超低排放燃煤电厂非常规污染物迁移和排放特性研究

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在“碳中和”背景下,煤炭等化石能源在能源供应中的比重将逐步降低,但受限于技术瓶颈,短期内可再生能源难以高比例接入现有能源体系,煤炭的能源消费主体地位仍不会发生改变。而燃煤电厂作为煤炭消耗的大户,其排放的污染物所造成的环境污染问题应引起足够重视。经过长时间的改造治理,电厂现有的空气污染物控制装置(APCDs,Air Pollution Control Devices)已经能够很好的控制SO2、NOx和颗粒物(PM,Particulate Matter)等常规污染物的排放,甚至能够达到超低排放。今后研究的重点应该放在重金属、SO3和可凝结颗粒物(CPM,Condensable Particulate Matter)等非常规污染物的脱除治理上。本文选取国内多台超低排放燃煤电厂作为研究对象,分别采用美国环保署推荐的EPA Method 30B、EPA Method 29、EPA Method 8和EPA Method 202A对烟气中的重金属(Hg、As、Pb、Cr和Cd)、SO3和CPM等非常规污染物进行了现场取样和分析,探究了超低排放燃煤电厂中这些非常规污染物的迁移排放特性以及现有APCDs对其的协同脱除效果。Hg测试分析结果表明:Hg的质量平衡率为96.65%,在可接受范围内。原煤中的Hg主要迁移到飞灰和脱硫副产物中去,占比分别为50.22%和29.93%。ESP对颗粒态汞的脱除效率为98.88%。WFGD对气态Hg2+具有极佳的脱除效果,脱除效率达到98.10%。各APCDs对烟气中总汞的脱除效率按高低顺序排列为:WFGD(60.13%)>WESP(40.00%)>ESP(38.95%)。排放烟气中的Hg浓度为1.89μg/m~3,远低于我国相关标准的规定值。其他重金属测试分析结果表明:As、Pb、Cr和Cd的质量平衡率在78.40%~125.89%之间,均在可接受范围内。原煤中的As、Pb、Cr和Cd均主要迁移到飞灰和底渣等固相产物中,分别占比78.27%~95.19%和4.28%~14.70%。ESP前烟气中As、Pb、Cr和Cd均主要以颗粒态的形式存在,占比均达到98%以上。ESP对烟气中的As、Pb、Cr和Cd有最高的脱除效率,在97.83%~99.90%之间。WFGD对烟气中的As、Pb、Cr和Cd也有进一步的脱除作用,脱除效率在26.32%~92.36%之间。As、Pb、Cr和Cd均表现为在飞灰中富集的趋势。此外,该厂配备的改性飞灰脱汞装置的投运会略微增加烟气中As、Pb、Cr和Cd的浓度。SO3测试分析结果表明:炉膛出口SO3浓度为13.40 mg/m~3,炉内SO2转化率为0.78%。SCR内SO2转化率为0.56%,SCR后SO3浓度为25.33 mg/m~3。炉内燃烧和SCR对整个电厂SO3生成的贡献率分别为52.90%和47.10%。各APCDs对SO3的脱除效率按高低排序为:WESP(62.70%)>WFGD(45.78%)>ESP(34.79%)。排放烟气中SO3浓度为1.63 mg/m~3。CPM测试分析结果表明:ESP后烟气中CPM的质量浓度已经在总颗粒物中占据主导地位,在WFGD入口处、WFGD出口处和WESP出口处的质量浓度分别为24.07 mg/Nm~3、12.71mg/Nm~3和7.72 mg/Nm~3,在总颗粒物中占比分别为61.83%、53.34%和76.06%。CPM主要组成成分为无机成分,且主要以SO42-、NO3-和Cl-等酸根阴离子为主。但随着烟气流程,CPM中无机组分所占比重呈下降趋势,从WFGD入口处的69.38%下降至WESP出口处的54.40%。WFGD和WESP对CPM的脱除效率分别为47.20%和39.26%。排放烟气中CPM的浓度已经高于我国对燃煤电厂规定的颗粒物排放限值。
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