Aplicarea cărbunelui activat pentru îndepărtarea mercurului în centralele electrice pe cărbune-

Generarea de energie pe bază de cărbune-ocupă încă o poziție importantă în structura energetică globală. Cu toate acestea, emisiile asociate de mercur (Hg) reprezintă o amenințare serioasă pentru mediul ecologic și sănătatea umană. Odată cu implementareaConvenția de la Minamataîn multe țări, în special în China, Statele Unite, Uniunea Europeană și alte regiuni, controlul emisiilor de mercur în centralele electrice pe cărbune-a trecut de la o „opțiune” la oconstrângere obligatorie. Printre diferitele tehnologii de îndepărtare a mercurului, tehnologia de adsorbție a mercurului din gazele de ardere bazată peACIeste utilizat pe scară largă în-unitățile de service datorită procesului său matur, modernizării relativ convenabile și adaptării puternice.Cărbune activat pentru purificarea aerului și a gazelora devenit adsorbantul de bază pentru această tehnologie datorită suprafeței sale specifice ridicate și structurii bogate a porilor.

 

Ⅰ. Probleme cu emisiile de mercur în centralele electrice-pe cărbune

În modelul actual de consum global de energie primară, cărbunele încă acționează ca o „piatră de balast”. Deși proporția de energie regenerabilă este în creștere, unitățile pe cărbune-încă sunt dificil de înlocuit complet pentru o lungă perioadă de timp în ceea ce privește dispecerizarea sistemului de alimentare și fiabilitatea sursei de energie. Între timp, odată cu extinderea arderii cărbunelui, eliberarea de urme de metale grele în cărbune a trecut treptat de la discuțiile academice la concentrarea de reglementare.

 

Mercurul are următoarele caracteristici:

1. Toxicitate ridicată și neurotoxicitate: Mercurul organic precum metilmercurul se poate acumula prin lanțul trofic și poate provoca daune ireversibile neurodezvoltării fetușilor și copiilor;

2. Capacitate de migrare la-lungă distanță: După ce a fost emis sub formă de mercur elementar gazos (Hg⁰), poate migra mii de kilometri în atmosferă, formând poluare globală;

3. Persistența refractară și a mediului: După ce se instalează în sol și în corpurile de apă, poate intra din nou în ciclul biosferei prin metilare microbiană.

 

 

Prin urmare, emisiile de mercur au externalități tipice trans-regionale și intergeneraționale. Guvernarea de către o singură țară este adesea insuficientă, iar controlul general necesită coordonare internațională. De la adoptarea sa în 2013, Convenția de la Minamata a fost ratificată de peste 100 de părți contractante, inclusiv China. Unul dintre obiectivele sale principale este limitarea și reducerea emisiilor de mercur din surse industriale, cum ar fi centralele electrice pe cărbune-.

 

În practica inginerească, sistemele de purificare a gazelor arse ale centralelor electrice pe-cărbune sunt relativ mature, în general echipate cu următoarele dispozitive:

• Reducere catalitică selectivă (SCR)sauReducere selectivă non-catalitică (SNCR)pentru denitrificare;
• Precipitatoare electrostatice (ESP)sauFiltre textile (FF)pentru controlul particulelor;
• Umed sau semi-uscatDesulfurarea gazelor de ardere (FGD)sisteme pentru îndepărtarea SO₂.

 

Aceste dispozitive au un efect de „eliminare sinergică” asupra unor forme de mercur. Cu toate acestea, pentru cei mai greu-de controlat-gazoșimercur elementar (Hg⁰), lanțul convențional de tratare a gazelor arse nu poate garanta captarea stabilă și eficientă. În acest context, tehnologia de îndepărtare a mercurului centrată pe injectarea cărbunelui activ este privită ca un supliment important la căile tradiționale de tratare a gazelor de ardere și chiar devine o verigă cheie pentru a obține conformitatea cu emisiile de mercur în anumite condiții de lucru.cărbune activ din coajă de cocos pentru purificarea gazelor prezintă performanțe excelente în acest domeniu datorită activității sale mari de adsorbție și rezistenței mecanice.

