Aktyvintos anglies taikymas gyvsidabriui šalinti{0}}anglį kūrenamose elektrinėse

Anglimi{0}}kūrenamos energijos gamyba vis dar užima svarbią vietą pasaulinėje energetikos struktūroje. Tačiau susiję gyvsidabrio (Hg) išmetimai kelia rimtą grėsmę ekologinei aplinkai ir žmonių sveikatai. ĮgyvendinusMinamatos konvencijadaugelyje šalių, ypač Kinijoje, Jungtinėse Valstijose, Europos Sąjungoje ir kituose regionuose, gyvsidabrio išmetimo kontrolė anglimi kūrenamose{0} elektrinėse buvo pakeista iš „parinkties“ įprivalomas apribojimas. Tarp įvairių gyvsidabrio pašalinimo technologijų, dūmų dujų gyvsidabrio adsorbcijos technologija, pagrįstaACIyra plačiai naudojamas{0}}aptarnavimo įrenginiuose dėl brandaus proceso, gana patogaus modifikavimo ir didelio pritaikomumo.Aktyvuota anglis oro ir dujų valymuiDėl didelio specifinio paviršiaus ploto ir turtingos porų struktūros tapo pagrindiniu šios technologijos adsorbentu.

 

Ⅰ. Gyvsidabrio išmetimo problemos anglimi{0}}kūrenamose elektrinėse

Pagal dabartinį pasaulinį pirminės energijos vartojimo modelį anglys vis dar veikia kaip „balastinis akmuo“. Nors atsinaujinančios energijos dalis didėja, anglimi kūrenamus įrenginius vis dar sunku ilgą laiką visiškai pakeisti dėl elektros energijos tiekimo ir energijos tiekimo patikimumo. Tuo tarpu, plečiantis anglies deginimui, sunkiųjų metalų pėdsakų išsiskyrimas iš anglies palaipsniui perėjo nuo akademinių diskusijų prie reguliavimo dėmesio.

 

Gyvsidabris turi šias savybes:

1. Didelis toksiškumas ir neurotoksiškumas: Organinis gyvsidabris, pvz., metilo gyvsidabris, gali kauptis maisto grandinėje ir sukelti negrįžtamą žalą vaisiaus ir vaikų nervų sistemos raidai;

2. Galimybė persikelti į tolimą-atstumą: Išsiskleidęs kaip dujinis elementinis gyvsidabris (Hg⁰), jis gali migruoti atmosferoje tūkstančius kilometrų, sudarydamas visuotinę taršą;

3. Atsparumas ugniai ir aplinkos patvarumas: Nusėdęs dirvožemyje ir vandens telkiniuose, jis vėl{0}}gali patekti į biosferos ciklą per mikrobų metilinimą.

 

 

Todėl gyvsidabrio išmetimas turi tipišką tarpregioninį ir{0}kartų išorinį poveikį. Vienos šalies valdymas dažnai yra nepakankamas, o bendrai kontrolei reikalingas tarptautinis koordinavimas. Nuo 2013 m., kai buvo priimta Minamatos konvencija, ją ratifikavo daugiau nei 100 susitariančiųjų šalių, įskaitant Kiniją. Vienas iš pagrindinių jos tikslų yra apriboti ir sumažinti gyvsidabrio išmetimą iš pramoninių šaltinių, pvz., anglimi{6}}kūrenamų elektrinių.

 

Inžinerinėje praktikoje anglimi{0}}kūrenamų elektrinių išmetamųjų dujų valymo sistemos yra gana brandžios ir paprastai turi šiuos įrenginius:

• Selektyvus katalizinis reduktorius (SCR)arbaSelektyvus ne{0}}katalizinis redukcija (SNCR)denitrifikacijai;
• Elektrostatiniai nusodintuvai (ESP)arbaAudinių filtrai (FF)kietųjų dalelių kontrolei;
• Šlapias arba pusiau{0}}sausasIšmetamųjų dujų desulfuravimas (FGD)SO₂ šalinimo sistemos.

 

Šie prietaisai turi „sinergetinį“ poveikį kai kurioms gyvsidabrio formoms. Tačiau sunkiausiai-suvaldomiems-dujiniamselementinis gyvsidabris (Hg⁰), įprastinė išmetamųjų dujų valymo grandinė negali garantuoti stabilaus ir veiksmingo surinkimo. Šiame kontekste gyvsidabrio šalinimo technologija, kurios pagrindinis tikslas yra aktyvintosios anglies įpurškimas, yra laikoma svarbiu tradicinių išmetamųjų dujų valymo būdų papildymu ir netgi tampa pagrindine grandimi siekiant atitikti gyvsidabrio emisiją tam tikromis darbo sąlygomis.kokoso lukšto aktyvuota anglis, skirta dujų valymui pasižymi puikiomis savybėmis šioje srityje dėl didelio adsorbcijos aktyvumo ir mechaninio stiprumo.

 

Ⅱ. Gyvsidabrio specifikacijos ir transformacijos keliai išmetamosiose dujose

 

Gyvsidabrio specifikacijų pasiskirstymo supratimas termodinamikos ir kinetikos požiūriu yra būtina sąlyga norint aptarti gyvsidabrio pašalinimo aktyvintosios anglies mechanizmą.

