Toepassing van actieve kool voor de verwijdering van kwik in kolen-gestookte energiecentrales

Kolen{0}}energieopwekking neemt nog steeds een belangrijke plaats in in de mondiale energiestructuur. De daarmee gepaard gaande kwikemissies (Hg) vormen echter een ernstige bedreiging voor het ecologische milieu en de menselijke gezondheid. Met de implementatie van deMinamata-conventiein veel landen, vooral in China, de Verenigde Staten, de Europese Unie en andere regio's, is de beheersing van de kwikemissie in steenkool-gestookte elektriciteitscentrales verschoven van een 'optie' naar eenverplichte beperking. Van de verschillende technologieën voor het verwijderen van kwik is de kwikadsorptietechnologie voor rookgassen gebaseerdACIwordt veel gebruikt in-service-eenheden vanwege het volwassen proces, de relatief gemakkelijke aanpassing en het sterke aanpassingsvermogen.Actieve kool voor lucht- en gaszuiveringis het belangrijkste adsorbens voor deze technologie geworden dankzij het hoge specifieke oppervlak en de rijke poriënstructuur.

 

Ⅰ. Problemen met de uitstoot van kwik in kolen-gestookte energiecentrales

In het huidige mondiale consumptiepatroon van primaire energie fungeert steenkool nog steeds als een ‘ballaststeen’. Hoewel het aandeel duurzame energie toeneemt, zijn kolen{1}} nog lange tijd moeilijk volledig te vervangen als het gaat om de beschikbaarheid van het energiesysteem en de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening. Ondertussen is, met de uitbreiding van de verbranding van steenkool, de uitstoot van sporen van zware metalen in steenkool geleidelijk verschoven van academische discussie naar regelgevingsfocus.

 

Mercurius heeft de volgende kenmerken:

1. Hoge toxiciteit en neurotoxiciteit: Organisch kwik zoals methylkwik kan zich ophopen in de voedselketen en onomkeerbare schade veroorzaken aan de neurologische ontwikkeling van foetussen en kinderen;

2. Mogelijkheid tot migratie over lange- afstanden: nadat het is uitgestoten als gasvormig elementair kwik (Hg⁰), kan het duizenden kilometers in de atmosfeer migreren en zo mondiale vervuiling veroorzaken;

3. Vuurvaste en omgevingspersistentie: Nadat het zich in de bodem en waterlichamen heeft gevestigd, kan het opnieuw-in de biosfeercyclus terechtkomen via microbiële methylering.

 

 

Daarom hebben kwikemissies typische trans-regionale en intergenerationele externe effecten. Het bestuur door één enkel land is vaak onvoldoende, en de algehele controle vereist internationale coördinatie. Sinds de goedkeuring ervan in 2013 is het Minamata-verdrag geratificeerd door meer dan 100 verdragsluitende partijen, waaronder China. Een van de kerndoelstellingen is het beperken en verminderen van de kwikemissies uit industriële bronnen zoals kolen-gestookte elektriciteitscentrales.

 

In de technische praktijk zijn de rookgaszuiveringssystemen van kolen-gestookte elektriciteitscentrales relatief volwassen en over het algemeen uitgerust met de volgende apparaten:

• Selectieve katalytische reductie (SCR)ofSelectieve niet-katalytische reductie (SNCR)voor denitrificatie;
• Elektrostatische stofvangers (ESP)ofDoekfilters (FF)voor fijnstofbeheersing;
• Nat of half-droogRookgasontzwaveling (FGD)systemen voor SO₂-verwijdering.

 

Deze apparaten hebben een "synergetisch verwijderingseffect" op sommige vormen van kwik. Echter, voor de meest moeilijk-te-gasvormige stoffenkan de conventionele rookgasbehandelingsketen geen stabiele en efficiënte opvang garanderen. In deze context wordt de technologie voor kwikverwijdering, gericht op de injectie van actieve kool, beschouwd als een belangrijke aanvulling op de traditionele rookgasbehandelingsmethoden, en wordt deze zelfs een belangrijke schakel om onder bepaalde werkomstandigheden te voldoen aan de eisen voor kwikemissies.kokosnoot actieve kool voor gaszuivering vertoont uitstekende prestaties op dit gebied vanwege de hoge adsorptieactiviteit en mechanische sterkte.

 

Ⅱ. Kwikspeciatie en transformatieroutes in rookgas

 

Het begrijpen van de verdeling van kwikspeciatie vanuit het perspectief van thermodynamica en kinetiek is een voorwaarde voor het bespreken van het mechanisme van kwikverwijdering door actieve kool.

 

2.1 Vrijgave en initiële specificatie van kwik in steenkool

Kwik in steenkool komt gewoonlijk in sporenhoeveelheden voor, met een gehalte dat doorgaans varieert van0,01–0,5 mg/kg, gehost in organisch materiaal, pyriet en kleimineralen. Onder hoge-verbrandingsomstandigheden van de oven (ca1300–1600 graden), worden deze kwiksoorten vrijwel volledig vervluchtigd en omgezet in gasvormig kwik. Het grootste deel van het aanvankelijk vrijgekomen kwik bestaat alselementair kwik (Hg⁰), waarbij slechts een kleine hoeveelheid wordt geoxideerd in de hoge- temperatuurzone.

