基于全要素监测数据的我国燃煤电厂汞排放分析.pdf

文章编号 基于全要素监测数据的我国燃煤电厂汞排放分析 陈敏敏 刘杰 李莉娜 唐桂刚 景立新 中国环境监测总站 北京 国家环境保护环境监测质量控制 重点实验室 北京 中国城市建设研究院有限公司 北京 摘要燃煤是最大的人为汞排放源之一 我国已加强对燃煤电厂的汞排放控制要求通过对我国 家燃煤电 厂 台机组的汞排放情况进行全要素监测 分析总结出符合我国燃煤电厂特点的汞排放规律 我国燃煤机组中汞 质量平衡范围在 是合理的 高温燃烧后煤中释放出的汞经过污染物处理设施后 平均 以上进入 粉煤灰和脱硫石膏 经烟气排入外环境的汞含量平均不足 安装 脱硝装置有助于烟气中汞的去除 除尘 脱硫设施对烟气中汞的平均去除效率为 各污染物控制设施对烟气中汞的总去除效率平均值为 说明我国燃煤机组现有的污染物处理设施的协同控制对降低烟气中汞的排放有较好的作用 关键词汞 燃煤电厂 全要素监测数据 质量平衡误差 汞去除效率 协同控制 中图分类号 文献标识码 收稿日期 修回日期 基金项目 环保公益性行业科研专项 作者简介 陈敏敏 女 硕士 工程师 主要从事污染源监测工作 汞 具有毒性 持久性和生物累积效应 人为 使用及排放不当可造成严重的环境污染 危及人体健 康与生态安全根据联合国环境规划署 的 研究 年全球人为源中大气汞排放量约为 其中燃煤电厂和工业锅炉排放的汞占全球人为源 中大气汞排放的 年我国电厂燃煤量达 第 卷第期 年 月 安 全 与 环 境 工 程 亿 大气汞的排放量约为 年我国煤 炭销量超过 亿 其中 用于火力发电 大气汞 的排放量明显超过 年的统计值 我国汞污染 防治工作当前已受到重视 在 火电厂大气污染物排 放标准 中增加了对燃煤锅炉汞及 其化合物的排放限值 并于 年签署了具有法 律约束力的全球性汞问题文书 汞问题水俣公约 公约中对汞的排 放限值 控制及排放清单提出了要求 目前已有学者对我国的燃煤电厂汞的排放及控 制技术开展了研究 但研究较多地集中在部分省 份或单个燃煤电厂中 且更多侧重于烟气中汞排放规 律的研究 缺乏整个电厂的全要素汞平衡分析为 此 本文以我国 个省份 家电厂 台机组为主 要研究对象 对燃煤电厂的煤 新鲜水 脱硫剂 炉渣 飞灰 烟气等全要素进行长期现场监测 分析燃煤电 厂中不同废弃物中汞的分布和汞在不同污染物处理 设施中的去除效率 较全面地总结归纳了我国燃煤电 厂汞的排放规律 为我国燃煤电厂汞排放控制政策的 制定及汞排放控制技术的选择提供基础数据 我国燃煤电厂及机组情况 本文选取的 个燃煤电厂分布在我国东中西 部的 个省份 每个电厂选取个机组 共 台机 组 台机组的污染物处理设施均配有除尘和脱 硫控制设备 其包括脱硝 除尘和脱硫的多种方式组 合 很大程度上反映了当前我国燃煤机组及污染物 处理设施的基本情况 见表 其中 台机组脱 硝工艺为目前工业应用最广的选择性催化还原脱硝 法 台机组采用静电除尘 工艺 台机组采用了布袋除尘 工艺 台机组采用湿 法烟气脱硫 台机组采用循环流化床干 法脱硫 我国燃煤机组各类废弃物中汞的分布 燃煤机组汞质量平衡误差分析 燃煤机组中的汞主要来源于燃煤 脱硫剂 新鲜 补充水等 废弃物中的汞分布于炉渣 粉煤灰 脱硫 石膏 脱硫废水 煤泥废水 冲灰废水 其他废水 外 排烟气中根据采样分析结果及工况数据进行汞质 量平衡误差计算 其计算公式如下 汞质量平衡误差 原料中汞的总含量 废弃物中汞的总含量 原料中汞的总含量 