 

2.1. Gyvsidabrio išmetimas ir pradinė specifikacija anglyse

Gyvsidabrio anglyse paprastai yra nedideli kiekiai, kurių kiekis paprastai svyruoja nuo0,01–0,5 mg/kg, esantis organinėse medžiagose, pirite ir molio mineraluose. Aukštos-temperatūros krosnies degimo sąlygomis (apie1300-1600 laipsnių), šios gyvsidabrio rūšys beveik visiškai išgaruoja ir virsta dujiniu gyvsidabriu. Didžioji dalis iš pradžių išleisto gyvsidabrio egzistuoja kaipelementinis gyvsidabris (Hg⁰), tik nedidelis kiekis oksiduojasi aukštos-temperatūros zonoje.

Dujinis Hg⁰ turi šias charakteristikas: Stiprus cheminis inertiškumas; netirpsta vandenyje; ribota sąveika su įprastais išmetamųjų dujų surinkimo įtaisais. Todėl be specialių priemonių Hg⁰ gali būti lengvai išleidžiamas į atmosferą su išgrynintomis dūmų dujomis.Ekstruduota aktyvuota anglis dujų valymuidėl vienodos struktūros ir gero pralaidumo dažnai naudojamas stacionariose{0}}lovų sistemose giliam Hg⁰ šalinimui.

 

2.2. Gyvsidabrio specifikacijų transformacija išmetamųjų dujų sistemose

Kai išmetamųjų dujų temperatūra mažėja iš krosnies išleidimo angos ir nuosekliai praeina per ekonomaizerį, oro pašildytuvą, SCR, dulkių surinktuvą ir sieros šalinimo įrenginį, gyvsidabris patiria homogeninių ir nevienalyčių reakcijų seriją skirtinguose įrenginiuose ir temperatūros zonose, sudarydamas tris pagrindines formas:

1. Elementariojo gyvsidabrio Hg⁰: Dujinis, elektra neutralus, labai lakus, mažas cheminis reaktyvumas; nėra lengvai absorbuojamas šlapio desulfuravimo būdu arba fiziškai adsorbuojamas ant lakiųjų pelenų paviršių; sunkiausiai kontroliuojamos ir pagrindinės ACI technologijos tikslinės rūšys.

2. Oksiduotas gyvsidabris Hg²⁺: Paprastai egzistuoja kaip labai tirpios druskos, tokios kaip HgCl2 ir HgSO4; Hg⁰ gali būti oksiduojamas iki Hg²⁺ esant HCl, O2, NO2 ir kataliziniams paviršiams; lengvai tirpsta FGD srutose arba sulaikomas ant lakiųjų pelenų paviršių, todėl iš dalies pašalinamas tradiciniais desulfuravimo ir dulkių šalinimo įrenginiais.

3. Kietųjų dalelių-surištas gyvsidabris: Gyvsidabris kartu su mineralais ant lakiųjų pelenų dalelių arba nesudegusios anglies paviršiaus sudaro kietos{0} fazės komponentus; gali būti surenkama didelėmis dalimis didelio-efektyvumo dulkių rinktuvais – lengviausiai valdoma gyvsidabrio forma.

 

Faktinėmis darbo sąlygomis santykinės trijų formų proporcijos priklauso nuo anglies savybių (ypač chloro, sieros ir šarminių metalų kiekio), temperatūros pasiskirstymo krosnyje ir uodegoje, degimo ir redukcinės atmosferos, SCR veikimo būsenos ir lakiųjų pelenų fizikinių bei cheminių savybių. Paprastai bituminės anglys, kurių išmetamosiose dujose yra daug chloro, labiau skatina Hg⁰ oksidaciją, taip padidindamos Hg²⁺ santykį ir įgalindamos FGD įrenginiui atlikti daugiau gyvsidabrio šalinimo funkcijų; deginant mažai-chloro anglis (pvz., kai kurias lignitas ir sub-bitumines anglis), Hg⁰ santykis yra žymiai didesnis, o tokios darbo sąlygos labiau priklauso nuo specialių gyvsidabrio šalinimo technologijų (pvz., ACI).Aktyvuota anglis oro ir dujų valymuigreitai kompensuoja sinergetinio apdorojimo trūkumus tokiomis sąlygomis ir užtikrina emisijų atitiktį.

 

Ⅲ. Pagrindiniai aktyvintosios anglies, skirtos gyvsidabriui pašalinti, principai ir medžiagų savybės

 

Dėl unikalios porų struktūros ir lengvai reguliuojamų paviršiaus cheminių savybių aktyvintoji anglis plačiai naudojama išmetamųjų dujų gyvsidabriui šalinti anglimi kūrenamose{0}}elektrinėse.

 

3.1 Porų struktūra ir fizinė adsorbcija

Aktyvintoji anglis paprastai gaminama iš anglies šaltinių, pvz., anglies, biomasės, kokoso kevalų, medienos arba naftos kokso, karbonizuojant ir aktyvinant aukštoje temperatūroje{0}}. Aktyvinimo procesas (fizinis ar cheminis aktyvinimas) sukuria daugmikroporos (<2 nm)**, **mesopores (2–50 nm)** and **macropores (>50 nm)medžiagos viduje, sudarydamas labai susietą hierarchinį porų tinklą, todėl jos specifinis paviršiaus plotas siekia tūkstančius m²/g.Kokoso lukšto aktyvuota anglis skirta dujoms valytigarsėja gerai{0}}išplėtotomis mikroporomis ir stipriu mažos-koncentracijos gyvsidabrio garų surinkimu.