Gasvormig Hg⁰ heeft de volgende kenmerken: Sterke chemische inertie; onoplosbaar in water; beperkte interactie met conventionele afvangapparatuur in rookgas. Daarom kan Hg⁰ zonder speciale maatregelen eenvoudig met gezuiverd rookgas in de atmosfeer worden geloosd.Geëxtrudeerde actieve kool voor gaszuiveringwordt vaak gebruikt in vast-bedsystemen voor diepe Hg⁰-verwijdering vanwege de uniforme structuur en goede doorlaatbaarheid.

 

2.2 Speciatietransformatie van kwik in rookgassystemen

Terwijl de temperatuur van het rookgas daalt vanaf de uitlaat van de oven en achtereenvolgens door de economizer, luchtvoorverwarmer, SCR, stofafscheider en ontzwavelingsinrichting gaat, ondergaat kwik een reeks homogene en heterogene reacties in verschillende apparatuur en temperatuurzones, waarbij drie belangrijke vormen worden gevormd:

1. Elementair Kwik Hg⁰: Gasvormig, elektrisch neutraal, zeer vluchtig, lage chemische reactiviteit; niet gemakkelijk geabsorbeerd door natte ontzwaveling of fysiek geadsorbeerd op vliegasoppervlakken; de moeilijkst te controleren soort en de belangrijkste doelsoort van de ACI-technologie.

2. Geoxideerd kwik Hg²⁺: Bestaat meestal als goed oplosbare zouten zoals HgCl₂ en HgS0₄; Hg⁰ kan worden geoxideerd tot Hg²⁺ in aanwezigheid van HCl, O₂, NO₂ en katalytische oppervlakken; gemakkelijk oplosbaar in FGD-slurry of opgevangen op vliegasoppervlakken, waardoor gedeeltelijk verwijderd door traditionele ontzwavelings- en stofverwijderingsapparatuur.

3. Deeltjes-gebonden kwik: Kwik gecombineerd met mineralen op het oppervlak van vliegasdeeltjes of onverbrande koolstof om vaste-fasecomponenten te vormen; kan in hoge mate worden opgevangen door stofafscheiders met hoge-efficiëntie, de gemakkelijkst te controleren vorm van kwik.

 

In de werkelijke werkomstandigheden zijn de relatieve verhoudingen van de drie vormen afhankelijk van de eigenschappen van steenkool (vooral het chloor-, zwavel- en alkalimetaalgehalte), de temperatuurverdeling in de oven en het staartkanaal, de verbrandings- en reducerende atmosfeer, de SCR-bedrijfsstatus en de fysische en chemische eigenschappen van vliegas. Over het algemeen is bitumineuze steenkool met een hoog chloorgehalte in het rookgas gunstiger voor het bevorderen van de Hg⁰-oxidatie, waardoor de Hg²⁺-verhouding toeneemt en het FGD-apparaat in staat wordt gesteld meer kwikverwijderingsfuncties uit te voeren; bij het verbranden van steenkool met een laag-chloorgehalte (zoals sommige bruinkool- en sub-sub-bitumineuze steenkool) is de Hg⁰-verhouding aanzienlijk hoger, en dergelijke werkomstandigheden zijn meer afhankelijk van speciale technologieën voor het verwijderen van kwik (zoals ACI).Actieve kool voor lucht- en gaszuiveringcompenseert snel de tekortkomingen van synergetische behandeling in dergelijke omstandigheden en zorgt voor naleving van de emissienormen.

 

Ⅲ. Basisprincipes en materiaaleigenschappen van actieve kool voor de verwijdering van kwik

 

Actieve kool wordt veel gebruikt voor de verwijdering van rookgaskwik in kolen{0}}gestookte elektriciteitscentrales vanwege de unieke poriënstructuur en de gemakkelijk aanpasbare chemische eigenschappen van het oppervlak.

 

3.1 Poriënstructuur en fysische adsorptie

Actieve kool wordt over het algemeen bereid uit koolstofbronnen zoals steenkool, biomassa, kokosnootschalen, hout of petroleumcokes door middel van carbonisatie en activering bij hoge- temperaturen. Het activeringsproces (fysische of chemische activering) produceert een groot aantalmicroporiën (<2 nm)**, **mesopores (2–50 nm)** and **macropores (>50 nm)in het materiaal, waardoor een sterk verbonden hiërarchisch poriënnetwerk ontstaat, waardoor het specifieke oppervlak duizenden m²/g bereikt.Kokosnoot actieve kool voor gaszuiveringstaat bekend om zijn goed-ontwikkelde microporiën en sterke opvangvermogen voor kwikdamp met een lage- concentratie.

