1、燃煤電廠汞污染及控制,能源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國家環(huán)境保護(hù)燃煤大氣污染控制工程技術(shù)中心 浙江大學(xué)熱能工程研究所,內(nèi)容,一、我國電廠汞污染控制總體思路 二、全球大氣汞污染形勢和控制現(xiàn)狀 三、我國大氣汞污染及控制現(xiàn)狀 四、燃煤電廠現(xiàn)有污染物控制設(shè)備的汞控制能力 五、燃煤煙氣汞的排放控制方案 六、浙大在汞排放、控制方面研究情況 七、燃煤電廠汞排放測試方法,2009年下發(fā)的國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)境保護(hù)部等部門關(guān)于加強(qiáng)重金屬污染防治工作指導(dǎo)意見的通知中將汞污染防治列為工作重點(diǎn)。 2010年5月又發(fā)布國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)境保護(hù)部等部門關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量指導(dǎo)意見的通知，進(jìn)一步提出建設(shè)

2、火電機(jī)組煙氣脫硫、脫硝、除塵和除汞等多污染物協(xié)同控制示范工程。 即將報(bào)請國務(wù)院批準(zhǔn)的重金屬污染綜合防治規(guī)劃和正在編制的“十二五”重點(diǎn)區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控規(guī)劃中，都對燃煤電廠大氣汞排放控制工作做了安排。,1.1 我國重金屬污染防治工作,一、我國電廠汞污染控制總體思路,2010年7月9日，重金屬污染防治部際聯(lián)席會議在京召開。會上環(huán)境保護(hù)部、中宣部、發(fā)展改革委等13個部門及內(nèi)蒙古、江蘇、浙江等14個?。▍^(qū)）政府分管領(lǐng)導(dǎo)對重金屬污染綜合防治規(guī)劃（20102015年）進(jìn)行了深入細(xì)致討論，并提出了修改意見和建議。會議原則通過了重金屬污染綜合防治規(guī)劃（20102015年），決定進(jìn)一步修改后報(bào)國務(wù)院批準(zhǔn)實(shí)施。

3、,1.2 重金屬污染防治部際聯(lián)席會議,一、我國電廠汞污染控制總體思路,2010年9月15日，張力軍副部長召開燃煤電廠大氣汞污染控制試點(diǎn)工作座談會，對燃煤電廠汞排放提出明確要求， 一是要摸清底數(shù)，建立我國典型燃煤機(jī)組排放清單的計(jì)算模型，開展燃煤電廠大氣汞排放在線監(jiān)測試點(diǎn)工作，準(zhǔn)確掌握燃煤電廠大氣汞排放第一手?jǐn)?shù)據(jù)； 二是要搞除汞技術(shù)示范； 三是要通過試點(diǎn)示范，提出燃煤電廠大氣汞污染控制技術(shù)政策和經(jīng)濟(jì)政策的建議； 四是要抓住“十二五”規(guī)劃編制的契機(jī)，將燃煤電廠大氣汞污染防治工作納入各集團(tuán)公司的“十二五”規(guī)劃，落實(shí)項(xiàng)目和資金安排，制定有針對性的措施。,1.3 燃煤電廠大氣汞污染控制試點(diǎn)工作座談會,一、

4、我國電廠汞污染控制總體思路,2.1 全球汞污染汞污染具有全球性,二、全球大氣汞污染形勢和控制現(xiàn)狀,工業(yè)革命后人為活動增加了大氣中250%的汞，地表水中25%的汞，深海洋中11%的汞。,2.1 全球汞污染利用模型估算全球汞循環(huán),（ Sunderlan and Mason，2007）,二、全球大氣汞污染形勢和控制現(xiàn)狀,總排放量為7710噸 自然源大氣汞排放量為5207噸，其中海洋排放2682噸。 人為源排放量為2503噸，其中燃煤燃油排放1422噸。,（Nicola Pirrone, Sergio Cinnirella, Xinbin Feng, et al,2008）,2.1 全球汞污染全球自然

