хорошее улавливание при использовании угля с высоким содержанием хлоридов в силу увеличения объема растворимой окисленной ртути в дымовых газах благодаря использованию СКВ. Более эффективное улавливание при использовании низкосортного угля в силу увеличения объема растворимой окисленной ртути в дымовых газах. Повторные выбросы элементарной ртути могут уменьшать эффективность побочного удаления.

СКВ + ТФ + мокрая ДДГ

В целом хорошее улавливание при использовании угля с высоким содержанием хлоридов в силу увеличения объема растворимой окисленной ртути в дымовых газах благодаря использованию СКВ. Более эффективное улавливание при использовании низкосортного угля в силу увеличения объема растворимой окисленной ртути в дымовых газах. Повторные выбросы элементарной ртути могут уменьшать эффективность побочного удаления. Хорошее улавливание ртути, связанной с частицами.

Примечание:

ЭСП = электрофильтр; ЭСПх = ЭСП на холодной стороне; ЭСПг = ЭСП на горячей стороне; ТФ = тканевый фильтр; СКВ = селективное каталитическое восстановление; РАС = распылительная абсорбционная сушилка (сухой скруббер); мокрая ДДГ = десульфуризация дымовых газов в мокром скруббере; ТО = теплообмен; ПНТ-ЭСП = предельно низкотемпературный ЭСП.

«Низкий» уровень означает улавливание менее 30 процентов, «высокий»/«хороший»   более 70 процентов, «умеренный»   от 30 до 70 процентов.

Одна из конфигураций СКЗВ, представленных вТаблица 2 (СКВ + ЭСПх + ДДГ), схематически показана на Error: Reference source not found ниже (Ito et al., 2006). Например, в Японии такое сочетание устройств позволяет достигать 74 процентного уровня эффективности удаление ртути (Ito et al., 2006). Таким образом, побочные методы позволяют контролировать несколько загрязнителей воздуха, включая ртуть.



Рисунок 3. Технологическая карта типичной конфигурации угольных электростанций в Японии (Ito et al., 2006) (пересм.)



Flue Gas

Дымовой газ

to the Atmosphere

В атмосферу

Coal-Fired Boiler

Угольный котел

Selective Catalytic Reduction (SCR*1)

Селективное каталитическое восстановление (СКВ*1)

Electrostatic Precipitation (ESP*2)

Электростатическое пылеосаждение (ЭСП*2)

Flue Gas Desulfurization

Десульфуризация дымовых газов

Air Heater (AH)

Подогреватель воздуха

Stack

Труба

*1: ESP includes ESPc, ESPh, Low Low Temp ESP

*1: ЭСП включает ЭСПх, ЭСПг, низк.-темп. ЭСП

*2: FGD includes WetFGD and Moving bed of activated coke

*2: ДДГ включает мокрую ДДГ и подвижный слой с акт. углем

Высокого уровня удаления при побочной фильтрации можно добиться путем объединения селективного каталитического восстановления (СКВ), электростатического пылеосаждения с холодной стороны (ЭСПх) и применения скруббера для десульфуризации дымовых газов (ДДГ). Сочетание этих методов довольно часто встречается на усовершенствованных угольных электростанциях в некоторых странах и широко применяется, например в Японии, как показано на Error: Reference source not found4. Сочетание СКВ, ЭСП и ДДГ, как продемонстрировано этими примерами, позволяет обеспечивать удаление 50–90 процентов NOX, более чем 99 процентов ТЧ и 76 98 процентов процентов SO2, а также высокий уровень удаления ртути, который в среднем составляет 74 процента, в результате чего в рамках данного примера концентрация ртути в дымовом газе составляет 1,2 мкг/м3. Кроме того, сочетание СКВ, предельно низкотемпературного ЭСП (ПНТ-ЭСП) с рабочей температурой 90oC и мокрого ДДГ позволяет добиваться довольно высокого уровня удаления ртути, составляющего в среднем 87 процентов, в результате чего в данном конкретном случае концентрация ртути в дымовых газах составит 0, 88 мкг/м3. Метод ПНТ-ЭСП, который требует охлаждения дымового газа, позволяет повысить эффективность фильтрации частиц за счет снижения объема газа и уменьшения резистивности золы в силу конденсации SO3 и адсорбции влаги на летучую золу, а также увеличивает адсорбцию ртути на летучую золу благодаря меньшей температуре дымовых газов. Это также позволяет избежать затрат, связанных с повторным нагреванием дымового газа или последующего переоборудования трубы для влажного газа. В случаях, когда повторное нагревание отходящих газов для мокрого ДДГ не требуется, рекуперативное тепло может использоваться в котле или паровой турбине для повышения КПД установки и, следовательно, общего повышения ее производительности (Nakayama et al, 2006, Iwatsuki et al 2008).