Fysische adsorptie is voornamelijk afhankelijk van Van der Waals-krachten en zwakke polarisatie-interacties,gekarakteriseerddoor:

• Het adsorptieproces is meestal omkeerbaar;
• Lage adsorptiewarmte, dichtbij condensatiewarmte;
• De adsorptiecapaciteit is temperatuurgevoelig en temperatuurstijging vermindert de adsorptiecapaciteit aanzienlijk.

Binnen het rookgastemperatuurbereik van kolen-gestookte elektriciteitscentrales (doorgaans100–200 graden), is de efficiëntie van het afvangen van Hg⁰ uitsluitend door fysieke adsorptie vaak onvoldoende, vooral wanneer de kwikconcentratie in het rookgas laag is (meestal op het niveau van ug/m³). Op dit moment heeft elementair kwik geen voordeel bij competitieve adsorptie vergeleken met andere gasmoleculen, en het adsorptie-evenwicht neigt naar de desorptiekant onder omstandigheden van hoge temperatuur. Hoewel de poriënstructuur de basis van adsorptie is, moet daarom een ​​sterker chemisch adsorptiemechanisme worden geïntroduceerd om een ​​efficiënte verwijdering van kwik te bereiken.

 

3.2 Oppervlaktefunctionele groepen en chemische adsorptie

Er zijn een bepaald aantal zuurstof-bevattende functionele groepen op het oppervlak van actieve kool, zoals hydroxylgroepen (-OH), carboxylgroepen (-COOH), carbonylgroepen (C=O), lactonstructuren, enz. Deze functionele groepen kunnen tot op zekere hoogte fungeren als zwakke Lewiszuur- of basecentra en reageren met sommige componenten in rookgas. Voor kwik kunnen deze functionele groepen op nieuwe actieve kool beperkte chemische adsorptieplaatsen bieden, waardoor gedeeltelijke Hg⁰-oxidatie of vorming van oppervlaktecomplexen ontstaat, maar dit vermogen voldoet verre van aan de strikte eisen van emissiecontrole.

Daarom is oppervlaktemodificatie van actieve kool meestal vereist in technische toepassingen. Door specifieke elementen of chemische soorten te introduceren, worden actieve centra met een hogere kwikaffiniteit gecreëerd, waardoor de kwikvangst wordt getransformeerd van een gedomineerde fysieke adsorptie- naar een gedomineerde chemische adsorptie en oppervlaktereactie-.Geëxtrudeerde actieve kool voor gaszuiveringHet is gemakkelijk om broom, zwavel en andere modificatoren te laden, wat een betere stabiliteit oplevert bij de verwijdering van rookgaskwik.

 

Ⅳ. Gemodificeerde actieve kool: van fysieke adsorptie tot reactiecontrole

 

Technologie voor het modificeren van actieve kool kan worden opgevat als "het construeren van een specifiek functioneel oppervlak op een koolstofskelet". Van de vele modificatiemethoden, vooral halogeenmodificatiebroommodificatie, is het meest bestudeerd en toegepast op het gebied van de verwijdering van kwik door kolen-gestookte rookgassen.

 

4.1 Kernmechanisme van gebromeerde actieve kool

Gebromineerde actieve koolwordt gewoonlijk bereid door broom in moleculaire of ionische vorm in de poriën en het oppervlak van actieve kool te brengen door middel van impregnatie, sproeien of gas{0}}fase-adsorptie. Broom kan C-Br-bindingen vormen op het koolstofoppervlak of bestaan ​​als bromidezouten en geadsorbeerde broommoleculen, waardoor nieuwe oppervlakteactieve plaatsen worden gevormd.Actieve kool voor lucht- en gaszuiveringkan na bromering meerdere malen efficiënter zijn, waardoor het de reguliere keuze is voor energiecentrales.

 

Bestaande onderzoeken zijn over het algemeen van mening dat de afvang van kwik op gebromeerde actieve kool in het algemeen de volgende basisstappen ondergaat:

1. Massaoverdracht en fysieke binnendringing van Hg⁰ in de poriënHg⁰ diffundeert eerst naar het oppervlak van actieve kooldeeltjes door convectie, en nadert vervolgens de actieve plaatsen verder door moleculaire diffusie in de poriënstructuur. Dit proces wordt voornamelijk bepaald door de poriënstructuur en de rookgasstroom.

2. Heterogene oxidatie van Hg⁰ door actieve broomplaatsenWanneer Hg⁰ de buurt van broom--bevattende locaties bereikt, vindt er een heterogene oxidatiereactie plaats met deelname van broomsoorten. Een vereenvoudigde uitdrukking kan worden geschreven als:Hg⁰(g) + 2Br(s) → HgBr₂(advertenties)Waarbij Br de actieve broomsoort op het actieve kooloppervlak voorstelt. Sommige onderzoeken tonen aan dat dit oxidatieproces tussenliggende valentietoestanden kan doorlopen of HgBr(ads) kan vormen voordat het verder wordt omgezet in HgBr₂.

3. Stabilisatie en sterke binding van HgBr₂De gegenereerde HgBr₂ kan worden geadsorbeerd door van der Waals-krachten in en op het oppervlak van de poriën, en kan verder een stabielere complexe structuur vormen met functionele oppervlaktegroepen, waardoor het moeilijk wordt om te desorberen bij een rookgastemperatuur van120–180 graden, waardoor een efficiënte kwikfixatie wordt bereikt.

