Anvendelse af aktivt kul til fjernelse af kviksølv i kul-kraftværker

Kul-kraftproduktion indtager stadig en vigtig position i den globale energistruktur. De tilknyttede kviksølvemissioner (Hg) udgør dog en alvorlig trussel mod det økologiske miljø og menneskers sundhed. Med implementeringen afMinamata-konventioneni mange lande, især i Kina, USA, EU og andre regioner, er kviksølvemissionskontrol i kul-kraftværker skiftet fra en "mulighed" til enobligatorisk begrænsning. Blandt forskellige teknologier til fjernelse af kviksølv er røggas-kviksølvadsorptionsteknologi baseret påACIbruges i vid udstrækning i-serviceenheder på grund af dens modne proces, relativt praktiske eftermontering og stærke tilpasningsevne.Aktivt kul til luft- og gasrensninger blevet kerneadsorbenten for denne teknologi takket være dens høje specifikke overfladeareal og rige porestruktur.

 

Ⅰ. Kviksølvemissionsproblemer i kul-kraftværker

I det nuværende globale primære energiforbrugsmønster fungerer kul stadig som en "ballaststen". Selvom andelen af ​​vedvarende energi er stigende, er kul-enheder stadig svære at udskifte fuldstændigt i lang tid med hensyn til elsystemets afsendelsesmuligheder og strømforsyningssikkerhed. I mellemtiden, med udvidelsen af ​​kulforbrænding, er frigivelsen af ​​spor tungmetaller i kul gradvist skiftet fra akademisk diskussion til regulatorisk fokus.

 

Kviksølv har følgende egenskaber:

1. Høj toksicitet og neurotoksicitet: Organisk kviksølv såsom methylkviksølv kan ophobes gennem fødekæden og forårsage irreversibel skade på fostres og børns neuroudvikling;

2. Mulighed for lang-migrering: Efter at være blevet udsendt som gasformigt elementært kviksølv (Hg⁰), kan det migrere tusindvis af kilometer i atmosfæren og danne global forurening;

3. Ildfast og miljømæssig persistens: Efter at have bundfældet sig i jord og vandområder kan den -indtræde i biosfærens cyklus igen gennem mikrobiel methylering.

 

 

Derfor har kviksølvemissioner typiske trans-regionale og intergenerationelle eksternaliteter. Et enkelt lands styre er ofte utilstrækkeligt, og overordnet kontrol kræver international koordinering. Siden vedtagelsen i 2013 er Minamata-konventionen blevet ratificeret af mere end 100 kontraherende parter, herunder Kina. Et af dets kernemål er at begrænse og reducere kviksølvemissioner fra industrielle kilder såsom kul-kraftværker.

 

I ingeniørpraksis er røggasrensningssystemerne i kul-kraftværker relativt modne, generelt udstyret med følgende enheder:

• Selektiv katalytisk reduktion (SCR)ellerSelektiv ikke-katalytisk reduktion (SNCR)til denitrifikation;
• Elektrostatiske præcipitatorer (ESP)ellerStoffiltre (FF)til kontrol med partikler;
• Våd eller semi-tørRøggasafsvovling (FGD)systemer til SO₂-fjernelse.

 

Disse enheder har en "synergistisk fjernelseseffekt" på nogle former for kviksølv. Men for de mest vanskelige-at-kontrollere gasformigeelementært kviksølv (Hg⁰), kan den konventionelle røggasbehandlingskæde ikke garantere stabil og effektiv opsamling. I denne sammenhæng betragtes teknologi til fjernelse af kviksølv, der er centreret om injektion af aktivt kul, som et vigtigt supplement til traditionelle røggasbehandlingsveje og bliver endda et nøgleled til at opnå overholdelse af kviksølvemission under visse arbejdsforhold.kokosskal aktivt kul til gasrensning viser fremragende ydeevne på dette område på grund af dets høje adsorptionsaktivitet og mekaniske styrke.

 

Ⅱ. Kviksølvspeciering og transformationsveje i røggas

 

Forståelse af kviksølvspecieringsfordeling ud fra termodynamik og kinetik er en forudsætning for at diskutere mekanismen for fjernelse af kviksølv med aktivt kul.

 

2.1 Frigivelse og indledende specifikationer af kviksølv i kul

Kviksølv i kul findes normalt i spormængder, med et indhold, der generelt spænder fra0,01-0,5 mg/kg, hostet i organisk stof, pyrit og lermineraler. Under høje-temperaturforbrændingsforhold (ca1300-1600 grader), er disse kviksølvarter næsten fuldstændig fordampet og omdannet til gasformigt kviksølv. Det meste af det oprindeligt frigivne kviksølv findes somelementært kviksølv (Hg⁰), med kun en lille mængde oxideret i høj-temperaturzonen.

