煤炭是中國(guó)重要的能源資源,而中國(guó)煤中重金屬砷、硒、鉛含量較高,燃煤電廠已經(jīng)成為重要的砷、硒、鉛排放源之一。針對(duì)電廠燃煤帶來(lái)嚴(yán)峻的砷、硒、鉛污染問(wèn)題,本文首先介紹了燃煤釋放的砷、硒、鉛排放量大且危害性強(qiáng),概述了世界各國(guó)關(guān)于重金屬排放控制的相關(guān)政策法規(guī),指出中國(guó)對(duì)燃煤重金屬砷、硒、鉛的排放控制勢(shì)在必行;其次從煤中賦存形態(tài)、燃燒過(guò)程中的形態(tài)轉(zhuǎn)化和質(zhì)量分布三個(gè)方面闡釋了燃煤過(guò)程中砷、硒、鉛的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,重點(diǎn)描述了砷、硒、鉛在顆粒物上的形態(tài)特征和尺度分布;最后綜述了燃燒前、燃燒中和燃燒后對(duì)砷、硒、鉛的排放控制技術(shù),詳述了吸附劑捕集和煙氣凈化裝置協(xié)同脫除的研究進(jìn)展,并論述了低低溫除塵器和團(tuán)聚技術(shù)對(duì)砷、硒、鉛的強(qiáng)化脫除潛力。以期為燃煤電廠重金屬砷、硒、鉛超低排放的實(shí)現(xiàn)提供參考和指導(dǎo)。 

【文章來(lái)源】：燃料化學(xué)學(xué)報(bào). 2020,48(11)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：17 頁(yè)

【部分圖文】：

不同賦存形態(tài)重金屬的釋放特性

Shen等[44]通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算發(fā)現(xiàn)煙氣中的硒可在溫度低于600 ℃的范圍內(nèi)與飛灰中的的鈣基礦物質(zhì)反應(yīng)。Seames等[40]對(duì)飛灰中硒含量與Ca/Fe含量相關(guān)性進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)飛灰中硒主要與Ca/Fe基礦物結(jié)合,且相比于Ca基礦物,Fe基礦物對(duì)硒具有更強(qiáng)的反應(yīng)活性,同時(shí)煙氣中的SO2抑制硒與Ca/Fe基礦物的交互作用(見(jiàn)圖3)。Shah等[45]利用X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)(XANES)對(duì)飛灰中硒價(jià)態(tài)的表征結(jié)果表明,飛灰中的硒主要是四價(jià)的亞硒酸鹽(Se4+)。Fu等[46]通過(guò)X射線光電子能譜(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)對(duì)富鐵飛灰中的硒形態(tài)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)飛灰中的硒主要以單質(zhì)硒(Se0)形式存在,剩余的則是亞硒酸鹽(Se4+),且發(fā)現(xiàn)飛灰中硒與Fe的含量高度相關(guān),進(jìn)而得出飛灰中的Fe基礦物對(duì)煙氣中的硒具有固定作用。Luo等[41]研究表明,飛灰中的硒主要是亞硒酸鹽(Se4+),同時(shí)存在較低比例的單質(zhì)硒(Se0),并認(rèn)為單質(zhì)硒的生成與飛灰中的未燃盡碳具有關(guān)系。而Ma等[47]通過(guò)熱脫附和價(jià)態(tài)分析對(duì)飛灰中硒的形態(tài)進(jìn)行了解析,結(jié)果表明飛灰中的硒主要亞硒酸鹽,同時(shí)存在部分冷凝生成的二氧化硒。Huang等[48,49]則進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)氣態(tài)硒與礦物組分的交互作用主要在900 ℃下發(fā)生,且鐵基礦物在硒固定過(guò)程中起重要作用。熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明,煙氣中的鉛可與飛灰中的Si/Al基礦物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),在727-1227 ℃與SiO2反應(yīng)生成PbO·SiO2;在527-927 ℃可與Al2O3反應(yīng)生成PbO·Al2O3[50]。王麗[51] 則通過(guò)逐級(jí)提取對(duì)飛灰中的鉛形態(tài)進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)飛灰中的90 %以上的鉛都是殘?jiān)鼞B(tài),主要是由于在高溫下氣態(tài)鉛與飛灰中的硅鋁酸鹽反應(yīng)從而被固定。Zhou等[29]通過(guò)煤添加礦物組分后的燃燒實(shí)驗(yàn)探究了不同礦物組分對(duì)鉛的捕集作用(見(jiàn)圖4),結(jié)果表明,Si/Al基礦物具有較好的鉛捕集能力,且在1000 ℃內(nèi)溫度升高促進(jìn)了Si/Al基礦物對(duì)鉛的固定作用,側(cè)面證明了燃煤過(guò)程中氣態(tài)鉛與Si/Al基礦物間較強(qiáng)的交互作用。

熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明,煙氣中的鉛可與飛灰中的Si/Al基礦物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),在727-1227 ℃與SiO2反應(yīng)生成PbO·SiO2;在527-927 ℃可與Al2O3反應(yīng)生成PbO·Al2O3[50]。王麗[51] 則通過(guò)逐級(jí)提取對(duì)飛灰中的鉛形態(tài)進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)飛灰中的90 %以上的鉛都是殘?jiān)鼞B(tài),主要是由于在高溫下氣態(tài)鉛與飛灰中的硅鋁酸鹽反應(yīng)從而被固定。Zhou等[29]通過(guò)煤添加礦物組分后的燃燒實(shí)驗(yàn)探究了不同礦物組分對(duì)鉛的捕集作用(見(jiàn)圖4),結(jié)果表明,Si/Al基礦物具有較好的鉛捕集能力,且在1000 ℃內(nèi)溫度升高促進(jìn)了Si/Al基礦物對(duì)鉛的固定作用,側(cè)面證明了燃煤過(guò)程中氣態(tài)鉛與Si/Al基礦物間較強(qiáng)的交互作用。綜上可以看到,燃煤過(guò)程中砷、硒、鉛形態(tài)轉(zhuǎn)化復(fù)雜,具體過(guò)程如圖5所示。高溫下煤中砷、硒、鉛主要以氣態(tài)氧化物形式釋放到煙氣中;在煙氣冷卻過(guò)程中,釋放的氣態(tài)重金屬可與煙氣組分(O2、HCl、SO2和H2O)發(fā)生均相反應(yīng),或通過(guò)與飛灰礦物組分(Ca、Fe、Al和Si基礦物)的非均相反應(yīng)以及物理冷凝等過(guò)程進(jìn)而生成顆粒態(tài)重金屬。砷、硒、鉛的轉(zhuǎn)化過(guò)程差異明顯,砷和硒與煙氣組分的交互作用較弱,更多地以氣態(tài)氧化物形式存在;而鉛易與煙氣中的酸性氣體(HCl和SO2)反應(yīng),進(jìn)而從難揮發(fā)的氧化物形式轉(zhuǎn)變成易揮發(fā)的氯化物或硫酸鹽。另一方面,砷傾向于和Ca/Fe/Al基礦物反應(yīng)進(jìn)而被固定在顆粒物上,且與不同礦物的反應(yīng)區(qū)間也有差異,相對(duì)而言砷與Al基礦物的反應(yīng)溫度要比Ca/Fe基礦物高;硒則主要與Ca/Fe基礦物結(jié)合,且由于硒化合物的熱穩(wěn)定性相對(duì)較差,硒與礦物的反應(yīng)溫度則更低(<900 ℃);鉛更易在高溫下和Si/Al基礦物反應(yīng),且部分PbCl2/PbSO4會(huì)發(fā)生冷凝進(jìn)而生成顆粒態(tài)重金屬。氣態(tài)砷、硒、鉛與煙氣組分的交互作用決定氣態(tài)重金屬的形態(tài),從而決定了其揮發(fā)性和毒性,影響氣態(tài)重金屬的脫除難度和危害程度。而氣態(tài)砷、硒、鉛與礦物的反應(yīng)可促進(jìn)氣態(tài)重金屬向(細(xì))顆粒態(tài)轉(zhuǎn)化,顆粒態(tài)重金屬比氣態(tài)更易脫除,粗顆粒態(tài)比細(xì)顆粒態(tài)更易捕集,因此氣態(tài)重金屬與礦物的交互作用決定了重金屬在氣態(tài)和(細(xì))顆粒態(tài)的分布,影響重金屬的總體脫除效果。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]煤燃燒過(guò)程中汞、砷、硒的排放與控制研究[D]. 郭欣.華中科技大學(xué) 2005

碩士論文
[1]超低排放機(jī)組中汞、砷和硒等重金屬的遷移特性研究[D]. 王麗.浙江大學(xué) 2018
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[3]煤中揮發(fā)性微量元素Hg、As、Pb燃燒固化的熱力學(xué)模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 麻銀娟.河南理工大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3089392