Fizinė adsorbcija daugiausia priklauso nuo van der Waals jėgų ir silpnos poliarizacijos sąveikos,charakterizuojamaspateikė:

• Adsorbcijos procesas paprastai yra grįžtamas;
• Maža adsorbcijos šiluma, artima kondensacijos šilumai;
• Adsorbcijos geba yra jautri temperatūrai, o temperatūros padidėjimas žymiai sumažina adsorbcijos pajėgumą.

Anglimi kūrenamų elektrinių išmetamųjų dujų temperatūros diapazone{0}}(paprastai100-200 laipsnių), Hg⁰ surinkimo vien fizinės adsorbcijos efektyvumas dažnai yra nepakankamas, ypač kai gyvsidabrio koncentracija išmetamosiose dujose yra maža (dažniausiai ug/m³ lygiu). Šiuo metu elementinis gyvsidabris neturi pranašumo konkurencinėje adsorbcijoje, palyginti su kitomis dujų molekulėmis, o adsorbcijos pusiausvyra aukštoje temperatūroje yra linkusi į desorbcijos pusę. Todėl, nors porų struktūra yra adsorbcijos pagrindas, norint efektyviai pašalinti gyvsidabrį, reikia įdiegti stipresnį cheminės adsorbcijos mechanizmą.

 

3.2 Paviršiaus funkcinės grupės ir cheminė adsorbcija

Aktyvintos anglies paviršiuje yra tam tikras skaičius deguonies -turinčių funkcinių grupių, tokių kaip hidroksilo grupės (-OH), karboksilo grupės (-COOH), karbonilo grupės (C=O), laktono struktūros ir kt. Šios funkcinės grupės tam tikru mastu gali veikti kaip silpni Lewis rūgšties arba bazių centrai ir tam tikru mastu reaguoti su dujomis. Gyvsidabriui šios funkcinės grupės grynoje aktyvintoje anglyje gali sudaryti ribotas cheminės adsorbcijos vietas, sukeldamos dalinę Hg⁰ oksidaciją arba paviršiaus komplekso susidarymą, tačiau šis gebėjimas toli gražu neatitinka griežtų išmetamųjų teršalų kontrolės reikalavimų.

Todėl inžinerijos srityse paprastai reikia modifikuoti aktyvintos anglies paviršių. Įvedant konkrečius elementus ar chemines rūšis, sukuriami aktyvūs centrai, turintys didesnį gyvsidabrio giminingumą, paverčiant gyvsidabrio gaudymą iš fizinės adsorbcijos{1}}į dominuojančią cheminę adsorbciją ir paviršiaus reakciją{2}}.Ekstruduota aktyvuota anglis dujų valymuiLengvai įkeliamas bromas, siera ir kiti modifikatoriai, o tai rodo geresnį gyvsidabrio pašalinimo iš dūmų stabilumą.

 

Ⅳ. Modifikuota aktyvuota anglis: nuo fizinės adsorbcijos iki reakcijos kontrolės

 

Aktyvintos anglies modifikavimo technologija gali būti suprantama kaip „specifinio funkcinio paviršiaus sukūrimas ant anglies skeleto“. Tarp daugelio modifikavimo būdų, ypač halogeno modifikavimasbromo modifikacija, buvo plačiausiai ištirtas ir pritaikytas anglies{0}}kūrenamų dūmų gyvsidabrio šalinimo srityje.

 

4.1 Pagrindinis bromintos aktyvintos anglies mechanizmas

Brominta aktyvuota anglispaprastai gaminamas įvedant molekulinės arba joninės formos bromą į aktyvintos anglies poras ir paviršių impregnuojant, purškiant arba adsorbuojant dujų{0}}fazėje. Bromas gali sudaryti C-Br ryšius ant anglies paviršiaus arba egzistuoti kaip bromido druskos ir adsorbuotos bromo molekulės, sudarydamos naujas paviršinio aktyvumo vietas.Aktyvuota anglis oro ir dujų valymuigali būti kelis kartus efektyvesnis po bromavimo, todėl tai yra pagrindinis elektrinių pasirinkimas.

 

Esamuose tyrimuose paprastai manoma, kad gyvsidabrio surinkimas ant bromintos aktyvintos anglies paprastai vyksta šiais pagrindiniais etapais:

1. Masės pernešimas ir fizinis Hg⁰ patekimas į porasHg⁰ pirmiausia difunduoja į aktyvintos anglies dalelių paviršių konvekcijos būdu, o po to toliau artėja prie aktyvių vietų per molekulinę difuziją porų struktūroje. Šį procesą daugiausia kontroliuoja porų struktūra ir išmetamųjų dujų srauto būsena.

2. Heterogeninis Hg⁰ oksidavimas bromo aktyviosiomis vietomisKai Hg⁰ pasiekia vietų, kuriose yra bromo{0}}, įvyksta nevienalytė oksidacijos reakcija, kurioje dalyvauja bromo rūšys. Supaprastinta išraiška gali būti parašyta taip:Hg⁰(g) + 2Br(-ai) → HgBr₂(skelbimai)Kur Br žymi aktyvias bromo rūšis ant aktyvuotos anglies paviršiaus. Kai kurie tyrimai rodo, kad šis oksidacijos procesas gali pereiti per tarpines valentingumo būsenas arba sudaryti HgBr (skelbimus) prieš tolesnį pavertimą HgBr₂.

