Zastosowanie węgla aktywnego do usuwania rtęci w elektrowniach-opalanych węglem

Energetyka węglowa-w dalszym ciągu zajmuje ważną pozycję w globalnej strukturze energetycznej. Jednakże związana z tym emisja rtęci (Hg) stwarza poważne zagrożenie dla środowiska ekologicznego i zdrowia ludzkiego. Wraz z wdrożeniem wwKonwencja z Minamatyw wielu krajach, szczególnie w Chinach, Stanach Zjednoczonych, Unii Europejskiej i innych regionach, kontrola emisji rtęci w elektrowniach węglowych-przestała być „opcją”obowiązkowe ograniczenie. Wśród różnych technologii usuwania rtęci, oparta na technologii adsorpcji rtęci ze gazów spalinowychACIjest szeroko stosowany w-jednostkach serwisowych ze względu na zaawansowany proces, stosunkowo wygodną modernizację i duże możliwości adaptacji.Węgiel aktywowany do oczyszczania powietrza i gazustał się głównym adsorbentem dla tej technologii dzięki dużej powierzchni właściwej i bogatej strukturze porów.

 

Ⅰ. Problemy z emisją rtęci w elektrowniach-opalanych węglem

Przy obecnym światowym schemacie zużycia energii pierwotnej węgiel nadal pełni rolę „kamienia balastowego”. Chociaż udział energii odnawialnej rośnie, jednostki opalane węglem-w dalszym ciągu będą trudne do całkowitej wymiany przez długi czas, jeśli chodzi o dyspozycyjność systemu elektroenergetycznego i niezawodność dostaw energii. Tymczasem wraz z rozwojem spalania węgla, uwalnianie śladowych metali ciężkich w węglu stopniowo przestało być przedmiotem dyskusji akademickich i skupiło się na kwestiach regulacyjnych.

 

Rtęć ma następujące cechy:

1. Wysoka toksyczność i neurotoksyczność: Rtęć organiczna, taka jak metylortęć, może gromadzić się w łańcuchu pokarmowym i powodować nieodwracalne szkody w rozwoju neurologicznym płodów i dzieci;

2. Zdolność do migracji-na duże odległości: Po wyemitowaniu w postaci gazowej rtęci elementarnej (Hg⁰) może ona migrować w atmosferze tysiące kilometrów, tworząc globalne zanieczyszczenie;

3. Trwałość ogniotrwała i środowiskowa: po osiedleniu się w glebie i zbiornikach wodnych może-ponownie wejść do cyklu biosfery w wyniku metylacji drobnoustrojów.

 

 

Dlatego emisje rtęci mają typowe-transregionalne i międzypokoleniowe efekty zewnętrzne. Zarządzanie przez jeden kraj jest często niewystarczające, a ogólna kontrola wymaga międzynarodowej koordynacji. Od czasu jej przyjęcia w 2013 r. konwencja z Minamaty została ratyfikowana przez ponad 100 umawiających się stron, w tym Chiny. Jednym z jej głównych celów jest ograniczenie i redukcja emisji rtęci ze źródeł przemysłowych, takich jak elektrownie-opalane węglem.

 

W praktyce inżynierskiej systemy oczyszczania gazów spalinowych w elektrowniach-opalanych węglem są stosunkowo dojrzałe i zazwyczaj wyposażone w następujące urządzenia:

• Selektywna redukcja katalityczna (SCR)LubSelektywna redukcja-katalityczna (SNCR)do denitryfikacji;
• Elektrofiltry (ESP)LubFiltry tkaninowe (FF)do kontroli cząstek stałych;
• Mokre lub półsuche-Odsiarczanie gazów spalinowych (IOS)systemy usuwania SO₂.

 

Urządzenia te powodują „synergiczne usuwanie” niektórych form rtęci. Jednak w przypadku najtrudniejszych--kontroli gazówrtęć elementarna (Hg⁰)konwencjonalny łańcuch oczyszczania gazów spalinowych nie może zagwarantować stabilnego i wydajnego wychwytywania. W tym kontekście technologię usuwania rtęci skupioną na wtryskiwaniu węgla aktywnego uważa się za ważne uzupełnienie tradycyjnych metod oczyszczania gazów spalinowych, a nawet staje się kluczowym ogniwem pozwalającym osiągnąć zgodność w zakresie emisji rtęci w niektórych warunkach pracy.węgiel aktywny z łupin orzecha kokosowego do oczyszczania gazu wykazuje doskonałe wyniki w tej dziedzinie ze względu na wysoką aktywność adsorpcyjną i wytrzymałość mechaniczną.

 

Ⅱ. Specjacja i ścieżki przemian rtęci w gazach spalinowych

 

Zrozumienie rozkładu specjacji rtęci z punktu widzenia termodynamiki i kinetyki jest warunkiem wstępnym omówienia mechanizmu usuwania rtęci przez węgiel aktywny.