表我国燃煤机组及污染物控制设备基本信息 电厂 编号 所在地 机组 编号 装机容 量 污染物 控制设备 煤种 北京 烟煤 天津 烟煤 河北 烟煤 山西 贫瘦煤 山西 无烟煤 山西 贫煤 煤泥 内蒙古 烟煤 内蒙古 褐煤 浙江 烟煤 福建 褐煤 无烟煤 福建 烟煤 贵州 无烟煤 重庆 烟煤 河南 贫瘦煤 烟煤 上海 烟煤 褐煤 云南 褐煤 注 为选择性催化还原脱硝 为静电除尘 为布袋除尘 为湿法烟气脱硫 为循环流化床干法脱硫 根据监测结果 煤泥废水 冲灰废水 其他废水 以及新鲜水中的汞含量极低 多为无法检出 本研究 中主要汇总燃煤 脱硫剂 炉渣 粉煤灰 脱硫石膏 脱硫废水 外排烟气 含气态汞和颗粒态汞 汞的监 测结果进行燃煤机组汞的平衡误差分析 其分析结 果见图由图可见 各个机组受燃煤和烟气采 样同步性 煤量 灰渣量 烟气流量等运行参数变化 取样分析误差等因素的影响 汞质量平衡存在一定 的误差 在本研究中剔除不完整 不合理数据 对 台次监测机组实际监测数据进行计算 汞的质量平 衡误差范围为 其中汞质量平衡 误差在 以 内 的 监 测 数 据 占 全 部 数 据 量 的 汞质量平衡误差在 以内的监测数据 有 台次 占全部数据量的 因此在实际 监测过程中 我国燃煤机组中汞的质量平衡误差范 围在 是可以接受的 这也与国外相关 研究相符合 第期陈敏敏等 基于全要素监测数据的我国燃煤电厂汞排放分析 513212937455361 50 30 150 100 50 0 50 100 150 / / 图燃煤机组汞的质量平衡误差 燃煤机组废弃物中汞含量的分布 通过对汞质量平衡误差在 以内的机组监 测数据进行分析 见图 可见废弃物中的汞主要分 布于粉煤灰 脱硫石膏及外排烟气 含气态汞和颗粒 态汞 中其中 粉煤灰中汞含量占废弃物中总汞含 量的比例在 之间 平均值为 脱 硫石膏中 汞含量占 废弃 物 中 总 汞 含 量 的 比 例 在 之间 平均值为 外排烟气中汞 含量占废弃物中总汞含量的比例在 之 间 平均值为 其他介质中汞含量占废弃物中 总汞含量的比例在 之间 平均值为 由此可以看出 经高温燃烧后煤中释放出的汞经过除 尘 脱硫等环保设施处理 平均 以上进入粉煤灰 和脱硫石膏等固体废弃物中 经烟气排入大气环境中 的汞含量平均不足 但每家电厂每台机组的汞 含量分布范围均不同 甚至差异较大 主要由所燃煤 种 污染物处理设施不同等原因造成 41.2 31.9 0.9 25.9 图各监测机组废弃物中汞含量的分布情况 污染物处理设施对烟气中汞的协同 控制效应分析 除了利用较昂贵的专门除汞控制技术以外 有效 利用电厂现有的污染物处理设施也可实现汞去除的 协同效应最大化 本文对我国燃煤电厂现有的污 染物处理设施对烟气中汞的去除效率开展了研究 脱硝设施对烟气中汞的去除效率分析 在汞质量平衡误差在 以内的 台次机 组中 未安装 脱硝装置的 台次机组烟气中 汞的协同总去除效率介于 之间 平 均去除效率为 安装 脱销装置的 台 次机组烟气中汞的协同总去除效率介于 之间 平均 去 除 效 率为 较 未 安 装 脱硝装置的机组 有脱硝设施的机组脱汞效果 提升明显 表明 脱硝装置有助于烟气汞的脱除 见图 分析原因认为 虽然从总体上看 脱 硝装置对烟气中汞的去除没有直接的作用 但是烟 气经过 脱硝装置后气态汞的形态发生了较大 的改变 强化了 向 的转化 促进了下游的 除尘和脱硫过程对汞的协同去除 120 100 80 60 40 