 

Gebromeerde actieve kool heeft de volgende belangrijke voordelen ten opzichte van gechloreerde actieve kool:

• Broom is gunstiger voor de oxidatiekinetiek van Hg⁰, en de reactiesnelheid is meestal hoger;
• Het gegenereerde HgBr₂ heeft een goede thermische stabiliteit bij hoge temperaturen en zal minder snel ontleden of reduceren dan HgCl₂;
• In de aanwezigheid van concurrerende gassen zoals SO₂ en H₂O is de vergiftigingsgraad van actieve broomlocaties relatief licht en is het vermogen om weerstand te bieden aan schommelingen in de arbeidsomstandigheden groter.

Vanuit de technische praktijk kan bij verbranding van steenkool met een laag-chloorgehalte het injecteren van een geschikte dosis gebromeerde actieve kool vaak een totale kwikverwijderingssnelheid vanmeer dan 80-90%vóór de stroomafwaartse stofafscheider, waardoor wordt voldaan aan de huidige emissielimieteisen in de meeste regio's.

 

4.2 Andere modificatiepaden: zwavel-, chloor- en composietmodificatie

Naast broommodificatie hebben verschillende andere modificatie-ideeën zeker toepassingspotentieel:

1. Zwavel-gemodificeerde actieve koolOp basis van de sterke affiniteit tussen Hg en S (waaruit uiteindelijk uiterst stabiel kwiksulfide HgS ontstaat), versterken onderzoekers de chemische adsorptiecapaciteit door zwavel-bevattende soorten (zoals elementaire zwavel en sulfiden) op het oppervlak van de actieve kool te laden. Zwavel-gemodificeerde actieve kool heeft een sterk afvangvermogen voor geoxideerd kwik en een deel van Hg⁰, vooral bij lage temperaturen (<150°C), but it is highly sensitive to working condition changes, and regeneration and stability problems remain to be solved.

2. Met chloor-gemodificeerde actieve koolChloormodificatie is qua mechanisme vergelijkbaar met broommodificatie, waarbij voornamelijk de efficiëntie van de kwikverwijdering wordt verbeterd door de oxidatie van Hg⁰ naar HgCl₂ te bevorderen. Omdat rookgas zelf vaak een bepaalde concentratie HCl bevat, aangevuld met oppervlaktereacties zoals SCR-katalysatoren, gebruiken sommige energiecentrales niet bovendien chloor-gemodificeerde actieve kool, maar maken ze gebruik van het synergetische effect van bestaande systemen. Vergeleken met broom is chloormodificatie gewoonlijk iets minder goed wat betreft efficiëntie en temperatuuraanpassingsvermogen, maar heeft het bepaalde voordelen wat betreft kosten en corrosiviteit.

3. Samengestelde modificatie uit meerdere- componentenIn de afgelopen jaren hebben sommige onderzoeken geprobeerd meerdere functionele componenten (zoals broom + zwavel, chloor + overgangsmetalen, enz.) tegelijkertijd op actieve kool te introduceren om een ​​synergetische afvang van multi-kwik in een breder temperatuurbereik te bereiken. Dergelijke met composiet gemodificeerde materialen bieden goede toepassingsvooruitzichten op laboratoriumniveau, maar hun stabiliteit op industriële schaal,-op lange- termijn en potentiële impact op stroomafwaartse apparatuur vereisen nog steeds meer technische verificatie.Kokosnoot actieve kool voor gaszuiveringhandhaaft stabiele kwikverwijderingsprestaties, zelfs in rookgassen met hoog-zwavel en hoge- vochtigheid na composietmodificatie, waardoor de toepassingsmogelijkheden worden uitgebreid.

 

Ⅴ. Sleutelfactoren die de efficiëntie van de kwikverwijdering van actieve kool beïnvloeden

 

Onder dezelfde omstandigheden van actief koolstofmateriaal kan de kwikverwijderingssnelheid in de werkelijke werkomstandigheden van een energiecentrale nog steeds aanzienlijke verschillen vertonen, wat zijn oorsprong vindt in het koppelingseffect van vele factoren, zoals de samenstelling van het rookgas, de temperatuur, de injectiepositie en de stroomafwaartse apparatuur.

 

5.1 Koppelingseffect van rookgascomponenten

1. SO₂ en SO₃De concentratie SO₂ ligt doorgaans in de orde van duizenden tot tienduizenden mg/m³, veel hoger dan de kwikconcentratie (ug/m³-niveau), en heeft een natuurlijk concurrentievoordeel in het adsorptieproces. Een deel van SO₂ kan verder worden geoxideerd tot SO₃, dat gemakkelijk zwavelzuurmist vormt met H₂O in het lage- temperatuurgedeelte of condenseert in de actieve koolporiën, waardoor de poriën worden geblokkeerd en actieve plaatsen worden bedekt, wat leidt tot deactivering van actieve kool. Onder werkomstandigheden met een hoog SO₃-gehalte is het vaak nodig om de injectiesnelheid van actieve kool te verhogen of om zwavelvergiftiging-resistente modificatieschema's toe te passen.