 

2.1 Uwalnianie i wstępna specjacja rtęci w węglu

Rtęć w węglu zwykle występuje w ilościach śladowych, a zawartość na ogół waha się od0,01–0,5 mg/kg, zawarte w materii organicznej, pirycie i minerałach ilastych. W warunkach spalania w piecu-wysokotemperaturowym (ok1300–1600 stopni), te formy rtęci są prawie całkowicie ulatniane i przekształcane w rtęć gazową. Większość początkowo uwolnionej rtęci występuje w postacirtęć elementarna (Hg⁰), z niewielką ilością utlenioną-w strefie wysokiej temperatury.

Gazowa Hg⁰ ma następujące właściwości:Silna obojętność chemiczna; nierozpuszczalny w wodzie; ograniczona interakcja z konwencjonalnymi urządzeniami wychwytującymi gazy spalinowe. Dlatego bez specjalnych środków Hg⁰ można łatwo odprowadzić do atmosfery wraz z oczyszczonymi gazami spalinowymi.Wytłaczany węgiel aktywny do oczyszczania gazówjest często stosowany w systemach-złóż stałych do głębokiego usuwania rtęci⁰ ze względu na jego jednolitą strukturę i dobrą przepuszczalność.

 

2.2 Transformacja specjacyjna rtęci w instalacjach gazów spalinowych

Gdy temperatura gazów spalinowych spada na wylocie pieca i przechodzi kolejno przez ekonomizer, podgrzewacz powietrza, SCR, odpylacz i urządzenie odsiarczające, rtęć ulega szeregowi jednorodnych i niejednorodnych reakcji w różnych urządzeniach i strefach temperaturowych, tworząc trzy kluczowe formy:

1. Rtęć elementarna Hg⁰: Gazowy, elektrycznie obojętny, bardzo lotny, o niskiej reaktywności chemicznej; niełatwo absorbowany przez odsiarczanie na mokro lub fizycznie adsorbowany na powierzchniach popiołów lotnych; najtrudniejszy do kontrolowania i główny gatunek docelowy technologii ACI.

2. Utleniona rtęć Hg²⁺: Zwykle występuje w postaci dobrze rozpuszczalnych soli, takich jak HgCl2 i HgSO4; Hg⁰ można utlenić do Hg²⁺ w obecności HCl, O₂, NO₂ i powierzchni katalitycznych; łatwo rozpuszczalny w zawiesinie FGD lub wychwytywany na powierzchniach popiołów lotnych, a tym samym częściowo usuwany za pomocą tradycyjnych urządzeń odsiarczających i odpylających.

3. Cząstki-związanej rtęci: Rtęć w połączeniu z minerałami na powierzchni cząstek popiołów lotnych lub niespalonego węgla, tworząc składniki-fazy stałej; mogą być wychwytywane w dużych ilościach przez-wysokowydajne odpylacze, które stanowią najłatwiejszą do kontrolowania formę rtęci.

 

W rzeczywistych warunkach pracy względne proporcje trzech form zależą od właściwości węgla (zwłaszcza zawartości chloru, siarki i metali alkalicznych), rozkładu temperatur w piecu i przewodzie spalinowym, atmosfery spalania i redukującej, stanu pracy SCR oraz właściwości fizykochemicznych popiołów lotnych. Ogólnie rzecz biorąc, węgiel bitumiczny o wysokiej zawartości chloru w gazach spalinowych bardziej sprzyja utlenianiu Hg⁰, zwiększając w ten sposób stosunek Hg²⁺ i umożliwiając urządzeniu FGD podejmowanie większej liczby funkcji usuwania rtęci; podczas spalania węgla o niskiej zawartości-chloru (takiego jak węgiel brunatny i sub-bitumiczny) współczynnik Hg⁰ jest znacznie wyższy, a takie warunki pracy w większym stopniu opierają się na specjalnych technologiach usuwania rtęci (takich jak ACI).Węgiel aktywny do oczyszczania powietrza i gazówszybko nadrabia braki synergicznego oczyszczania w takich warunkach i zapewnia zgodność emisyjną.

 

Ⅲ. Podstawowe zasady i właściwości materiału węgla aktywnego do usuwania rtęci

 

Węgiel aktywowany jest szeroko stosowany do usuwania rtęci ze gazów spalinowych w elektrowniach-opalanych węglem ze względu na jego unikalną strukturę porów i łatwo regulowane właściwości chemiczne powierzchni.

 

3.1 Struktura porów i adsorpcja fizyczna

Węgiel aktywowany zazwyczaj wytwarza się ze źródeł węgla, takich jak węgiel, biomasa, łupiny orzecha kokosowego, drewno lub koks naftowy, poprzez-karbonizację i aktywację w wysokiej temperaturze. Proces aktywacji (aktywacja fizyczna lub chemiczna) wytwarza dużą liczbęmikropory (<2 nm)**, **mesopores (2–50 nm)** and **macropores (>50 nm)wewnątrz materiału, tworząc wysoce powiązaną, hierarchiczną sieć porów, dzięki czemu jego powierzchnia właściwa sięga tysięcy m²/g.Węgiel aktywny z łupin orzecha kokosowego do oczyszczania gazówsłynie z-dobrze rozwiniętych mikroporów i dużej zdolności wychwytywania par rtęci o niskim-stęeniu.