Gasformigt Hg⁰ har følgende egenskaber: Stærk kemisk inerthed; uopløselig i vand; begrænset interaktion med konventionelle indfangningsanordninger i røggas. Uden særlige foranstaltninger kan Hg⁰ derfor let udledes til atmosfæren med renset røggas.Ekstruderet aktivt kul til gasrensningbruges ofte i faste-senge til fjernelse af dyb Hg⁰ på grund af dens ensartede struktur og gode permeabilitet.

 

2.2 Speciationstransformation af kviksølv i røggassystemer

Når røggastemperaturen falder fra ovnens udløb og passerer gennem economizeren, luftforvarmeren, SCR, støvsamleren og afsvovlingsanordningen i rækkefølge, gennemgår kviksølv en række homogene og heterogene reaktioner i forskelligt udstyr og temperaturzoner, der danner tre nøgleformer:

1. Elementært kviksølv Hg⁰: Gasformig, elektrisk neutral, meget flygtig, lav kemisk reaktivitet; ikke let absorberes ved våd afsvovling eller fysisk adsorberes på flyveaskeoverflader; den sværeste at kontrollere og den vigtigste målart af ACI-teknologi.

2. Oxideret kviksølv Hg²⁺: Eksisterer sædvanligvis som meget opløselige salte, såsom HgCl2 og HgS04; Hg⁰ kan oxideres til Hg2+ i nærvær af HCl, O2, NO2 og katalytiske overflader; let opløseligt i FGD-gylle eller fanget på flyveaskeoverflader, og fjernes således delvist ved traditionelle afsvovlings- og støvfjernelsesanordninger.

3. Partikelbundet-kviksølv: Kviksølv kombineret med mineraler på overfladen af ​​flyveaskepartikler eller uforbrændt kulstof til dannelse af faste-fasekomponenter; kan opfanges i høj grad af-højeffektive støvopsamlere, den nemmeste kviksølvform at kontrollere.

 

Under faktiske arbejdsforhold afhænger de relative andele af de tre former af kulegenskaber (især indhold af klor, svovl og alkalimetal), temperaturfordeling i ovnen og aftrækket, forbrænding og reducerende atmosfære, SCR-driftsstatus og flyveaskens fysiske og kemiske egenskaber. Generelt er bituminøst kul med højt chlorindhold i røggas mere befordrende for at fremme Hg⁰-oxidation, hvorved Hg²⁺-forholdet øges og FGD-enheden kan udføre flere funktioner til fjernelse af kviksølv; når man brænder kul med lavt-chlorindhold (såsom noget brunkul og sub-bituminøst kul), er Hg⁰-forholdet væsentligt højere, og sådanne arbejdsforhold er mere afhængige af specielle kviksølvfjernelsesteknologier (såsom ACI).Aktivt kul til luft- og gasrensningkompenserer hurtigt for manglerne ved synergistisk behandling under sådanne forhold og sikrer emissionsoverholdelse.

 

Ⅲ. Grundlæggende principper og materialeegenskaber for aktivt kul til fjernelse af kviksølv

 

Aktivt kul bruges i vid udstrækning til fjernelse af røggaskviksølv i kul-kraftværker på grund af dets unikke porestruktur og let justerbare overfladekemiske egenskaber.

 

3.1 Porestruktur og fysisk adsorption

Aktivt kul fremstilles generelt fra kulstofkilder såsom kul, biomasse, kokosnøddeskal, træ eller petroleumskoks gennem høj-temperatur-karbonisering og aktivering. Aktiveringsprocessen (fysisk eller kemisk aktivering) producerer et stort antal afmikroporer (<2 nm)**, **mesopores (2–50 nm)** and **macropores (>50 nm)inde i materialet, der danner et stærkt forbundet hierarkisk porenetværk, hvilket får dets specifikke overfladeareal til at nå tusindvis af m²/g.Kokosskal aktivt kul til gasrensninger berømt for sine vel-udviklede mikroporer og stærke indfangningsevne for lav-koncentration af kviksølvdamp.

Fysisk adsorption er hovedsageligt afhængig af van der Waals-kræfter og svage polarisationsinteraktioner,karakteriseretved:

• Adsorptionsprocessen er normalt reversibel;
• Lav adsorptionsvarme, tæt på kondensationsvarme;
• Adsorptionskapaciteten er følsom over for temperatur, og temperaturstigning reducerer adsorptionskapaciteten markant.