5、和人為大氣汞排放量,二、全球大氣汞污染形勢和控制現(xiàn)狀,2005年全球人為源大氣汞排放總量為1930噸，其中中國占42.85%，為排放量最大的國家；排放量第二的美國占8.93%。,2.1 全球汞污染2005年全球十大大氣汞排放國,（ UNEP2008年全球大氣汞評估報(bào)告）,二、全球大氣汞污染形勢和控制現(xiàn)狀,2.1 全球汞污染2005年人為大氣汞排放量全球分布,（ UNEP2008年全球大氣汞評估報(bào)告）,二、全球大氣汞污染形勢和控制現(xiàn)狀,2.2 全球汞污染控制UNEP汞公約談判背景及進(jìn)展,二、全球大氣汞污染形勢和控制現(xiàn)狀,美國90年代發(fā)布了市政垃圾和醫(yī)療垃圾焚燒爐的汞排放標(biāo)準(zhǔn)（大于90%的控制率）

6、，以及頒布了一系列限制汞使用的措施，使排放量從1990年的220噸降低到1999年的115噸。,2.2 全球汞污染控制美國人為源大氣汞排放情況,（ US EPA）,二、全球大氣汞污染形勢和控制現(xiàn)狀,美國一些州制定了各自的燃煤電廠大氣汞排放標(biāo)準(zhǔn)，平均為3.8g/kwh（8.1 g/kwh -1.2 g/kwh ）。 美國EPA將在2011年3月發(fā)布燃煤電廠汞標(biāo)準(zhǔn)建議稿，2011年11月將發(fā)布最終稿，三年時間執(zhí)行。 全國350家電廠的測試基礎(chǔ)上，2011年將發(fā)布的排放標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)汞脫除效率大于或者等于90%。,2.2 全球汞污染控制美國各州火電廠大氣汞排放標(biāo)準(zhǔn),摘自美國雅寶公司汞控制全球商務(wù)經(jīng)理Si

7、d Nelson Jr.報(bào)告,二、全球大氣汞污染形勢和控制現(xiàn)狀,大氣汞主要來自于煤和含汞垃圾的燃燒、金屬礦物冶煉，以及生產(chǎn)工藝涉汞行業(yè)（電池、熒光燈、溫度計(jì)和PVC等生產(chǎn)工藝）。 2009年我國煤炭消費(fèi)超過30億噸，其中50%用于電廠?？紤]到我國對電力需求的高速增長在未來一段時間內(nèi)還將繼續(xù)，電廠燃煤總量也將保持高速增長趨勢。同時，電廠是集中排放，較其他排放源更易于控制，燃煤電廠的控制能在很大程度上實(shí)現(xiàn)中國汞排放總量的消減。,3.1 我國大氣汞排放情況,三、我國大氣汞污染及控制現(xiàn)狀,2）USGS study (March 2004) 291 coals (all ranks) = 0.15 (0

8、.14) 16 cleaned coals = 0.08 (0.07),3）Wang et al. n = 234 mean = 0.22 ppm 4）Huang and Yang n = 1466 mean = 0.15 ppm 5) Zhang et al. N = 990 mean = 0.16 ppm,1）浙大基于40種動力煤， 平均汞含量: 0.19 mg/Kg。,3.1 我國大氣汞排放情況煤中汞含量,三、我國大氣汞污染及控制現(xiàn)狀,（ye wu, shuxiao wang, David G. Streets, et al., Environ. Sci. Technol., 2006,

9、 40 (17), 5312-5318）,3.1 我國大氣汞排放情況 1995-2003年我國人為源大氣汞排放量,三、我國大氣汞污染及控制現(xiàn)狀,王起超（1999）計(jì)算得出1995 年全國燃煤向大氣中排汞量為213. 8t，其中電力行業(yè)排放72.9 t，占總排放量的34。 David G. Streets（2005）估算了中國1999年人為源（包含開放生物質(zhì)燃燒，不包含自然源和以前沉積汞的再釋放）大氣汞排放量為536236噸，其中45%來自于有色金屬冶煉，38%來自于燃煤，17%來自于其他源（其中三類最大排放源為電池和熒光燈生產(chǎn)、水泥生產(chǎn)） 蔣靖坤（2005）用2 組原煤汞含量數(shù)據(jù)資料計(jì)算的20