Adsorpcja fizyczna opiera się głównie na siłach van der Waalsa i słabych oddziaływaniach polaryzacyjnych,scharakteryzowanyprzez:

• Proces adsorpcji jest zwykle odwracalny;
• Niskie ciepło adsorpcji, zbliżone do ciepła kondensacji;
• Zdolność adsorpcji jest wrażliwa na temperaturę, a wzrost temperatury znacznie zmniejsza zdolność adsorpcji.

W zakresie temperatur gazów spalinowych z elektrowni-opalanych węglem (zazwyczaj100–200 stopni), skuteczność wychwytywania Hg⁰ wyłącznie na drodze adsorpcji fizycznej jest często niewystarczająca, zwłaszcza gdy stężenie rtęci w spalinach jest niskie (zwykle na poziomie ug/m3). W tym momencie rtęć elementarna nie ma przewagi w konkurencyjnej adsorpcji w porównaniu z innymi cząsteczkami gazu, a równowaga adsorpcji zmierza w stronę desorpcji w warunkach wysokiej temperatury. Dlatego też, chociaż podstawą adsorpcji jest struktura porów, należy wprowadzić silniejszy mechanizm adsorpcji chemicznej, aby osiągnąć skuteczne usuwanie rtęci.

 

3.2 Powierzchniowe grupy funkcyjne i adsorpcja chemiczna

Na powierzchni węgla aktywnego znajduje się pewna liczba grup funkcyjnych zawierających tlen-, takich jak grupy hydroksylowe (-OH), grupy karboksylowe (-COOH), grupy karbonylowe (C=O), struktury laktonowe itp. Te grupy funkcyjne mogą w pewnym stopniu działać jako słabe centra kwasowe lub zasadowe Lewisa i reagować z niektórymi składnikami gazów spalinowych. W przypadku rtęci te grupy funkcyjne na pierwotnym węglu aktywnym mogą zapewniać ograniczone miejsca adsorpcji chemicznej, powodując częściowe utlenianie Hg⁰ lub tworzenie kompleksów powierzchniowych, ale zdolność ta jest daleka od spełnienia rygorystycznych wymogów kontroli emisji.

Dlatego w zastosowaniach inżynieryjnych zwykle wymagana jest modyfikacja powierzchni węgla aktywnego. Wprowadzając określone pierwiastki lub związki chemiczne, tworzone są aktywne centra o większym powinowactwie do rtęci, przekształcając wychwytywanie rtęci z dominacji fizycznej-adsorpcji na zdominowaną adsorpcję chemiczną i reakcję powierzchniową-.Wytłaczany węgiel aktywny do oczyszczania gazówłatwo dodaje brom, siarkę i inne modyfikatory, wykazując lepszą stabilność usuwania rtęci ze gazów spalinowych.

 

Ⅳ. Zmodyfikowany węgiel aktywny: od adsorpcji fizycznej do kontroli reakcji

 

Technologię modyfikacji węglem aktywnym można rozumieć jako „konstruowanie określonej powierzchni funkcjonalnej na szkielecie węglowym”. Wśród wielu metod modyfikacji szczególnie modyfikacja halogenowamodyfikacja bromu, był najszerzej badany i stosowany w dziedzinie usuwania rtęci ze spalin-opalanych węglem.

 

4.1 Podstawowy mechanizm bromowanego węgla aktywnego

Bromowany węgiel aktywnyjest zwykle wytwarzany przez wprowadzenie bromu w postaci cząsteczkowej lub jonowej do porów i powierzchni węgla aktywnego w drodze impregnacji, natryskiwania lub-adsorpcji w fazie gazowej. Brom może tworzyć wiązania C-Br na powierzchni węgla lub występować w postaci soli bromkowych i zaadsorbowanych cząsteczek bromu, tworząc nowe miejsca powierzchniowo czynne.Węgiel aktywny do oczyszczania powietrza i gazówmoże być kilka razy bardziej wydajny po bromowaniu, co czyni go głównym wyborem dla elektrowni.

 

Z istniejących badań ogólnie wynika, że ​​wychwytywanie rtęci z bromowanego węgla aktywnego zazwyczaj przebiega w następujących podstawowych etapach:

1. Transfer masy i fizyczne wejście Hg⁰ do porówHg⁰ najpierw dyfunduje do powierzchni cząstek węgla aktywnego na drodze konwekcji, a następnie dalej zbliża się do miejsc aktywnych poprzez dyfuzję molekularną w strukturze porów. Proces ten jest kontrolowany głównie przez strukturę porów i stan przepływu gazów spalinowych.

2. Heterogeniczne utlenianie Hg⁰ przez miejsca aktywne bromuKiedy Hg⁰ dociera w pobliże miejsc-zawierających brom, zachodzi heterogeniczna reakcja utleniania z udziałem form bromu. Uproszczone wyrażenie można zapisać jako:Hg⁰(g) + 2Br(s) → HgBr₂(reklamy)Gdzie Br oznacza aktywne formy bromu na powierzchni węgla aktywnego. Niektóre badania pokazują, że ten proces utleniania może przechodzić przez pośrednie stany wartościowości lub tworzyć HgBr(ads) przed dalszą konwersją do HgBr₂.