Концентрации ртути, показанные на рисунке 4, имеют широкий разброс. Причиной тому является наличие в данных установках более старых блоков меньшего размера, на которые приходятся более высокие концентрации. С другой стороны, два блока с подвижным слоем активированного угля (Peters, 2010), где применяется сухая ДДГ, демонстрируют более высокую производительность по сравнению с мокрой ДДГ. Производительность такой установки выше, чем у комбинации ПНТ-ЭСП и мокрой ДДГ (CRIEPI and FEPC, 2012).

Примечание: В конфигурации «СКВ + ЭСП + ДДГ» ЭСП включает в себя ЭСПг, ЭСПх и ПНТ-ЭСП.

Диапазон рабочих температур у ЭСПг составляет 300   400oC, у ЭСПх   130-180oC, у ПНТ-ЭСП 90   100oC.


Minimum

Минимум

Average

Средн.

Maximum

Максимум

Mercury concentration in stack gas [µg/m3]

Концентрация ртути в дымовом газе (мкг/м3)

Standard deviation

Среднеквадратичное отклонение

SCR + ESP + FGD

46 units


(Wet FGD: 44, Dry FGD: 2)

СКВ + ЭСП + ДДГ

46 установок

(Мокрые ДДГ: 44, сухие ДДГ: 2)


SCR + LLT-ESP + FGD

15 units


(All wet FGD)

СКВ + ПНТ-ЭСП + ДДГ

15 установок

(Мокрые ДДГ)

Рисунок 4. Концентрации ртути в дымовых газах угольных электростанций с СКВ + ЭСП + ДДГ и СКВ + ПНТ-ЭСП + ДДГ

В таблице 3 приведены краткие сведения о показателях удаления ртути в СКЗВ на угольных установках в Китае. Эта таблица показывает, что в некоторых случаях сочетание ЭСП и мокрой ДДГ позволяет доводить уровень удаления ртути до 88 процентов. Сочетание СКВ, ЭСП и мокрой ДДГ, которое часто используется на китайских угольных электростанциях, может обеспечивать еще более высокие показатели удаления ртути, достигающие, например, 95 процентов. Высокие показатели удаления ртути также наблюдаются при сочетании методов СКВ, ТФ и мокрой ДДГ.

Таблица 3.

Эффективность удаления ртути, типичные комбинации СКЗВ в Китае (в процентах) (Zhang et al., 2015)


Комбинация СКЗВ

Среднее

Мин.

Макс.

Среднеквадратическое отклонение

Колво испытаний

Мокрый скруббер ТЧ

23

7

59

18

8

ЭСПх

29

1

83

19

64

ТФ

67

9

92

30

10

ЭСПх + мДДГ

62

13

88

22

19

ТФ + мДДГ

86

77

97

10

3

СКВ + ЭСП + мДДГ

69

36

95

24

4

СКВ + ТФ + мДДГ

93

86

99

9

2

ЭСПх + ЦКС-ДДГ + ТФ

68

68

68




1

В таблице 4 ниже показаны зафиксированные в ходе измерений величины выбросов ртути на различных угольных электростанциях, которые получены в рамках побочного использования средств контроля загрязнений. Отдельные примеры в этой таблице показывают, что методы побочного контроля в некоторых случаях позволяют сильно снижать концентрацию ртути в дымовых газах.