Inden for røggastemperaturområdet for kul-kraftværker (generelt100-200 grader), er effektiviteten af ​​at opfange Hg⁰ udelukkende ved fysisk adsorption ofte utilstrækkelig, især når kviksølvkoncentrationen i røggassen er lav (normalt på ug/m³ niveau). På dette tidspunkt har elementært kviksølv ingen fordel ved konkurrerende adsorption sammenlignet med andre gasmolekyler, og adsorptionsligevægten har en tendens til desorptionssiden under høje temperaturforhold. Selvom porestrukturen er grundlaget for adsorption, skal der derfor indføres en stærkere kemisk adsorptionsmekanisme for at opnå effektiv fjernelse af kviksølv.

 

3.2 Overfladefunktionelle grupper og kemisk adsorption

Der er et vist antal oxygen-holdige funktionelle grupper på overfladen af ​​aktivt kul, såsom hydroxylgrupper (-OH), carboxylgrupper (-COOH), carbonylgrupper (C=O), lactonstrukturer osv. Disse funktionelle grupper kan fungere som svage Lewis-syre- eller basecentre i et vist omfang og reagere i en vis grad af gaskomponenter. For kviksølv kan disse funktionelle grupper på virgin aktivt kul give begrænsede kemiske adsorptionssteder, hvilket forårsager delvis Hg⁰-oxidation eller overfladekompleksdannelse, men denne evne er langt fra at opfylde strenge krav til emissionskontrol.

Derfor er overflademodifikation af aktivt kul normalt påkrævet i tekniske applikationer. Ved at introducere specifikke elementer eller kemiske arter skabes aktive centre med højere kviksølvaffinitet, der transformerer kviksølvfangst fra fysisk adsorption-domineret til kemisk adsorption og overfladereaktion-domineret.Ekstruderet aktivt kul til gasrensninger let at påfylde brom, svovl og andre modifikatorer, hvilket viser bedre stabilitet ved fjernelse af røggaskviksølv.

 

Ⅳ. Modificeret aktivt kul: Fra fysisk adsorption til reaktionskontrol

 

Aktiveret kulmodifikationsteknologi kan forstås som "at konstruere en specifik funktionel overflade på et kulstofskelet". Blandt mange modifikationsmetoder, især halogenmodifikationbrommodifikation, har været den mest udbredte undersøgte og anvendte inden for kul-fjernelse af røggaskviksølv.

 

4.1 Kernemekanisme af bromeret aktivt kul

Bromeret aktivt kulfremstilles normalt ved at indføre brom i molekylær eller ionisk form i porerne og overfladen af ​​aktivt kul gennem imprægnering, sprøjtning eller gasfaseadsorption. Brom kan danne C-Br-bindinger på kulstofoverfladen eller eksistere som bromidsalte og adsorberede brommolekyler, der danner nye overfladeaktive steder.Aktivt kul til luft- og gasrensningkan være flere gange mere effektiv efter bromering, hvilket gør det til det almindelige valg for kraftværker.

 

Eksisterende undersøgelser mener generelt, at kviksølvfangst på bromeret aktivt kul generelt gennemgår følgende grundlæggende trin:

1. Masseoverførsel og fysisk indtrængen af ​​Hg⁰ i porerneHg⁰ diffunderer først til overfladen af ​​aktiverede kulpartikler ved konvektion og nærmer sig derefter de aktive steder yderligere gennem molekylær diffusion i porestrukturen. Denne proces styres hovedsageligt af porestruktur og røggasstrømningstilstand.

2. Heterogen oxidation af Hg⁰ af bromaktive stederNår Hg⁰ når i nærheden af ​​brom-holdige steder, sker der en heterogen oxidationsreaktion med deltagelse af bromspecies. Et forenklet udtryk kan skrives som:Hg⁰(g) + 2Br(er) → HgBr₂(annoncer)Hvor Br repræsenterer den aktive brom-art på den aktiverede carbon-overflade. Nogle undersøgelser viser, at denne oxidationsproces kan gå gennem mellemliggende valenstilstande eller danne HgBr(ads) før yderligere omdannelse til HgBr₂.

3. Stabilisering og stærk binding af HgBr2Det genererede HgBr2 kan adsorberes af van der Waals-kræfter inde i og på overfladen af ​​porerne og kan yderligere danne en mere stabil kompleks struktur med overfladefunktionelle grupper, hvilket gør det vanskeligt at desorbere ved en røggastemperatur på120-180 grader, hvorved der opnås effektiv kviksølvfiksering.