20 0 / 051015202530354045 / SCR SCR 图脱硝设施对烟气中汞的去除效率 除尘设施对烟气中汞的去除效率分析 对燃煤机组除尘器进出口烟气及粉煤灰中的汞 质量平衡误差在 以内的机组监测数据进行分 析 并计算除尘设施对烟气中汞的去除效率 其结果 见图计算过程中 先等比例调整除尘器出口烟 气和粉煤灰中的汞含量 使两者之和等于除尘器进 口烟气中的汞含量 再进行汞去除效率的计算 由表可见 参与汞去除效率分析的机组来自 于 家燃煤电厂 除尘设施对烟气中汞的去除效率 为 平均去除效率为 从去除 效果看 和电厂的除尘设施对其烟气中汞的平 均去除效率较高 分别为 和 和 电厂的除尘设施对其烟气中汞的平均去除效率较 低 分别为 和 分析原因认为 由于 和两家电厂所烧燃煤为无烟煤和烟煤 含碳量较 高 经过充分燃烧后产生更多的飞灰对气态汞有一 定的吸附作用 有利于除尘设施对烟气中汞的脱除 而和两家电厂所烧燃煤为含碳量较低的贫瘦 煤和煤泥 含碳量较低的煤不利于除尘设施对烟气 安 全 与 环 境 工 程 第 卷 中汞的脱除 从而整体说明了煤种的不同影响除尘 设施对烟气中汞的去除效率 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 / / 13579 11 13 15 17 19 21 23 25 图除尘设施对烟气中汞的去除效率 脱硫设施对烟气中汞的去除效率分析 对燃煤机组脱硫设施进出口烟气中的汞含量以 及脱硫剂 脱硫石膏 脱硫废水中汞质量平衡误差在 以内的机组监测数据进行分析 并计算脱硫 设施对汞的去除效率 其结果见图脱硫设施的 汞去除效率为脱硫石膏 脱硫废水中汞含量占脱硫 设施进口烟气中汞含量的百分比 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 / / 1591317212529 图脱硫设施对烟气中汞的去除效率 参与汞去除效率分析的 台机组来自于 家 燃煤电厂 其中家电厂的脱硫设施为湿法脱硫 装置 家电厂的脱硫设施为循环流化床 干法脱硫 装置由表可见 脱硫设施 对烟气中汞的去除效率为 平均去 除效率为 从去除效果看和电厂的脱 硫设施对其烟气中汞的平均去除效率较高 分别为 和 分析原因认为电厂脱硝系统 的催化作用有助于使烟气中的 转化为 提高了 脱硫装置捕集烟气中易溶于水的气 态 的去除效率 电厂的 脱硫装置 中烟气和钙剂充分接触 氢氧化钙吸收剂对汞也有 较好的吸附性 提高了烟气中汞的去除效率 污染物处理设施对烟气中汞的总去除效率分析 对除尘设施进口和脱硫设施出口烟气中的汞含 量以及粉煤灰 脱硫剂 脱硫石膏 脱硫废水中的汞 含量进行分析 并基于污染物处理设施前后的汞质 量平衡误差在 以内监测数据 计算 台机组 污染物处理设施对烟气中汞的总去除效率 其结果 见图由图可见 台次机组污染物处理设施 对烟气中汞的总去除效率介于 平 均值为 其中有 的机组对烟气中汞的 总去除效率大于 说明我国燃煤机组的脱硝 除尘 脱硫等污染物处理设施对降低烟气中的汞排 放具有较好的控制作用 100 90 80 70 60 50 40 30 20 / / 15913 17 2125 29 333741 图污染物处理设施对烟气中汞的总去除效率 结论 本文通过对我国 个燃煤电厂 台机组的汞 排放全要素监测数据进行分析 总结归纳出符合我 国燃煤电厂特点的一般性汞排放规律如下 对开展监测的机组数据汇总 