Таблица 4



Уровни выбросов при использовании методов побочного удаления (по данным, обобщенным в работе ZMWG, 2015)

Станция

Тип угля

Уровень выбросов (мкг/Nм³) (нормированный по 6 процентному содержанию O2)

Размер котла (МВтт)

Метод обработки дымовых газов

Федерико II – Бриндизи, Италия

каменный уголь

0,69

1 700

ЭСП + СКВ + мДДГ

Торревальдалига Норд, Италия

каменный уголь

0,99

1 420

ТФ + СКВ + мДДГ

Импьянто термоэлеттрико ди Фузина, Италия

каменный уголь

0,8

431

ТФ + СКВ + мДДГ

Хайден, Германия

каменный уголь

0,5

2 150

ЭСП + СКВ + мДДГ

ФХКВ Меллах, Австрия

каменный уголь

0,5

543

ТФ + СКВ + мДДГ


Бриндизи БР III и БР II, Италия

каменный уголь

0,5

857

ЭСП + СКВ

«Крефельд, Куррента», Германия (промышленный котел)

каменный уголь

0,2

105

ТФ

«Салем Харбор», США

каменный уголь

0,2-0,4

300

ЭСП

Электростанция «Тусимиче», Чехия

лигнит

2,6

890

ЭСП + мДДГ

Нейрат, блоки A и F, Германия

лигнит

3,0

855

ЭСП + мДДГ

Тепларна Табор, Чехия

лигнит

3,3

199

ЭСП

Все значения основаны на данных периодического отбора проб; для станции «Салем Харбор» данные основаны на результатах непрерывного мониторинга выбросов. Данные относятся к 2010 году.

3.2.1 Устройства контроля твердых частиц


Имеется два основных типа устройство для контроля ТЧ: ЭСП и ТФ. В угольных котлах также используются мокрые скрубберы ТЧ.

3.2.1.1 Электростатические пылеосадители (ЭСП)


ЭСП, как правило, конструктивно обеспечивают улавливание более 99 процентов ТЧ с учетом ряда различных факторов, описанных во вводном разделе. Эффективность улавливания ЭСП также зависит от содержания в угле серы, которое влияет на сопротивление золы. Уголь, который содержит умеренное или большое количество серы, образует легко улавливаемую золу. Малосернистый уголь образует золу с большим сопротивлением, отфильтровать которую сложнее. Сопротивление золы можно изменить путем снижения температуры в ЭСП или путем кондиционирования частиц до их входа в ЭСП за счет обработки триокисью серы (SO3), серной кислотой (H2SO4), водой, натрием или аммиаком (NH3).

Для каждого конкретного вида угольной золы эффективность фильтрации с использованием ЭСП определяется размером частиц. КПД улавливания частиц крупнее 1 мкм   8 мкм обычно составляет от 95 до 99,9 процента. Однако исключение представляют частицы размером около 0,3 мкм, КПД улавливания которых снижается до 80 95 процентов (Lawless, 1996).

Имеется два типа ЭСП, различающиеся по месту нахождения в системе котлоагрегата: это так называемые ЭСП с холодной стороны (ЭСПх) и ЭСП с горячей стороны (ЭСПг). ЭСПх устанавливается после подогревателя воздуха (где температура дымового газа находится в диапазоне от 130°C до 180°C). СПГ устанавливается до подогревателя воздуха (с температурой газа от 300°C до 400°C) и позволяет использовать для целей фильтрации меньшее сопротивление летучей золы при высоких температурах. Этот метод приносит особенную пользу при применении в котлоагрегатах, работающих на низкосернистом угле, так как в них образуется летучая зола с высоким электрическим сопротивлением. Одним из новых видов ЭСП является мокрый ЭСП, позволяющий удалять значительно большее количество мелких частиц (Altman et al., 2001; Staehle et al., 2003). Однако рабочих измерений уровня удаления ртути в мокром ЭСП не проводилось.