3. HgBr₂ stabilizavimas ir stiprus surišimasSusidaręs HgBr₂ gali būti adsorbuojamas van der Waalso jėgų porų viduje ir paviršiuje ir gali sudaryti stabilesnę sudėtingą struktūrą su paviršiaus funkcinėmis grupėmis, todėl jį sunku desorbuoti esant išmetamųjų dujų temperatūrai.120-180 laipsnių, taip pasiekiama efektyvi gyvsidabrio fiksacija.

 

Brominta aktyvuota anglis turi šiuos reikšmingus pranašumus, palyginti su chloruota aktyvuota anglimi:

• Bromas yra palankesnis Hg⁰ oksidacijos kinetikai, o reakcijos greitis paprastai yra didesnis;
• Susidaręs HgBr2 turi gerą šiluminį stabilumą aukštoje temperatūroje ir yra mažiau linkęs suirti arba redukuotis nei HgCl2;
• Esant konkurencingoms dujoms, tokioms kaip SO₂ ir H₂O, aktyvių bromo vietų apsinuodijimo laipsnis yra palyginti mažas, o gebėjimas atsispirti darbo sąlygų svyravimams yra stipresnis.

Remiantis inžinerine praktika, mažai{0}}chloro anglies degimo sąlygomis, įpurškus atitinkamą dozę bromintos aktyvintos anglies, bendras gyvsidabrio pašalinimo greitis gali būtidaugiau nei 80-90 proc.prieš pasroviui esantį dulkių surinkėją, atitinkantį daugumoje regionų galiojančius išmetamųjų teršalų apribojimų reikalavimus.

 

4.2 Kiti modifikavimo būdai: sieros, chloro ir kompozito modifikavimas

Be bromo modifikavimo, kelios kitos modifikavimo idėjos turi tam tikrą pritaikymo potencialą:

1. Sieros -modifikuota aktyvuota anglisRemdamiesi stipriu giminingumu tarp Hg ir S (galiausiai susidaro ypač stabilus gyvsidabrio sulfidas HgS), tyrėjai sustiprina cheminės adsorbcijos gebėjimą, įkeldami į aktyvintos anglies paviršių sieros{0}} turinčias rūšis (pvz., elementinę sierą, sulfidus). Sieros-modifikuota aktyvuota anglis turi stiprią savybę sulaikyti oksiduotą gyvsidabrį ir dalį Hg⁰, ypač esant žemai temperatūrai (<150°C), but it is highly sensitive to working condition changes, and regeneration and stability problems remain to be solved.

2. Chloro -modifikuota aktyvuota anglisChloro modifikavimo mechanizmas yra panašus į bromo modifikavimą, daugiausia pagerindamas gyvsidabrio pašalinimo efektyvumą, skatindamas Hg⁰ oksidaciją į HgCl2. Kadangi pačiose išmetamosiose dujose dažnai yra tam tikros HCl koncentracijos, kurią papildo paviršiaus reakcijos, pvz., SCR katalizatoriai, kai kurios elektrinės papildomai nenaudoja chloro -modifikuotos aktyvintos anglies, o naudoja esamų sistemų sinergetinį poveikį. Palyginti su bromu, chloro modifikacijos efektyvumas ir prisitaikymas prie temperatūros paprastai yra šiek tiek prastesnis, tačiau turi tam tikrų pranašumų dėl kainos ir korozijos.

3. Kelių-komponentinių sudėtinių dalių modifikavimasPastaraisiais metais kai kuriais tyrimais buvo bandoma vienu metu įtraukti kelis funkcinius komponentus (pvz., bromą + sierą, chlorą + pereinamuosius metalus ir kt.) ant aktyvuotos anglies, kad būtų pasiektas sinerginis kelių formų gyvsidabrio surinkimas platesniame temperatūrų diapazone. Tokios sudėtinės modifikuotos medžiagos turi geras pritaikymo perspektyvas laboratorijoje, tačiau jų pramoninio masto -padidėjimas, ilgalaikis-stabilumas ir galimas poveikis tolesniam įrenginiui vis tiek reikia daugiau inžinerinio patikrinimo.Kokoso lukšto aktyvuota anglis skirta dujoms valytiišlaiko stabilų gyvsidabrio šalinimo našumą net ir esant daug -sieros ir didelės-drėgmės išmetamosiose dujose po sudėtinio modifikavimo, todėl išplečiama jo taikymo sritis.

 

Ⅴ. Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos aktyvintosios anglies gyvsidabrio pašalinimo efektyvumui

 

Esant tokioms pačioms aktyvintosios anglies medžiagos sąlygoms, gyvsidabrio pašalinimo greitis tikrosiomis elektrinės darbo sąlygomis vis tiek gali skirtis, o tai priklauso nuo daugelio veiksnių, tokių kaip išmetamųjų dujų sudėtis, temperatūra, įpurškimo padėtis ir pasroviui skirta įranga, susiejimo.

 

5.1 Dūmų dujų komponentų sujungimo efektas

1. SO₂ ir SO3SO₂ koncentracija paprastai yra nuo tūkstančių iki dešimčių tūkstančių mg/m³, daug didesnė už gyvsidabrio koncentraciją (ug/m³ lygis) ir turi natūralų konkurencinį pranašumą adsorbcijos procese. Dalis SO₂ gali būti toliau oksiduojama iki SO3, o tai lengvai sudaro sieros rūgšties rūką su H₂O žemoje -temperatūros dalyje arba kondensuojasi aktyvintos anglies porose, taip blokuodama poras ir uždengdama aktyvias vietas, o tai lemia aktyvuotos anglies dezaktyvavimą. Esant didelėms SO₃ darbo sąlygoms, dažnai reikia padidinti aktyvintos anglies įpurškimo greitį arba taikyti nuodijimui siera atsparias modifikavimo schemas.

