Aktivētās ogles izmantošana dzīvsudraba noņemšanai ar oglēm{0}}kurināmās spēkstacijās

Ar oglēm{0}}kurināmā elektroenerģijas ražošana joprojām ieņem nozīmīgu vietu globālajā enerģijas struktūrā. Tomēr ar to saistītās dzīvsudraba (Hg) emisijas nopietni apdraud ekoloģisko vidi un cilvēku veselību. IeviešotMinamatas konvencijadaudzās valstīs, īpaši Ķīnā, ASV, Eiropas Savienībā un citos reģionos, dzīvsudraba emisiju kontrole ogļu{0}}elektrostacijās ir pārgājusi no “opcijas” uzobligāts ierobežojums. Starp dažādām dzīvsudraba noņemšanas tehnoloģijām, dūmgāzu dzīvsudraba adsorbcijas tehnoloģija, kuras pamatā irACItiek plaši izmantots-apkalpošanas vienībās, pateicoties tā nobriedušajam procesam, salīdzinoši ērtai modernizēšanai un spēcīgai pielāgojamībai.Aktivētā ogle gaisa un gāzes attīrīšanaiir kļuvis par šīs tehnoloģijas galveno adsorbentu, pateicoties tā lielajam īpatnējam virsmas laukumam un bagātīgai poru struktūrai.

 

Ⅰ. Dzīvsudraba emisijas problēmas ogļu{0}}elektrostacijās

Pašreizējā globālā primārās enerģijas patēriņa modelī ogles joprojām darbojas kā "balasta akmens". Lai gan atjaunojamās enerģijas īpatsvars palielinās, ogļu -kurināmās iekārtas joprojām ir grūti pilnībā nomainīt uz ilgu laiku attiecībā uz energosistēmu nosūtāmību un elektroapgādes uzticamību. Tikmēr, paplašinoties ogļu sadedzināšanai, smago metālu izdalīšanās oglēs ir pakāpeniski pārgājusi no akadēmiskās diskusijas uz regulējošu uzmanību.

 

Dzīvsudrabam ir šādas īpašības:

1. Augsta toksicitāte un neirotoksicitāte: Organiskais dzīvsudrabs, piemēram, metildzīvsudrabs, var uzkrāties barības ķēdē un radīt neatgriezeniskus bojājumus augļa un bērnu neiroloģiskajai attīstībai;

2. Iespēja migrēt no attāluma-: Pēc emisijas kā gāzveida elementārais dzīvsudrabs (Hg⁰), tas var migrēt atmosfērā tūkstošiem kilometru, veidojot globālu piesārņojumu;

3. Ugunsizturīgs un vides noturība: pēc nogulsnēšanās augsnē un ūdenstilpēs tas var atkārtoti{0}}ieiet biosfēras ciklā, izmantojot mikrobu metilēšanu.

 

 

Tāpēc dzīvsudraba emisijām ir raksturīga starpreģionu{0}un paaudžu ārējā ietekme. Atsevišķas valsts pārvaldība bieži vien ir nepietiekama, un vispārējai kontrolei nepieciešama starptautiska koordinācija. Kopš tās pieņemšanas 2013. gadā Minamatas konvenciju ir ratificējušas vairāk nekā 100 līgumslēdzējas puses, tostarp Ķīna. Viens no tās galvenajiem mērķiem ir ierobežot un samazināt dzīvsudraba emisijas no rūpnieciskiem avotiem, piemēram, ogļu{6}}elektrostacijām.

 

Inženierpraksē ogļu{0}}elektrostaciju dūmgāzu attīrīšanas sistēmas ir samērā nobriedušas, parasti aprīkotas ar šādām ierīcēm:

• Selektīva katalītiskā reducēšana (SCR)vaiSelektīva ne{0}}katalītiskā reducēšana (SNCR)denitrifikācijai;
• Elektrostatiskie nogulsnētāji (ESP)vaiAuduma filtri (FF)cieto daļiņu kontrolei;
• Slapjš vai daļēji{0}}saussDūmgāzu desulfurizācija (FGD)sistēmas SO₂ noņemšanai.

 

Šīm ierīcēm ir "sinerģiska noņemšana" ietekme uz dažiem dzīvsudraba veidiem. Tomēr visgrūtāk-kontrolējamam-gāzveida saturamelementārais dzīvsudrabs (Hg⁰), parastā dūmgāzu attīrīšanas ķēde nevar garantēt stabilu un efektīvu uztveršanu. Šajā kontekstā dzīvsudraba atdalīšanas tehnoloģija, kuras centrā ir aktīvās ogles iesmidzināšana, tiek uzskatīta par svarīgu papildinājumu tradicionālajām dūmgāzu attīrīšanas metodēm, un tā pat kļūst par galveno saikni, lai panāktu atbilstību dzīvsudraba emisijām noteiktos darba apstākļos.kokosriekstu čaumalas aktīvā ogle gāzes attīrīšanai uzrāda izcilu veiktspēju šajā jomā, pateicoties augstajai adsorbcijas aktivitātei un mehāniskajai izturībai.

 

Ⅱ. Dzīvsudraba specifikācijas un transformācijas ceļi dūmgāzēs

 

Dzīvsudraba specifikācijas sadalījuma izpratne no termodinamikas un kinētikas viedokļa ir priekšnoteikums, lai apspriestu dzīvsudraba atdalīšanas mehānismu ar aktivēto ogli.