 

Ⅱ. Căile de speciație și transformare a mercurului în gazele de ardere

 

Înțelegerea distribuției speciației mercurului din perspectiva termodinamicii și cineticii este o condiție prealabilă pentru discutarea mecanismului de îndepărtare a mercurului de către cărbunele activ.

 

2.1 Eliberarea și speciația inițială a mercurului în cărbune

Mercurul din cărbune există de obicei în urme, cu un conținut care variază în general de la0,01–0,5 mg/kg, găzduit în materie organică, pirită și minerale argiloase. În condiții de ardere în cuptor cu temperatură înaltă-(aproximativ1300-1600 de grade), aceste specii de mercur sunt aproape complet volatilizate și transformate în mercur gazos. Majoritatea mercurului eliberat inițial există camercur elementar (Hg⁰), cu doar o cantitate mică oxidată în zona de-temperatura ridicată.

Hg⁰ gazos are următoarele caracteristici: Inerție chimică puternică; insolubil în apă; interacțiune limitată cu dispozitivele convenționale de captare a gazelor arse. Prin urmare, fără măsuri speciale, Hg⁰ poate fi descărcat cu ușurință în atmosferă cu gaze de ardere purificate.Cărbune activ extrudat pentru purificarea gazeloreste adesea folosit în sistemele cu pat fix-pentru îndepărtarea profundă a Hg⁰ datorită structurii sale uniforme și a bunei permeabilitati.

 

2.2 Transformarea prin speciație a mercurului în sistemele de gaze de ardere

Pe măsură ce temperatura gazelor de ardere scade de la ieșirea cuptorului și trece prin economizor, preîncălzitor de aer, SCR, colector de praf și dispozitiv de desulfurare în succesiune, mercurul suferă o serie de reacții omogene și eterogene în diferite echipamente și zone de temperatură, formând trei forme cheie:

1. Mercur elementar Hg⁰: Gazos, neutru din punct de vedere electric, foarte volatil, reactivitate chimică scăzută; nu este ușor absorbit prin desulfurare umedă sau adsorbit fizic pe suprafețele de cenușă zburătoare; cea mai dificil de controlat și principala specie țintă a tehnologiei ACI.

2. Mercur Hg²⁺ oxidat: De obicei există ca săruri foarte solubile, cum ar fi HgCl2 şi HgS04; Hg⁰ poate fi oxidat la Hg²⁺ în prezenţa HCI, O₂, NO₂ şi suprafeţe catalitice; ușor solubil în suspensie FGD sau capturat pe suprafețele de cenușă zburătoare, astfel îndepărtat parțial prin dispozitivele tradiționale de desulfurare și îndepărtare a prafului.

3. Mercur legat de particule-: Mercurul combinat cu minerale de pe suprafața particulelor de cenușă zburătoare sau a carbonului nears pentru a forma componente în fază-solidă; poate fi captat în proporție mare de colectoarele de praf-înaltă eficiență, cea mai ușor formă de mercur de controlat.

 

În condițiile reale de lucru, proporțiile relative ale celor trei forme depind de caracteristicile cărbunelui (în special conținutul de clor, sulf și metale alcaline), distribuția temperaturii în cuptor și în coșul de ardere, arderea și atmosfera reducătoare, starea de funcționare a SCR și proprietățile fizice și chimice ale cenușii zburătoare. În general, cărbunele bituminos cu conținut ridicat de clor în gazele de ardere este mai propice pentru promovarea oxidării Hg⁰, crescând astfel raportul Hg²⁺ și permițând dispozitivului FGD să îndeplinească mai multe funcții de îndepărtare a mercurului; atunci când ardeți cărbune cu conținut scăzut de-clor (cum ar fi unele lignit și cărbune sub-bituminos), raportul Hg⁰ este semnificativ mai mare și astfel de condiții de lucru se bazează mai mult pe tehnologii speciale de îndepărtare a mercurului (cum ar fi ACI).Cărbune activ pentru purificarea aerului și a gazelorcompensează rapid deficiențele tratamentului sinergic în astfel de condiții și asigură conformitatea cu emisiile.