 

Bromeret aktivt kul har følgende væsentlige fordele i forhold til chloreret aktivt kul:

• Brom er mere gunstigt for oxidationskinetikken af ​​Hg⁰, og reaktionshastigheden er sædvanligvis højere;
• Det dannede HgBr2 har god termisk stabilitet ved høje temperaturer og er mindre tilbøjelige til at nedbrydes eller reduceres end HgCl2;
• I nærvær af konkurrerende gasser såsom SO2 og H2O er forgiftningsgraden af ​​aktive bromsteder relativt lav, og evnen til at modstå udsving i arbejdsbetingelserne er stærkere.

Ud fra ingeniørpraksis, til kulforbrændingsforhold med lavt-chlorindhold, kan injektion af en passende dosis bromeret aktivt kul ofte opnå en total kviksølvfjernelseshastighed påmere end 80-90 %før nedstrøms støvsamleren, hvilket opfylder de nuværende emissionsgrænsekrav i de fleste regioner.

 

4.2 Andre modifikationsveje: Svovl, klor og kompositmodifikation

Ud over brommodifikation har flere andre modifikationsideer et vist anvendelsespotentiale:

1. Svovl-modificeret aktivt kulBaseret på den stærke affinitet mellem Hg og S (der endelig danner ekstremt stabilt kviksølvsulfid HgS), styrker forskere den kemiske adsorptionskapacitet ved at lade svovl-holdige arter (såsom elementært svovl, sulfider) på overfladen med aktivt kul. Svovl-modificeret aktivt kul har en stærk indfangningsevne for oxideret kviksølv og en del af Hg⁰, især ved lave temperaturer (<150°C), but it is highly sensitive to working condition changes, and regeneration and stability problems remain to be solved.

2. Klor-modificeret aktivt kulKlormodifikation ligner brommodifikation i mekanismen, idet den primært forbedrer effektiviteten af ​​kviksølvfjernelse ved at fremme oxidationen af ​​Hg⁰ til HgCl₂. Da røggas i sig selv ofte indeholder en vis koncentration af HCl, suppleret med overfladereaktioner såsom SCR-katalysatorer, bruger nogle kraftværker ikke yderligere klor-modificeret aktivt kul, men udnytter den synergistiske effekt af eksisterende systemer. Sammenlignet med brom er klormodifikation normalt lidt ringere med hensyn til effektivitet og temperaturtilpasningsevne, men har visse fordele med hensyn til omkostninger og korrosivitet.

3. Multi-kompositmodifikationI de senere år har nogle undersøgelser forsøgt at introducere flere funktionelle komponenter (såsom brom + svovl, klor + overgangsmetaller osv.) på aktivt kul på samme tid for at opnå synergistisk opsamling af multi-kviksølv i et bredere temperaturområde. Sådanne kompositmodificerede materialer viser gode anvendelsesmuligheder på laboratorieniveau, men deres industrielle skala-op, langtids-stabilitet og potentielle indvirkning på downstream-udstyr kræver stadig mere teknisk verifikation.Kokosskal aktivt kul til gasrensningopretholder en stabil kviksølvfjernelsesevne, selv i røggas med høj-svovl og høj-fugtighed efter kompositmodifikation, hvilket udvider dets anvendelsesområde.

 

Ⅴ. Nøglefaktorer, der påvirker kviksølvfjernelseseffektiviteten af ​​aktivt kul

 

Under de samme betingelser for aktivt kulmateriale kan kviksølvfjernelseshastigheden i faktiske kraftværksarbejdsforhold stadig vise betydelige forskelle, hvilket er forankret i koblingseffekten af ​​mange faktorer såsom røggassammensætning, temperatur, injektionsposition og nedstrømsudstyr.

 

5.1 Koblingseffekt af røggaskomponenter

1. SO2 og SO3Koncentrationen af ​​SO2 er sædvanligvis i størrelsesordenen tusinder til titusinder af mg/m³, meget højere end kviksølvkoncentrationen (ug/m³ niveau), og har en naturlig konkurrencefordel i adsorptionsprocessen. En del af SO₂ kan oxideres yderligere til SO₃, som let danner svovlsyretåge med H₂O i lav-temperatursektionen eller kondenserer i de aktive kulporer, hvorved porerne blokeres og de aktive steder dækkes, hvilket fører til aktiv kuldeaktivering. Under høje SO₃-arbejdsforhold er det ofte nødvendigt at øge injektionshastigheden for aktivt kul eller anvende svovlforgiftnings-modstandsdygtige modifikationsordninger.