10、00 年中國燃煤大氣汞排放量分別為161.6 t和219.5 t ,其中絕大部分汞排放來自工業(yè)、電力和生活消費(fèi),分別占46 %、35 %和14 %. 中國環(huán)境科學(xué)研究院估算2003年我國燃煤電廠大氣汞排放量為89.4噸。,3.1 我國大氣汞排放情況 我國燃煤大氣汞排放情況,三、我國大氣汞污染及控制現(xiàn)狀,3.1 我國大氣汞排放情況 1990-2005年間我國燃煤電站大氣汞排放量,浙江大學(xué)張樂（2007）,中國環(huán)境科學(xué)研究院,三、我國大氣汞污染及控制現(xiàn)狀,2007年我國各省區(qū)燃煤電廠大氣汞排放量,中國環(huán)境科學(xué)研究院,3.1 我國大氣汞排放情況,三、我國大氣汞污染及控制現(xiàn)狀,3.2 我國大氣汞排放控

11、制現(xiàn)狀,三、我國大氣汞污染及控制現(xiàn)狀,我國大氣汞控制尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，國內(nèi)從事燃煤汞污染排放控制研究的主要單位有：浙江大學(xué)、清華大學(xué)、中國環(huán)科院、華中科技大學(xué)等。 2010年9月15日，張力軍副部長召開燃煤電廠大氣汞污染控制試點(diǎn)工作座談會要求，我國燃煤電廠汞排放控制的示范工作將在十二五開展。 1、通過系統(tǒng)的排放測試，準(zhǔn)確掌握燃煤電廠大氣汞排放第一手?jǐn)?shù)據(jù)，研究建立我國燃煤電廠大氣汞排放清單及其方法學(xué)； 2、通過開展燃煤電廠大氣汞排放監(jiān)測試點(diǎn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，制定燃煤電廠大氣汞排放監(jiān)測技術(shù)方法指南； 3、通過開展燃煤電廠脫汞技術(shù)示范，系統(tǒng)評估各種大氣汞排放控制技術(shù)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，提出燃煤電廠大氣

12、汞污染控制的的技術(shù)政策建議； 4、通過開展國內(nèi)外燃煤汞排放的管理政策、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范等的對比分析，初步建立我國燃煤電廠大氣汞污染控制管理體系。,四、燃煤電廠現(xiàn)有污染物控制設(shè)備的汞控制能力,燃煤汞排放特征與控制原理,不可溶, 吸附方式 可溶, 洗滌方式 飛灰脫除,氣態(tài)零價汞,氣態(tài)二價汞,顆粒汞,給煤,爐膛,煙道,四、燃煤電廠現(xiàn)有污染物控制設(shè)備的汞控制能力,來源：1） A. Licata，E. Balles，W. Schttenhelm，Mercury Contral Alternatives for Coal-fired Power Plants，Presented at Power Ge

13、n 2002 Orlando, Fl, 2002. 2）Economic and Social Council of UN, Control of mercury emissions from coal-fired electric utility boilers, EB.AIR/WG.5/2002/6. 4 July, 2002.,現(xiàn)有污染控制技術(shù)對不同煤種的汞脫除效率,四、燃煤電廠現(xiàn)有污染物控制設(shè)備的汞控制能力,SCR對于煙氣汞形態(tài)分布的影響,來源：浙江大學(xué)電廠實(shí)測數(shù)據(jù),四、燃煤電廠現(xiàn)有污染物控制設(shè)備的汞控制能力,ESP對于煙氣汞形態(tài)分布的影響,來源：浙江大學(xué)電廠實(shí)測數(shù)據(jù),四、燃煤電廠現(xiàn)有