 

Ⅲ. Principii de bază și proprietăți materiale ale cărbunelui activat pentru îndepărtarea mercurului

 

Cărbunele activat este utilizat pe scară largă pentru îndepărtarea mercurului din gazele de ardere în centralele electrice pe cărbune-, datorită structurii sale unice a porilor și proprietăților chimice de suprafață ușor de reglat.

 

3.1 Structura porilor și adsorbția fizică

Cărbunele activat este în general preparat din surse de carbon, cum ar fi cărbune, biomasă, coajă de nucă de cocos, lemn sau cocs de petrol prin carbonizare și activare la temperatură înaltă-. Procesul de activare (activare fizică sau chimică) produce un număr mare demicropori (<2 nm)**, **mesopores (2–50 nm)** and **macropores (>50 nm)în interiorul materialului, formând o rețea de pori ierarhici foarte conectați, făcând ca suprafața sa specifică să atingă mii de m²/g.Cărbune activ din coajă de nucă de cocos pentru purificarea gazeloreste renumit pentru microporii bine dezvoltați-și capacitatea puternică de captare a vaporilor de mercur cu concentrație scăzută-.

Adsorbția fizică se bazează în principal pe forțele van der Waals și pe interacțiunile slabe de polarizare,caracterizatde:

• Procesul de adsorbție este de obicei reversibil;
• Căldura de adsorbție scăzută, aproape de căldura de condensare;
• Capacitatea de adsorbție este sensibilă la temperatură, iar creșterea temperaturii reduce semnificativ capacitatea de adsorbție.

În intervalul de temperatură al gazelor de ardere a centralelor electrice pe cărbune-(în general100-200 de grade), eficiența captării Hg⁰ exclusiv prin adsorbție fizică este adesea insuficientă, mai ales când concentrația de mercur în gazele de ardere este scăzută (de obicei la nivelul ug/m³). În acest moment, mercurul elementar nu are niciun avantaj în adsorbția competitivă în comparație cu alte molecule de gaz, iar echilibrul de adsorbție tinde spre partea de desorbție în condiții de temperatură ridicată. Prin urmare, deși structura porilor este baza adsorbției, trebuie introdus un mecanism de adsorbție chimică mai puternic pentru a obține o îndepărtare eficientă a mercurului.

 

3.2 Grupuri funcționale de suprafață și adsorbție chimică

Există un anumit număr de grupări funcționale care conțin oxigen-pe suprafața cărbunelui activat, cum ar fi grupările hidroxil (-OH), grupările carboxil (-COOH), grupările carbonil (C=O), structurile lactonice etc. Aceste grupări funcționale pot acționa ca și componente slabe ale unui acid Lewis sau centre de bază și reacționează la anumite componente ale acidului sau bazic al lui Lewis. Pentru mercur, aceste grupe funcționale de pe cărbune activ virgin pot furniza locuri limitate de adsorbție chimică, provocând oxidarea parțială a Hg⁰ sau formarea de complex de suprafață, dar această capacitate este departe de a îndeplini cerințele stricte de control al emisiilor.

Prin urmare, modificarea suprafeței cărbunelui activ este de obicei necesară în aplicațiile de inginerie. Prin introducerea unor elemente sau specii chimice specifice, se creează centri activi cu afinitate mai mare pentru mercur, transformând captarea mercurului de la adsorbția fizică-dominată la adsorbția chimică și reacția de suprafață-dominată.Cărbune activ extrudat pentru purificarea gazeloreste ușor de încărcat cu brom, sulf și alți modificatori, arătând o stabilitate mai bună în îndepărtarea mercurului din gazele de ardere.