3. Stabilizacja i silne wiązanie HgBr₂Wytworzony HgBr₂ może być adsorbowany przez siły van der Waalsa wewnątrz i na powierzchni porów i może ponadto tworzyć bardziej stabilną złożoną strukturę z powierzchniowymi grupami funkcyjnymi, co utrudnia desorpcję w temperaturze gazów spalinowych wynoszącej120–180 stopni, osiągając w ten sposób skuteczne wiązanie rtęci.

 

Bromowany węgiel aktywny ma następujące istotne zalety w porównaniu z chlorowanym węglem aktywnym:

• Brom jest bardziej korzystny dla kinetyki utleniania Hg⁰, a szybkość reakcji jest zwykle wyższa;
• Wytworzony HgBr₂ ma dobrą stabilność termiczną w wysokich temperaturach i jest mniej podatny na rozkład lub redukcję niż HgCl2;
• W obecności konkurencyjnych gazów, takich jak SO₂ i H₂O, stopień zatrucia aktywnych miejsc bromu jest stosunkowo niewielki, a odporność na wahania warunków pracy jest silniejsza.

Z praktyki inżynierskiej wynika, że ​​w przypadku spalania węgla-o niskiej zawartości chloru wstrzyknięcie odpowiedniej dawki bromowanego węgla aktywnego często pozwala uzyskać całkowity stopień usuwania rtęci wynoszącyponad 80–90%przed końcowym odpylaczem, spełniając aktualne wymagania dotyczące limitów emisji w większości regionów.

 

4.2 Inne ścieżki modyfikacji: modyfikacja siarką, chlorem i kompozytem

Oprócz modyfikacji bromu, kilka innych pomysłów na modyfikacje ma pewien potencjał zastosowania:

1. Węgiel aktywny-modyfikowany siarkąOpierając się na silnym powinowactwie między Hg i S (tworzącym ostatecznie wyjątkowo stabilny siarczek rtęci HgS), badacze wzmacniają zdolność adsorpcji chemicznej, ładując formy zawierające siarkę-(takie jak siarka elementarna, siarczki) na powierzchnię węgla aktywnego. Węgiel aktywowany-modyfikowany siarką ma silną zdolność wychwytywania utlenionej rtęci i części Hg⁰, szczególnie w niskich temperaturach (<150°C), but it is highly sensitive to working condition changes, and regeneration and stability problems remain to be solved.

2. Węgiel aktywny-modyfikowany chloremModyfikacja chlorem ma podobny mechanizm do modyfikacji bromu, poprawiając głównie skuteczność usuwania rtęci poprzez promowanie utleniania Hg⁰ do HgCl₂. Ponieważ same gazy spalinowe często zawierają HCl w pewnym stężeniu, uzupełniony reakcjami powierzchniowymi, takimi jak katalizatory SCR, niektóre elektrownie nie stosują dodatkowo węgla aktywnego modyfikowanego chlorem-, lecz wykorzystują efekt synergistyczny istniejących systemów. W porównaniu z bromem modyfikacja chlorem ma zwykle nieco gorszą wydajność i zdolność dostosowywania się do temperatury, ale ma pewne zalety pod względem kosztów i korozyjności.

3. Wieloskładnikowa-modyfikacja kompozytuW ostatnich latach w niektórych badaniach próbowano wprowadzić wiele składników funkcjonalnych (takich jak brom + siarka, chlor + metale przejściowe itp.) do węgla aktywnego w tym samym czasie, aby osiągnąć synergiczne wychwytywanie rtęci w wielu-postaciach w szerszym zakresie temperatur. Takie modyfikowane materiały kompozytowe mają dobre perspektywy zastosowania na poziomie laboratoryjnym, ale ich skala przemysłowa-, długoterminowa-stabilność i potencjalny wpływ na urządzenia końcowe nadal wymagają większej weryfikacji inżynieryjnej.Węgiel aktywny z łupin orzecha kokosowego do oczyszczania gazówutrzymuje stabilną skuteczność usuwania rtęci nawet w spalinach o wysokiej-siarce i wysokiej-wilgotności gazów spalinowych po modyfikacji kompozytu, rozszerzając zakres jego zastosowań.

 

Ⅴ. Kluczowe czynniki wpływające na skuteczność usuwania rtęci z węgla aktywnego

 

W tych samych warunkach materiału z węglem aktywnym stopień usuwania rtęci w rzeczywistych warunkach pracy elektrowni może nadal wykazywać znaczne różnice, co wynika z efektu sprzęgania wielu czynników, takich jak skład gazów spalinowych, temperatura, miejsce wtrysku i urządzenia znajdujące się za urządzeniem.

 

5.1 Efekt sprzęgania składników gazów spalinowych

1. SO₂ i SO₃Stężenie SO₂ jest zwykle rzędu tysięcy do dziesiątek tysięcy mg/m3 i jest znacznie wyższe niż stężenie rtęci (poziom ug/m3) i zapewnia naturalną przewagę konkurencyjną w procesie adsorpcji. Część SO₂ można dalej utlenić do SO₃, który z łatwością tworzy mgłę kwasu siarkowego z H₂O w-sekcji niskotemperaturowej lub skrapla się w porach węgla aktywnego, blokując w ten sposób pory i zakrywając miejsca aktywne, prowadząc do dezaktywacji węgla aktywnego. W warunkach pracy o wysokiej zawartości SO₃ często konieczne jest zwiększenie szybkości wstrzykiwania węgla aktywnego lub przyjęcie schematów modyfikacji odpornych na zatrucie siarką-.