2. NOₓ og dets derivaterNO i sig selv har svage oxiderende egenskaber og begrænset indvirkning på kviksølvadsorption; NO₂ kan deltage i Hg⁰-oxidationsprocessen og fungere som en hjælpeoxidant. Samtidig kan NO₂ også interagere med overfladeoxidationssteder for at ændre overfladens kemiske miljø. Samlet set er virkningen af ​​NOₓ på fjernelse af ACI-kviksølv mindre signifikant end SOₓ, men interaktionsmekanismen under SCR+ACI kombinerede arbejdsforhold fortjener yderligere-dybdegående forskning.

3. HCl og andre halogeniderHCl er en af ​​de vigtigste gasser, der fremmer omdannelsen af ​​Hg⁰ til HgCl₂. I røggas med højt klorindhold, selv uden ACI, kan delvis fjernelse af kviksølv kun opnås gennem SCR-katalyse og FGD-synergi. For kul med lavt-chlorindhold er det ofte nødvendigt at kompensere for denne mangel ved at indsprøjte bromeret aktivt kul. Nogle kraftværker tilføjer klorholdige-forbrændingsforbedrende midler før kedlen eller tilføjer en passende mængde HCl til røggassen som hjælpeforanstaltninger, men korrosionsrisikoen forårsaget af dette skal være på vagt.

4. Vanddamp og iltVanddamp konkurrerer til en vis grad med adsorptionssteder, især svage adsorptionssteder; men en passende mængde H2O kan også deltage i nogle overfladeoxidationsreaktioner. Oxygen er en vigtig baggrundsgas til at opretholde kviksølvoxidationsreaktioner, som især påvirker re-oxidationsprocessen involveret i fler-oxidationsmekanismer.

 

5.2 Temperatur og opholdstid

Temperatur er en af ​​de mest kritiske driftsparametre i ACI-systemdesign og -optimering. Øvelser viser:

When the flue gas temperature is too high (>200 grader), den fysiske adsorptionskapacitet falder betydeligt, og noget kemisk adsorberet kviksølv kan begynde at destabilisere, hvilket fører til desorption;

Når temperaturen er for lav (<100°C), although physical adsorption is enhanced, the risk of SO₃/H₂O condensation increases, and flue gas condensation and corrosion problems worsen, which is not conducive to long-term stable operation.

Derfor arrangerer det typiske ACI-design sædvanligvis indsprøjtningspunktet efter luftforvarmeren eller economizeren og kontrollerer den inden for et vindue på ca.100-180 graderat afbalancere adsorption termodynamik og udstyrs korrosionsrisici.

Derudover er opholdstiden for partikler af aktivt kul i aftrækket også en af ​​nøglefaktorerne for effektiviteten af ​​fjernelse af kviksølv. For kort opholdstid vil føre til indfangning af støvopsamleren før fuld kontakt med kviksølv; en passende forlængelse af opholdstiden er befordrende for fuldførelsen af ​​masseoverførsel og reaktionsprocesser mellem kviksølv og aktive steder. Ved at justere dysearrangementet, optimere aftræksstrukturen og strømningsfeltfordelingen kan den effektive opholdstid forbedres uden væsentligt at øge modstandstabet.

 

5.3 Injektionshastighed, partikelstørrelse og blandingsensartethed

Aktiveret kulinjektionshastigheden (udtrykt som mgAC/m³ røggas eller C/Hg masseforhold) påvirker direkte det samlede antal tilgængelige adsorptionssteder og er den mest intuitive variabel til at kontrollere kviksølvfjernelseshastigheden. I den faktiske teknik, når man brænder kul med lavt-chlorindhold og stræber efter en fjernelse af kviksølv på omkring 90 %, kræver umodificeret almindeligt pulveriseret aktivt kul ofte tusinder til titusindvis af gange C/Hg-masseforholdet, hvilket resulterer i et højt omkostningstryk; efter brug af bromeret aktivt kul, kan injektionshastigheden reduceres kraftigt under samme kviksølvfjernelseshastighed.

Aktivt kulpartikelstørrelse påvirker dets spredning og masseoverførselskarakteristika i røggas. Mindre partikelstørrelse er befordrende for at øge det specifikke overfladeareal og øge kontaktfrekvensen med kviksølvmolekyler, men for lille partikelstørrelse kan øge flyvende tab og påvirke støvopsamlerens ydeevne. Generelt er partikelstørrelsen af ​​pulveriseret aktivt kul, der anvendes til ACI, for det meste i området10–30 μm.