Были зафиксированы различные уровни удаления ртути в ЭСП. Уровень удаления ртути зависит от типа ЭСП (холодный или горячий), типа топливного угля, типа котла, а также других факторов, таких как содержание серы в угле и уровень концентрация несгоревшего углерода в золе. ЭСПг обладают, как правило, меньшей эффективностью удаления ртути, чем ЭСПх. Например, средний зафиксированный уровень удаления ртути с использованием ЭСП при сжигании битуминозного угля составляет около 30 процентов, тогда как диапазон замеренных параметров эффективности варьирует от нуля до 60 процентов (US EPA, 2001). Диапазон измеряемых параметров удаления ртути, особенно для ЭСП, может указывать на потенциал повышения уровня улавливания ртути за счет повышения эффективности устройства для сбора ТЧ. Необходимо понимать, что эффективность сбора ТЧ тем или иным устройством в свою очередь зависит от мощности улавливания им выбросов ртути.

Базовое моделирование удаления ртути в ЭСП показывает, что даже в идеальных условиях ограничения массообмена могут снижать потенциал улавливания ртути с использованием ТЧ, собираемых на электродах ЭСП (Clack, 2006 and Clack, 2009). В процессе сбора ТЧ ЭСП позволяет удалять лишь HgP. HgP обычно связывается с несгоревшим углеродом (НСУ). У неорганических фракций (золы) потенциал адсорбции ртути обычно меньше, чем у НСУ, присутствующего в золе. При исследовании золы битуминозного угля была отмечена зависимость между количеством НСУ и уровнем удаления ртути в различных ЭСПх (Senior and Johnson, 2008). Эта зависимость показана наРисунок 5, где приведены данные о доле улавливания (доля от количества ртути, поступающей в ЭСП), представленной в виде производной количества НСУ. На рисунке 5 НСУ выражается в виде измеренной величины потери при сжигании (ППС). Можно увидеть, что в ЭСП, улавливающих золу с содержанием приблизительно 5 процентов НСУ, уровень улавливания составляет от 20 до 40 процентов. При повышении содержания НСУ можно увидеть, что уровень фильтрации ртути достигает 80 процентов; возможно, это происходит в силу наличия галогенов (Vosteen et al., 2003).

Рисунок 5. Удаление ртути в ЭСП как производная от количества несгоревшего углерода (ППС в %) в золе (Senior and Johnson, 2008)



% Hg removal across ESP

% ртути, удаляемой ЭСП

Plant C

Завод C

Plant D

Завод D

Plant E

Завод E

Fit to PC/CESP data

Скорректировано по данным PC/CESP

Hot-side ESP

ЭСП с горячей стороны

Cyclone

Циклон

Stoker

Печь с забрасывателем

LOI %

ППС в %

Помимо количества НСУ на объем улавливания ртути в ЭСП могут влиять такие свойства НСУ, как площадь поверхности, размер частиц, пористость и химический состав (Lu et al., 2007). В данном исследовании было установлено, что при снижении содержания НСУ в летучей золе с одновременным уменьшением размера частицы содержание ртути в НСУ в целом увеличивается при параллельном уменьшении размера частицы. Кроме того, было установлено, что размер частицы НСУ   это основной фактор, влияющие на адсорбцию ртути. Поэтому вполне вероятно, что повышение эффективности и связанное с ним увеличение уровня улавливания мелкой летучей золы и мелкого НСУ приведут к сокращению выбросов ртути. Тем не менее, следует отметить, что бóльшая часть НСУ представляет собой очень крупные частицы.