 

2.1. Dzīvsudraba izdalīšanās un sākotnējā specifikācija oglēs

Dzīvsudrabs oglēs parasti ir nelielā daudzumā, un tā saturs parasti svārstās no0,01–0,5 mg/kg, kas atrodas organiskās vielās, pirīta un māla minerālos. Augstas-temperatūras krāsns degšanas apstākļos (apmēram1300-1600 grādi), šīs dzīvsudraba sugas gandrīz pilnībā iztvaiko un pārvēršas gāzveida dzīvsudrabā. Lielākā daļa sākotnēji izdalītā dzīvsudraba pastāv kāelementārais dzīvsudrabs (Hg⁰), tikai neliels daudzums oksidējas augstas{0}}temperatūras zonā.

Gāzveida Hg⁰ ir šādas īpašības: spēcīga ķīmiskā inerce; nešķīst ūdenī; ierobežota mijiedarbība ar parastajām uztveršanas ierīcēm dūmgāzēs. Tāpēc bez īpašiem pasākumiem Hg⁰ var viegli novadīt atmosfērā ar attīrītām dūmgāzēm.Ekstrudēta aktīvā ogle gāzes attīrīšanaito bieži izmanto fiksētās{0}}gultu sistēmās dziļai Hg⁰ noņemšanai, jo tā ir viendabīga struktūra un laba caurlaidība.

 

2.2. Dzīvsudraba specifikācijas transformācija dūmgāzu sistēmās

Dūmgāzu temperatūrai pazeminoties no krāsns izejas un secīgi izejot caur ekonomaizeru, gaisa priekšsildītāju, SCR, putekļu savācēju un atsērošanas ierīci, dzīvsudrabs dažādās iekārtās un temperatūras zonās iziet virkni viendabīgu un neviendabīgu reakciju, veidojot trīs galvenās formas:

1. Elementārais dzīvsudrabs Hg⁰: Gāzveida, elektriski neitrāla, ļoti gaistoša, zema ķīmiskā reaktivitāte; nav viegli uzsūcas mitrās atsērošanas rezultātā vai fiziski adsorbējas uz vieglo pelnu virsmām; visgrūtāk kontrolējamās un galvenās ACI tehnoloģijas mērķa sugas.

2. Oksidēts dzīvsudrabs Hg²⁺: Parasti pastāv kā labi šķīstoši sāļi, piemēram, HgCl2 un HgSO4; Hg⁰ var oksidēties līdz Hg²⁺ HCl, O2, NO2 un katalītisko virsmu klātbūtnē; viegli šķīst FGD suspensijā vai tiek uztverta uz vieglo pelnu virsmām, tādējādi daļēji noņemta ar tradicionālajām desulfurizācijas un putekļu noņemšanas ierīcēm.

3. Daļiņu{1}}saistītais dzīvsudrabs: Dzīvsudrabs apvienojumā ar minerāliem uz lidojošo pelnu daļiņu virsmas vai nesadegušās oglekļa virsmas, veidojot cietās fāzes{0}}komponentus; lielā proporcijā var uztvert ar augstas -efektivitātes putekļu savācējiem, kas ir visvieglāk kontrolējamā dzīvsudraba forma.

 

Faktiskos darba apstākļos šo trīs formu relatīvās proporcijas ir atkarīgas no ogļu īpašībām (īpaši hlora, sēra un sārmu metālu satura), temperatūras sadalījuma krāsnī un astes dūmvadā, sadegšanas un reducējošās atmosfēras, SCR darbības stāvokļa un lidojošo pelnu fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām. Parasti bitumena akmeņogles ar augstu hlora saturu dūmgāzēs ir labvēlīgākas Hg⁰ oksidācijas veicināšanai, tādējādi palielinot Hg²⁺ attiecību un ļaujot FGD ierīcei veikt vairāk dzīvsudraba noņemšanas funkciju; dedzinot zema-hlora satura ogles (piemēram, brūnogles un sub-bitumena ogles), Hg⁰ attiecība ir ievērojami augstāka, un šādi darba apstākļi vairāk ir atkarīgi no īpašām dzīvsudraba noņemšanas tehnoloģijām (piemēram, ACI).Aktivētā ogle gaisa un gāzes attīrīšanaiātri kompensē sinerģiskās apstrādes trūkumus šādos apstākļos un nodrošina emisiju atbilstību.

 

Ⅲ. Aktīvās ogles pamatprincipi un materiālu īpašības dzīvsudraba noņemšanai

 

Aktīvā ogle tiek plaši izmantota dūmgāzu dzīvsudraba noņemšanai ogļu spēkstacijās, pateicoties tās unikālajai poru struktūrai un viegli regulējamām virsmas ķīmiskajām īpašībām.

 

3.1. Poru struktūra un fiziskā adsorbcija

Aktivētā ogle parasti tiek iegūta no oglekļa avotiem, piemēram, oglēm, biomasas, kokosriekstu čaumalas, koksnes vai naftas koksa, karbonizējot un aktivizējot to augstā temperatūrā{0}}. Aktivizācijas process (fiziskā vai ķīmiskā aktivizēšana) rada lielu skaitumikroporas (<2 nm)**, **mesopores (2–50 nm)** and **macropores (>50 nm)materiāla iekšpusē, veidojot cieši savienotu hierarhisku poru tīklu, padarot tā īpatnējo virsmu sasniedzot tūkstošiem m²/g.Kokosriekstu čaumalas aktīvā ogle gāzes attīrīšanaiir slavena ar labi{0}}attīstītajām mikroporām un spēcīgu zemas-koncentrācijas dzīvsudraba tvaiku uztveršanas spēju.