2. NOₓ i jego pochodneSam NO ma słabe właściwości utleniające i ograniczony wpływ na adsorpcję rtęci; NO₂ może brać udział w procesie utleniania Hg⁰ i pełnić funkcję pomocniczego utleniacza. Jednocześnie NO₂ może również oddziaływać z miejscami utleniania powierzchni, zmieniając środowisko chemiczne powierzchni. Ogólnie rzecz biorąc, wpływ NOₓ na usuwanie rtęci ACI jest mniej znaczący niż SOₓ, ale mechanizm interakcji w połączonych warunkach pracy SCR + ACI zasługuje na dalsze-głębokie badania.

3. HCl i inne halogenkiHCl jest jednym z kluczowych gazów sprzyjających konwersji Hg⁰ do HgCl₂. W spalinach o dużej zawartości chloru, nawet bez ACI, częściowe usunięcie rtęci można osiągnąć jedynie poprzez katalizę SCR i synergię FGD. W przypadku węgla o niskiej-chlorowości często konieczne jest kompensowanie tego niedoboru poprzez wtryskiwanie bromowanego węgla aktywnego. Niektóre elektrownie dodają przed kotłem polepszacze spalania-zawierające chlor lub dodają odpowiednią ilość HCl do gazów spalinowych jako środki pomocnicze, ale należy zachować czujność ze względu na ryzyko korozji z tego wynikające.

4. Para wodna i tlenPara wodna w pewnym stopniu konkuruje z miejscami adsorpcji, szczególnie słabymi; ale odpowiednia ilość H2O może również brać udział w niektórych reakcjach utleniania powierzchniowego. Tlen jest ważnym gazem tła niezbędnym do utrzymania reakcji utleniania rtęci, szczególnie wpływającym na proces-ponownego utleniania biorący udział w wielo-etapowych mechanizmach utleniania.

 

5.2 Temperatura i czas przebywania

Temperatura jest jednym z najważniejszych parametrów operacyjnych przy projektowaniu i optymalizacji systemu ACI. Praktyka pokazuje:

When the flue gas temperature is too high (>200 stopni), zdolność adsorpcji fizycznej znacznie spada, a część rtęci zaadsorbowanej chemicznie może zacząć się destabilizować, prowadząc do desorpcji;

Gdy temperatura jest zbyt niska (np.<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.

Dlatego też w typowej konstrukcji ACI punkt wtrysku umieszcza się zwykle za podgrzewaczem powietrza lub ekonomizerem, sterując nim w oknie wynoszącym około100–180 stopniaby zrównoważyć termodynamikę adsorpcji i ryzyko korozji sprzętu.

Ponadto czas przebywania cząstek węgla aktywnego w kominie jest również jednym z kluczowych czynników determinujących skuteczność usuwania rtęci. Zbyt krótki czas przebywania doprowadzi do wychwytywania przez odpylacz przed pełnym kontaktem z rtęcią; odpowiednie wydłużenie czasu przebywania sprzyja dokończeniu procesów przenoszenia masy i reakcji pomiędzy rtęcią a miejscami aktywnymi. Dostosowując rozmieszczenie dysz, optymalizując strukturę komina i rozkład pola przepływu, można poprawić efektywny czas przebywania bez znaczącego zwiększania utraty oporu.

 

5.3 Szybkość wtrysku, wielkość cząstek i jednorodność mieszania

Szybkość wtrysku węgla aktywnego (wyrażona jako mgAC/m3 gazów spalinowych lub stosunek masowy C/Hg) bezpośrednio wpływa na całkowitą liczbę dostępnych miejsc adsorpcji i jest najbardziej intuicyjną zmienną kontrolującą szybkość usuwania rtęci. W rzeczywistej inżynierii, podczas spalania węgla o niskiej-chlorze i starania się o stopień usuwania rtęci na poziomie około 90%, niezmodyfikowany zwykły sproszkowany węgiel aktywny często wymaga od tysięcy do dziesiątek tysięcy razy większego stosunku masowego C/Hg, co powoduje dużą presję kosztową; po zastosowaniu bromowanego węgla aktywnego szybkość wtrysku można znacznie zmniejszyć przy tej samej szybkości usuwania rtęci.

Rozmiar cząstek węgla aktywnego wpływa na jego charakterystykę dyspersji i przenoszenia masy w gazach spalinowych. Mniejszy rozmiar cząstek sprzyja zwiększeniu powierzchni właściwej i zwiększeniu częstotliwości kontaktu z cząsteczkami rtęci, ale zbyt mały rozmiar cząstek może zwiększyć straty w powietrzu i wpłynąć na wydajność odpylacza. Ogólnie rzecz biorąc, wielkość cząstek sproszkowanego węgla aktywnego stosowanego w ACI mieści się głównie w zakresie10–30 μm.