К числу других важных факторов, регулирующих количество ртути, которая улавливается в составе летучей золы (и впоследствии удаляется из дымового газа), относятся тип используемого ЭСП (например ЭСПх или ЭСПг), использование SO3 в качестве вещества для кондиционирования дымового газа и тип сжигаемого угля. Более высокий уровень улавливания ртути наблюдается в ЭСП, которые смонтированы в котлах, работающих на угле с высоким содержанием галогенов и большим объемом образования НСУ в дымовом газе. Оба этих параметра способствуют образованию окисленной ртути, связанной с ТЧ, которая легче фильтруется в ЭСП, чем элементарная ртуть. Отсюда следует, что повышение производительности ЭСП позволяет увеличить количество ртути, удаляемой из дымового газа. Объем этого увеличения будет находиться в прямой зависимости от дополнительного количества ТЧ, удаляемых ЭСП. Для повышения эффективности удаления ТЧ в ЭСП можно использовать низкостоимостные методы, такие как обеспечение точного прилегания панелей, совершенствование схемы встряхивания электродов, полное устранение просачиваний и другие подходы (Zykov et al., 2004; Deye and Layman, 2008). Поддержание в фильтре низких температур (ниже 150 °C) также позволяет повысить эффективность контроля ртути: в Японии были опробованы на практике ПНТ-ЭСП, продемонстрировавшие более высокую эффективность удаления пыли и ртути (CRIEPI and FEPC, 2012).

Следует отметить, что положительное воздействие SO3 на улавливание частиц частично нивелируется конкуренцией между SO3 и ртутью за абсорбцию на летучей золе.

3.2.1.2 Тканевые фильтры (ТФ)


По сравнению с ЭСП ТФ отличаются большей эффективностью удаления мелких частиц, особенно субмикронного размера.

Более высокие показатели удаления ртути обычно демонстрируются не ЭСП, а ТФ. ТФ более эффективно удаляют мелкие ТЧ (в частности субмикронные), чем ЭСП, и они также позволяют удалять бóльшие объемы ртути в газовой фазе, чем ЭСП. По сравнению с ЭСП (где газ проходит через поверхность кека) в ТФ время контакта продолжительнее, а сам контакт плотнее (поскольку газ в них проникает через фильтрационный кек). Благодаря этому газообразная элементарная ртуть более активно окисляется и преобразуется в форму, обеспечивающую ее улавливание в ТФ. Так, в ходе исследования по сравнению эффективности улавливания ртути в ЭСП и ТФ на угольных электростанциях в Китае был установлен уровень в диапазоне от 1 до 83 процентов улавливания в ЭСП и от 9 до 92 процентов улавливания в ТФ (Zhang et al., 2015). Средняя эффективность улавливания ртути в ЭСП и ТФ на данных угольных электростанциях составила соответственно 29 и 67 процентов (Zhang et al., 2015).

ТФ также могут быть интегрированы с ЭСП в составе системы ЭСП-ТФ, использование который в Китае распространено столь же широко, как и применение ТФ. Эффективность удаления ртути в ЭСП-ТФ находится на уровне, равномерно отстоящем от показателей ЭСП и ТФ. Средневзвешенный показатель удаление ртути в ЭСП-ТФ составляет 43 процента (Zhang, 2015).

3.2.1.3 Мокрые скрубберы ТЧ


В большей части промышленных котлов малой и средней мощности в Китае для сокращения выбросов ТЧ применяются мокрые скрубберы ТЧ. Мокрый скруббер ТЧ имеет алгоритм химических реакций, аналогичны схеме работы мокрого ДДГ. Однако в традиционных мокрых скрубберах ТЧ в качестве абсорбента используется простая вода, что приводит к большим повторным выбросам ртути. В Китае измерения на местах показали, что в мокрых скрубберах ТЧ промышленных угольных котлоагрегатов средняя эффективность удаления ртути составляет 23 процента (с разбросом от 7 до 59 процентов).