2. NOₓ en zijn derivatenNO zelf heeft zwakke oxiderende eigenschappen en een beperkte invloed op de kwikadsorptie; NO₂ kan deelnemen aan het Hg⁰-oxidatieproces en fungeren als hulpoxidatiemiddel. Tegelijkertijd kan NO₂ ook interageren met oxidatieplaatsen aan het oppervlak om de chemische omgeving aan het oppervlak te veranderen. Over het geheel genomen is de impact van NOₓ op de verwijdering van ACI-kwik minder significant dan die van SOₓ, maar het interactiemechanisme onder SCR+ACI gecombineerde werkomstandigheden verdient verder diepgaand onderzoek-.

3. HCl en andere halogenidenHCl is een van de belangrijkste gassen die de omzetting van Hg⁰ in HgCl₂ bevordert. In rookgas met een hoog chloorgehalte kan, zelfs zonder ACI, gedeeltelijke kwikverwijdering alleen worden bereikt door middel van SCR-katalyse en FGD-synergie. Voor steenkool met een laag-chloorgehalte is het vaak nodig om dit tekort te compenseren door gebromeerde actieve kool te injecteren. Sommige elektriciteitscentrales voegen chloor-bevattende verbrandingsverbeteraars toe vóór de ketel of voegen een geschikte hoeveelheid HCl aan het rookgas toe als aanvullende maatregelen, maar het corrosierisico dat hierdoor wordt veroorzaakt, moet waakzaam zijn.

4. Waterdamp en zuurstofWaterdamp concurreert tot op zekere hoogte met adsorptieplaatsen, vooral met zwakke adsorptieplaatsen; maar een geschikte hoeveelheid H2O kan ook deelnemen aan sommige oppervlakte-oxidatiereacties. Zuurstof is een belangrijk achtergrondgas voor het in stand houden van kwikoxidatiereacties, en heeft vooral invloed op het re-oxidatieproces dat betrokken is bij- meerstapsoxidatiemechanismen.

 

5.2 Temperatuur en verblijftijd

Temperatuur is een van de meest kritische bedrijfsparameters bij het ontwerp en de optimalisatie van ACI-systemen. Oefenshows:

When the flue gas temperature is too high (>200 graden), neemt de fysieke adsorptiecapaciteit aanzienlijk af, en kan een deel van het chemisch geadsorbeerde kwik beginnen te destabiliseren, wat tot desorptie leidt;

Als de temperatuur te laag is (<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.

Daarom plaatst het typische ACI-ontwerp het injectiepunt meestal na de luchtvoorverwarmer of economiser, en regelt het binnen een venster van ongeveer100–180 gradenom de adsorptiethermodynamica en de risico's van apparatuurcorrosie in evenwicht te brengen.

Bovendien is de verblijftijd van actieve kooldeeltjes in het rookkanaal ook een van de belangrijkste factoren die de efficiëntie van de kwikverwijdering bepalen. Een te korte verblijftijd zal ertoe leiden dat het stof door de stofafscheider wordt opgevangen voordat het volledig in contact komt met kwik; het op passende wijze verlengen van de verblijftijd is bevorderlijk voor de voltooiing van massaoverdrachts- en reactieprocessen tussen kwik en actieve plaatsen. Door de opstelling van de mondstukken aan te passen en de schoorsteenstructuur en de verdeling van het stromingsveld te optimaliseren, kan de effectieve verblijftijd worden verbeterd zonder het weerstandsverlies aanzienlijk te vergroten.

 

5.3 Injectiesnelheid, deeltjesgrootte en menguniformiteit

De injectiesnelheid van actieve kool (uitgedrukt als mgAC/m³ rookgas of C/Hg-massaverhouding) heeft rechtstreeks invloed op het totale aantal beschikbare adsorptieplaatsen en is de meest intuïtieve variabele voor het regelen van de kwikverwijderingssnelheid. Bij de verbranding van steenkool met een laag{1}} chloorgehalte en het nastreven van een kwikverwijderingspercentage van ongeveer 90%, heeft ongemodificeerde gewone actieve kool in poedervorm vaak duizenden tot tienduizenden maal de C/Hg-massaverhouding nodig, wat resulteert in een hoge kostendruk; na gebruik van gebromeerde actieve kool kan de injectiesnelheid aanzienlijk worden verminderd bij dezelfde kwikverwijderingssnelheid.

De deeltjesgrootte van actieve kool beïnvloedt de dispersie- en massaoverdrachtseigenschappen in rookgas. Een kleinere deeltjesgrootte is bevorderlijk voor het vergroten van het specifieke oppervlak en het verbeteren van de contactfrequentie met kwikmoleculen, maar een te kleine deeltjesgrootte kan het vliegverlies vergroten en de prestaties van de stofafscheider beïnvloeden. Over het algemeen ligt de deeltjesgrootte van actieve kool in poedervorm die voor ACI wordt gebruikt meestal in het bereik van10–30 μm.

