Bruk av aktivt karbon for fjerning av kvikksølv i kull-kraftverk

Kull-kraftproduksjon har fortsatt en viktig posisjon i den globale energistrukturen. De tilknyttede kvikksølvutslippene (Hg) utgjør imidlertid en alvorlig trussel mot det økologiske miljøet og menneskers helse. Med gjennomføringen avMinamata-konvensjoneni mange land, spesielt i Kina, USA, EU og andre regioner, har kvikksølvutslippskontroll i kull-kraftverk endret seg fra et "alternativ" til etobligatorisk begrensning. Blant ulike teknologier for fjerning av kvikksølv, er røykgass kvikksølvadsorpsjonsteknologi basert påACIer mye brukt i-serviceenheter på grunn av sin modne prosess, relativt praktiske ettermontering og sterke tilpasningsevne.Aktivt karbon for luft- og gassrensinghar blitt kjerneadsorbenten for denne teknologien takket være dens høye spesifikke overflate og rike porestruktur.

 

Ⅰ. Kvikksølvutslippsproblemer i kull-kraftverk

I dagens globale primærenergiforbruksmønster fungerer kull fortsatt som en "ballaststein". Selv om andelen fornybar energi øker, er-kullfyrte enheter fortsatt vanskelige å bli fullstendig erstattet i lang tid når det gjelder sending av kraftsystem og pålitelighet av strømforsyning. I mellomtiden, med utvidelsen av kullforbrenning, har frigjøringen av spor av tungmetaller i kull gradvis skiftet fra akademisk diskusjon til regulatorisk fokus.

 

Kvikksølv har følgende egenskaper:

1. Høy toksisitet og nevrotoksisitet: Organisk kvikksølv som metylkvikksølv kan akkumuleres gjennom næringskjeden og forårsake irreversibel skade på nevroutviklingen til fostre og barn;

2. Mulighet for langdistansemigrering: Etter å ha blitt sluppet ut som gassformet elementært kvikksølv (Hg⁰), kan det migrere tusenvis av kilometer i atmosfæren og danne global forurensning;

3. Ildfast og miljømessig utholdenhet: Etter å ha slått seg ned i jord og vann, kan den gå inn i-biosfæresyklusen igjen gjennom mikrobiell metylering.

 

 

Kvikksølvutslipp har derfor typiske trans-regionale og generasjonseksterne effekter. Styring av ett enkelt land er ofte utilstrekkelig, og overordnet kontroll krever internasjonal koordinering. Siden den ble vedtatt i 2013, har Minamata-konvensjonen blitt ratifisert av mer enn 100 avtaleparter, inkludert Kina. Et av kjernemålene er å begrense og redusere kvikksølvutslipp fra industrielle kilder som kull-kraftverk.

 

I ingeniørpraksis er røykgassrensesystemene til kull-kraftverk relativt modne, vanligvis utstyrt med følgende enheter:

• Selektiv katalytisk reduksjon (SCR)ellerSelektiv ikke-katalytisk reduksjon (SNCR)for denitrifisering;
• Elektrostatiske utskillere (ESP)ellerStofffiltre (FF)for partikkelkontroll;
• Vått eller halvt-tørtRøykgassavsvovling (FGD)systemer for SO₂-fjerning.

 

Disse enhetene har en "synergistisk fjerning"-effekt på noen former for kvikksølv. Men for de vanskeligste-å-kontrollere gasselementært kvikksølv (Hg⁰), kan den konvensjonelle røykgassbehandlingskjeden ikke garantere stabil og effektiv fangst. I denne sammenhengen blir kvikksølvfjerningsteknologi sentrert på aktivert karboninjeksjon sett på som et viktig supplement til tradisjonelle røykgassbehandlingsveier, og blir til og med et nøkkelledd for å oppnå samsvar med kvikksølvutslipp under enkelte arbeidsforhold.kokosnøttskall aktivert karbon for gassrensing viser utmerket ytelse på dette feltet på grunn av sin høye adsorpsjonsaktivitet og mekaniske styrke.

 

Ⅱ. Kvikksølvspesiasjoner og transformasjonsveier i røykgass

 

Understanding mercury speciation distribution from the perspective of thermodynamics and kinetics is a prerequisite for discussing the mechanism of mercury removal by activated carbon.

 

2.1 Frigjøring og innledende speiasjon av kvikksølv i kull

Kvikksølv i kull finnes vanligvis i spormengder, med et innhold som vanligvis varierer fra0,01–0,5 mg/kg, vert i organisk materiale, pyritt og leirmineraler. Under høye-forbrenningsforhold i ovnen (ca1300–1600 grader), blir disse kvikksølvartene nesten fullstendig fordampet og omdannet til gassformig kvikksølv. Det meste av det opprinnelig frigjorte kvikksølvet eksisterer somelementært kvikksølv (Hg⁰), med bare en liten mengde oksidert i sonen med høye- temperaturer.