 

Ⅳ. Cărbune activat modificat: de la adsorbția fizică la controlul reacției

 

Tehnologia de modificare a carbonului activat poate fi înțeleasă ca „construirea unei suprafețe funcționale specifice pe un schelet de carbon”. Printre multe metode de modificare, modificarea cu halogen, în specialmodificarea bromului, a fost cel mai studiat și aplicat în domeniul eliminării mercurului din gazele arse pe cărbune-.

 

4.1 Mecanismul de bază al cărbunelui activat bromurat

Cărbune activat bromuratse prepară de obicei prin introducerea de brom în formă moleculară sau ionică în porii și suprafața cărbunelui activat prin impregnare, pulverizare sau adsorbție în fază gazoasă-. Bromul poate forma legături C-Br pe suprafața carbonului sau poate exista ca săruri de bromură și molecule de brom adsorbite, formând noi situsuri active de suprafață.Cărbune activ pentru purificarea aerului și a gazelorpoate fi de câteva ori mai eficient după bromurare, făcându-l alegerea principală pentru centralele electrice.

 

Studiile existente cred, în general, că captarea mercurului pe cărbune activ bromurat trece, în general, prin următorii pași de bază:

1. Transferul de masă și intrarea fizică a Hg⁰ în poriHg⁰ difuzează mai întâi la suprafața particulelor de cărbune activat prin convecție, apoi se apropie în continuare de situsurile active prin difuzie moleculară în structura porilor. Acest proces este controlat în principal de structura porilor și starea de curgere a gazelor de ardere.

2. Oxidarea heterogenă a Hg⁰ de către situsurile active ale bromuluiCând Hg⁰ ajunge în vecinătatea locurilor care conțin brom-, are loc o reacție de oxidare eterogenă cu participarea speciilor de brom. O expresie simplificată poate fi scrisă astfel:Hg⁰(g) + 2Br(s) → HgBr₂(reclame)Unde Br reprezintă specia de brom activă de pe suprafața cărbunelui activat. Unele studii arată că acest proces de oxidare poate trece prin stări de valență intermediare sau poate forma HgBr(ads) înainte de conversia ulterioară în HgBr₂.

3. Stabilizarea și legarea puternică a HgBr₂HgBr₂ generat poate fi adsorbit de forțele van der Waals în interiorul și pe suprafața porilor și poate forma în continuare o structură complexă mai stabilă cu grupuri funcționale de suprafață, ceea ce face dificilă desorbția la o temperatură a gazelor de ardere de120-180 de grade, realizând astfel o fixare eficientă a mercurului.

 

Cărbunele activ bromurat are următoarele avantaje semnificative față de cărbunele activ clor:

• Bromul este mai favorabil pentru cinetica de oxidare a Hg⁰, iar viteza de reacție este de obicei mai mare;
• HgBr2 generat are o bună stabilitate termică la temperaturi ridicate şi este mai puţin probabil să se descompună sau să se reducă decât HgCl2;
• În prezența gazelor competitive, cum ar fi SO₂ și H2O, gradul de otrăvire al siturilor active de brom este relativ ușor, iar capacitatea de a rezista la fluctuațiile condițiilor de lucru este mai puternică.

Din practica ingineriei, pentru condiții de ardere a cărbunelui cu-clor scăzut, injectarea unei doze adecvate de cărbune activ bromurat poate obține adesea o rată totală de îndepărtare a mercurului depeste 80-90%înainte de colectorul de praf din aval, îndeplinind cerințele actuale privind limita de emisie în majoritatea regiunilor.

 

4.2 Alte căi de modificare: modificarea sulfului, clorului și compozitului

Pe lângă modificarea bromului, alte câteva idei de modificare au un anumit potențial de aplicare:

1. Cărbune activ modificat-sulfPe baza afinității puternice dintre Hg și S (formând în final sulfura de mercur HgS extrem de stabilă), cercetătorii întăresc capacitatea de adsorbție chimică prin încărcarea speciilor care conțin sulf-(cum ar fi sulf elementar, sulfuri) pe suprafața cărbunelui activat. Carbonul activat modificat cu sulf-are o capacitate puternică de captare a mercurului oxidat și a unei părți din Hg⁰, în special la temperaturi scăzute (<150°C), but it is highly sensitive to working condition changes, and regeneration and stability problems remain to be solved.