2. NOₓ ir jo dariniaiPats NO turi silpnas oksidacines savybes ir ribotą poveikį gyvsidabrio adsorbcijai; NO₂ gali dalyvauti Hg⁰ oksidacijos procese ir veikti kaip pagalbinis oksidatorius. Tuo pačiu metu NO₂ taip pat gali sąveikauti su paviršiaus oksidacijos vietomis, kad pakeistų paviršiaus cheminę aplinką. Apskritai NOₓ poveikis ACI gyvsidabrio šalinimui yra mažesnis nei SOₓ, tačiau sąveikos mechanizmas SCR ir ACI kombinuotomis darbo sąlygomis nusipelno tolesnių{3}}išsamesnių tyrimų.

3. HCl ir kiti halogenidaiHCl yra viena iš pagrindinių dujų, skatinančių Hg⁰ pavertimą HgCl₂. Išmetamosiose dujose, kuriose yra daug chloro, net ir be ACI, dalinis gyvsidabrio pašalinimas gali būti pasiektas tik naudojant SCR katalizę ir FGD sinergiją. Mažai-chloro anglies atveju šį trūkumą dažnai reikia kompensuoti įpurškiant bromintos aktyvintos anglies. Kai kurios elektrinės prieš katilą įpila chloro -turinčių degimo gerinimo medžiagų arba į išmetamąsias dujas įpila atitinkamą kiekį HCl kaip pagalbinę priemonę, tačiau dėl to reikia būti budriems dėl korozijos rizikos.

4. Vandens garai ir deguonisVandens garai tam tikru mastu konkuruoja su adsorbcijos vietomis, ypač su silpnomis adsorbcijos vietomis; bet atitinkamas kiekis H2O taip pat gali dalyvauti kai kuriose paviršiaus oksidacijos reakcijose. Deguonis yra svarbios foninės dujos gyvsidabrio oksidacijos reakcijoms palaikyti, ypač paveikiančios re-oksidacijos procesą, dalyvaujantį daugiapakopiuose oksidacijos mechanizmuose.

 

5.2 Temperatūra ir buvimo laikas

Temperatūra yra vienas iš svarbiausių ACI sistemos projektavimo ir optimizavimo parametrų. Praktika rodo:

When the flue gas temperature is too high (>200 laipsnių), fizinis adsorbcijos pajėgumas žymiai sumažėja, o kai kurios chemiškai adsorbuotos gyvsidabrio dalys gali pradėti destabilizuotis, o tai gali sukelti desorbciją;

Kai temperatūra per žema (<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.

Todėl tipiška ACI konstrukcija paprastai įpurškimo tašką išdėsto po oro pašildytuvo arba ekonomaizerio, valdant jį maždaug per langą.100-180 laipsniųsubalansuoti adsorbcijos termodinamiką ir įrangos korozijos riziką.

Be to, aktyvintosios anglies dalelių buvimo dūmtakyje laikas taip pat yra vienas iš pagrindinių veiksnių, lemiančių gyvsidabrio šalinimo efektyvumą. Per trumpas buvimo laikas lems, kad dulkes surinks dulkių surinkėjas prieš visišką sąlytį su gyvsidabriu; Tinkamai prailginus buvimo laiką, galima užbaigti masės pernešimo ir reakcijos tarp gyvsidabrio ir aktyviųjų vietų procesus. Reguliuojant purkštukų išdėstymą, optimizuojant dūmtakio struktūrą ir srauto lauko pasiskirstymą, efektyvus buvimo laikas gali būti pailgintas nepadidinant atsparumo praradimo.

 

5.3 Įpurškimo greitis, dalelių dydis ir maišymo tolygumas

Aktyvintos anglies įpurškimo greitis (išreiškiamas mgAC/m³ išmetamųjų dujų arba C/Hg masės santykiu) tiesiogiai veikia bendrą galimų adsorbcijos vietų skaičių ir yra pats intuityviausias gyvsidabrio pašalinimo greičio valdymas. Techninėje inžinerijoje, kai deginama mažai-chloro anglis ir siekiama, kad gyvsidabrio pašalinimo greitis būtų apie 90 %, nemodifikuotai įprastai miltelių pavidalo aktyvintajai angliai dažnai reikia nuo tūkstančių iki dešimčių tūkstančių kartų didesnio C/Hg masės santykio, todėl kyla didelis sąnaudų spaudimas; panaudojus bromintą aktyvintą anglį, įpurškimo greitis gali būti labai sumažintas esant tokiam pačiam gyvsidabrio pašalinimo greičiui.

Aktyvintos anglies dalelių dydis turi įtakos jos sklaidai ir masės perdavimo dūmų dujose charakteristikoms. Mažesnis dalelių dydis padidina specifinį paviršiaus plotą ir padidina kontakto su gyvsidabrio molekulėmis dažnį, tačiau per mažas dalelių dydis gali padidinti skrydžio nuostolius ir paveikti dulkių surinkėjo veikimą. Paprastai ACI miltelių pavidalo aktyvintos anglies dalelių dydis dažniausiai svyruoja nuo10–30 μm.