Równomierność mieszania jest również czynnikiem łatwo przeoczonym, ale bardzo krytycznym. Nawet jeśli szybkość wtrysku węgla aktywnego jest wystarczająca, jeśli-przekrój poprzeczny mieszania ze spalinami jest nierówny, nastąpi lokalna nadmierna adsorpcja i lokalne niewystarczające usuwanie rtęci. Optymalizacja pozycji wtrysku i układu dysz poprzez symulację CFD w połączeniu z monitorowaniem stężenia online w celu dostosowania warunków wtrysku to skuteczny sposób na poprawę ogólnej wydajności systemu.Węgiel aktywny z łupin orzecha kokosowego do oczyszczania gazówma regulowaną wielkość cząstek i dobrą płynność, odpowiednią do-długiej i stabilnej pracy pneumatycznych układów wtryskowych.

 

Ⅵ. Zastosowanie inżynieryjne, ekonomia i rozwój rynku technologii ACI

 

6.1 Aktualny status aplikacji inżynierskiej

Ponieważ Stany Zjednoczone stopniowo wdrażałyNormy dotyczące rtęci i substancji toksycznych dla powietrza (MATS)w pierwszej dekadzie XXI wieku technologia ACI objęła wiodącą rolę w zastosowaniu-na dużą skalę w przemyśle energetycznym w Ameryce Północnej, stopniowo obejmując różne jednostki spalające różne rodzaje węgla. Niektóre kraje europejskie wdrożyły także systemy ACI w dużych jednostkach-opalanych węglem, aby spełnić bardziej rygorystyczne, kompleksowe wymagania dotyczące emisji. W ostatnich latach, wraz z modernizacją jednostek opalanych węglem-opalanych węglem-w Chinach i zwiększoną uwagą na emisję rtęci, do wizji wyboru technicznego stopniowo włączano ACI i inne technologie-związane z rtęcią, szczególnie w przypadku jednostek o niskiej-chlorze i-aktywności popiołu, ACI jest uważane za jedną z możliwych ścieżek technicznych.

Systemy ACI mają zwykle następujące cechy techniczne:

• Stosunkowo prosta konstrukcja urządzenia, obejmująca głównie zbiorniki magazynowe, systemy dozowania i podawania, rurociągi transportu pneumatycznego, lance wtryskowe i systemy sterowania;
• Dobra kompatybilność z oryginalnym systemem oczyszczania gazów spalinowych, bez konieczności-modernizacji silnika głównego i konstrukcji komina na dużą skalę;
• Szybkość wtrysku można elastycznie regulować w zależności od stężenia emisji rtęci i wymagań prawnych, z pewną skalowalnością.

 

6.2 Koszty ekonomiczne i problemy-z utylizacją produktów ubocznych

Chociaż technologia ACI ma oczywiste zalety w zakresie dojrzałości technicznej, jej ekonomia i wpływ na środowisko zawsze były ważnymi czynnikami ograniczającymi jej szeroką promocję.

1. Koszt węgla aktywnegoChociaż cena samego sproszkowanego węgla aktywnego jest niska (rynek krajowy),-produkty modyfikowane o wysokiej wydajności, takie jak bromowany węgiel aktywny, mają wysoką cenę jednostkową. Biorąc za przykład średnie i duże jednostki-opalane węglem, aby osiągnąć wysoki stopień usuwania rtęci, roczne zużycie węgla aktywnego może sięgać setek do tysięcy ton, przy rocznym koszcie operacyjnym wahającym się od milionów RMB do wyższego poziomu. Wraz z kompresją marż zysku w przemyśle energetycznym te ciągłe koszty operacyjne stały się czynnikiem, który należy dokładnie rozważyć przy podejmowaniu decyzji-w elektrowni.

2. Utylizacja rtęci-zawierającej popiół lotnyWęgiel aktywny wtryskiwany do gazów spalinowych zostanie ostatecznie wychwycony przez system odpylania wraz z popiołami lotnymi, zmieniając w ten sposób właściwości fizyczne i chemiczne popiołów lotnych. Z jednej strony wzrost zawartości niespalonego węgla i zmiana barwy mogą mieć wpływ na jego wartość użytkową w przemyśle cementowo-betonowym; z drugiej strony popiół lotny zaadsorbowany metalami toksycznymi, takimi jak rtęć, jest często zarządzany w ten sposóbodpady niebezpiecznezgodnie z normami prawnymi i środowiskowymi, zwiększając koszty transportu, utylizacji i długoterminowej-kontroli ryzyka dla środowiska. Obecnie głównymi opcjami są bezpieczne składowanie odpadów oraz obróbka polegająca na zestalaniu/stabilizacji, ale nierozwiązany problem, w jaki sposób poprawić stopień wykorzystania zasobów przy założeniu zapewnienia bezpieczeństwa środowiskowego, pozostaje nadal nierozwiązanym problemem.