Blanding af ensartethed er også en let overset, men meget kritisk faktor. Selv hvis den aktiverede kulinjektionshastighed er tilstrækkelig, hvis tværsnitsblandingen med røggas er ujævn, vil der være lokal overdreven adsorption og lokal utilstrækkelig kviksølvfjernelse. Optimering af injektionspositionen og dyselayoutet gennem CFD-simulering, kombineret med online koncentrationsovervågning for at justere injektionsbetingelserne, er et effektivt middel til at forbedre systemets overordnede ydeevne.Kokosskal aktivt kul til gasrensninghar justerbar partikelstørrelse og god flydeevne, velegnet til-langtidsstabil drift af pneumatiske injektionssystemer.

 

Ⅵ. Engineering Application, Economy and Market Development of ACI Technology

 

6.1 Nuværende status for teknisk ansøgning

Siden USA gradvist implementeretKviksølv- og lufttoksiske standarder (MATS)i 2000'erne har ACI-teknologien taget føringen inden for stor-anvendelse i den nordamerikanske elindustri, der gradvist dækker forskellige enheder, der brænder forskellige kultyper. Nogle europæiske lande har også implementeret ACI-systemer på store kul-enheder for at opfylde strengere omfattende emissionskrav. I de senere år, med Kinas ultra-lavemissionseftermontering af kul-fyrede enheder og øget opmærksomhed på kviksølvemissioner, er ACI og andre kviksølvrelaterede-teknologier gradvist blevet inkluderet i den tekniske udvælgelsesvision, især på enheder med lav-klor, lav-aske, betragtes en teknisk aktivitetsvej for ACI som en mulig vej for askeaktivitet.

ACI-systemer har normalt følgende tekniske egenskaber:

• Relativt simpel enhedsstruktur, generelt inklusive lagerbeholdere, måle- og fodringssystemer, pneumatiske transportrørledninger, injektionslanser og kontrolsystemer;
• God kompatibilitet med det originale røggasbehandlingssystem uden stor-eftermontering af hovedmotoren og røggasstrukturen;
• Injektionshastigheden kan justeres fleksibelt i henhold til kviksølvemissionskoncentrationen og lovmæssige krav, med en vis skalerbarhed.

 

6.2 Økonomiske omkostninger og problemer med-bortskaffelse af biprodukter

Selvom ACI-teknologi har indlysende fordele i teknisk modenhed, har dens økonomi og miljømæssige eksternalitet altid været vigtige faktorer, der begrænser dens brede markedsføring.

1. Aktivt kul omkostningerSelvom prisen på aktivt kul i pulverform i sig selv er lav (hjemmemarked), har høje-modificerede produkter såsom bromeret aktivt kul en høj enhedspris. Tager man mellemstore og store kulfyrede-enheder som eksempel, for at opnå en høj fjernelseshastighed af kviksølv, kan det årlige forbrug af aktivt kul nå op på hundreder til tusindvis af tons med en årlig driftsomkostning, der spænder fra millioner af RMB til et højere niveau. Med komprimeringen af ​​fortjenstmargener i energiindustrien er disse kontinuerlige driftsomkostninger blevet en faktor, der skal afvejes nøje i kraftværksbeslutninger-.

2. Bortskaffelse af kviksølv-indeholdende flyveaskeDet aktive kul, der sprøjtes ind i røggassen, vil i sidste ende blive opfanget af støvfjernelsessystemet sammen med flyveasken og derved ændre flyveaskens fysiske og kemiske egenskaber. På den ene side kan stigningen i uforbrændt kulstofindhold og farveændringer påvirke dets udnyttelsesværdi i cement- og betonindustrien; på den anden side håndteres flyveaske adsorberet med giftige metaller såsom kviksølv ofte somfarligt affaldi overensstemmelse med juridiske og miljømæssige standarder, hvilket øger omkostningerne ved transport, bortskaffelse og langsigtet-miljørisikokontrol. På nuværende tidspunkt er sikker losseplads og størknings-/stabiliseringsbehandling de vigtigste muligheder, men det er stadig et uløst problem, hvordan man kan forbedre dets ressourceudnyttelsesgrad under forudsætning af at sikre miljøsikkerhed.