Maišymo vienodumas taip pat yra lengvai nepastebimas, bet labai svarbus veiksnys. Net jei aktyvintosios anglies įpurškimo greitis yra pakankamas, jei skerspjūvio maišymasis su dūmų dujomis yra netolygus, bus vietinė per didelė adsorbcija ir vietinis nepakankamas gyvsidabrio pašalinimas. Įpurškimo padėties ir purkštukų išdėstymo optimizavimas naudojant CFD modeliavimą kartu su internetiniu koncentracijos stebėjimu, siekiant koreguoti įpurškimo sąlygas, yra veiksminga priemonė bendram sistemos veikimui pagerinti.Kokoso lukšto aktyvuota anglis skirta dujoms valytituri reguliuojamą dalelių dydį ir gerą sklandumą, tinka ilgalaikiam{0}}stabiliam pneumatinių įpurškimo sistemų veikimui.

 

Ⅵ. ACI technologijos inžinerinis taikymas, ekonomika ir rinkos plėtra

 

6.1 Dabartinė inžinerinės programos būsena

Kadangi JAV palaipsniui įgyvendinamaGyvsidabrio ir oro toksiškumo standartai (MATS)2000-aisiais ACI technologija tapo pirmaujančia didelio masto-pritaikymo srityje Šiaurės Amerikos energetikos pramonėje, palaipsniui apimdama įvairius įrenginius, deginančius skirtingų rūšių anglį. Kai kurios Europos šalys taip pat įdiegė ACI sistemas dideliuose-anglį kūrenamuose įrenginiuose, kad atitiktų griežtesnius išsamius emisijos reikalavimus. Pastaraisiais metais Kinijoje modernizuojant anglimi kūrenamus įrenginius- ir padidinus dėmesį gyvsidabrio išmetimui, ACI ir kitos su gyvsidabriu susijusios technologijos pamažu įtrauktos į techninės atrankos viziją, ypač įrenginiuose, kuriuose yra mažai-chloro, mažo{9}}pelenų aktyvumo techninis būdas yra laikomas vienu iš anglies tipų, ACI.

ACI sistemos paprastai turi šias inžinerines charakteristikas:

• Palyginti paprasta prietaiso struktūra, paprastai apimanti laikymo dėžes, dozavimo ir padavimo sistemas, pneumatinius transportavimo vamzdynus, įpurškimo vamzdžius ir valdymo sistemas;
• Geras suderinamumas su originalia išmetamųjų dujų valymo sistema, nereikalaujant didelio{0}}pagrindinio variklio ir dūmtakio konstrukcijos modifikavimo;
• Įpurškimo greitį galima lanksčiai reguliuoti pagal gyvsidabrio emisijos koncentraciją ir norminius reikalavimus, su tam tikru masteliu.

 

6.2 Ekonominės išlaidos ir šalutinių produktų šalinimo{1} problemos

Nors ACI technologija turi akivaizdžių techninės brandos pranašumų, jos ekonomiškumas ir išorinis poveikis aplinkai visada buvo svarbūs veiksniai, ribojantys platų jos propagavimą.

1. Aktyvintos anglies kainaNors pačios miltelių pavidalo aktyvintos anglies kaina yra maža (vidaus rinkoje), didelio našumo modifikuotų produktų, pvz., bromintos aktyvintos anglies, vieneto kaina yra didelė. Kaip pavyzdį imant vidutinius ir didelius anglimi -kūrenamus įrenginius, kad būtų pasiektas didelis gyvsidabrio pašalinimo greitis, metinis aktyvintos anglies suvartojimas gali siekti šimtus iki tūkstančių tonų, o metinės veiklos sąnaudos svyruoja nuo milijonų RMB iki aukštesnio lygio. Sumažėjus pelno maržoms energetikos pramonėje, šios nuolatinės veiklos sąnaudos tapo veiksniu, į kurį reikia atidžiai atsižvelgti priimant elektrinės sprendimus.

2. Gyvsidabrio{1}}turinčių lakiųjų pelenų šalinimasAktyvintoji anglis, įpurškiama į dūmų dujas, galiausiai bus sugauta dulkių šalinimo sistemoje kartu su lakiaisiais pelenais, taip pakeisdama lakiųjų pelenų fizines ir chemines savybes. Viena vertus, nesudegusios anglies kiekio padidėjimas ir spalvos pasikeitimas gali turėti įtakos jo panaudojimo vertei cemento ir betono pramonėje; kita vertus, lakieji pelenai, adsorbuoti nuodingais metalais, tokiais kaip gyvsidabris, dažnai tvarkomi kaippavojingų atliekųlaikantis teisinių ir aplinkosaugos standartų, didinant transportavimo, šalinimo ir ilgalaikės{0}} rizikos aplinkai kontrolės išlaidas. Šiuo metu saugus sąvartynas ir kietėjimo/stabilizavimo apdorojimas yra pagrindinės galimybės, tačiau kaip pagerinti išteklių panaudojimo lygį, remiantis prielaida, kad bus užtikrinta aplinkos sauga, vis dar neišspręsta problema.

3. Korozija ir sistemos patikimumasNors brominta aktyvuota anglis pasižymi dideliu{0}}veiksmingo gyvsidabrio pašalinimo pajėgumu, taip pat kyla pavojus, kad bromidai gali sukelti koroziją pasroviui esančioms FGD sistemoms, dūmtakio ir kaminų medžiagoms. Ypač šlapiojo desulfuravimo metu halogeno koncentracijos padidėjimas skystoje fazėje gali neigiamai paveikti guminius pamušalus ir lydinio komponentus, todėl gali padidėti priežiūros dažnumas ir atsarginių dalių keitimo išlaidos. Kuriant ACI sistemą, reikia išsamiai apsvarstyti korozijos mechanizmą, medžiagų pasirinkimą ir antikorozijos strategijas.