3. Korozja i niezawodność systemuChociaż bromowany węgiel aktywny ma wysoką-wydajność usuwania rtęci, istnieje również ryzyko, że bromki mogą powodować korozję dalszych systemów IOS, przewodów kominowych i materiałów kominowych. Zwłaszcza przy odsiarczaniu na mokro wzrost stężenia halogenów w fazie ciekłej może niekorzystnie wpłynąć na wykładziny gumowe i komponenty stopowe, zwiększając częstotliwość konserwacji i koszty wymiany części zamiennych. Projektując system ACI, należy kompleksowo rozważyć mechanizm korozji, dobór materiałów i-strategie antykorozyjne.

 

6.3 Skala rynku i trendy rozwojowe

Według raportów z badań rynku światowego z ostatnich lat rynek węgla aktywowanego do przemysłowego oczyszczania gazów spalinowych (w tym do elektrowni-opalanych węglem, spalarni śmieci, wytapiania metali itp.) osiągnął wartość miliardów dolarów amerykańskich, a specjalny sproszkowany węgiel aktywny do usuwania rtęci jest jednym z szybko{{2} rozwijających się segmentów.Węgiel aktywny z łupin orzecha kokosowego do oczyszczania gazówzajmuje istotny udział w energetyce, spalaniu śmieci i oczyszczaniu gazów hutniczych. Prognozy wskazują, że w kolejnych latach segment utrzyma dodatnią dynamikę, a głównymi siłami napędowymi będą:

• Zaostrzenie norm emisji rtęci dla nowych i modernizowanych-bloków węglowych w krajach rozwijających się;
• Bardziej rygorystyczne regulacje dotyczące kontroli metali ciężkich w branżach spalania odpadów i odpadów niebezpiecznych;
• Rozwój zastosowań spowodowany komercyjną promocją nowych-produktów z modyfikowanym węglem aktywnym o wysokiej wydajności.

 

Ⅶ. Przyszłe kierunki techniczne i kompleksowe pomysły na zarządzanie

 

Wraz z dalszym udoskonalaniem nadzoru nad środowiskiem i ciągłym postępem w transformacji energetycznej, model zarządzania oparty na „leczeniu objawowym” oparty na pojedynczej technologii jest stopniowo zastępowany systematycznym, kompleksowym planem synergistycznej kontroli wielu-zanieczyszczeń. W tym kontekście sama technologia ACI również stoi przed potrzebą iteracyjnego ulepszania i integracji funkcjonalnej.

 

7.1 Nowe, tanie-adsorbenty odnawialne

Z punktu widzenia zasobów i kosztów coraz większą uwagę zwraca się na materiały adsorpcyjne przygotowane z biomasy lub stałych odpadów przemysłowych (takich jak słoma pożniwna, łupiny owoców, osady, popiół lotny itp.). Dzięki odpowiedniej aktywacji i modyfikacji chemicznej materiały te mogą w pewnych warunkach pracy osiągnąć skuteczność usuwania rtęci bliską lub nawet wyższą od tradycyjnego węgla aktywnego na bazie węgla-, przy jednoczesnym znacznym obniżeniu kosztów surowców i śladu węglowego. Co więcej, opracowanie adsorbentów, które można poddać recyklingowi i ponownie wykorzystać-na miejscu w elektrowniach lub obiektach scentralizowanych, pomoże ograniczyć wytwarzanie niebezpiecznych odpadów stałych i poprawić ogólną równowagę środowiskową.

 

7.2 Integracja synergistycznej kontroli wielu-zanieczyszczeń

Jednym z ważnych kierunków rozwoju przyszłej technologii oczyszczania gazów spalinowych jest głębokie powiązanie funkcji usuwania rtęci z istniejącymi systemami odazotowania, odsiarczania i usuwania pyłu w celu zbudowania synergicznej platformy sterowania „wszystko-w-jednym”. Na przykład:

• Opracuj katalizatory SCR o podwójnej funkcji redukcji NOₓ i utleniania Hg⁰ w celu zmniejszenia zależności od niezależnych systemów ACI;
• Wprowadzenie proszków wielofunkcyjnych-z funkcją adsorpcji rtęci w procesach pół-odsiarczania lub wtryskiwania na sucho, aby uzyskać synergiczną kontrolę SO₂, HCl i Hg;
• Połącz go z technologią klasyfikacji i zbierania popiołów lotnych, aby oddzielić-węgiel aktywny zawierający rtęć od nadającego się do wykorzystania popiołów lotnych, zmniejszając wpływ na wykorzystanie materiałów budowlanych.

Oczekuje się, że to zintegrowane rozwiązanie zmniejszy ogólne koszty inwestycyjne i operacyjne, jednocześnie zmniejszając złożoność systemu i obciążenie konserwacyjne.

 

7.3 Cyfryzacja i inteligentne sterowanie

Wraz z rozwojem technologii monitorowania rtęci online zaczęto wdrażać coraz więcej elektrowniSystemy ciągłego monitorowania emisji rtęci (HgCEMS)w celu uzyskania-danych w czasie rzeczywistym na temat stężenia rtęci w spalinach i zmian specjacyjnych. W połączeniu z symulacją CFD,-modelowaniem opartym na danych i algorytmami optymalizacji, można uzyskać dynamiczną optymalną kontrolę szybkości wtrysku węgla aktywnego, pozycji wtrysku, a nawet formuły modyfikatora, tworząc system regulacji w zamkniętej-pętli, aby zminimalizować zużycie węgla aktywnego przy założeniu zapewnienia zgodności z przepisami w zakresie emisji.Węgiel aktywny z łupin orzecha kokosowego do oczyszczania gazówreaguje szybko i nadaje się do precyzyjnego dozowania w inteligentnych systemach regulacji.