Gassformig Hg⁰ har følgende egenskaper: Sterk kjemisk inerthet; uløselig i vann; begrenset interaksjon med konvensjonelle fangstenheter i røykgass. Uten spesielle tiltak kan derfor Hg⁰ lett slippes ut i atmosfæren med renset røykgass.Ekstrudert aktivert kull for gassrensingbrukes ofte i faste-sengsystemer for fjerning av dyp Hg⁰ på grunn av dens ensartede struktur og gode permeabilitet.

 

2.2 Spesifikasjonstransformasjon av kvikksølv i røykgasssystemer

Når røykgasstemperaturen synker fra ovnens utløp og passerer gjennom economizer, luftforvarmer, SCR, støvsamler og avsvovlingsanordning i rekkefølge, gjennomgår kvikksølv en serie homogene og heterogene reaksjoner i forskjellig utstyr og temperatursoner, og danner tre nøkkelformer:

1. Elementært kvikksølv Hg⁰: Gassformig, elektrisk nøytral, svært flyktig, lav kjemisk reaktivitet; ikke lett absorberes ved våt avsvovling eller fysisk adsorbert på flyveaskeoverflater; den vanskeligste å kontrollere og hovedmålarten for ACI-teknologi.

2. Oksidert kvikksølv Hg²⁺: Eksisterer vanligvis som svært løselige salter slik som HgCl2 og HgS04; Hg⁰ kan oksideres til Hg2+ i nærvær av HCl, O2, NO2 og katalytiske overflater; lett løselig i FGD-slurry eller fanget på flyveaskeoverflater, og fjernes dermed delvis ved tradisjonelle avsvovlings- og støvfjerningsanordninger.

3. Partikkelbundet-kvikksølv: Kvikksølv kombinert med mineraler på overflaten av flygeaskepartikler eller uforbrent karbon for å danne fastfasekomponenter; kan fanges opp i høy andel av høy-støvsamlere, den enkleste kvikksølvformen å kontrollere.

 

Under faktiske arbeidsforhold er de relative proporsjonene av de tre formene avhengig av kullkarakteristikker (spesielt klor-, svovel- og alkalimetallinnhold), temperaturfordeling i ovnen og halekanalen, forbrenning og reduserende atmosfære, SCR-driftsstatus og fysiske og kjemiske egenskaper til flygeaske. Generelt er bituminøst kull med høyt klorinnhold i røykgass mer egnet til å fremme Hg⁰-oksidasjon, og øker dermed Hg²⁺-forholdet og gjør det mulig for FGD-enheten å utføre flere kvikksølvfjerningsfunksjoner; når man brenner lite-klorkull (som litt brunkull og sub-bituminøst kull), er Hg⁰-forholdet betydelig høyere, og slike arbeidsforhold er mer avhengige av spesielle kvikksølvfjerningsteknologier (som ACI).Aktivt karbon for luft- og gassrensingveier raskt opp for manglene ved synergistisk behandling under slike forhold og sikrer utslippsoverholdelse.

 

Ⅲ. Grunnleggende prinsipper og materialegenskaper for aktivt karbon for kvikksølvfjerning

 

Aktivt karbon er mye brukt til fjerning av kvikksølv i røykgass i kull-kraftverk på grunn av dens unike porestruktur og lett justerbare overflatekjemiske egenskaper.

 

3.1 Porestruktur og fysisk adsorpsjon

Aktivt karbon fremstilles vanligvis fra karbonkilder som kull, biomasse, kokosnøttskall, tre eller petroleumskoks gjennom høy-temperaturkarbonisering og aktivering. Aktiveringsprosessen (fysisk eller kjemisk aktivering) produserer et stort antallmikroporer (<2 nm)**, **mesopores (2–50 nm)** and **macropores (>50 nm)inne i materialet, og danner et høyt forbundet hierarkisk porenettverk, noe som gjør at dets spesifikke overflate når tusenvis av m²/g.Kokosnøttskall aktivt karbon for gassrensinger kjent for sine vel-utviklede mikroporer og sterke fangstevne for lav-konsentrasjon av kvikksølvdamp.