Fiziskā adsorbcija galvenokārt balstās uz van der Vālsa spēkiem un vāju polarizācijas mijiedarbību,raksturotsautors:

• Adsorbcijas process parasti ir atgriezenisks;
• Zems adsorbcijas siltums, tuvu kondensācijas siltumam;
• Adsorbcijas spēja ir jutīga pret temperatūru, un temperatūras paaugstināšanās ievērojami samazina adsorbcijas spēju.

Akmeņogļu{0}}elektrostaciju dūmgāzu temperatūras diapazonā (parasti100-200 grādi), Hg⁰ uztveršanas efektivitāte tikai ar fizisku adsorbciju bieži vien ir nepietiekama, īpaši, ja dzīvsudraba koncentrācija dūmgāzēs ir zema (parasti ug/m³ līmenī). Šobrīd elementārajam dzīvsudrabam nav priekšrocību konkurētspējīgā adsorbcijā salīdzinājumā ar citām gāzes molekulām, un adsorbcijas līdzsvars tiecas uz desorbcijas pusi augstas temperatūras apstākļos. Tāpēc, lai gan poru struktūra ir adsorbcijas pamatā, ir jāievieš spēcīgāks ķīmiskās adsorbcijas mehānisms, lai panāktu efektīvu dzīvsudraba atdalīšanu.

 

3.2. Virsmas funkcionālās grupas un ķīmiskā adsorbcija

Uz aktīvās ogles virsmas ir noteikts skaits skābekli -saturošu funkcionālo grupu, piemēram, hidroksilgrupas (-OH), karboksilgrupas (-COOH), karbonilgrupas (C=O), laktona struktūras utt. Šīs funkcionālās grupas zināmā mērā var darboties kā vāji Lūisa skābes vai bāzes centri un zināmā mērā reaģēt ar gāzi. Dzīvsudrabam šīs funkcionālās grupas uz neapstrādātas aktīvās ogles var nodrošināt ierobežotas ķīmiskās adsorbcijas vietas, izraisot daļēju Hg⁰ oksidāciju vai virsmas kompleksa veidošanos, taču šī spēja ne tuvu neatbilst stingrām emisijas kontroles prasībām.

Tāpēc aktīvās ogles virsmas modifikācija parasti ir nepieciešama inženiertehniskos lietojumos. Ieviešot īpašus elementus vai ķīmiskās sugas, tiek izveidoti aktīvi centri ar augstāku dzīvsudraba afinitāti, pārveidojot dzīvsudraba uztveršanu no fiziskās adsorbcijas{1}}uz dominējošo ķīmisko adsorbciju un virsmas reakciju-.Ekstrudēta aktīvā ogle gāzes attīrīšanaiir viegli ielādēt bromu, sēru un citus modifikatorus, kas parāda labāku stabilitāti dūmgāzu dzīvsudraba noņemšanai.

 

Ⅳ. Modificēta aktīvā ogle: no fiziskās adsorbcijas līdz reakcijas kontrolei

 

Aktivētās ogles modifikācijas tehnoloģiju var saprast kā "īpašas funkcionālas virsmas konstruēšanu uz oglekļa skeleta". Starp daudzām modifikācijas metodēm, jo ​​īpaši halogēna modifikācijabroma modifikācija, ir visplašāk pētīta un izmantota ogļu{0}}kurināmā dūmgāzu dzīvsudraba noņemšanas jomā.

 

4.1. Bromētās aktīvās ogles pamatmehānisms

Bromētā aktīvā ogleparasti tiek sagatavots, ievadot bromu molekulārā vai jonu formā aktīvās ogles porās un virsmā, impregnējot, izsmidzinot vai adsorbējot gāzes{0}}fāzē. Broms var veidot C-Br saites uz oglekļa virsmas vai pastāvēt kā bromīda sāļi un adsorbētas broma molekulas, veidojot jaunas virsmas aktīvās vietas.Aktivētā ogle gaisa un gāzes attīrīšanaivar būt vairākas reizes efektīvāka pēc bromēšanas, padarot to par galveno izvēli spēkstacijām.

 

Pašreizējos pētījumos parasti tiek uzskatīts, ka dzīvsudraba uztveršanai ar bromētu aktivēto ogli parasti veic šādas pamata darbības:

1. Masas pārnese un Hg⁰ fiziska iekļūšana porāsHg⁰ vispirms konvekcijas ceļā izkliedējas uz aktīvās ogles daļiņu virsmu un pēc tam tālāk tuvojas aktīvajām vietām, izmantojot molekulāro difūziju poru struktūrā. Šo procesu galvenokārt kontrolē poru struktūra un dūmgāzu plūsmas stāvoklis.

2. Heterogēna Hg⁰ oksidēšana ar broma aktīvām vietāmKad Hg⁰ sasniedz bromu{0}}saturošu vietu tuvumā, notiek neviendabīga oksidācijas reakcija, kurā piedalās broma sugas. Vienkāršotu izteiksmi var uzrakstīt šādi:Hg⁰(g) + 2Br(-i) → HgBr₂(reklāmas)Kur Br apzīmē aktīvās broma sugas uz aktīvās ogles virsmas. Daži pētījumi liecina, ka šis oksidācijas process var iziet cauri starpposma valences stāvokļiem vai veidot HgBr (reklāmas) pirms tālākas pārvēršanas par HgBr₂.

