煤与石油焦混燃的循环流化床锅炉重金属、SOx和Cl排放特性

摘要

燃煤电站是重金属、SOx和HCl等大气污染物的主要排放源，由此造成的环境污染问题已引发社会的高度关注。石油焦富含硫、氮、钒和重金属等化合物，属于劣质、高污染燃料。开展混燃煤与石油焦的循环流化床锅炉重金属、SOx和Cl等污染物排放特性研究对于解决燃煤电站环境污染问题具有指导意义。 本文选取三台燃用煤/煤焦混合物、额定蒸发量为410t/h的循环流化床锅炉为研究对象，分别采用美国环保部推荐的Ontario Hydro Method（OHM，安大略法）及EPA Method30B、EPAMethod29、EPAMethod8和EPAMethod26A对汞、其他重金属、SOx和Cl等污染物的迁移和排放特性进行了研究，并考察了电厂现有的污染物控制装置对汞及其他重金属、SOx和Cl等污染物的脱除效果。 汞排放测试结果表明：汞的质量平衡率在83.9~122.7%之间。OHM法和EPA Method30B法在工业级别CFB锅炉的总汞浓度测试上均表现出良好的可适性。燃料中的汞经过燃烧和迁移转化后绝大多数都进入了除尘器飞灰和烟囱排气中，范围分别在61.36~67.71%和22.22~33.35%之间。ESP和FF对颗粒态汞Hgp的脱除效率达92%以上，FF相对于ESP有更高的气态汞脱除效率。气态Hg2+由于易溶于水的性质可以大部分被WFGD装置脱除，但WFGD装置中Hg0的二次释放造成了WFGD整体脱汞效率不高。三台CFB锅炉烟囱排气出测得的烟气中总汞浓度均低于GB13223-2011中规定的30μg/m3的限值。 As、Cr、Cd、Ba、Mn、Pb和Cu等重金属元素排放测试结果表明：重金属平衡率在78.57~121.08%之间。燃料中的As、Cr、Cd、Ba、Mn、Pb和Cu等元素最终主要迁移至除尘器灰和底渣中，分别占到重金属总排放的57.34~92.12%和6.29~35.78%。在除尘器进口，颗粒态重金属是烟气中重金属的主要存在形式，占比达96%以上。除尘设备对颗粒态重金属的平均脱除效率达98%以上。WFGD对烟气中的重金属元素有进一步的洗涤脱除的作用，脱除效率在34.54~70.07%之间。Pb、Cu和Ba等元素更易富集在飞灰这样的细颗粒物上。Mn、Cd和Cr等元素在底渣和飞灰当中的富集趋势相当。 SOx排放测试结果表明：在CFB锅炉空预器出口，烟气中SO3/硫酸雾所占比例较低，范围在0.83~1.99%之间，且比例与烟气中含氧量呈正相关关系。ESP和FF对SO3/硫酸雾脱除作用不明显，对颗粒态硫的脱除效率达95%以上；WFGD对SO3/硫酸雾有一定脱除效果，脱除效率达62.66~67.82%。CFB锅炉燃料中硫经过燃烧和污染物控制装置后，绝大部分迁移至灰渣和湿法脱硫产物中，分别占硫总输出的56.79~70.12%和29.25~41.70%。 Cl污染物排放测试结果表明：燃料中有86.1%以上的Cl以气态形式释放入烟气中。在锅炉出口的烟气中Cl主要以HCl的形式存在，比例高达85.14%~87.96%。除尘设备和湿法脱硫塔对烟气中Cl的脱除效率分别为15.6~19.68%和91.2~96.1%。燃料中Cl主要迁移至脱硫废水和脱硫石膏中，分别占76.1~80.2%和11.3~12.8%；最终只有1.4~4.3%的Cl排放到大气环境中。 燃煤电厂现有污染物控制装置对燃煤烟气中的重金属、SOx和HCl等污染物均有一定的脱除作用，因此燃煤电厂粉煤灰、脱硫石膏的综合利用和脱硫废水排放过程中可能会引起的重金属、S和Cl的二次污染问题应该引起足够重视。

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