Fysisk adsorpsjon er hovedsakelig avhengig av van der Waals-krefter og svake polarisasjonsinteraksjoner,pregetved:

• Adsorpsjonsprosessen er vanligvis reversibel;
• Lav adsorpsjonsvarme, nær kondensvarme;
• Adsorpsjonskapasiteten er følsom for temperatur, og temperaturøkning reduserer adsorpsjonskapasiteten betydelig.

Innenfor røykgasstemperaturområdet til kull-kraftverk (vanligvis100–200 grader), effektiviteten av å fange Hg⁰ utelukkende ved fysisk adsorpsjon er ofte utilstrekkelig, spesielt når kvikksølvkonsentrasjonen i røykgassen er lav (vanligvis på ug/m³-nivå). På dette tidspunktet har elementært kvikksølv ingen fordel i konkurrerende adsorpsjon sammenlignet med andre gassmolekyler, og adsorpsjonslikevekten har en tendens til desorpsjonssiden under høye temperaturforhold. Derfor, selv om porestrukturen er grunnlaget for adsorpsjon, må en sterkere kjemisk adsorpsjonsmekanisme introduseres for å oppnå effektiv kvikksølvfjerning.

 

3.2 Overflatefunksjonelle grupper og kjemisk adsorpsjon

Det er et visst antall oksygen-holdige funksjonelle grupper på overflaten av aktivert karbon, slik som hydroksylgrupper (-OH), karboksylgrupper (-COOH), karbonylgrupper (C=O), laktonstrukturer osv. Disse funksjonelle gruppene kan fungere som svake Lewissyre- eller basesentre med gasskomponenter til en viss grad og reagerer i en viss grad. For kvikksølv kan disse funksjonelle gruppene på virgin aktivert karbon gi begrensede kjemiske adsorpsjonssteder, noe som forårsaker delvis Hg⁰-oksidasjon eller dannelse av overflatekomplekser, men denne evnen oppfyller langt fra strenge krav til utslippskontroll.

Derfor er overflatemodifisering av aktivert karbon vanligvis nødvendig i ingeniørapplikasjoner. Ved å introdusere spesifikke elementer eller kjemiske arter, skapes aktive sentre med høyere kvikksølvaffinitet, som transformerer kvikksølvfangst fra fysisk adsorpsjon-dominert til kjemisk adsorpsjon og overflatereaksjonsdominert-.Ekstrudert aktivert kull for gassrensinger lett å fylle på brom, svovel og andre modifiseringsmidler, og viser bedre stabilitet ved fjerning av røykgass kvikksølv.

 

Ⅳ. Modifisert aktivert karbon: Fra fysisk adsorpsjon til reaksjonskontroll

 

Aktivert karbonmodifikasjonsteknologi kan forstås som å "konstruere en spesifikk funksjonell overflate på et karbonskjelett". Blant mange modifikasjonsmetoder, halogenmodifikasjon, spesieltbrommodifikasjon, har vært den mest studerte og brukt innen kull-fjerning av kvikksølv i røykgass.

 

4.1 Kjernemekanisme for bromert aktivert karbon

Bromert aktivert karbonfremstilles vanligvis ved å introdusere brom i molekylær eller ionisk form i porene og overflaten til aktivert karbon gjennom impregnering, spraying eller gassfaseadsorpsjon. Brom kan danne C-Br-bindinger på karbonoverflaten eller eksistere som bromidsalter og adsorberte brommolekyler, og danner nye overflateaktive steder.Aktivt karbon for luft- og gassrensingkan være flere ganger mer effektiv etter bromering, noe som gjør det til det vanlige valget for kraftverk.

 

Eksisterende studier mener generelt at kvikksølvfangst på bromert aktivert karbon generelt gjennomgår følgende grunnleggende trinn:

1. Masseoverføring og fysisk inntreden av Hg⁰ i poreneHg⁰ diffunderer først til overflaten av aktiverte karbonpartikler ved konveksjon, og nærmer seg deretter de aktive stedene videre gjennom molekylær diffusjon i porestrukturen. Denne prosessen styres hovedsakelig av porestruktur og røykgassstrømningstilstand.

2. Heterogen oksidasjon av Hg⁰ av bromaktive stederNår Hg⁰ når i nærheten av bromholdige steder, oppstår heterogen oksidasjonsreaksjon med deltakelse av bromarter. Et forenklet uttrykk kan skrives som:Hg⁰(g) + 2Br(er) → HgBr₂(annonser)Hvor Br representerer den aktive bromarten på den aktive karbonoverflaten. Noen studier viser at denne oksidasjonsprosessen kan gå gjennom mellomliggende valenstilstander eller danne HgBr(ads) før videre konvertering til HgBr₂.