Menguniformiteit is ook een gemakkelijk over het hoofd geziene, maar zeer kritische factor. Zelfs als de injectiesnelheid van actieve kool voldoende is, zal er, als de vermenging in dwarsdoorsnede met het rookgas ongelijkmatig is, plaatselijk overmatige adsorptie plaatsvinden en plaatselijk onvoldoende kwikverwijdering. Het optimaliseren van de injectiepositie en de lay-out van de spuitdoppen door middel van CFD-simulatie, gecombineerd met online concentratiemonitoring om de injectieomstandigheden aan te passen, is een effectief middel om de algehele systeemprestaties te verbeteren.Kokosnoot actieve kool voor gaszuiveringheeft een instelbare deeltjesgrootte en een goede vloeibaarheid, geschikt voor een stabiele werking op lange- termijn van pneumatische injectiesystemen.

 

Ⅵ. Technische toepassing, economie en marktontwikkeling van ACI-technologie

 

6.1 Huidige status van de engineeringaanvraag

Sinds de Verenigde Staten geleidelijk geïmplementeerdKwik- en luchtgiftige normen (MATS)in de jaren 2000 heeft ACI-technologie het voortouw genomen bij grootschalige toepassing-in de Noord-Amerikaanse energie-industrie, waarbij geleidelijk verschillende eenheden werden bestreken die verschillende soorten steenkool verbrandden. Sommige Europese landen hebben ook ACI-systemen geïmplementeerd op grote kolen-gestookte eenheden om aan strengere uitgebreide emissie-eisen te voldoen. In de afgelopen jaren, met China's ultra-emissiearme aanpassing van steenkool-en de toegenomen aandacht voor kwikemissies, zijn ACI en andere kwik-gerelateerde technologieën geleidelijk opgenomen in de technische selectievisie, vooral voor eenheden met steenkoolsoorten met een laag-chloorgehalte en lage- asactiviteit, wordt ACI beschouwd als een van de haalbare technische paden.

ACI-systemen hebben doorgaans de volgende technische kenmerken:

• Relatief eenvoudige apparaatstructuur, doorgaans inclusief opslagbakken, meet- en toevoersystemen, pneumatische transportleidingen, injectielansen en besturingssystemen;
• Goede compatibiliteit met het originele rookgasbehandelingssysteem, zonder grootschalige aanpassing van de hoofdmotor en de schoorsteenconstructie;
• De injectiesnelheid kan flexibel worden aangepast aan de kwikemissieconcentratie en wettelijke vereisten, met enige schaalbaarheid.

 

6.2 Problemen met economische kosten en verwijdering van bijproducten-

Hoewel ACI-technologie duidelijke voordelen heeft op het gebied van technische volwassenheid, zijn de economische en externe gevolgen ervan altijd belangrijke factoren geweest die de brede promotie ervan hebben beperkt.

1. Kosten van actieve koolHoewel de prijs van poedervormige actieve kool zelf laag is (binnenlandse markt), hebben hoogwaardige gemodificeerde producten zoals broomhoudende actieve kool een hoge eenheidsprijs. Als we middelgrote en grote kolen{2}}eenheden als voorbeeld nemen, kan het jaarlijkse verbruik van actieve kool honderden tot duizenden tonnen bedragen om een ​​hoog kwikverwijderingspercentage te bereiken, met jaarlijkse bedrijfskosten die variëren van miljoenen RMB tot een hoger niveau. Met de compressie van de winstmarges in de energie-industrie zijn deze aanhoudende bedrijfskosten een factor geworden die zorgvuldig moet worden afgewogen bij de besluitvorming over energiecentrales-.

2. Verwijdering van kwik-dat vliegas bevatDe actieve kool die in het rookgas wordt geïnjecteerd, zal uiteindelijk samen met de vliegas door het stofverwijderingssysteem worden opgevangen, waardoor de fysische en chemische eigenschappen van de vliegas veranderen. Aan de ene kant kunnen de toename van het onverbrande koolstofgehalte en de kleurverandering de gebruikswaarde ervan in de cement- en betonindustrie beïnvloeden; aan de andere kant wordt vliegas geadsorbeerd met giftige metalen zoals kwik vaak beheerd alsgevaarlijk afvalin overeenstemming met wettelijke en milieunormen, waardoor de kosten van transport, verwijdering en beheersing van milieurisico's op lange termijn- toenemen. Op dit moment zijn veilig storten en stollings-/stabilisatiebehandeling de belangrijkste opties, maar hoe de benuttingsgraad van hulpbronnen kan worden verbeterd op basis van het waarborgen van de milieuveiligheid is nog steeds een onopgelost probleem.