На угольных электростанциях Китая в силу присущих ей технико-экономических преимуществ все чаще используется конструкция интегрированного мраморного скруббера (ИМС), представляющая собой особый тип мокрого скруббера ТЧ для одновременного удаления ТЧ и SO2. В ИМС в качестве абсорбента применяется щелочная жидкость, более эффективно улавливающая окисленную ртуть, аналогично мокрой ДДГ. КПД ИМС при удалении ртути может превышать эффективность традиционных мокрых скрубберов ТЧ в силу фильтрации SO2, однако рабочих измерений в этой связи не проводилось.



Межсредовое воздействие устойств контроля ТЧ

В случае использования устройств контроля ТЧ возможно появление определенных межсредовых последствий. При повторном нагревании зольной пыли в устройствах контроля ТЧ возможны повторные выбросы ртути, содержащейся в этой зольной пыли. Так, в составе золы ртуть может высвобождаться в воздух, когда она используется в качестве сырьевого материала в цементной печи. Кроме того, возможно выщелачивание ртути из зольной пыли в грунтовые воды. Поэтому необходимо внедрение методов рационального удаления золы, отфильтрованной устройствами контроля ТЧ.


3.2.2 Устройства контроля SO2


Ниже рассматриваются два основных метода сокращения выбросов SO2: мокрая ДДГ и сухая ДДГ (сухой скруббер).

3.2.2.1 Мокрая десульфуризация дымовых газов (мокрая ДДГ)


На установках, оснащенных системами мокрой ДДГ, объемы побочного удаления можно повысить путем увеличения содержания фракции окисленной ртути в общем объеме ртути из дымовых газов либо за счет повышения эффективности средств контроля ТЧ (Sloss, 2009). Такого увеличения содержания фракций окисленной ртути можно добиться путем внесения химических соединений (окислителей) или путем окисления ртути в присутствии катализаторов (Амар et al., 2010). Катализатор может вводиться в дымовой газ исключительно для окисления ртути, однако возможно его введение для другой цели (например, для контроля выбросов NOX) и, соответственно, использование в качестве агента побочного удаления. Для эксплуатации систем мокрой ДДГ необходимо, чтобы устройства контроля ТЧ было установлено в технологической цепи до мокрого скруббера ДДГ (Srivastava and Jozewicz, 2001).

Как указывалось ранее, газовые соединения окисленной ртути обычно растворяются в воде; поэтому предполагается, что использование мокрой ДДГ обеспечит их эффективное улавливание (Reddinger et al., 1997; DeVito and Rossenhoover 1999). Однако элементарная газообразная ртуть в воде не растворяется и, следовательно, не абсорбируется в шламе ДДГ. Данные рабочей эксплуатации установок показывают, что в системах мокрой ДДГ, в которых используется кальций, можно рассчитывать на улавливание в среднем 75 процентов окисленной ртути (с разбросом от 67 до 93 процентов) (Chen et al., 2007; Kim et al. 2009; Wang et al., 2010; Sloss, 2015), однако в некоторых случаях в результате сложившегося в скруббере неблагоприятного химического равновесия был зафиксирован значительно меньший уровень улавливания (Niksa and Fujiwara, 2004).

Также было продемонстрировано, что в некоторых условиях в мокрых ДДГ возможно восстановление окисленной ртути до элементарной ртути, которая затем входит в состав повторных выбросов (Nolan et al., 2003). Поэтому применительно к мокрой ДДГ оптимизация стратегии побочного удаления иногда предполагает сохранение в системе определенного объема окисленной ртути в целях предупреждения повторных выбросов ртути. Такие повторные выбросы могут происходить, когда окисленная ртуть абсорбируется шламом мокрой ДДГ, преобразуется в элементарную ртуть и затем переходит в газовую фазу на выходе из скруббера.

