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300MW等级燃煤机组煤粉炉与循环流化床锅炉汞排放特性比较

北极星电力网新闻中心  来源:循环流化床发电  作者:魏绍青  2017/12/4 14:34:37  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 燃煤电厂 CFB电厂 火电厂

北极星火力发电网讯:在可预见的未来,煤炭仍然是中国的基础能源,燃烧发电是中国煤炭消费量最大的行业。煤中含有Hg、Pb、As、F、Cl、Se等多种有害元素,其中,Hg的挥发性最强,且对环境的危害最为严重。世界范围内,煤中汞含量为0.012-0.033mg/kg,平均含量约为0.013mg/kg,中国煤中汞的平均含量为0.022mg/kg,高于世界范围内的平均水平。因此,中国燃煤烟气汞排放及其控制面临更严峻的挑战。2012年,国家环保部发布的“火电厂大气污染物排放标准(GB13223—2011)”限定了燃煤电厂烟气汞排放浓度不高于0.03mg/m3。对于烟气汞排放的控制,最有效的手段是吸附剂喷射控汞技术,但此类控制方法不仅会增加生产成本,还给飞灰等燃烧副产物的二次利用带来了困难。因此,利用现有污染物控制装置(APCDs)的协同控汞技术更符合当前需求。协同控汞意味着首先要精确掌控燃煤电厂全流程汞在气液固各燃烧产物中的迁移转化规律,在此基础上通过调整电厂各设备的运行参数从而最大程度上提高脱汞效率。

煤粉炉(PC炉)和循环流化床(CFB)是大规模火力发电的两种技术,但煤矸石等低热值煤的固有特性使其在PC炉内难以稳定燃烧,而CFB具有燃料适应性广、燃烧温度低、负荷调节范围大以及灰渣易于处理等优点,采用低温燃烧和分级送风使NOx排放浓度明显低于一般的PC炉,更为重要的是CFB锅炉是高硫和高灰等劣质固体燃料的唯一选择。尽管目前CFB在能耗等方面不及类似的PC炉,但在资源综合利用和环保性方面两者难分伯仲。

煤种、锅炉配置、锅炉运行状态及APCDs运行状态等诸多因素均会影响煤燃烧过程中汞的形态以及向气液固各相的迁移规律。对于采用PC炉和CFB的燃煤电厂,煤在锅炉中的燃烧方式是两者的最大不同;另外,两种锅炉的现有APCDs类型有一定的差别,这些因素都决定了汞在全流程的迁移转化规律的差别。本研究选取某地区300MW等级PC炉和CFB燃煤电厂各一个,按照美国环保署推荐的30B法和安大略(OHM)法对两电厂不同位置的烟气进行取样及汞浓度分析,并同时分析入炉煤及燃烧产物的汞含量,旨在对大规模燃煤电厂两类锅炉燃烧后汞的迁移转化规律及其现有APCDs对汞的捕获效率进行对比讨论,为燃煤电厂进一步优化汞的控制策略提供理论依据。

1 实验部分

1.1 测试电厂运行设备

现场取样和测试选取的300MW等级CFB机组的装机容量为350MW,该机组采用炉内石灰石喷射方法进行初次脱硫,采用布袋除尘器(FF)进行初次除尘,采用湿式脱硫装置(WFGD)进行再次脱硫,以及湿式电除尘器(WESP)进行再次除尘;选取的300MW等级的PC炉机组装机容量为330MW,该机组采用静电除尘器(ESP)进行初次除尘,采用WFGD进行脱硫,并采用WESP进行再次除尘。

1.2 烟气及液固相废弃物样品的采集

350MW的CFB锅炉烟气取样位置分别选取在FF入口、FF出口和WESP出口。入炉煤采集自传送带上,底渣采集自锅炉排渣口,飞灰采集自FF排灰口,脱硫石膏采集自脱硫塔产物出口。其机组流程和取样位置的整体示意图见图1。在烟气汞取样的同时采集底渣、飞灰和脱硫石膏浆液样品,并在前一天采集入炉煤样品以保证所有样品的同时性。

330MW的PC锅炉烟气取样位置分别选取在ESP入口、ESP出口、WFGD出口和WESP出口。入炉煤、底渣和脱硫石膏的采集与CFB类似,但其ESP为五级串联,分别在每一级排灰口取样。该电厂机组流程和取样位置的整体示意图见图2。在烟气汞取样的同时采集底渣、飞灰和脱硫石膏浆液样品,以及前一天的入炉煤样品以保证入炉煤和燃烧产物样品的同时性。

采用CleanAir的烟气汞采样器和两段式管吸附管对烟气中的气相总汞进行取样。吸附管包括A管和B管两个平行样品,每个吸附管包括一段和二段两段吸附剂。其中,第一段用于取样,第二段用于验证第一段的穿透率。每次取样体积为40-60L,取样结束后对吸附剂中的汞含量进行分析,若每个吸附管第二段的的汞含量低于第一段的10%,且A管和B管平行样品的汞含量相差小于10%则数据可用。

采用CleanAir的OHM汞采样器对烟气中的颗粒态汞和气相汞进行取样。OHM采样器包括一个除灰过滤器,三个KCl溶液吸收瓶,一个H2O2/HNO3溶液吸收瓶,三个KMnO4溶液吸收瓶和一个干燥剂吸收瓶。其中,烟气中颗粒态汞被过滤器收集,气相汞中的Hg2+被前三个吸收瓶吸收,HgO被4-7个吸收瓶吸收。

1.3 烟气及液固相废弃物样品的分析

OHM法取样得到吸收瓶中的液体样品汞浓度采用LeemanHydroⅡAA全自动汞分析仪进行分析,该仪器基于以SnCl2为还原剂的冷原子吸收法。每种样品分析三次,取三次分析结果的平均值作为实验结果。如果三次结果的相对标准偏差大于10%则再进行三次分析并去掉偏差大的数据。分析得到吸收液的汞浓度后,通过计算吸收瓶中的总汞质量,再根据烟气取样体积计算烟气中的Hg2+和HgO浓度。

30B取样得到的吸附管中吸附剂的总汞质量采用LumexRA915+塞曼效应汞分析仪分析,分析前样品通过热解炉进行原子化。通过得到的吸附管中的总汞质量与烟气取样体积计算烟气中的气相总汞浓度。

入炉煤、飞灰、底渣和分离干燥后的脱硫石膏样品中的汞浓度采用LumexRA915+塞曼效应汞分析仪进行分析,分析过程与吸附剂相同。煤的工业分析采用GF-3000型自动工业分析仪按照按照国家标准GB/T212—2008进行分析。

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