3. Stabilisering og sterk binding av HgBr2Den genererte HgBr2 kan adsorberes av van der Waals-krefter inne i og på overflaten av porene, og kan videre danne en mer stabil kompleks struktur med overflatefunksjonelle grupper, noe som gjør det vanskelig å desorbere ved en røykgasstemperatur på120–180 grader, og dermed oppnå effektiv kvikksølvfiksering.

 

Bromert aktivert karbon har følgende betydelige fordeler i forhold til klorert aktivert karbon:

• Brom er mer gunstig for oksidasjonskinetikken til Hg⁰, og reaksjonshastigheten er vanligvis høyere;
• Den genererte HgBr2 har god termisk stabilitet ved høye temperaturer, og er mindre sannsynlig å dekomponere eller redusere enn HgCl2;
• I nærvær av konkurrerende gasser som SO₂ og H2O er forgiftningsgraden til aktive bromsteder relativt lav, og evnen til å motstå svingninger i arbeidsforhold er sterkere.

Fra ingeniørpraksis, for lav-klorkullforbrenningsforhold, kan injeksjon av en passende dose bromert aktivert karbon ofte oppnå en total kvikksølvfjerningshastighet påmer enn 80–90 %før nedstrøms støvsamleren, og oppfyller gjeldende utslippsgrensekrav i de fleste regioner.

 

4.2 Andre modifikasjonsveier: svovel-, klor- og komposittmodifikasjon

I tillegg til brommodifikasjon, har flere andre modifikasjonsideer et visst brukspotensial:

1. Svovel-modifisert aktivert karbonBasert på den sterke affiniteten mellom Hg og S (som til slutt danner ekstremt stabilt kvikksølvsulfid HgS), styrker forskere den kjemiske adsorpsjonskapasiteten ved å laste svovelholdige arter (som elementært svovel, sulfider) på overflaten av aktivt karbon. Svovel-modifisert aktivert karbon har en sterk fangstevne for oksidert kvikksølv og deler av Hg⁰, spesielt ved lave temperaturer (<150°C), but it is highly sensitive to working condition changes, and regeneration and stability problems remain to be solved.

2. Klor-modifisert aktivert karbonKlormodifikasjon ligner brommodifikasjon i mekanisme, og forbedrer hovedsakelig kvikksølvfjerningseffektiviteten ved å fremme oksidasjonen av Hg⁰ til HgCl₂. Siden røykgass i seg selv ofte inneholder en viss konsentrasjon av HCl, supplert med overflatereaksjoner som SCR-katalysatorer, bruker noen kraftverk ikke i tillegg klor-modifisert aktivert karbon, men utnytter den synergistiske effekten av eksisterende systemer. Sammenlignet med brom er klormodifikasjon vanligvis litt dårligere i effektivitet og temperaturtilpasningsevne, men har visse fordeler i kostnad og korrosivitet.

3. Multi-kompositt modifikasjonI de siste årene har noen studier forsøkt å introdusere flere funksjonelle komponenter (som brom + svovel, klor + overgangsmetaller, etc.) på aktivert karbon samtidig for å oppnå synergistisk fangst av multi-kvikksølv i et bredere temperaturområde. Slike komposittmodifiserte materialer viser gode bruksmuligheter på laboratorienivå, men deres industrielle skala-opp, lang-stabilitet og potensiell innvirkning på nedstrømsutstyr trenger fortsatt mer ingeniørverifisering.Kokosnøttskall aktivt karbon for gassrensingopprettholder stabil kvikksølvfjerningsytelse selv i røykgass med høy-svovel og høy-fuktighet etter komposittmodifisering, og utvider bruksomfanget.

 

Ⅴ. Nøkkelfaktorer som påvirker effektiviteten av aktivert karbon ved fjerning av kvikksølv

 

Under de samme forholdene for aktivert karbonmateriale kan kvikksølvfjerningshastigheten i faktiske arbeidsforhold for kraftverk fortsatt vise betydelige forskjeller, noe som er forankret i koblingseffekten av mange faktorer som røykgasssammensetning, temperatur, injeksjonsposisjon og nedstrømsutstyr.

 

5.1 Koblingseffekt av røykgasskomponenter

1. SO2 og SO3Konsentrasjonen av SO2 er vanligvis i størrelsesorden tusenvis til titusenvis av mg/m³, mye høyere enn kvikksølvkonsentrasjonen (ug/m³-nivå), og har en naturlig konkurransefordel i adsorpsjonsprosessen. En del av SO2 kan oksideres videre til SO3, som lett danner svovelsyretåke med H2O i lav-temperaturseksjonen eller kondenserer i de aktive karbonporene, og blokkerer derved porene og dekker aktive steder, noe som fører til deaktivering av aktivt karbon. Under høye SO₃-arbeidsforhold er det ofte nødvendig å øke injeksjonshastigheten for aktivt karbon eller ta i bruk svovelforgiftning-modifikasjonsopplegg.