3. Corrosie en systeembetrouwbaarheidHoewel gebromeerde actieve kool een hoog{0}}efficiënte kwikverwijderingscapaciteit heeft, bestaat er ook een risico dat bromiden corrosie kunnen veroorzaken aan stroomafwaartse rookgasontzwavelingssystemen, rookgasafvoer- en schoorsteenmaterialen. Vooral bij natte ontzwaveling kan de toename van de halogeenconcentratie in de vloeibare fase een negatieve invloed hebben op rubberen voeringen en legeringscomponenten, waardoor de onderhoudsfrequentie en de vervangingskosten van reserveonderdelen toenemen. Bij het ontwerpen van een ACI-systeem moeten corrosiemechanismen, materiaalkeuze en anti-corrosiestrategieën uitgebreid in overweging worden genomen.

 

6.3 Marktomvang en ontwikkelingstrends

Volgens mondiale marktonderzoeksrapporten van de afgelopen jaren heeft de markt voor actieve kool voor industriële rookgasbehandeling (waaronder steenkool-gestookte energiecentrales, afvalverbranding, metaalsmelten, enz.) een omvang van miljarden dollars bereikt, waarbij speciale actieve kool in poedervorm voor de verwijdering van kwik een van de snel- groeiende segmenten is.Kokosnoot actieve kool voor gaszuiveringneemt een belangrijk aandeel in op het gebied van energie, afvalverbranding en metallurgische gaszuivering. Prognoses laten zien dat het segment de komende jaren een positieve groei zal behouden, met als belangrijkste drijvende krachten:

• Aanscherping van de kwikemissienormen voor nieuwe en vernieuwde kolen-centrales in ontwikkelingslanden;
• Strengere regulering van de controle op zware metalen in de afvalverbrandings- en verbranding van gevaarlijk afval;
• Uitbreiding van toepassingen dankzij de commerciële promotie van nieuwe hoogwaardige-gemodificeerde actieve koolproducten.

 

Ⅶ. Toekomstige technische richtingen en alomvattende bestuursideeën

 

Met de verdere verfijning van het milieutoezicht en de voortdurende vooruitgang op het gebied van de energietransformatie wordt het bestuursmodel voor 'symptomatische behandeling' van één enkele technologie geleidelijk vervangen door een systematisch, synergetisch plan voor multi-vervuilende, synergetische controle. In deze context wordt de ACI-technologie zelf ook geconfronteerd met de behoeften van iteratieve upgrades en functionele integratie.

 

7.1 Nieuwe, goedkope en hernieuwbare adsorbentia

Vanuit het perspectief van hulpbronnen en kosten krijgen adsorptiematerialen bereid uit biomassa of industrieel vast afval (zoals oogststro, fruitschalen, slib, vliegas, enz.) steeds meer aandacht. Door de juiste activering en chemische modificatie kunnen deze materialen onder bepaalde werkomstandigheden een kwikverwijderingsprestatie bereiken die dichtbij of zelfs beter is dan traditionele op steenkool-gebaseerde actieve kool, terwijl de grondstofkosten en de CO2-voetafdruk aanzienlijk worden verlaagd. Bovendien zal de ontwikkeling van adsorbentia die kunnen worden gerecycled en hergebruikt op-locaties in energiecentrales of gecentraliseerde faciliteiten, de productie van gevaarlijk vast afval helpen verminderen en de algehele ecologische duurzaamheid verbeteren.

 

7.2 Synergetische controle-integratie van multi-verontreinigende stoffen

Een van de belangrijke ontwikkelingsrichtingen van de toekomstige rookgasbehandelingstechnologie is het diepgaand koppelen van kwikverwijderingsfuncties aan bestaande denitrificatie-, ontzwavelings- of stofverwijderingssystemen om zo een 'alles-in-één' synergetisch controleplatform te bouwen. Bijvoorbeeld:

• Ontwikkel SCR-katalysatoren met dubbele functies: NOₓ-reductie en Hg⁰-oxidatie om de afhankelijkheid van onafhankelijke ACI-systemen te verminderen;
• Introduceer multifunctionele poeders met kwikadsorptiefunctie in semi-droge ontzwavelings- of droge injectieprocessen om synergetische controle van SO₂, HCl en Hg te bereiken;
• Combineer met vliegasclassificatie en -opvangtechnologie om met kwik-geladen actieve kool te scheiden van bruikbare vliegas, waardoor de impact op het gebruik van bouwmaterialen wordt verminderd.

Verwacht wordt dat deze geïntegreerde oplossing de totale investerings- en bedrijfskosten zal verlagen en tegelijkertijd de systeemcomplexiteit en onderhoudslast zal verminderen.

 

7.3 Digitalisering en intelligente besturing

Met de ontwikkeling van online kwikmonitoringtechnologie zijn steeds meer energiecentrales in gebruik genomenMercury continue emissiemonitoringsystemen (HgCEMS)om real-gegevens te verkrijgen over de concentratie van rookgaskwik en veranderingen in de soortvorming. Gecombineerd met CFD-simulatie, data-gestuurde modellering en optimalisatie-algoritmen, kan een dynamische, optimale controle van de injectiesnelheid van actieve kool, de injectiepositie en zelfs de modificatieformule worden gerealiseerd, waardoor een gesloten-regelsysteem wordt gevormd om het verbruik van actieve kool te minimaliseren op basis van het garanderen van naleving van de emissienormen.Kokosnoot actieve kool voor gaszuiveringreageert snel en is geschikt voor nauwkeurige dosering in intelligente regelsystemen.