Wraz z postępem cyfrowej i inteligentnej transformacji elektrowni, systemy ACI można również połączyć z regulacją obciążenia jednostkowego, przełączaniem paliwa, regulacją warunków pracy odsiarczania i odazotowania, aby uzyskać dokładniejszą i ekonomiczną kontrolę synergiczną.

 

7.4 Od symulacji mechanizmu do projektowania ukierunkowanego na materiały

Metody obliczeń chemii kwantowej reprezentowane przezTeoria funkcjonału gęstości (DFT)stopniowo stały się ważnymi narzędziami do badania mechanizmów adsorpcji i reakcji rtęci na powierzchni różnych materiałów adsorpcyjnych. Systematyczne badanie interakcji struktury elektronowej między rtęcią a różnymi pierwiastkami i strukturami powierzchniowymi na poziomie teoretycznym może zapewnić podstawę naukową do „ukierunkowanego projektowania” nowych materiałów adsorpcyjnych, skracając czas i zasoby wymagane do tradycyjnych-i-błędnych badań eksperymentalnych i rozwoju. Na podstawie poprzedników oczekuje się, że szerzej zakrojone połączenie takich symulacji z-wysokoprzepustowymi eksperymentami i algorytmami uczenia maszynowego będzie promować badania i rozwój węgla aktywnego i materiałów alternatywnych w nowym etapie „opartym- na projektowaniu”.

 

7.5 Technologia usuwania rtęci w złożu granulowanym z węglem aktywnym

Granulowany węgiel aktywny Technologia złoża stałego to kolejny pomysł na kontrolę zanieczyszczenia rtęcią w elektrowniach-opalanych węglem. Różni się od głównego nurtu technologii ACI,Granulowany węgiel aktywnyzłoże stałe umieszcza się za urządzeniem do mokrego odsiarczania (FGD), a temperatura gazów spalinowych spada do około 50 stopni, służąc jako końcowy środek oczyszczania w celu osiągnięcia głębokiego usunięcia rtęci. Ta strategia układu ma istotne zalety: środowisko o niskiej-temperaturze sprzyja synergistycznemu efektowi adsorpcji fizycznej i chemicznej, przełamując wąskie gardło ograniczonej zdolności adsorpcji ACI w-sekcji wysokotemperaturowej (100–180 stopni); jednocześnie granulowana formaGranulowany węgiel aktywnypozwala uniknąć problemu mieszania się z popiołami lotnymi, który wpływa na wykorzystanie zasobów.

 

 

W oparciu-dokładnych badaniach nad mechanizmem adsorpcji rtęci zaprojektowanoGranulowany węgiel aktywnyzłoże stałe może w pełni uczyć się na podstawie strategii modyfikacji bromowanego węgla aktywnego. Badania pokazują, że rtęć podąża zaLangmuir-Hinshelwoodutlenianie-mechanizm adsorpcji na powierzchni węgla aktywnego i ostatecznie tworzy stabilne związki z halogenami powierzchniowymi w postaci Hg²⁺. Ładowanie wstępnie-bromowanegoGranulowany węgiel aktywnyw złożu nieruchomym umożliwia skuteczne utlenianie i wiązanie Hg⁰ w niskich temperaturach oraz pozwala uniknąć konkurencyjnych zakłóceń adsorpcji SO₂ – ponieważ w systemie IOS usunięto siarczany. Ponadto modułowa struktura nieruchomego złoża ułatwia wymianę i regenerację adsorbentu, zapewniając wykonalną ścieżkę inżynieryjnego zastosowania-materiałów o wysokiej wydajności, takich jak węgiel aktywny modyfikowany metalami szlachetnymi-, a także promując kontrolę rtęci w elektrowniach węglowych-opalanych węglem w kierunku osiągnięcia celuniemal{0}}emisję zerową.

W realistycznym kontekście, że globalna transformacja czystej energii wciąż wymaga czasu, wdrożenie-kontroli wysokiego poziomu zanieczyszczeń w istniejących jednostkach opalanych węglem-w dalszym ciągu jest koniecznym zadaniem przejściowym. Ciągłe doskonalenie i innowacja technologii usuwania rtęci z węgla aktywnego nie są związane tylko z wyborem technicznym pojedynczej branży, ale także poprawą jakości środowiska i ochroną zdrowia publicznego i przez kilka następnych dziesięcioleci nadal będą odgrywać ważną rolę w praktyce inżynierskiej.Wytłaczany węgiel aktywny do oczyszczania gazów, węgiel aktywny z łupin orzecha kokosowego do oczyszczania gazów, Iwęgiel aktywny do oczyszczania powietrza i gazówkażdy z nich ma wyjątkowe zalety i będzie nadal odgrywać kluczową rolę w usuwaniu rtęci ze gazów spalinowych i oczyszczaniu gazów, wspierając poprawę stanu środowiska i ochronę zdrowia publicznego.