3. HgBr₂ stabilizācija un spēcīga saistīšanāsRadušos HgBr₂ var adsorbēt van der Vālsa spēki poru iekšpusē un virsmā, un tas var tālāk veidot stabilāku sarežģītu struktūru ar virsmas funkcionālajām grupām, apgrūtinot to desorbciju dūmgāzu temperatūrā120-180 grādi, tādējādi panākot efektīvu dzīvsudraba fiksāciju.

 

Bromētai aktīvajai oglei salīdzinājumā ar hlorēto aktivēto ogli ir šādas būtiskas priekšrocības:

• Broms ir labvēlīgāks Hg⁰ oksidācijas kinētikai, un reakcijas ātrums parasti ir lielāks;
• Izveidotajam HgBr₂ ir laba termiskā stabilitāte augstās temperatūrās, un tā sadalīšanās vai reducēšanās iespējamība ir mazāka nekā HgCl2;
• Konkurētspējīgu gāzu, piemēram, SO₂ un H₂O, klātbūtnē aktīvo broma vietu saindēšanās pakāpe ir salīdzinoši neliela, un spēja izturēt darba apstākļu svārstības ir spēcīgāka.

Inženieru prakse liecina, ka zema-hlora ogļu sadegšanas apstākļos, ievadot atbilstošu bromētas aktīvās ogles devu, bieži var sasniegt kopējo dzīvsudraba atdalīšanas ātrumuvairāk nekā 80-90%pirms pakārtotā putekļu savācēja, kas atbilst pašreizējām emisiju robežvērtībām lielākajā daļā reģionu.

 

4.2. Citi modifikācijas ceļi: sēra, hlora un kompozītmateriālu modifikācija

Papildus broma modifikācijai vairākām citām modifikāciju idejām ir zināms pielietojuma potenciāls:

1. Sēra -modificēta aktīvā oglePamatojoties uz spēcīgo afinitāti starp Hg un S (beidzot veidojot ārkārtīgi stabilu dzīvsudraba sulfīdu HgS), pētnieki pastiprina ķīmiskās adsorbcijas spēju, uz aktīvās ogles virsmas ievietojot sēru saturošas vielas (piemēram, elementāro sēru, sulfīdus). Sēra -modificētajai aktīvā oglei ir spēcīga spēja uztvert oksidētu dzīvsudrabu un daļu Hg⁰, īpaši zemā temperatūrā (<150°C), but it is highly sensitive to working condition changes, and regeneration and stability problems remain to be solved.

2. Hloru{1}}modificēta aktīvā ogleHlora modifikācija ir līdzīga broma modifikācijai mehānismā, galvenokārt uzlabojot dzīvsudraba atdalīšanas efektivitāti, veicinot Hg⁰ oksidēšanos par HgCl₂. Tā kā pašas dūmgāzes bieži satur noteiktu HCl koncentrāciju, ko papildina virsmas reakcijas, piemēram, SCR katalizatori, dažas spēkstacijas papildus neizmanto hloru -modificētu aktīvo ogli, bet izmanto esošo sistēmu sinerģisko efektu. Salīdzinot ar bromu, hlora modifikācijas efektivitāte un temperatūras pielāgošanās spēja parasti ir nedaudz zemāka, taču tai ir noteiktas priekšrocības izmaksu un korozijas ziņā.

3. Daudzkomponentu{1}}kompozīta modifikācijaPēdējos gados dažos pētījumos ir mēģināts uz aktīvās ogles vienlaicīgi ieviest vairākus funkcionālus komponentus (piemēram, bromu + sēru, hlors + pārejas metālus utt.), lai panāktu vairāku formu dzīvsudraba sinerģisku uztveršanu plašākā temperatūras diapazonā. Šādiem kompozītmateriāliem, kas modificēti, ir labas pielietošanas iespējas laboratorijas līmenī, taču to rūpnieciskā mēroga -paaugstināšana, ilgtermiņa-stabilitāte un iespējamā ietekme uz pakārtotajām iekārtām joprojām ir nepieciešama rūpīgāka pārbaude.Kokosriekstu čaumalas aktīvā ogle gāzes attīrīšanaisaglabā stabilu dzīvsudraba atdalīšanas veiktspēju pat augsta -sēra un augsta-mitruma dūmgāzēs pēc saliktas modifikācijas, paplašinot tā pielietojuma jomu.

 

Ⅴ. Galvenie faktori, kas ietekmē aktivētās ogles dzīvsudraba atdalīšanas efektivitāti

 

Tādos pašos aktīvās ogles materiāla apstākļos dzīvsudraba noņemšanas ātrums faktiskajos spēkstacijas darba apstākļos joprojām var uzrādīt būtiskas atšķirības, kas sakņojas daudzu faktoru, piemēram, dūmgāzu sastāva, temperatūras, iesmidzināšanas pozīcijas un pakārtotā aprīkojuma, savienojuma efektā.

 

5.1. Dūmgāzu komponentu savienojuma efekts

1. SO₂ un SO3SO₂ koncentrācija parasti ir no tūkstošiem līdz desmitiem tūkstošu mg/m³, daudz augstāka par dzīvsudraba koncentrāciju (ug/m³ līmenis), un tai ir dabiska konkurences priekšrocība adsorbcijas procesā. Daļu SO₂ var tālāk oksidēt līdz SO₃, kas zemas -temperatūras daļā ar H₂O viegli veido sērskābes miglu vai kondensējas aktīvās ogles porās, tādējādi bloķējot poras un pārklājot aktīvās vietas, izraisot aktīvās ogles dezaktivāciju. Augstos SO₃ darba apstākļos bieži ir jāpalielina aktīvās ogles ievadīšanas ātrums vai jāpieņem pret sēra saindēšanās -izturīgas modifikācijas shēmas.