14、污染物控制設(shè)備的汞控制能力,ESP對顆粒汞的脫除,來源：浙江大學(xué)電廠實(shí)測數(shù)據(jù),四、燃煤電廠現(xiàn)有污染物控制設(shè)備的汞控制能力,WFGD對于煙氣汞形態(tài)分布的影響,來源：浙江大學(xué)電廠實(shí)測數(shù)據(jù),四、燃煤電廠現(xiàn)有污染物控制設(shè)備的汞控制能力,來源：浙江大學(xué)電廠實(shí)測數(shù)據(jù),WFGD脫汞效率同煙氣中Hg2+比例的關(guān)系,五、燃煤煙氣汞的排放控制方案,利用現(xiàn)有污染物控制設(shè)備的控制(無SCR）,21.5 ug/M3,21.5 ug/M3,20.8 ug/M3 Hg0=5.1 & Hg2+=15.7,Total Mercury Removal across FGD = 71%,5.95 ug/M3 Hg0=5.87 Hg

15、2+=.08,來源：ADA-ES, Inc,五、 燃煤煙氣汞的排放控制方案,利用現(xiàn)有污染物控制設(shè)備的控制(有SCR）,23 ug/M3,19.3 ug/M3,18.9 ug/M3,Total Mercury Removal = 90+%,ND,來源：ADA-ES, Inc,五、 燃煤煙氣汞的排放控制方案,利用現(xiàn)有污染物控制設(shè)備的控制,來源：浙江大學(xué)電廠實(shí)測數(shù)據(jù),五、 燃煤煙氣汞的排放控制方案,專門脫汞技術(shù)的應(yīng)用吸附劑噴射,Coal,來源：ADA-ES, Inc,五、 燃煤煙氣汞的排放控制方案,專門脫汞技術(shù)的應(yīng)用吸附劑噴射,工程案例1：底特津愛迪生*圣克萊爾電廠汞控制 電廠僅配備靜電除塵器；電廠

16、燃燒85%的次煙煤和15%的煙煤的配煤 控制技術(shù)：爐后活性炭噴射技術(shù)吸附劑：吸附劑B-PACTM 溴化活性炭 效率：不間斷地以3磅/Mmacf（48mg/m3) 的速度噴射30天，平均94%的汞被吸附,五、 燃煤煙氣汞的排放控制方案,專門脫汞技術(shù)的應(yīng)用吸附劑噴射,來源：ADA-ES, Inc,10%- 飛灰 + 吸附劑循環(huán)再生或處置,90%+飛灰還可以正常利用,Hg Sorbent,五、 燃煤煙氣汞的排放控制方案,專門脫汞技術(shù)的應(yīng)用爐前脫汞,工程案例2：一臺60萬千瓦燃煤機(jī)組 ； 電廠配備脫銷裝置SCR，靜電除塵器，煙氣濕法脫硫 燃燒煤種: PRB煤（一種高鈣煤） 控制方式：爐前脫汞，溴化鈣以

17、4ppm，8ppm，12ppm，22ppm（溴煤比）加入煤中 效率：4ppm時汞的凈脫除率可達(dá)64%，總汞控制達(dá)80%；12ppm可接近88%的總汞脫除率,六、浙大在汞排放、控制方面研究情況,排放方面 建立燃煤汞排放測試分析平臺 研究燃煤汞排放形態(tài)特征及影響因素（973，自然基金項(xiàng)目） 研究國內(nèi)典型燃煤電廠汞排放特征（國際合作項(xiàng)目） 研究國內(nèi)典型水泥廠汞排放特征（環(huán)保部項(xiàng)目） 燃煤電廠汞排放對周邊環(huán)境影響評估（國際合作項(xiàng)目） 典型汞排放源的汞排放特征（環(huán)保公益項(xiàng)目） 控制方面 研究現(xiàn)有污染設(shè)備對燃煤汞的控制（博士基金項(xiàng)目） 研究吸附劑噴射汞排放控制（863項(xiàng)目） 研究控制產(chǎn)物的穩(wěn)定性（自然基金