2. NOₓ og dets derivaterNO i seg selv har svake oksiderende egenskaper og begrenset innvirkning på kvikksølvadsorpsjon; NO₂ kan delta i Hg⁰-oksidasjonsprosessen og fungere som en hjelpeoksidant. Samtidig kan NO₂ også samhandle med overflateoksidasjonssteder for å endre overflatens kjemiske miljø. Samlet sett er virkningen av NOₓ på fjerning av ACI-kvikksølv mindre signifikant enn SOₓ, men interaksjonsmekanismen under SCR+ACI kombinerte arbeidsforhold fortjener mer-dypende forskning.

3. HCl og andre halogeniderHCl er en av nøkkelgassene som fremmer omdannelsen av Hg⁰ til HgCl₂. I røykgass med høyt klorinnhold, selv uten ACI, kan delvis kvikksølvfjerning kun oppnås gjennom SCR-katalyse og FGD-synergi. For lav-klorkull er det ofte nødvendig å kompensere for denne mangelen ved å injisere bromert aktivt karbon. Noen kraftverk tilfører klor-holdige forbrenningsmidler før kjelen eller tilsetter en passende mengde HCl til røykgassen som hjelpetiltak, men korrosjonsrisikoen forårsaket av dette må være årvåken.

4. Vanndamp og oksygenVanndamp konkurrerer til en viss grad med adsorpsjonssteder, spesielt svake adsorpsjonssteder; men en passende mengde H2O kan også delta i noen overflateoksidasjonsreaksjoner. Oksygen er en viktig bakgrunnsgass for å opprettholde kvikksølvoksidasjonsreaksjoner, spesielt som påvirker re-oksidasjonsprosessen involvert i fler-oksidasjonsmekanismer.

 

5.2 Temperatur og oppholdstid

Temperatur er en av de mest kritiske driftsparametrene i ACI-systemdesign og -optimalisering. Praksis viser:

When the flue gas temperature is too high (>200 grader), den fysiske adsorpsjonskapasiteten reduseres betydelig, og noe kjemisk adsorbert kvikksølv kan begynne å destabiliseres, noe som fører til desorpsjon;

Når temperaturen er for lav (<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.

Derfor arrangerer den typiske ACI-designen vanligvis injeksjonspunktet etter luftforvarmeren eller economizeren, og kontrollerer den innenfor et vindu på ca.100–180 graderfor å balansere adsorpsjonstermodynamikk og utstyrskorrosjonsrisiko.

I tillegg er oppholdstiden for partikler av aktivt karbon i røykrøret også en av nøkkelfaktorene som bestemmer effektiviteten til fjerning av kvikksølv. For kort oppholdstid vil føre til at støvsamleren fanger opp før full kontakt med kvikksølv; passende forlengelse av oppholdstiden bidrar til fullføring av masseoverføring og reaksjonsprosesser mellom kvikksølv og aktive steder. Ved å justere dysearrangementet, optimalisere avtrekksstrukturen og strømningsfeltfordelingen, kan den effektive oppholdstiden forbedres uten å øke motstandstapet vesentlig.

 

5.3 Injeksjonshastighet, partikkelstørrelse og blandingsenhet

Injeksjonshastigheten for aktivert karbon (uttrykt som mgAC/m³ røykgass eller C/Hg masseforhold) påvirker direkte det totale antallet tilgjengelige adsorpsjonssteder, og er den mest intuitive variabelen for å kontrollere kvikksølvfjerningshastigheten. I faktisk konstruksjon, når man brenner lite-klorkull og søker en kvikksølvfjerningsgrad på omtrent 90 %, krever umodifisert vanlig pulverisert aktivert karbon ofte tusenvis til titusenvis av ganger C/Hg-masseforholdet, noe som resulterer i høyt kostnadstrykk; etter bruk av bromert aktivert karbon, kan injeksjonshastigheten reduseres kraftig under samme kvikksølvfjerningshastighet.

Aktivert karbonpartikkelstørrelse påvirker sprednings- og masseoverføringsegenskapene i røykgass. Mindre partikkelstørrelse bidrar til å øke spesifikt overflateareal og øke kontaktfrekvensen med kvikksølvmolekyler, men for liten partikkelstørrelse kan øke flygingstapet og påvirke støvsamlerens ytelse. Generelt er partikkelstørrelsen til pulverisert aktivert karbon brukt for ACI stort sett i området10–30 μm.