2. NOₓ un tā atvasinājumiNO pašam ir vājas oksidējošas īpašības un ierobežota ietekme uz dzīvsudraba adsorbciju; NO₂ var piedalīties Hg⁰ oksidācijas procesā un darboties kā palīgoksidants. Tajā pašā laikā NO₂ var arī mijiedarboties ar virsmas oksidācijas vietām, lai mainītu virsmas ķīmisko vidi. Kopumā NOₓ ietekme uz ACI dzīvsudraba atdalīšanu ir mazāk nozīmīga nekā SOₓ, taču mijiedarbības mehānisms SCR+ACI kombinētos darba apstākļos ir pelnījis turpmāku-padziļinātu izpēti.

3. HCl un citi halogenīdiHCl ir viena no galvenajām gāzēm, kas veicina Hg⁰ pārvēršanos par HgCl₂. Dūmgāzēs ar augstu hlora saturu, pat bez ACI, daļēju dzīvsudraba atdalīšanu var panākt tikai ar SCR katalīzi un FGD sinerģiju. Oglēm ar zemu-hlora saturu bieži vien ir nepieciešams kompensēt šo trūkumu, injicējot bromētu aktivēto ogli. Dažas spēkstacijas pirms katla pievieno hloru-saturošus degšanas uzlabotājus vai kā papildu pasākumus dūmgāzēm pievieno atbilstošu daudzumu HCl, taču tā izraisītais korozijas risks ir jāuzmanās.

4. Ūdens tvaiki un skābeklisŪdens tvaiki zināmā mērā konkurē ar adsorbcijas vietām, īpaši vājām adsorbcijas vietām; bet atbilstošs daudzums H2O var piedalīties arī dažās virsmas oksidācijas reakcijās. Skābeklis ir svarīga fona gāze dzīvsudraba oksidācijas reakciju uzturēšanai, īpaši ietekmējot re-oksidācijas procesu, kas ir iesaistīts daudzpakāpju oksidācijas mehānismos.

 

5.2. Temperatūra un uzturēšanās laiks

Temperatūra ir viens no vissvarīgākajiem darbības parametriem ACI sistēmas projektēšanā un optimizācijā. Prakses šovi:

When the flue gas temperature is too high (>200 grādi), fiziskā adsorbcijas spēja ievērojami samazinās, un daļa ķīmiski adsorbēta dzīvsudraba var sākt destabilizēties, izraisot desorbciju;

Kad temperatūra ir pārāk zema (<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.

Tāpēc tipiskā ACI konstrukcija parasti iesmidzināšanas punktu iekārto aiz gaisa priekšsildītāja vai ekonomaizera, kontrolējot to aptuveni logā100-180 grādilīdzsvarot adsorbcijas termodinamikas un iekārtu korozijas riskus.

Turklāt aktīvās ogles daļiņu uzturēšanās laiks dūmvadā ir arī viens no galvenajiem faktoriem, kas nosaka dzīvsudraba atdalīšanas efektivitāti. Pārāk īss uzturēšanās laiks novedīs pie putekļu savācēja uztveršanas pirms pilnīgas saskares ar dzīvsudrabu; atbilstoša uzturēšanās laika pagarināšana veicina masas pārneses un reakcijas procesu pabeigšanu starp dzīvsudrabu un aktīvajām vietām. Pielāgojot sprauslu izvietojumu, optimizējot dūmvada struktūru un plūsmas lauka sadalījumu, efektīvo uzturēšanās laiku var uzlabot, būtiski nepalielinot pretestības zudumu.

 

5.3. Injekcijas ātrums, daļiņu izmērs un sajaukšanas viendabīgums

Aktivētās ogles iesmidzināšanas ātrums (izteikts kā mgAC/m³ dūmgāzu vai C/Hg masas attiecība) tieši ietekmē kopējo pieejamo adsorbcijas vietu skaitu un ir visintuitīvākais mainīgais dzīvsudraba noņemšanas ātruma kontrolei. Faktiski inženierzinātnēs, sadedzinot ogles ar zemu-hlora saturu un cenšoties panākt aptuveni 90% dzīvsudraba atdalīšanas ātrumu, nemodificētai parastai pulverveida aktīvās ogles izmantošanai bieži vien ir nepieciešama tūkstošiem līdz desmitiem tūkstošu reižu lielāka C/Hg masas attiecība, kā rezultātā rodas augsts izmaksu spiediens; pēc bromētās aktīvās ogles izmantošanas injekcijas ātrumu var ievērojami samazināt ar tādu pašu dzīvsudraba noņemšanas ātrumu.

Aktivētās ogles daļiņu izmērs ietekmē tās izkliedes un masas pārneses raksturlielumus dūmgāzēs. Mazāks daļiņu izmērs palielina īpatnējo virsmu un kontakta biežumu ar dzīvsudraba molekulām, bet pārāk mazs daļiņu izmērs var palielināt lidojuma zudumu un ietekmēt putekļu savācēja darbību. Parasti pulverveida aktīvās ogles daļiņu izmērs, ko izmanto ACI, lielākoties ir diapazonā no10–30 μm.