3. Korrosion og systempålidelighedMens bromeret aktivt kul udøver højeffektiv-kviksølvfjernelseskapacitet, er der også en risiko for, at bromider kan forårsage korrosion på nedstrøms FGD-systemer, røggas- og skorstensmaterialer. Især ved våd afsvovling kan stigningen i halogenkoncentrationen i væskefasen påvirke gummibeklædninger og legeringskomponenter negativt, hvilket øger vedligeholdelsesfrekvensen og omkostningerne til udskiftning af reservedele. Når man designer et ACI-system, skal korrosionsmekanismer, materialevalg og anti--korrosionsstrategier overvejes grundigt.

 

6.3 Markedets omfang og udviklingstendenser

Ifølge globale markedsundersøgelsesrapporter i de seneste år har markedet for aktivt kul til industriel røggasbehandling (herunder kul-kraftværker, affaldsforbrænding, metalsmeltning osv.) nået en skala på milliarder af amerikanske dollars, hvoriblandt særligt pulveriseret aktivt kul til fjernelse af kviksølv er et af de hurtigst voksende segmenter-.Kokosskal aktivt kul til gasrensningoptager en vigtig andel i kraft, affaldsforbrænding og metallurgisk gasrensning. Prognoser viser, at segmentet vil fastholde en positiv vækst i de næste par år, med de vigtigste drivkræfter, herunder:

• Skærpelse af kviksølvemissionsstandarder for nye og eftermonterede kul-enheder i udviklingslande;
• Strengere regulering af tungmetalkontrol i affaldsforbrændingsindustrien og forbrændingsindustrien for farligt affald;
• Applikationsudvidelse bragt af den kommercielle promovering af nye-højtydende modificerede aktivt kul-produkter.

 

Ⅶ. Fremtidige tekniske retningslinjer og omfattende styringsideer

 

Med den yderligere forfining af miljøtilsyn og den kontinuerlige fremskridt inden for energitransformation bliver den "symptomatiske behandling"-styringsmodel for en enkelt teknologi gradvist erstattet af en systematisk, multi-forureningssynergistisk omfattende plan for kontrol. I denne sammenhæng står ACI-teknologien også over for behovene for iterativ opgradering og funktionel integration.

 

7.1 Nye lave-omkostninger og vedvarende adsorbenter

Fra et ressource- og omkostningsperspektiv får adsorptionsmaterialer fremstillet af biomasse eller industrielt fast affald (såsom afgrødehalm, frugtskaller, slam, flyveaske osv.) stigende opmærksomhed. Gennem passende aktivering og kemisk modifikation kan disse materialer opnå kviksølvfjernelsesevne tæt på eller endda overgå traditionelt kul-baseret aktivt kul under nogle arbejdsforhold, samtidig med at de i høj grad reducerer råvareomkostninger og CO2-fodaftryk. Desuden vil udvikling af adsorbenter, der kan genbruges og genbruges på-stedet i kraftværker eller centraliserede faciliteter, hjælpe med at reducere dannelsen af ​​farligt fast affald og forbedre den overordnede miljømæssige bæredygtighed.

 

7.2 Multi-synergistisk kontrolintegration af forurenende stoffer

En af de vigtige udviklingsretninger for fremtidens røggasbehandlingsteknologi er at koble kviksølvfjernelsesfunktioner dybt sammen med eksisterende denitrifikations-, afsvovlings- eller støvfjernelsessystemer for at opbygge en "alt{0}}i-en" synergistisk kontrolplatform. For eksempel:

• Udvikle SCR-katalysatorer med dobbeltfunktioner NOₓ-reduktion og Hg⁰-oxidation for at reducere afhængigheden af ​​uafhængige ACI-systemer;
• Introducer multi-funktionelle pulvere med kviksølvadsorptionsfunktion i semi-tør afsvovlings- eller tørinjektionsprocesser for at opnå synergistisk kontrol af SO₂, HCl og Hg;
• Kombiner med flyveaskeklassificerings- og indsamlingsteknologi for at adskille kviksølv-aktiveret kul fra brugbar flyveaske, hvilket reducerer påvirkningen af ​​byggematerialeudnyttelsen.

Denne integrerede løsning forventes at reducere de samlede investerings- og driftsomkostninger, samtidig med at systemets kompleksitet og vedligeholdelsesbyrden reduceres.

 

7.3 Digitalisering og intelligent kontrol

Med udviklingen af ​​online kviksølvovervågningsteknologi er flere og flere kraftværker begyndt at blive installeretMercury Continuous Emission Monitoring Systems (HgCEMS)for at få-realtidsdata om røggas-kviksølvkoncentration og ændringer i arter. Kombineret med CFD-simulering, data-drevet modellering og optimeringsalgoritmer kan dynamisk optimal kontrol af injektionshastigheden for aktivt kul, injektionsposition og endda modifikationsformel realiseres, hvilket danner et lukket-sløjfereguleringssystem for at minimere forbruget af aktivt kul ud fra den forudsætning, at emissionsoverholdelse er sikret.Kokosskal aktivt kul til gasrensningreagerer hurtigt og er velegnet til præcis dosering i intelligente reguleringssystemer.