Met de vooruitgang van de digitale en intelligente transformatie van energiecentrales kunnen ACI-systemen ook worden gekoppeld aan aanpassing van de eenheidsbelasting, brandstofomschakeling, ontzwaveling en denitrificatie van de werkomstandigheden om een ​​nauwkeurigere en economischere synergetische controle te bereiken.

 

7.4 Van mechanismesimulatie naar materiaalgericht ontwerp

Kwantumchemische berekeningsmethoden vertegenwoordigd doorDichtheidsfunctionele theorie (DFT)zijn geleidelijk belangrijke hulpmiddelen geworden voor het bestuderen van de adsorptie- en reactiemechanismen van kwik aan het oppervlak van verschillende adsorptiematerialen. Door systematisch de elektronische structuurinteracties tussen kwik en verschillende elementen en oppervlaktestructuren op theoretisch niveau te onderzoeken, kan het een wetenschappelijke basis bieden voor het 'gerichte ontwerp' van nieuwe adsorptiematerialen, waardoor de tijd en middelen worden verminderd die nodig zijn voor traditioneel experimenteel onderzoek en ontwikkeling met vallen en opstaan. Op basis van hun voorgangers wordt verwacht dat een uitgebreidere combinatie van dergelijke simulaties met experimenten met een hoge doorvoersnelheid en machine learning-algoritmen het onderzoek en de ontwikkeling van actieve kool en alternatieve materialen naar een nieuwe 'ontwerp-gestuurde' fase zal bevorderen.

 

7.5 Vastbed-kwikverwijderingstechnologie met korrelvormige actieve kool

Granulaire actieve kool Vastbedtechnologie vertegenwoordigt een ander idee voor de beheersing van de kwikvervuiling in kolen-gestookte elektriciteitscentrales. Anders dan de reguliere ACI-technologie, is deGranulaire actieve kooleen vast bed wordt stroomafwaarts van het apparaat voor natte ontzwaveling (FGD) geplaatst en de rookgastemperatuur daalt tot ongeveer 50 graden, wat dient als het laatste zuiveringmiddel om diepe kwikverwijdering te bereiken. Deze lay-outstrategie heeft aanzienlijke voordelen: de omgeving met lage- temperaturen is bevorderlijk voor het synergetische effect van fysieke adsorptie en chemische adsorptie, waardoor het knelpunt van de beperkte adsorptiecapaciteit van ACI in het hoge- temperatuurgedeelte (100-180 graden) wordt doorbroken; tegelijkertijd de korrelige vorm vanGranulaire actieve koolvermijdt het probleem van vermenging met vliegas, wat het gebruik van hulpbronnen beïnvloedt.

 

 

Gebaseerd op-diepgaand onderzoek naar het kwikadsorptiemechanisme, is het ontwerp vanGranulaire actieve koolvast bed kan volledig leren van de modificatiestrategie van gebromeerde actieve kool. Uit onderzoek blijkt dat kwik deLangmuir-Hinshelwoodoxidatie-adsorptiemechanisme op het oppervlak van actieve kool, en vormt uiteindelijk stabiele verbindingen met oppervlaktehalogenen in de vorm van Hg²⁺. Laden pre-gebromineerdGranulaire actieve koolin een vast bed kan een efficiënte oxidatie en fixatie van Hg⁰ bij lage temperaturen worden bereikt, en de competitieve adsorptie-interferentie van SO₂ worden vermeden – omdat sulfaten in het FGD-systeem zijn verwijderd. Bovendien vergemakkelijkt de modulaire structuur van het vaste bed de vervanging en regeneratie van adsorbenten, wat een haalbaar pad biedt voor de technische toepassing van hoogwaardige materialen zoals edelmetaal-gemodificeerde actieve kool, en het bevorderen van de kwikbeheersing in kolen-gestookte elektriciteitscentrales richting het doelbijna-nul emissie.

Tegen de realistische achtergrond dat de mondiale transformatie van schone energie nog steeds tijd kost, is het implementeren van vervuilingsbeheersing op hoog-niveau op bestaande kolen-eenheden nog steeds een noodzakelijke overgangstaak. De voortdurende verbetering en innovatie van technologie voor de verwijdering van kwik door actieve kool houdt niet alleen verband met de technische keuze van een enkele industrie, maar ook met de verbetering van de milieukwaliteit en de bescherming van de volksgezondheid, en zal de komende decennia nog steeds een belangrijke rol spelen in de technische praktijk.Geëxtrudeerde actieve kool voor gaszuivering, kokosnoot actieve kool voor gaszuivering, Enactieve kool voor lucht- en gaszuiveringelk hebben unieke voordelen en zullen een sleutelrol blijven spelen bij de verwijdering van rookgaskwik en gaszuivering, ter ondersteuning van de verbetering van het milieu en de bescherming van de volksgezondheid.