Sajaukšanas viendabīgums ir arī viegli aizmirstams, bet ļoti būtisks faktors. Pat ja aktīvās ogles iesmidzināšanas ātrums ir pietiekams, ja šķērsgriezuma sajaukšanās ar dūmgāzēm ir nevienmērīga, notiks lokāla pārmērīga adsorbcija un lokāla nepietiekama dzīvsudraba noņemšana. Iesmidzināšanas pozīcijas un sprauslu izkārtojuma optimizēšana, izmantojot CFD simulāciju, apvienojumā ar tiešsaistes koncentrācijas uzraudzību, lai pielāgotu iesmidzināšanas apstākļus, ir efektīvs līdzeklis vispārējās sistēmas veiktspējas uzlabošanai.Kokosriekstu čaumalas aktīvā ogle gāzes attīrīšanaiir regulējams daļiņu izmērs un laba plūstamība, kas ir piemērota ilgstošai{0}}stabila pneimatisko iesmidzināšanas sistēmu darbībai.

 

Ⅵ. ACI tehnoloģiju inženierijas pielietojums, ekonomika un tirgus attīstība

 

6.1. Inženierijas lietojumprogrammas pašreizējais statuss

Kopš ASV pakāpeniski ieviestaDzīvsudraba un gaisa toksicitātes standarti (MATS)2000. gados ACI tehnoloģija ir uzņēmusies vadošo lomu liela mēroga-pielietojumā Ziemeļamerikas enerģētikā, pakāpeniski aptverot dažādas iekārtas, kurās sadedzina dažādu veidu ogles. Dažas Eiropas valstis ir izvietojušas ACI sistēmas arī lielās ogļu -kurināmās iekārtās, lai izpildītu stingrākas visaptverošas emisiju prasības. Pēdējos gados, kad Ķīnā tiek modernizētas ogļu-iekārtas ar īpaši zemu emisiju līmeni un pastiprināta uzmanība tiek pievērsta dzīvsudraba emisijām, ACI un citas ar dzīvsudrabu saistītas tehnoloģijas pakāpeniski ir iekļautas tehniskās atlases vīzijā, jo īpaši iekārtās ar zemu-hlora saturu, zemu pelnu aktivitāti, ACI ir uzskatāms par tehniskiem ogļu veidiem.

ACI sistēmām parasti ir šādi inženiertehniskie parametri:

• Salīdzinoši vienkārša ierīces struktūra, kas parasti ietver uzglabāšanas tvertnes, mērīšanas un padeves sistēmas, pneimatiskos transportēšanas cauruļvadus, iesmidzināšanas lances un vadības sistēmas;
• Laba savietojamība ar oriģinālo dūmgāzu attīrīšanas sistēmu, bez lielas{0}}galvenā dzinēja un dūmvada konstrukcijas modernizācijas;
• Iesmidzināšanas ātrumu var elastīgi pielāgot atbilstoši dzīvsudraba emisijas koncentrācijai un normatīvajām prasībām ar noteiktu mērogojamību.

 

6.2. Saimnieciskās izmaksas un blakusproduktu likvidēšanas problēmas

Lai gan ACI tehnoloģijai ir acīmredzamas priekšrocības tehniskajā briedumā, tās ekonomika un ārējā ietekme uz vidi vienmēr ir bijuši svarīgi faktori, kas ierobežo tās plašo popularizēšanu.

1. Aktivētās ogles izmaksasLai gan pašas pulverveida aktīvās ogles cena ir zema (vietējā tirgū), augstas veiktspējas modificētiem produktiem, piemēram, bromētai aktīvās ogles vienībai, ir augsta vienības cena. Kā piemēru ņemot vidējas un lielas ogļu -kurināmas iekārtas, lai sasniegtu augstu dzīvsudraba atdalīšanas ātrumu, gada aktīvās ogles patēriņš var sasniegt simtiem līdz tūkstošiem tonnu, un gada darbības izmaksas svārstās no miljoniem RMB līdz augstākam līmenim. Līdz ar peļņas normu samazināšanos enerģētikas nozarē šīs nepārtrauktās darbības izmaksas ir kļuvušas par faktoru, kas rūpīgi jāizsver, pieņemot lēmumus par spēkstaciju{4}}.

2. Dzīvsudrabu{1}}saturošo lidojošo pelnu likvidēšanaDūmgāzēs ievadītā aktīvā ogle galu galā tiks uztverta putekļu noņemšanas sistēmā kopā ar viegliem pelniem, tādējādi mainot lidojošo pelnu fizikālās un ķīmiskās īpašības. No vienas puses, nesadegušās oglekļa satura palielināšanās un krāsas maiņa var ietekmēt tā izmantošanas vērtību cementa un betona rūpniecībā; no otras puses, vieglie pelni, kas adsorbēti ar toksiskiem metāliem, piemēram, dzīvsudrabu, bieži tiek pārvaldīti kābīstamie atkritumisaskaņā ar juridiskajiem un vides standartiem, palielinot transportēšanas, likvidēšanas un ilgtermiņa{0}}vides riska kontroles izmaksas. Patlaban galvenās iespējas ir droša apglabāšana poligonā un sacietēšanas/stabilizēšanas apstrāde, taču joprojām neatrisināta problēma ir, kā uzlabot tā resursu izmantošanas līmeni, pamatojoties uz vides drošības nodrošināšanu.

3. Korozija un sistēmas uzticamībaLai gan bromētā aktīvā ogle nodrošina augstu{0}}efektīvu dzīvsudraba atdalīšanas spēju, pastāv arī risks, ka bromīdi var izraisīt pakārtoto FGD sistēmu, dūmvadu un skursteņu materiālu koroziju. Īpaši mitrās atsērošanas gadījumā halogēna koncentrācijas palielināšanās šķidrajā fāzē var negatīvi ietekmēt gumijas oderējumus un sakausējuma sastāvdaļas, palielinot apkopes biežumu un rezerves daļu nomaiņas izmaksas. Projektējot ACI sistēmu, ir rūpīgi jāapsver korozijas mehānisms, materiālu izvēle un pretkorozijas stratēģijas.