18、項(xiàng)目） 研究燃煤汞及其它污染物聯(lián)合脫除,主要的研究內(nèi)容,基于OH法的濕化學(xué)取樣分析測試系統(tǒng) MS-1A/DM-6A煙氣汞在線分析系統(tǒng) 基于固體吸附劑的煙氣汞采集系統(tǒng) MA-2000自動測汞儀 遵循標(biāo)準(zhǔn)：OH法，Method 5, Method 29, Method 324等,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情況,汞排放分析測試平臺,美國EPA標(biāo)準(zhǔn)燃煤煙氣汞形態(tài)測試方法 符合OH法測試要求,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情況,汞排放分析測試平臺,基于OH法的濕化學(xué)取樣分析測試系統(tǒng),六、 浙大在汞排放、控制方面研究情況,汞排放分析測試平臺,MS-1A/DM-6A煙氣汞在線分析系統(tǒng),六、 浙大在汞

19、排放、控制方面研究情況,汞排放分析測試平臺,（基于固體吸附劑的煙氣汞采集系統(tǒng)324 法）,在實(shí)際燃煤鍋爐煙氣測汞 實(shí)現(xiàn)煙氣中氣態(tài)汞形態(tài)的低成本測試,4 浙大在汞排放、控制方面研究情況,汞排放分析測試平臺,MA-2000自動測汞儀,MA-2000測汞儀可以對任何樣品（固體、液體、氣體）的汞含量直接分析測定，無須任何前處理，檢測限為0.002ng。,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情況,汞控制技術(shù)研發(fā)SCR氧化,Fixed-bed reactor,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情況,汞控制技術(shù)研發(fā)SCR氧化,HCl 是最主要的氧化因素 釩基 SCR 催化劑,SCR: 1 wt.% V2O5/ T

20、iO2 T= 380 GHSV=7880 h-1 Simulated flue gas: 5% O2, 12% CO2 50ppm HCl, 400ppm NO 1500ppm SO2 20ppm NO2 Hg0=18.5 g/m3,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情況,汞控制技術(shù)研發(fā)其他催化氧化,Simulated flue gas (baseline): 5% O2, 12% CO2, 8%H2O, 400ppm SO2, 10ppm HCl, 10ppm NO2, Hg0=42.5 g/m3 W/F=800 mg/L, T= 150 ,MnOx/Al2O3 催化劑,六、 浙大在汞排放、控

21、制方面研究情況,汞控制技術(shù)研發(fā)吸附劑篩選與改性,研究了活性炭、沸石、膨潤土、飛灰以及蛭石等吸附劑及其改性物對汞蒸氣的吸附能力。 篩選出了以下幾種有應(yīng)用前景的吸附劑： 活性炭、 活性MnO2浸漬活性炭、 三氯化鐵浸漬活性炭、 600滲硫活性炭、 活性MnO2浸漬沸石、 活性MnO2浸漬膨潤土、 活性MnO2浸漬蛭石、 三氯化鐵浸漬蛭石。,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情況,汞控制技術(shù)研發(fā)以半干法為基礎(chǔ)的新型燃煤煙氣除汞技術(shù),以半干法為基礎(chǔ)的燃煤汞排放控制流程,六、 浙大在汞排放、控制方面研究情況,汞控制技術(shù)研發(fā)以半干法為基礎(chǔ)的新型燃煤煙氣除汞技術(shù),半干法中型脫汞試驗(yàn)臺,脫汞塔有效長度為18m，塔體直徑400mm； 風(fēng)量從20002600m3/h； 袋除塵器總過濾面積為33.7m2,七、燃煤電廠汞排放測試方法,離線測試方法 EPA Method 29 Tris Buffer Method Ontario Hydro Method Dry Sorbent-Based Method 在線測試方法 EPA Method 30A,OHM采樣示意圖,Ontario Hydro Method采樣系統(tǒng),七、燃煤電廠汞排放測試方法,OHM法采樣吸收瓶裝置示意圖,Ontario Hydro Method采樣系統(tǒng),Hg (