Å blande ensartethet er også en lett oversett, men svært kritisk faktor. Selv om injeksjonshastigheten for aktivert karbon er tilstrekkelig, hvis tverrsnittsblandingen med røykgass er ujevn, vil det være lokal overdreven adsorpsjon og lokal utilstrekkelig fjerning av kvikksølv. Optimalisering av injeksjonsposisjonen og dyselayouten gjennom CFD-simulering, kombinert med online konsentrasjonsovervåking for å justere injeksjonsforholdene, er et effektivt middel for å forbedre den generelle systemytelsen.Kokosnøttskall aktivt karbon for gassrensinghar justerbar partikkelstørrelse og god flyt, egnet for langsiktig-stabil drift av pneumatiske injeksjonssystemer.

 

Ⅵ. Ingeniørapplikasjon, økonomi og markedsutvikling av ACI-teknologi

 

6.1 Gjeldende status for ingeniørsøknad

Siden USA gradvis implementertMercury and Air Toxics Standards (MATS)på 2000-tallet har ACI-teknologi tatt ledelsen i stor-anvendelse i den nordamerikanske kraftindustrien, og dekker gradvis ulike enheter som brenner forskjellige kulltyper. Noen europeiske land har også distribuert ACI-systemer på store-kullfyrte enheter for å oppfylle strengere omfattende utslippskrav. I de siste årene, med Kinas ultra-lavutslippsettermontering av-kullfyrte enheter og økt oppmerksomhet på kvikksølvutslipp, har ACI og andre kvikksølvrelaterte-teknologier gradvis blitt inkludert i den tekniske utvelgelsesvisjonen, spesielt på enheter med lav-klor, lav-aske-aktivitet, er en bane av askeaktivitet som en teknisk aktivitet.

ACI-systemer har vanligvis følgende tekniske egenskaper:

• Relativt enkel enhetsstruktur, vanligvis inkludert lagerbøtter, måle- og matesystemer, pneumatiske transportrørledninger, injeksjonslanser og kontrollsystemer;
• God kompatibilitet med det originale røykgassbehandlingssystemet, uten stor-skala ettermontering av hovedmotoren og røykgassstrukturen;
• Injeksjonshastigheten kan justeres fleksibelt i henhold til kvikksølvutslippskonsentrasjon og regulatoriske krav, med en viss skalerbarhet.

 

6.2 Økonomiske kostnader og-avhendingsproblemer

Selv om ACI-teknologi har åpenbare fordeler i teknisk modenhet, har dens økonomi og miljøeksternalitet alltid vært viktige faktorer som begrenser den brede markedsføringen.

1. Aktivert karbon kostnadSelv om prisen på aktivert karbon i pulverform i seg selv er lav (hjemmemarkedet), har høyytelsesmodifiserte produkter som bromert aktivert karbon en høy enhetspris. Hvis vi tar mellomstore og store kull-enheter som eksempel, for å oppnå en høy kvikksølvfjerningshastighet, kan det årlige forbruket av aktivt karbon nå hundrevis til tusenvis av tonn, med en årlig driftskostnad som varierer fra millioner av RMB til et høyere nivå. Med kompresjonen av fortjenestemarginer i energiindustrien har denne kontinuerlige driftskostnaden blitt en faktor som må veies nøye i kraftverksbeslutninger-.

2. Avhending av kvikksølv-som inneholder flyveaskeDet aktive karbonet som injiseres i røykgassen vil til slutt bli fanget opp av støvfjerningssystemet sammen med flyveasken, og dermed endre de fysiske og kjemiske egenskapene til flyveasken. På den ene siden kan økningen i uforbrent karboninnhold og fargeendring påvirke bruksverdien i sement- og betongindustrien; på den annen side blir flyveaske adsorbert med giftige metaller som kvikksølv ofte behandlet somfarlig avfalli samsvar med juridiske og miljømessige standarder, noe som øker kostnadene for transport, avhending og langsiktig-miljørisikokontroll. For øyeblikket er trygt deponi og størkning/stabiliseringsbehandling hovedalternativene, men hvordan man kan forbedre ressursutnyttelsesgraden med utgangspunkt i å sikre miljøsikkerhet er fortsatt et uløst problem.

3. Korrosjon og systempålitelighetMens bromert aktivert karbon har høy-effektiv kapasitet til å fjerne kvikksølv, er det også en risiko for at bromider kan forårsake korrosjon på nedstrøms FGD-systemer, røykrør og skorsteinsmaterialer. Spesielt ved våt avsvovling kan økningen i halogenkonsentrasjonen i væskefasen ha en negativ innvirkning på gummiforinger og legeringskomponenter, øke vedlikeholdsfrekvensen og utskiftingskostnadene for reservedeler. Ved utforming av et ACI-system må korrosjonsmekanismer, materialvalg og anti{3}}korrosjonsstrategier vurderes grundig.