 

6.3. Tirgus mērogs un attīstības tendences

Saskaņā ar pēdējo gadu globālās tirgus izpētes ziņojumiem aktīvās ogles tirgus rūpniecisko dūmgāzu attīrīšanai (tostarp ogļu -elektrostacijas, atkritumu sadedzināšana, metālu kausēšana u.c.) ir sasniedzis miljardu ASV dolāru apmēru, starp kuriem īpaša pulverveida aktīvā ogle dzīvsudraba noņemšanai ir viens no strauji{2}}augošajiem segmentiem.Kokosriekstu čaumalas aktīvā ogle gāzes attīrīšanaiieņem nozīmīgu daļu enerģijas, atkritumu sadedzināšanas un metalurģijas gāzes attīrīšanas jomā. Prognozes liecina, ka segments turpmākajos gados saglabās pozitīvu izaugsmi ar galvenajiem virzītājspēkiem, tostarp:

• Stingrāki dzīvsudraba emisijas standarti jaunām un modernizētām ogļu{0}} iekārtām jaunattīstības valstīs;
• Stingrāka smago metālu kontroles regulēšana atkritumu sadedzināšanas un bīstamo atkritumu sadedzināšanas nozarēs;
• Lietojumprogrammu paplašināšana, ko nodrošina jaunu augstas veiktspējas{0}}modificētas aktīvās ogles produktu komerciālā reklamēšana.

 

Ⅶ. Nākotnes tehniskie virzieni un visaptverošas pārvaldības idejas

 

Turpinot pilnveidot vides uzraudzību un nepārtraukti pilnveidojot enerģijas pārveidošanu, vienas tehnoloģijas "simptomātiskās ārstēšanas" pārvaldības modelis pakāpeniski tiek aizstāts ar sistemātisku, daudzu{0}}piesārņotāju sinerģisku kontroles visaptverošu plānu. Šajā kontekstā pati ACI tehnoloģija saskaras arī ar iteratīvas jaunināšanas un funkcionālās integrācijas vajadzībām.

 

7.1. Jauni zemu-izmaksu un atjaunojamie adsorbenti

No resursu un izmaksu viedokļa arvien lielāka uzmanība tiek pievērsta adsorbcijas materiāliem, kas izgatavoti no biomasas vai rūpnieciskiem cietajiem atkritumiem (piemēram, labības salmiem, augļu čaumalām, dūņām, viegliem pelniem utt.). Izmantojot atbilstošu aktivāciju un ķīmisko modifikāciju, šie materiāli var sasniegt dzīvsudraba atdalīšanas veiktspēju, kas ir tuvu vai pat pārsniedz tradicionālo aktivēto ogli uz ogles-, vienlaikus ievērojami samazinot izejvielu izmaksas un oglekļa pēdas nospiedumu. Turklāt tādu adsorbentu izstrāde, kurus var pārstrādāt un atkārtoti izmantot uz vietas-elektrostacijās vai centralizētās iekārtās, palīdzēs samazināt bīstamo cieto atkritumu veidošanos un uzlabot vispārējo vides ilgtspējību.

 

7.2. Daudz{1}}piesārņotāju sinerģiskas kontroles integrācija

Viens no svarīgiem nākotnes dūmgāzu attīrīšanas tehnoloģiju attīstības virzieniem ir dzīvsudraba noņemšanas funkciju cieša sasaiste ar esošajām denitrifikācijas, desulfurizācijas vai putekļu noņemšanas sistēmām, lai izveidotu sinerģisku vadības platformu "viss{0}}in-one". Piemēram:

• Izstrādāt SCR katalizatorus ar divām funkcijām – NOₓ reducēšanu un Hg⁰ oksidēšanu, lai samazinātu atkarību no neatkarīgām ACI sistēmām;
• Ieviest daudzfunkcionālus pulverus ar dzīvsudraba adsorbcijas funkciju daļēji -sausā atsērošanas vai sausās injekcijas procesos, lai panāktu sinerģisku SO₂, HCl un Hg kontroli;
• Apvienojiet to ar lidojošo pelnu klasifikācijas un savākšanas tehnoloģiju, lai atdalītu dzīvsudrabu{0}}pildītu aktīvo ogli no izmantojamiem viegliem pelniem, samazinot ietekmi uz būvmateriālu izmantošanu.

Paredzams, ka šis integrētais risinājums samazinās kopējās investīciju un ekspluatācijas izmaksas, vienlaikus samazinot sistēmas sarežģītību un uzturēšanas slogu.

 

7.3. Digitalizācija un viedā vadība

Attīstoties tiešsaistes dzīvsudraba monitoringa tehnoloģijai, arvien vairāk spēkstaciju ir sākušas izvietotDzīvsudraba nepārtrauktās emisijas uzraudzības sistēmas (HgCEMS)lai iegūtu{0}}reāllaika datus par dūmgāzu dzīvsudraba koncentrāciju un specifikācijas izmaiņām. Apvienojumā ar CFD simulāciju, datu vadītiem modelēšanas un optimizācijas algoritmiem, var realizēt dinamisku optimālu aktīvās ogles iesmidzināšanas ātruma, iesmidzināšanas pozīcijas un pat modifikācijas formulas kontroli, veidojot slēgtas -cilpas regulēšanas sistēmu, lai samazinātu aktīvās ogles patēriņu, nodrošinot emisiju atbilstību.Kokosriekstu čaumalas aktīvā ogle gāzes attīrīšanaiātri reaģē un ir piemērots precīzai dozēšanai inteliģentās regulēšanas sistēmās.