 

6.3 Rinkos mastas ir plėtros tendencijos

Remiantis pastarųjų metų pasaulinių rinkos tyrimų ataskaitomis, pramoninių išmetamųjų dujų valymo (įskaitant anglimi{0}}kūrenamų elektrinių, atliekų deginimo, metalo lydymo ir kt.) aktyvintos anglies rinka pasiekė milijardus JAV dolerių, tarp kurių vienas sparčiai augančių{2}}segmentų yra specialūs milteliai, skirti gyvsidabriui pašalinti.Kokoso lukšto aktyvuota anglis skirta dujoms valytiužima svarbią dalį energijos, atliekų deginimo ir metalurgijos dujų valymo srityse. Prognozės rodo, kad ateinančius kelerius metus segmentas išlaikys teigiamą augimą, o pagrindinės varomosios jėgos:

• Griežtinami gyvsidabrio išmetimo standartai naujiems ir modifikuotiems anglimi{0}}kūrenamiems blokams besivystančiose šalyse;
• Griežtesnis sunkiųjų metalų kontrolės reglamentavimas atliekų deginimo ir pavojingų atliekų deginimo pramonėje;
• Taikymas išplėtotas komerciškai reklamuojant naujus didelio našumo{0}}modifikuotus aktyvintosios anglies produktus.

 

Ⅶ. Ateities techninės kryptys ir išsamios valdymo idėjos

 

Toliau tobulinant aplinkos priežiūrą ir nuolat tobulinant energijos transformaciją, vienos technologijos „simptominio gydymo“ valdymo modelis pamažu pakeičiamas sistemingu, daug{0}}teršalų sinergetinės kontrolės išsamiu planu. Šiame kontekste pati ACI technologija taip pat susiduria su kartotinio atnaujinimo ir funkcinės integracijos poreikiais.

 

7.1 Nauji pigūs ir atsinaujinantys adsorbentai

Išteklių ir sąnaudų požiūriu vis daugiau dėmesio sulaukia adsorbcinės medžiagos, pagamintos iš biomasės arba pramoninių kietųjų atliekų (pvz., pasėlių šiaudai, vaisių lukštai, dumblas, lakieji pelenai ir kt.). Tinkamai suaktyvinus ir chemiškai modifikavus šias medžiagas galima pasiekti gyvsidabrio šalinimo našumą, artimą ar net viršyti tradicinės akmens anglies -pagrindo aktyvuotos anglies, esant tam tikroms darbo sąlygoms, tuo pačiu labai sumažinant žaliavų sąnaudas ir anglies pėdsaką. Be to, sukūrus adsorbentus, kuriuos galima perdirbti ir pakartotinai panaudoti vietoje-elektrinėse ar centralizuotuose įrenginiuose, bus sumažintas pavojingų kietųjų atliekų susidarymas ir pagerintas bendras aplinkos tvarumas.

 

7.2 Daugia{1}} teršalų sinergistinės kontrolės integravimas

Viena iš svarbių būsimos išmetamųjų dujų valymo technologijos plėtros krypčių yra gyvsidabrio šalinimo funkcijų glaudus susiejimas su esamomis denitrifikavimo, sieros šalinimo arba dulkių šalinimo sistemomis, kad būtų sukurta „viskas{0}}-viename“ sinergetinio valdymo platforma. Pavyzdžiui:

• Sukurti SCR katalizatorius su dviem NOₓ redukcijos ir Hg⁰ oksidacijos funkcijomis, siekiant sumažinti priklausomybę nuo nepriklausomų ACI sistemų;
• Įvesti daugiafunkcinius miltelius su gyvsidabrio adsorbcijos funkcija pusiau-sauso desulfuravimo arba sauso įpurškimo procesuose, kad būtų pasiekta sinergetinė SO₂, HCl ir Hg kontrolė;
• Sujunkite su lakiųjų pelenų klasifikavimo ir surinkimo technologija, kad atskirtumėte gyvsidabrio{0}}prikrautą aktyvuotą anglį nuo naudingų lakiųjų pelenų ir sumažintumėte poveikį statybinių medžiagų naudojimui.

Tikimasi, kad šis integruotas sprendimas sumažins bendras investicijų ir veiklos sąnaudas, kartu sumažins sistemos sudėtingumą ir priežiūros naštą.

 

7.3 Skaitmeninimas ir sumanus valdymas

Tobulėjant internetinei gyvsidabrio stebėjimo technologijai, pradėjo diegti vis daugiau elektriniųGyvsidabrio nuolatinės emisijos stebėjimo sistemos (HgCEMS)gauti realiojo laiko{0}}duomenis apie gyvsidabrio koncentracijos ir specifikacijos pokyčius dūmuose. Kartu su CFD modeliavimu, duomenimis pagrįstu modeliavimo ir optimizavimo algoritmais, galima realizuoti dinamišką optimalų aktyvintosios anglies įpurškimo greičio, įpurškimo padėties ir net modifikatoriaus formulės valdymą, suformuojant uždaros-ciklos reguliavimo sistemą, kad būtų sumažintas aktyvintos anglies suvartojimas, atsižvelgiant į emisijos atitiktį.Kokoso lukšto aktyvuota anglis skirta dujoms valytigreitai reaguoja ir tinka tiksliam dozavimui išmaniosiose reguliavimo sistemose.