Med udviklingen af ​​digital og intelligent transformation af kraftværker kan ACI-systemer også forbindes med enhedsbelastningsjustering, brændstofskift, afsvovlings- og denitrifikationsarbejdstilstandsjustering for at opnå mere nøjagtig og økonomisk synergistisk kontrol.

 

7.4 Fra mekanismesimulering til materialemålrettet design

Kvantekemiske beregningsmetoder repræsenteret vedDensity Functional Theory (DFT)er efterhånden blevet vigtige værktøjer til at studere kviksølvs adsorptions- og reaktionsmekanismer på overfladen af ​​forskellige adsorptionsmaterialer. Ved systematisk at undersøge de elektroniske strukturinteraktioner mellem kviksølv og forskellige elementer og overfladestrukturer på det teoretiske niveau, kan det give et videnskabeligt grundlag for det "målrettede design" af nye adsorptionsmaterialer, hvilket reducerer den tid og de ressourcer, der kræves til traditionel prøve-og-fejl eksperimentel forskning og udvikling. På grundlag af forgængere forventes en mere omfattende kombination af sådanne simuleringer med høj-gennemstrømningseksperimenter og maskinlæringsalgoritmer at fremme forskning og udvikling af aktivt kul og alternative materialer til et nyt "designdrevet-stadium.

 

7.5 Granulært aktivt kul Kviksølvfjernelsesteknologi med fast seng

Granulært aktivt kul fast bed-teknologi repræsenterer en anden idé til bekæmpelse af kviksølvforurening i kul-kraftværker. Forskellig fra den almindelige ACI-teknologiGranulært aktivt kulfast leje placeres nedstrøms for den våde afsvovlingsanordning (FGD), og røggastemperaturen falder til omkring 50 grader, hvilket tjener som det endelige rensningsmiddel til at opnå dyb kviksølvfjernelse. Denne layoutstrategi har betydelige fordele: miljøet med lav-temperatur er befordrende for den synergistiske effekt af fysisk adsorption og kemisk adsorption, og bryder igennem flaskehalsen med begrænset adsorptionskapacitet for ACI i høj-temperatursektionen (100-180 grader); på samme tid, den granulære form afGranulært aktivt kulundgår problemet med blanding med flyveaske, der påvirker ressourceudnyttelsen.

 

 

Baseret på-dybdegående forskning i kviksølvadsorptionsmekanismen, designet afGranulært aktivt kulfast seng kan fuldt ud lære af modifikationsstrategien for bromeret aktivt kul. Undersøgelser viser, at kviksølv følgerLangmuir-Hinshelwoodoxidations-adsorptionsmekanisme på overfladen af ​​aktivt kul og danner til sidst stabile forbindelser med overfladehalogener i form af Hg²⁺. Indlæser præ-bromeretGranulært aktivt kuli et fast leje kan opnå effektiv oxidation og fiksering af Hg⁰ ved lave temperaturer, og undgå den konkurrerende adsorptionsinterferens af SO₂ – fordi sulfater er blevet fjernet i FGD-systemet. Derudover letter den modulære struktur af det faste leje adsorbentudskiftning og regenerering, hvilket giver en mulig vej til ingeniøranvendelse af høj-ydeevne materialer såsom ædelmetal-modificeret aktivt kul og fremmer kviksølvkontrol i kul-kraftværker mod målettæt på-nul emission.

På den realistiske baggrund, at den globale transformation af ren energi stadig tager tid, er implementering af-forureningskontrol på højt niveau på eksisterende kul-enheder stadig en nødvendig overgangsopgave. Den kontinuerlige forbedring og innovation af teknologi til fjernelse af aktivt kul kviksølv er ikke kun relateret til det tekniske valg af en enkelt industri, men også til forbedring af miljøkvaliteten og beskyttelse af folkesundheden, og det vil stadig spille en vigtig rolle i ingeniørpraksis i de næste par årtier.Ekstruderet aktivt kul til gasrensning, kokosskal aktivt kul til gasrensning, ogaktivt kul til luft- og gasrensninghver har unikke fordele og vil fortsætte med at spille en nøglerolle i fjernelse af røggaskviksølv og gasrensning, hvilket understøtter miljøforbedringer og beskyttelse af folkesundheden.