Вследствие возникновения повторных выбросов снижается степень удаления ртути в мокрых ДДГ. Частота и масштаб повторных выбросов ртути из систем мокрой ДДГ определяется химической конфигурацией ДДГ (Renninger et al., 2004). Кроме того, очевидно увеличение потенциала к повторному выбросу ртути при применении мокрой ДДГ со значимым содержание ртути в жидкой фазе (Chang et al., 2008). В некоторых случаях для предупреждения повторного выброса необходимо добавлять в жидкость ДДГ химические агенты или активированный уголь.


3.2.2.2 Сухая ДДГ


Распылительные сушилки обычно используются для контроля выбросов SO2 из источников, работающих на низко- и среднесернистом угле или из небольших угольных установок. Возможно удаление примерно до 95 процентов ртути путем одновременного использования на котлоагрегатах, работающих на битуминозном угле, РАС и ТФ. Однако в котлоагрегатах, оборудованных РАС-ТФ и работающих на лигнитах или других низкосортных видах угля с малым содержанием хлора, зафиксирован значительно меньший уровень улавливания ртути (примерно 25 процентов) (Senior, 2000). Скруббирование галогенированных видов в распылительной абсорбционной сушилке может снижать эффективность окисления и последующего улавливания ртути (по большй части в ее элементарной форме для этих сортов углей) в ТФ, установленных на следующих ступенях технологического цикла. Иногда с использованием только ТФ удается добиться более эффективного улавливания ртути из низкосортных углей, чем при применении РАС-ТФ (Srivastava et al., 2006).

В последнее время на установках, работающих на угле, все шире используется одна из технологий десульфуризации в сухом скруббере   обработка в циркуляционном сухом скруббере (ЦСС). Как и скруббер на основе РАС, ЦСС оснащен реакционной камерой и тканевым фильтром для улавливания побочных продуктов и золы. Отличительной чертой ЦСС является поступление реагирующих материалов в реакционную камеру в сухом виде с последующим разбавлением в данной камере перед поступлением на тканевый фильтр. Для регулирования температуры реактора на дно реакционной камеры распыляется вода. Реагирующими материалами являются разбавленный известняк и рециркулируемые твердые вещества из тканевого фильтра. В ЦСС концентрация твердых веществ выше, чем в РАС, что позволяет доводить объем фильтрации SO2 до 98 процентов (для сравнения, скрубберы РАС обеспечивают фильтрацию не более 95 процентов). Кроме того, в ЦСС может обрабатываться дымовой газ из более сернистого угля, чем в РАС, поскольку степень улавливания SO2 не ограничивается стехиометрией шлама (Аке, 2009).

Побочное улавливание ртути в ЦСС по своим масштабам аналогично скрубберам РАС, которые обеспечивают улавливание значительных объемов окисленной ртути. Поэтому при сжигании более хлорированных сортов угля можно добиться значительно большего побочного улавливания ртути, чем при сжигании менее хлорированного угля (Babcock Power, 2012).

Межсредовое воздействие устройств контроля SO2

Для удержания ртути в системе мокрой ДДГ требуется высококачественная обработка сточной воды и шлама, с тем чтобы избежать простого перемещения ртути из воздуха в воду.

Если стенки системы ДДГ выполнены из материала, включающего сернокислый кальций, то возможен повторный выброс содержащейся в нем ртути. При использовании системы РАС-ТФ возможно выщелачивание ртути, выделенной из летучей золы и скопившейся на ТФ, в грунтовые воды. Поэтому необходимо рациональное регулирование золы, фильтруемой ТФ.

Межсредовое воздействие устройств контроля SO2 (не связанной с ртутью)

Обычно применение системы ДДГ приводит к повышению энергопотребления, как правило, примерно на 5 процентов.