 

6.3 Markedsskala og utviklingstrender

I følge globale markedsundersøkelsesrapporter de siste årene har aktivert karbonmarkedet for industriell røykgassbehandling (inkludert kull-kraftverk, avfallsforbrenning, metallsmelting osv.) nådd en skala på milliarder av amerikanske dollar, blant annet spesielt pulverisert aktivert karbon for fjerning av kvikksølv er et av de raskt voksende segmentene-.Kokosnøttskall aktivt karbon for gassrensinghar en viktig andel innen kraft, avfallsforbrenning og metallurgisk gassrensing. Prognoser viser at segmentet vil opprettholde en positiv vekst de neste årene, med hoveddrivkrefter inkludert:

• Innstramming av kvikksølvutslippsstandarder for nye og ettermonterte kull-enheter i utviklingsland;
• Strengere regulering av tungmetallkontroll i avfallsforbrenningsindustrien og forbrenningsindustrien for farlig avfall;
• Utvidelse av applikasjoner som følge av kommersiell markedsføring av nye-modifiserte aktivert karbonprodukter med høy ytelse.

 

Ⅶ. Fremtidige tekniske retningslinjer og omfattende styringsideer

 

Med ytterligere foredling av miljøtilsyn og den kontinuerlige utviklingen av energitransformasjon, blir styringsmodellen for «symptomatisk behandling» for én enkelt teknologi gradvis erstattet av en systematisk, omfattende-forurensningssynergistisk kontrollplan. I denne sammenhengen møter ACI-teknologien i seg selv også behovene for iterativ oppgradering og funksjonell integrasjon.

 

7.1 Nye lavkost-og fornybare adsorbenter

Fra et ressurs- og kostnadsperspektiv får adsorpsjonsmaterialer tilberedt fra biomasse eller industrielt fast avfall (som avlingshalm, fruktskall, slam, flyveaske osv.) økende oppmerksomhet. Gjennom passende aktivering og kjemisk modifisering kan disse materialene oppnå kvikksølvfjerningsytelse nær eller til og med overgå tradisjonell kull-basert aktivert karbon under enkelte arbeidsforhold, samtidig som de reduserer råvarekostnadene og karbonfotavtrykket. Videre vil utvikling av adsorbenter som kan resirkuleres og gjenbrukes på -stedet i kraftverk eller sentraliserte anlegg bidra til å redusere genereringen av farlig fast avfall og forbedre den generelle miljømessige bærekraften.

 

7.2 Multi-synergistisk kontrollintegrering av forurensninger

En av de viktige utviklingsretningene for fremtidig røykgassbehandlingsteknologi er å dypt koble funksjoner for fjerning av kvikksølv med eksisterende denitrifikasjons-, avsvovlings- eller støvfjerningssystemer for å bygge en "alt{0}}i-ett" synergistisk kontrollplattform. For eksempel:

• Utvikle SCR-katalysatorer med doble funksjoner NOₓ-reduksjon og Hg⁰-oksidasjon for å redusere avhengigheten av uavhengige ACI-systemer;
• Introduser multi-funksjonelle pulvere med kvikksølvadsorpsjonsfunksjon i semi-tørr avsvovlings- eller tørrinjeksjonsprosesser for å oppnå synergistisk kontroll av SO₂, HCl og Hg;
• Kombiner med flygeaskeklassifiserings- og innsamlingsteknologi for å skille kvikksølv-aktivert karbon fra brukbar flyveaske, noe som reduserer innvirkningen på byggematerialeutnyttelsen.

Denne integrerte løsningen forventes å redusere de totale investerings- og driftskostnadene samtidig som systemets kompleksitet og vedlikeholdsbyrden reduseres.

 

7.3 Digitalisering og intelligent kontroll

Med utviklingen av nettbasert kvikksølvovervåkingsteknologi har flere og flere kraftverk begynt å utplassereMercury Continuous Emission Monitoring Systems (HgCEMS)for å få sanntidsdata- om røykgasskvikksølvkonsentrasjon og endringer i spesifikasjoner. Kombinert med CFD-simulering, data-drevne modellering og optimaliseringsalgoritmer, kan dynamisk optimal kontroll av aktivert karbon-injeksjonshastighet, injeksjonsposisjon og til og med modifikasjonsformel realiseres, og danner et lukket-sløyfe-reguleringssystem for å minimere forbruket av aktivert karbon under forutsetning av å sikre samsvar med utslipp.Kokosnøttskall aktivt karbon for gassrensingreagerer raskt og egner seg for presis dosering i intelligente reguleringssystemer.