结果显示汞 质量平衡误差范围为 其中汞质 量平衡误差在 以内的监测数据占全部数据量 的 因此确定我国燃煤机组中汞质量平衡范 围为 高温燃烧后煤中释放出的汞经过烟气环保 设施处理 平均 以上进入粉煤灰和脱硫石膏 经烟气排入外环境的汞含量平均不足 因此应 加强粉煤灰和脱硫石膏等废弃物的监管 减少废弃 物中汞对周边大气 土壤和地下水的二次污染 未安装 脱硝装置对烟气中汞的总协 同去除效率平均值为 低于安装了 脱 硝装置的总去除效率平均值 说明脱硝装 置有助于烟气中汞的脱除 除尘 脱硫设施对烟气中 第期陈敏敏等 基于全要素监测数据的我国燃煤电厂汞排放分析 汞的平均去除效率为 各污染物处 理设施对烟气中汞的总去除效率介于 平均值为 说明我国燃煤机组现有 的脱硝 除尘 脱硫等污染物处理设施的协同控制对 降低烟气中汞的排放有较好的作用 能够在一定程 度上实现汞脱除 参考文献 杨凯固定污染源烟气汞监测技术与设备北京 中国电力 出版社 火电厂大气污染物排放标准 杨立国 段钰峰 杨祥花 等燃煤电厂汞排放特性实验研究 东南大学学报 自然科学版 周劲松 王光凯 骆仲泱 等 煤粉锅炉汞排放的试验研 究热能动力工程 卢平 吴江 潘伟平 等 煤粉锅炉汞排放及其形态分布 的研究动力工程 李志超 段钰峰 王运军 等 燃煤电厂 和 对 烟气汞的脱除特性燃料化学学报 胡军 傅成诚基于实测的 燃煤发电机组大气汞排放特 征分析湖南师范大学自然科学学报 杨祥花 段钰锋 江贻满燃煤锅炉烟气和飞灰中汞形态分布研 究煤炭科学技术 王运军 魏继平 段钰峰燃煤电厂现有污染物控制设备对汞形 态转化和脱除研究锅炉技术 王圣 王慧敏 朱法华 等基于实测的燃煤电厂汞排放特性分析 与研究环境科学 殷立宝 禚玉群 徐齐胜 等中国燃煤电厂汞排放规律中国 电机工程学报 宋小宁 晏敏燃煤电厂 烟气脱硝设计的影响因素分析 安全与环境工程 上接第 页 水带的基岩中平面和垂向上迁移速率的差异性进行 了研究 并得到如下结论 在弥散度较大的孔隙介质中 核素 在 平面上迁移的速率快 污染面积较大 但在弥散度较 小的裂隙较为不发育的基岩中 核素 在垂向上 的迁移表现较为明显 地下水核素 在孔隙和裂隙介质中的流 动过程非常复杂 一方面是由于岩石中的孔隙和裂 隙的非均质性所造成 另一方面是流体和核素 在流动过程中与岩石的相互作用很难被定量化所造 成因此 在后续的工作中还应加强试验数据和模 拟结果的对比分析 以验证模拟的正确性和有效性 参考文献 马腾 王焰新 在浅层地下水系统中迁移的反应输运耦合 模拟 以我国南方核工业某尾矿库为例地球科学 文冬光 沈照理 钟佐地球化学模拟及其在水文地质中的应用 地质科技情报 郑春苗地下水污染物迁移模拟 版北京 高等教育出版 社 赵宏刚甘肃北山旧井地段三维地质建模及 在核素迁 移模拟研究中的应用岩石力学与工程学报 谢水波宏观弥散度和阻滞系数对地下水中核素迁移模拟的影 响湖南大学学报 自然科学版 陈家军 王金生 李合莲非平衡吸附对核素迁移的影响及平衡 速率参数的确定中国环境科学 陈崇希 李国敏地下水溶质运移理论及模型武汉 中国地 质大学出版社 张伟某核废料处置场区地下水中核素迁移模拟与预测成 都 成都理工大学 李国敏多孔介质水动力弥散尺度效应的分形特征 第一 届全国分形理论与地质科学学术讨论会论文集武汉 中国地质 大学出版社 通讯作者 黄长生 男 博士 教授级高工 主要从事环境地 质调查方面的研究 安 全 与 环 境 工 程 第 卷