3.2.3 Селективное каталитическое восстановление для контроля NOx


Технология СКВ была разработана для восстановления NOX   посредством каталитической реакции NOX с NH3   до воды и азота. Данная реакция происходит на поверхности катализатора, помещенного в реакционный сосуд. Было продемонстрировано, что при определенных условиях катализаторы СКВ изменяют специацию ртути путем ускорения окисления элементарной ртути в оксид, особенно при сжигании высокохлорированного угля. Следует отметить, что само СКВ не обеспечивает удаления ртути. Однако благодаря повышению содержания ртути в ее оксидной форме СКВ увеличивает улавливание ртути устройствами контроля ТЧ и системами мокрой ДДГ, что повышает эффективность фильтрации этого вещества (Chu, 2004; Favale et al., 2013).

Поскольку эксплуатационные параметры СКВ (например, температура, концентрация NH3 в дымовом газе, размер катализационной подложки и активность катализатора) обычно определяются на основе стратегии контроля NOX, самым перспективным параметром с точки зрения оптимизации удаления ртути является содержание хлора в угле. Как указано в следующем далее разделе о смешивании различных сортов угля, основанном на данных из Соединенным Штатов, у бетуминозных углей степень окисления элементарной ртути в оксиды ртути выше, чем у суббитуминозных. Поэтому смешивание углей в определенной пропорции или добавление в них брома позволяет максимально увеличить эффективность побочного удаления при использовании имеющихся механизмов СКВ (Vosteen et al., 2006). Разрабатываются катализаторы СКВ, позволяющие оптимизировать не только удаление NOX, но и окисление ртути.

Использование СКВ увеличивает степень окисления и улавливания ртути, в частности при увеличении доли битуминозного угля в смеси суббитуминозных и битуминозных углей. В ходе полевого исследования на крупном коммунальном предприятии, где в двух идентичных котлах сжигалась смесь из 60 процентов суббитуминозного и 40 процентов битуминозного угля (один с СКВ, другой без СКВ), на агрегате с СКВ было зафиксировано увеличение доли окисленной ртути до 97 процентов (по сравнению с 63 процентами на агрегате без СКВ). В целом в системах с СКВ окисление ртути по мере движения через систему увеличивается при росте доли битуминозного угля в смеси суббитуминозных и битуминозных сортов. Например, в смеси суббитуминозного и битуминозного угля в пропорции 65:35 это увеличение составило 49 процентных пунктов (с 13 до 62 процентов). Однако в смеси 79:21 это увеличение составило лишь 14 процентных пунктов (с 6 до 20 процентов) (Serre et al., 2008).

В котле без СКВ, работающем на однородном суббитуминозном угле доля окисленной ртути может составлять от 0 до 40 процентов (ICAC, 2010). В испытаниях, проведенных в ходе другого полевого исследования на трех установках по сжиганию битуминозного угля была зафиксирована степень окисления ртути в масштабе всей системы СКВ, составляющая 90 и более процентов. Величина удаления ртути после прохождения мокрых скрубберов при использовании СКВ в соответствующих случаях составила 84 92 процента, а без СКВ   43 51 процент. Что касается установок, работающих на суббитуминозных углях, то в них специация ртути в масштабе реакторов СКВ менялась незначительно (Laudal, 2002).

Рабочее измерение на четырех угольных электростанциях в Китае показали, что степень окисления ртути в системе СКВ находится в диапазоне 34–85 процентов в зависимости от общего содержания в угле ртути и хлора и скорости впрыска NH3 в СКВ (Zhang et al., 2013).

Межсредовое воздействие устройств контроля NOX

При окислении ртути с использованием СКВ возможно увеличение содержания ртути в летучей золе и сернокислом кальции для ДДГ. Катализатор СКВ может иметь опасные свойства. Необходима либо регенерация использованного катализатора СКВ, либо его экологически безопасное удаление.



Межсредовое воздействие устройств контроля NOX (не связанные с ртутью)

Обычно применение системы СКВ приводит к повышению энергопотребления, как правило, примерно до 3 процентов.




Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   42


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет