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关于火电厂多系统协同脱汞的研究

更新时间:2016-07-05

0 概 述

我国已开始执行GB 13223-2011标准(火电厂大气污染物排放标准),对火电站的排放提出了进一步的要求,将汞、砷等重金属作为新增的控制指标[1,2]。对于燃煤电厂烟气中的粉尘、SO2、NOx及汞等污染物的排放,已成为经济发展中必须解决的重大问题。

现有脱汞技术,对汞污染物的控制还不成熟,只能利用烟气处理装置,对汞污染进行控制,活性炭吸附剂的成本限制了其大规模应用[3]。在烟气处理系统中,具有设备数量多、操作系统复杂、状态参数变化大等特点。因此,研究烟气处理系统中设备之间的相互影响,并利用现有污染物处理装置进行协同脱汞,对火电站的经济运行及环境保护,具有重要意义。

燃煤烟气中的汞排放浓度,主要取决于煤的种类和燃烧方式,通常为1~100 μg/L。汞元素在锅炉的燃烧器区域[4-6] 内转变为单质态后再被释放进入烟气。现有的脱汞研究,主要集中在单一对汞的脱除效率的研究,未充分考虑煤中S、Cl元素的影响。

1.选择合适的教学方式。一是创造不同的“一课双师式”。“同校同科一课双师式”,即某一门课程由同一个学校同一学科的教师同时“出现”在课堂进行授课,适合学科团队的打造;“同校异科一课双师式”,即某一门课程由同一个学校不同学科的教师同时“出现”在课堂进行授课,适合跨学科团队的打造;“异校同科一课双师式”,即某一门课程由不同学校同一学科的教师同时“出现”在课堂进行授课,适合学科联盟的打造。二是选择不同的“出现”的形式,可为现场教学、网络教学、“线上线下”混合式教学。

目前,电站脱汞常采用SCR+ESP+WFGD协同脱汞技术。在SCR脱硝装置系统中(选择性催化还原法),烟气经过催化剂后,烟气中大部分Hg0被催化氧化成Hg2+,烟气中汞元素的总量没有明显变化。在ESP(除尘器)设备中,由于飞灰对Hg0有吸附作用,经ESP处理后烟气中Hg0浓度几乎为零。在WFGD(湿法脱硫)系统中,Hg2+在脱硫浆中被脱除,而对Hg0的脱除效果并不明显,脱硫浆中的金属离子(铁,镍)等,可以与Hg2+发生氧化还原反应,已被浆液吸附的Hg2+,还会被还原成Hg0,发生汞的再释放。因此,研究燃烧过程中烟气中汞元素的形态及影响因素,可为之后的协同脱汞,提供帮助。

1 燃烧过程中汞形态的模拟研究

煤粉的燃烧,是煤中汞元素释放的源头。控制煤粉燃烧过程中汞元素的释放量,分析汞元素的再还原特性,对整个汞污染物的控制具有重要意义。汞有3种存在形式,分别是元素态汞(Hg0)、氧化态汞(Hg2+)和颗粒态汞(Hgp)。在燃烧过程中,汞的存在将在3种状态中相互转化,温度和炉内的化学气氛,对汞的存在形式及后续处理具有重要影响,为了更好地了解温度和煤中元素对汞存在形式的影响,分别进行了不同方式的研究。

1.1 温度对汞氧化产物的影响

在煤粉的燃烧过程中,针对不同温升下汞的氧化产物,分别研究了HgCl2、Hg2Cl2、HgBr2、HgS、Hg2SO4、HgO、HgSO4等在不同温度下的生成率。在不同温度下汞的生成物,如图1~图3所示。

1.3.1 病原菌防治效果调查。消毒前(2017 年 5 月 20 日) 和揭膜后(2017 年 7 月 30 日) 分别采集各个处理区的基质 200 g,封样进行镰孢菌、疫霉菌的分离检测;基质采集使用五点采样法进行, 用冰盒保存后带回实验室进行病原微生物分离检测。 土传病原菌镰孢菌属采用Komada 方法分离培养检测[10];疫霉菌属采用 Masago 方法分离培养检测[11]。

图1 不同温度下汞的生成物

图2 不同温度下汞的生成物

图3 不同温度下汞的生成物

由图1可知,在较低温度下,汞就会发生汽化。约70℃时,HgCl2就可以生成,约在120℃达到峰值。在60~220℃时,Hg2Cl2的生成量较多,在80~130℃达到峰值,而这2个峰值的出现,可能与HgCl2的热解有关,反应方程式为:

在高温烟气中,煤中的氯元素对汞的氧化起到主要作用。煤中氯含量对氧化态汞(Hg2+)和总汞量(HgT)的相对含量的影响,如图4所示。

(1)

HgCl2→Hg0+Cl2

(2)

由图2可知,HgS有2种结构,分别是朱砂和辰砂。朱砂的热解温度,为170~290℃。在170℃,朱砂开始生成,而在290℃,朱砂开始热解为零价汞。生成2个峰值时的温度,为200℃和250℃。辰砂的分解温度相比于朱砂的分解温度要高,约为310℃。辰砂和朱砂的热解特性,在各种文献中的研究结果基本一致[7]。两者热解温度的不同,是由于辰砂和朱砂的内部结构不同造成的。辰砂的结构,是由不同三角形构成的菱形界面组成,而朱砂的结构是立方体。因烟气排放温度的不同,汞的硫化物结晶结构也会不同[8]。Hg2SO4的热解温度,不同于其它汞化合物的热解温度,在较宽的区域温度内(120~480℃),均能生成Hg2SO4,在280℃达到生成峰值,其它温度范围内的生成率较低。

(4)在WFGD(湿法脱硫)系统中,对于烟气中的Hg2+有脱除作用。烟气中的Hg2+在脱硫浆中被脱除,而WEGD系统对烟气中残余的Hg0的脱除效果并不明显,且脱硫浆中的金属离子(铁,镍)还可与Hg2+发生氧化还原反应,已被浆液吸附的Hg2+,还会被还原成Hg0,从而发生汞的再释放。所以,需管控浆液的温度,以抑制Hg0的再释放。

由图3可知,在300~450℃,HgSO4生成率的变化比较平缓,在540℃达到较高的峰值。在325℃和500℃,HgO生成率分别出现了2个峰值,达到最大生成率时的温度,为500℃。

分析汞的化合物温谱图可知,HgCl2、HgS、HgO及HgSO4的生成几率相对较大。在卤族元素中,除了Cl以外,Br对燃烧过程中汞的氧化产物种类也会有影响。不同温度下汞的氧化产物的统计结果,如表1所示。

表1 不同温度下汞的氧化产物统计表

化合物种类峰值温度t/℃起始值t/℃HgCl2120±1070~220Hg2Cl280±5;130±1060~220HgBr2110±560~220HgS朱砂(黑色)205±5170~290HgS辰砂(红色)310±10240~350HgSO4540±20500~600Hg2SO4280±10120~480HgO505±5430~560

综合分析表1中的统计数据,对不同汞的氧化产物的生成温度进行比较,汞的氧化产物随着温度的升高生成顺序,为HgCl2[9]等在实验中的结果一致。

1.2 煤内元素对汞氧化产物的影响

(1)氯元素的影响

Hg2Cl2→Hg0+HgCl2

图4 煤中氯元素对氧化态汞(Hg2+)总汞量(HgT)的相对含量的影响

随着烟气温度及烟气中氯含量的增加,汞的氧化物的含量也将增加。在高温状态下,氯元素是以原子状态的形式存在,氯元素的相对表面积增大,而气固两相的反应过程主要发生在表面。在汞的氧化过程中,既可以发生汞氯表面氧化,也可以发生氯汞表面氧化,因此,氯元素与汞结合的可能性变大。由Liu[9]等提出,因烟煤中Cl的含量较多,约为500~1 300 mg/kg,所以,在锅炉出口处氧化态汞(Hg2+)的含量可达77%~88%,褐煤中Cl含量仅约60 mg/kg,在锅炉出口处氧化态汞(Hg2+)的含量相对较小。

在煤粉燃烧过程中,氯元素主要以HCl的形式存在,HCl的相对含量要比Cl2多很多。HCl含量对氧化态汞(Hg2+)和总汞量(HgT)的相对含量的影响,如图5所示。

图5 烟气中HCl含量对氧化态汞(Hg2+)总汞量(HgT)的相对含量的影响

由图5可知,随HCl含量的增加,氧化态汞(Hg2+)的含量也相应增加。由于HgCl2是汞的氯化产物的主要存在形式,所以,HCl的含量对汞的氧化物的含量具有重要影响。

(2)硫元素的影响

烟气中Cl2含量对氧化态汞及总汞量相对含量的影响,如图6所示。从图6可知, 烟气中Cl2的含量虽然很少, 但是Cl2对汞的氯化产物的生成和存

图6 烟气中Cl2含量对氧化态汞(Hg2+)总汞量(HgT)的相对含量的影响

在形态,是有着很大的影响。因为在气固两相的反应中,Cl2的存在保证了反应平衡的快速发生。Niksa[10]提出,元素态汞(Hg0)首先与氯原子结合生成HgCl,然后HgCl继续与氯原子结合生成Hg Cl2。在整个氯元素循环过程中,氯原子和氯气分子都起了重要的作用,而氧化态汞(Hg2+)大多是以稳定的形式存在。因此,由于氯原子和氯气分子的存在,对于治理烟气中的汞,有着重要的作用。Hall等人通过研究,发现了不同化合物在200~900℃时对汞的作用,提出Cl2和HCl对汞的氧化作用比其他化合物更快。Cl2和HCl对汞的氧化作用机制,可用方程式表示为:

Hg0(g)+HCl(g)→HgCl(g)+H

(3)

HCl(g)→Cl(g)+H

高校与企业在校企合作模式的过程中,不仅需要打造优秀的交流平台,还要配备完整的教师队伍。在经济管理教学当中,对教学资源、培训条件进行合理应用,与经济管理专业教学课程的特点相结合,实现校企合作中定向培养需求,将企业理念融入其中,通过培养方案,针对能力和素质结果进行分析,制定更加专业的课程设置,以企业需要为前提制定可行的教学方案,遵循岗位需要原则,为高校经济管理专业学生选择适合自身发展空间的实践岗位,从岗位需要原则出发,对教育理念和实践工作相结合,实现教学理念与实践一同管理的新模式,校企合作模式的过程,是高校为企业培养高管理人才的过程。

(4)

Hg0(g)+Cl(g)→HgCl(g)

(5)

HgCl(g)+HCl(g)→HgCl2(g)+H

(6)

Hg0(g)+Cl2(g)→HgCl2(g,s)

(7)

Hg0(g)+Cl2(g)→HgCl(g)+Cl(g)

(8)

我国天然气发电起步较晚,在发展过程中还有很多困难和问题有待于进一步解决。但是,天然气发电是我国改善环境质量和调整能源结构的必然选择。“十三五”将是发展气电的战略窗口期,外部发展环境逐步趋好,将迎来新的发展机遇。然而,燃气发电项目易受外部条件影响,投资需优中选优。燃气发电项目个体差异很大,为了保证基金资金的安全,必须在前期将工作做细,在储备项目中选取气源有保障、热负荷稳定、经济指标优良的项目投资。

(9)

(2)硫元素的影响

煤中硫含量对氧化态汞(Hg2+)和总汞量(HgT)的相对含量的影响,如图7所示。由图7可知,随煤中硫含量的增加,氧化态汞(Hg2+)的含量也将增加,其中SO2浓度是影响氧化态汞(Hg2+)含量的重要因素[11,12]。通过对温图谱的对比后,可以发现,在没有氯元素存在的情况下,HgSO4(s)是汞的稳定存在形态。在低温时,氧化态汞(Hg2+)的稳定存在形式是HgCl2,在高温状态下的稳定存在状态是HgSO4(s)。氯元素与硫元素共同影响着氧化态汞(Hg2+)的存在形态。在Kellie等的研究结果中,通过测量配备低氮燃烧器的1 000 MW锅炉烟气中汞的含量时发现,元素态汞(Hg0)的含量随SO2含量的增加而减少,SO2含量的变化起了很大的作用。氯元素与硫元素对元素态汞(Hg0)的作用机制,可用方程式表示为:

图7 煤中硫元素对氧化态汞(Hg2+)总汞量(HgT)的相对含量的影响

Hg0(g)+1/2O2(g)→HgO(g)

(10)

这种玩法让陈小华不能理解,他坦承虽然当时58到家对高额补贴的后果看得不像今天这么透,但是这个模式肯定到不了58到家要的彼岸,所以一定是错误的。

(11)

HgO(g)+SO2(g)+1/2O2(g)→HgSO4(s)

(12)

HgO(g)→HgO(s)

(13)

经过分析可知,汞的氧化产物随着温度的升高生成顺序,是HgCl22+)的存在形态,对元素态汞Hg0(g)转化为状态稳定的氧化态汞(Hg2+)有重要作用。在脱硝系统中,氨氮比对系统的脱硝性能和脱汞性能具有重要影响,当氨氮比小于1,系统的脱硝性能随氨氮比升高而增加,当氨氮比大于1,系统的脱硝性能降低,同时,还会造成大量的氨逃逸,此时,系统的脱汞性能下降。ESP电除尘系统对Hg0有着良好的脱除效果,但对Hg2+没有明显的脱除效果。WFGD是脱除Hg2+的主要系统,但在WFGD系统中,要注意抑制Hg2+与金属元素发生还原反应,避免发生Hg的再释放。

(14)

2 系统脱汞的控制方法

目前,许多电站采用了SCR+ESP+WFGD协同脱汞技术,通过多系统配合协同脱汞,以达到最优的脱除效果。

(1)在炉膛燃烧过程中,以合适的温度、氧量,控制S、Cl元素的反应温度,从而控制汞的形态(Hg0、Hg2+),控制汞的化合物的生成率,为之后的协同脱除打好基础。

(2)在SCR脱硝装置系统中,对于汞并没有直接的脱除效果,但烟气中的汞元素,经过催化剂后,烟气中大部分Hg0被催化氧化成Hg2+。虽然,烟气中的汞元素总量没有明显变化,但Hg2+更易被脱硫系统脱除,对电站系统中汞元素的脱除有着积极的意义

(3)在ESP(除尘器)设备中,由于烟气中的飞灰对Hg0有吸附作用,ESP系统在除灰时,也同时脱除着烟气中的Hg0。经过ESP系统后的烟气中,Hg0浓度几乎为零。因此,EPS系统对Hg0有着极好的脱除效果。

农村小额信贷是发展普惠金融的重要组成部分,对解决"三农"问题、促进"三农"发展、完善农村金融体系具有积极的促进作用。通过对山西农村小额信贷发展的现状调查,结合调查问卷,运用层次分析法对影响山西农村小额信贷的因素进行分析,找到其发展过程中存在的问题,提出了健全法律法规和监管体系,实行差异化的信贷利率政策,提供多元化的农村小额信贷服务,建立健全风险防范控制体系,增加资金来源渠道,提升小额信贷机构的管理水平的建议。

展览期间,“纪念谭建丞先生诞辰120周年座谈会”在湖州市博物馆举行,受邀专家学者与谭老的学生共同缅怀这位艺术先贤。

3 结 语

HgCl2(g)+SO2(g)+O2(g)→HgSO4(g)+Cl2(g)

HgO(g)+2HCl(g)→HgCl2(g)+H2O(g)

随着我国进入社会主义新时代以及国际形势不断变化,小语种的发展也存在很多的问题及面临很大的挑战,如小语种人才招生分布不均、学制短使小语种人才不能满足市场要求、过分重视小语种的知识训练而忽略了综合素质等,这些都是我国小语种发展过程中面临的主要问题,也是当今时代小语种发展面临的挑战。

参考文献:

图2为C/C试样热解碳的偏光显微图.由图可知,C/C试样中CVI制备的热解碳具有规整的“十”字架消光轮廓及环向裂纹,为光滑层结构,因此C/C试样的摩擦系数相对较低,具有耐磨的特性.在摩擦过程中,热解碳形成的磨屑膜隔离材料与对磨销的直接接触,起到了减小摩擦系数、降低磨损率的作用;热解碳消耗后,树脂碳支撑碳纤维,与碳纤维共同保持材料的结构,承受应力作用;树脂碳被犁削后,碳纤维因失去支撑而断裂或脱出,形成硬质磨屑.

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见姐姐有些心不在焉,罗瑞挖苦道:“姐,刘建平有什么好?穷酸样,还挺牛,凭什么呀?他不回来我还能好好吃一顿。我就讨厌看你在他面前那副样子,贤惠过头了吧?”

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水库大坝两处监控设备只能监控部分水域,由于水库紧邻省道太邢线(S319),水库岸线长,水源地监控系统存在盲区,不能全区监测。库区没有水质监测设备,水质监测依靠自来水公司水质检测,不能随时掌握水质情况,对突发性污染事故不能及时发现与控制。

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这样跳了许多次以后,宝宝有把握不摔倒了,再进一步练习从桌子上跳。宝宝在满足了这项尝试后,就不再偷偷去跳了。

摘自上海电气电站设备有限公司电站辅机厂技术部《信息简讯》第232期

由图3查出超出曲率挠率设计指标的对应时刻,根据此时刻既能找到图4中对应位置,此处即为甲板上的潜在危险处。

李天鹏,林茂盛,张海丰
《电站辅机》 2018年第01期
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