Attīstoties spēkstaciju digitālajai un inteliģentajai transformācijai, ACI sistēmas var saistīt arī ar vienības slodzes regulēšanu, degvielas pārslēgšanu, desulfurizācijas un denitrifikācijas darba apstākļu regulēšanu, lai panāktu precīzāku un ekonomiskāku sinerģisku vadību.

 

7.4. No mehānisma simulācijas uz materiālu mērķtiecīgu dizainu

Kvantu ķīmiskās aprēķinu metodes, kuras attēloBlīvuma funkcionālā teorija (DFT)pakāpeniski ir kļuvuši par svarīgiem instrumentiem dzīvsudraba adsorbcijas un reakcijas mehānismu pētīšanai uz dažādu adsorbcijas materiālu virsmām. Sistemātiski pētot elektroniskās struktūras mijiedarbību starp dzīvsudrabu un dažādiem elementiem un virsmas struktūrām teorētiskā līmenī, tas var nodrošināt zinātnisku pamatojumu jaunu adsorbcijas materiālu "mērķtiecīgai izstrādei", samazinot laiku un resursus, kas nepieciešami tradicionālajai izmēģinājuma{1}}un-kļūdu eksperimentālai pētniecībai un izstrādei. Sagaidāms, ka, pamatojoties uz priekšgājējiem, plašāka šādu simulāciju kombinācija ar augstas -caurlaidības eksperimentiem un mašīnmācīšanās algoritmiem veicinās aktīvās ogles un alternatīvu materiālu izpēti un izstrādi jaunā "dizaina -vadītā" posmā.

 

7.5. Granulētas aktīvās ogles fiksētās gultnes dzīvsudraba noņemšanas tehnoloģija

Granulēta aktivētā ogle stacionārā gultnes tehnoloģija ir vēl viena ideja dzīvsudraba piesārņojuma kontrolei ogļu{0}}elektrostacijās. Atšķiras no vispārējās ACI tehnoloģijas,Granulēta aktivētā oglefiksētā gulta tiek novietota lejpus mitrās atsērošanas (FGD) ierīces, un dūmgāzu temperatūra pazeminās līdz aptuveni 50 grādiem, kalpojot kā galīgais attīrīšanas līdzeklis, lai panāktu dziļu dzīvsudraba atdalīšanu. Šai izkārtojuma stratēģijai ir būtiskas priekšrocības: zemā -temperatūras vide veicina fiziskās adsorbcijas un ķīmiskās adsorbcijas sinerģisko efektu, izlaužot ACI ierobežotās adsorbcijas kapacitātes sašaurinājumu augstās -temperatūras (100–180 grādi) zonā; tajā pašā laikā granulētā formaGranulēta aktivētā ogleļauj izvairīties no sajaukšanās ar viegliem pelniem, kas ietekmē tā resursu izmantošanu.

 

 

Pamatojoties uz padziļinātu{0}} dzīvsudraba adsorbcijas mehānisma izpēti,Granulēta aktivētā oglefiksētā gulta var pilnībā mācīties no bromētās aktīvās ogles modifikācijas stratēģijas. Pētījumi liecina, ka dzīvsudrabs sekoLengmuira-Hinšelvudaoksidācijas-adsorbcijas mehānisms uz aktīvās ogles virsmas un, visbeidzot, veido stabilus savienojumus ar virsmas halogēniem Hg²⁺ formā. Ielādē iepriekš-bromētuGranulēta aktivētā oglefiksētā gultnē var panākt efektīvu Hg⁰ oksidāciju un fiksāciju zemā temperatūrā, kā arī izvairīties no konkurētspējīgiem SO₂ adsorbcijas traucējumiem, jo ​​FGD sistēmā ir noņemti sulfāti. Turklāt fiksētā slāņa modulārā struktūra atvieglo adsorbenta nomaiņu un reģenerāciju, nodrošinot iespējamu ceļu augstas veiktspējas materiālu, piemēram, dārgmetālu-modificētas aktīvās ogles, izmantošanai un veicinot dzīvsudraba kontroli ogļu spēkstacijās, lai sasniegtu mērķigandrīz -nullei emisiju.

Ņemot vērā reālistisku situāciju, ka globālā tīras enerģijas pārveide joprojām prasa laiku, augsta līmeņa piesārņojuma kontroles ieviešana esošajās ogļu-kurināmajās iekārtās joprojām ir nepieciešams pārejas posms. Aktīvās ogles dzīvsudraba atdalīšanas tehnoloģijas nepārtraukta pilnveidošana un inovācija ir saistīta ne tikai ar vienas nozares tehnisko izvēli, bet arī ar vides kvalitātes uzlabošanu un sabiedrības veselības aizsardzību, un tai joprojām būs nozīmīga loma inženiertehniskajā praksē arī tuvākajās desmitgadēs.Ekstrudēta aktīvā ogle gāzes attīrīšanai, kokosriekstu čaumalas aktīvā ogle gāzes attīrīšanai, unaktīvā ogle gaisa un gāzes attīrīšanaikatrai no tām ir unikālas priekšrocības, un tām arī turpmāk būs galvenā loma dūmgāzu dzīvsudraba aizvadīšanā un gāzu attīrīšanā, atbalstot vides uzlabošanu un sabiedrības veselības aizsardzību.