Tobulėjant skaitmeninei ir išmaniajai jėgainių transformacijai, ACI sistemos taip pat gali būti susietos su vieneto apkrovos reguliavimu, kuro perjungimu, sieros šalinimo ir denitrifikacijos darbo sąlygų reguliavimu, kad būtų pasiektas tikslesnis ir ekonomiškesnis sinerginis valdymas.

 

7.4 Nuo mechanizmo modeliavimo iki į medžiagą orientuoto projektavimo

Kvantinio cheminio skaičiavimo metodai, pavaizduotiTankio funkcinė teorija (DFT)pamažu tapo svarbiomis priemonėmis tiriant gyvsidabrio adsorbciją ir reakcijos mechanizmus skirtingų adsorbcinių medžiagų paviršiuje. Sistemingai tiriant gyvsidabrio ir skirtingų elementų bei paviršiaus struktūrų elektroninių struktūrų sąveiką teoriniu lygmeniu, jis gali suteikti mokslinį pagrindą „tikslingam naujų adsorbcinių medžiagų projektavimui“, sumažinant laiką ir išteklius, reikalingus tradiciniams bandomiesiems{1}}ir-klaidų eksperimentiniams tyrimams ir plėtrai. Tikimasi, kad, remiantis pirmtakais, platesnis tokių modeliavimų derinys su didelio našumo eksperimentais ir mašininio mokymosi algoritmais paskatins aktyvintosios anglies ir alternatyvių medžiagų tyrimus ir plėtrą į naują „projektavimo{5}“ etapą.

 

7.5 Granuliuotos aktyvintos anglies fiksuoto sluoksnio gyvsidabrio pašalinimo technologija

Granuliuota aktyvuota anglis stacionariojo sluoksnio technologija yra dar viena gyvsidabrio taršos kontrolės anglimi{0}}kūrenamose elektrinėse idėja. Skirtingai nuo pagrindinės ACI technologijos,Granuliuota aktyvuota anglisfiksuotas sluoksnis dedamas pasroviui nuo šlapiojo desulfuravimo (FGD) įrenginio, o išmetamųjų dujų temperatūra nukrenta iki maždaug 50 laipsnių, o tai yra galutinė valymo priemonė, skirta giliai pašalinti gyvsidabrį. Ši išdėstymo strategija turi reikšmingų pranašumų: žemos -temperatūros aplinka yra palanki fizinės adsorbcijos ir cheminės adsorbcijos sinergetiniam poveikiui, pralauždama riboto ACI adsorbcijos pajėgumo kliūtį aukštoje -temperatūroje (100–180 laipsnių); tuo pačiu metu granuliuota formaGranuliuota aktyvuota anglisišvengiama maišymosi su lakiaisiais pelenais problemos, turinčios įtakos jų išteklių panaudojimui.

 

 

Remiantis{0}}nuodugniais gyvsidabrio adsorbcijos mechanizmo tyrimais,Granuliuota aktyvuota anglisfiksuota lova gali visiškai pasimokyti iš bromintos aktyvintos anglies modifikavimo strategijos. Tyrimai rodo, kad gyvsidabris sekaLangmuiras{0}}Hinšelvudasoksidacijos-adsorbcijos mechanizmas ant aktyvintos anglies paviršiaus ir galiausiai sudaro stabilius junginius su paviršiaus halogenais Hg²⁺ pavidalu. Įkeliama iš anksto-bromuotaGranuliuota aktyvuota anglisstacionariame sluoksnyje gali pasiekti efektyvią Hg⁰ oksidaciją ir fiksaciją žemoje temperatūroje ir išvengti konkurencinės SO₂ adsorbcijos trukdžių, nes FGD sistemoje buvo pašalinti sulfatai. Be to, modulinė stacionaraus sluoksnio struktūra palengvina adsorbento pakeitimą ir regeneravimą, suteikdama įmanomą kelią inžineriniam didelio našumo medžiagų, pvz., tauriųjų metalų-modifikuotos aktyvintos anglies pritaikymui, ir skatina gyvsidabrio kontrolę anglimi-kūrenamose elektrinėse siekiantbeveik{0}}nulinės emisijos.

Atsižvelgiant į tai, kad pasaulinė švarios energijos transformacija vis dar užtrunka, esamų anglimi-kūrenamų įrenginių aukšto lygio taršos kontrolė vis dar yra būtina pereinamojo laikotarpio užduotis. Nuolatinis aktyvintosios anglies gyvsidabrio šalinimo technologijos tobulinimas ir inovacijos yra susiję ne tik su techniniu vienos pramonės šakos pasirinkimu, bet ir su aplinkos kokybės gerinimu bei visuomenės sveikatos apsauga, o inžinerinėje praktikoje ji dar ir artimiausius kelis dešimtmečius vaidins svarbų vaidmenį.Ekstruduota aktyvuota anglis dujų valymui, kokoso lukšto aktyvuota anglis dujų valymui, iraktyvuota anglis oro ir dujų valymuiKiekvienas iš jų turi unikalių pranašumų ir toliau vaidins pagrindinį vaidmenį išmetamųjų dujų gyvsidabrio šalinimo ir dujų valymo srityse, palaikant aplinkos gerinimą ir visuomenės sveikatos apsaugą.