Med utviklingen av digital og intelligent transformasjon av kraftverk, kan ACI-systemer også kobles sammen med enhetsbelastningsjustering, drivstoffbytte, avsvovlings- og denitrifikasjonsarbeidstilstandsjustering for å oppnå mer nøyaktig og økonomisk synergistisk kontroll.

 

7.4 Fra mekanismesimulering til materialmålrettet design

Kvantekjemiske beregningsmetoder representert vedDensity Functional Theory (DFT)har etter hvert blitt viktige verktøy for å studere adsorpsjons- og reaksjonsmekanismene til kvikksølv på overflaten av forskjellige adsorpsjonsmaterialer. Ved å systematisk undersøke de elektroniske strukturinteraksjonene mellom kvikksølv og ulike elementer og overflatestrukturer på teoretisk nivå, kan det gi et vitenskapelig grunnlag for «målrettet design» av nye adsorpsjonsmaterialer, og redusere tiden og ressursene som kreves for tradisjonell prøve-og-feil eksperimentell forskning og utvikling. På grunnlag av forgjengere forventes en mer omfattende kombinasjon av slike simuleringer med eksperimenter med høy-gjennomstrømning og maskinlæringsalgoritmer å fremme forskning og utvikling av aktivert karbon og alternative materialer inn i et nytt «designdrevet-stadium.

 

7.5 Granulær aktivert karbon Teknologi for fjerning av kvikksølv med fast seng

Granulært aktivert karbon teknologi med fast seng representerer en annen idé for kontroll av kvikksølvforurensning i kull-kraftverk. Forskjellig fra den vanlige ACI-teknologienGranulært aktivert karbonfast sjikt plasseres nedstrøms for den våte avsvovlingsanordningen (FGD), og røykgasstemperaturen synker til ca. 50 grader, og tjener som den endelige rensemetoden for å oppnå dyp kvikksølvfjerning. Denne layoutstrategien har betydelige fordeler: miljøet med lav-temperatur bidrar til den synergistiske effekten av fysisk adsorpsjon og kjemisk adsorpsjon, og bryter gjennom flaskehalsen med begrenset adsorpsjonskapasitet til ACI i høy-temperaturdelen (100-180 grader); på samme tid, den granulære formen avGranulært aktivert karbonunngår problemet med blanding med flyveaske som påvirker ressursutnyttelsen.

 

 

Basert på-dypende forskning på kvikksølvadsorpsjonsmekanismen, utformingen avGranulært aktivert karbonfast seng kan fullt ut lære av modifikasjonsstrategien for bromert aktivert karbon. Studier viser at kvikksølv følgerLangmuir-Hinshelwoodoksidasjons-adsorpsjonsmekanisme på den aktive karbonoverflaten, og danner til slutt stabile forbindelser med overflatehalogener i form av Hg²⁺. Laster pre-bromertGranulært aktivert karboni en fast seng kan oppnå effektiv oksidasjon og fiksering av Hg⁰ ved lave temperaturer, og unngå konkurrerende adsorpsjonsinterferens av SO₂ – fordi sulfater er fjernet i FGD-systemet. I tillegg letter den modulære strukturen til det faste sjiktet utskifting og regenerering av adsorbenter, og gir en mulig vei for teknisk bruk av høy-materialer som edelt metall-modifisert aktivert karbon, og fremmer kvikksølvkontroll i kull-kraftverk mot målet omnær-nullutslipp.

På den realistiske bakgrunnen at den globale transformasjonen av ren energi fortsatt tar tid, er det fortsatt en nødvendig overgangsoppgave å implementere høy-forurensningskontroll på eksisterende-kullfyrte enheter. Den kontinuerlige forbedringen og innovasjonen av teknologi for fjerning av aktivert karbon kvikksølv er ikke bare knyttet til det tekniske valget av en enkelt bransje, men også til forbedring av miljøkvalitet og folkehelsevern, og det vil fortsatt spille en viktig rolle i ingeniørpraksis i de neste tiårene.Ekstrudert aktivert kull for gassrensing, kokosnøttskall aktivt karbon for gassrensing, ogaktivert karbon for luft- og gassrensinghver har unike fordeler og vil fortsette å spille nøkkelroller i fjerning av kvikksølv i røykgass og gassrensing, og støtter miljøforbedring og beskyttelse av folkehelsen.