2. Carbon-modificat cu clorModificarea clorului este similară cu modificarea bromului în mecanism, în principal îmbunătățind eficiența de îndepărtare a mercurului prin promovarea oxidării Hg⁰ la HgCl₂. Deoarece gazele de ardere în sine conțin adesea o anumită concentrație de HCl, completată de reacții de suprafață, cum ar fi catalizatorii SCR, unele centrale electrice nu folosesc suplimentar cărbune activ modificat cu clor-, ci utilizează efectul sinergic al sistemelor existente. În comparație cu bromul, modificarea clorului este de obicei ușor inferioară ca eficiență și adaptabilitate la temperatură, dar are anumite avantaje în ceea ce privește costul și corozitatea.

3. Modificare compozită cu mai multe-componenteÎn ultimii ani, unele studii au încercat să introducă mai multe componente funcționale (cum ar fi brom + sulf, clor + metale de tranziție etc.) pe cărbunele activat în același timp pentru a obține captarea sinergică a mercurului multi-formă într-un interval mai larg de temperatură. Astfel de materiale compozite modificate prezintă perspective bune de aplicare la nivel de laborator, dar la scară industrială-creșterea lor, stabilitatea pe termen lung-și impactul potențial asupra echipamentelor din aval necesită încă mai multe verificări inginerești.Cărbune activ din coajă de nucă de cocos pentru purificarea gazelormenține performanța stabilă de îndepărtare a mercurului chiar și în gazele de ardere cu-sulf și umiditate ridicată-după modificarea compozitului, extinzându-și domeniul de aplicare.

 

Ⅴ. Factori cheie care afectează eficiența de îndepărtare a mercurului a cărbunelui activat

 

În aceleași condiții de material de cărbune activ, rata de îndepărtare a mercurului în condițiile reale de funcționare a centralei electrice poate prezenta încă diferențe semnificative, care este înrădăcinată în efectul de cuplare al multor factori, cum ar fi compoziția gazelor de ardere, temperatura, poziția de injecție și echipamentul din aval.

 

5.1 Efectul de cuplare al componentelor gazelor de ardere

1. SO₂ și SO₃Concentrația de SO₂ este de obicei de ordinul miilor până la zeci de mii de mg/m³, mult mai mare decât concentrația de mercur (nivel ug/m³) și are un avantaj competitiv natural în procesul de adsorbție. O parte din SO₂ poate fi oxidată în continuare la SO₃, care formează cu ușurință ceața de acid sulfuric cu H₂O în secțiunea de temperatură joasă-sau se condensează în porii de carbon activat, blocând astfel porii și acoperind locurile active, ducând la dezactivarea cărbunelui activat. În condiții de lucru cu SO₃ ridicat, este adesea necesară creșterea ratei de injectare a cărbunelui activ sau adoptarea unor scheme de modificare rezistente la intoxicația cu sulf-.

2. NOₓ și derivații săiNO însuși are proprietăți oxidante slabe și un impact limitat asupra adsorbției mercurului; NO₂ poate participa la procesul de oxidare a Hg⁰ și poate acționa ca un oxidant auxiliar. În același timp, NO₂ poate interacționa și cu locurile de oxidare de suprafață pentru a schimba mediul chimic de suprafață. În general, impactul NOₓ asupra eliminării mercurului ACI este mai puțin semnificativ decât cel al SOₓ, dar mecanismul de interacțiune în condițiile de lucru combinate SCR+ACI merită o cercetare mai aprofundată-.

3. HCl și alte halogenuriHCl este unul dintre gazele cheie care promovează conversia Hg⁰ în HgCl₂. În gazele de ardere cu conținut ridicat de clor, chiar și fără ACI, îndepărtarea parțială a mercurului poate fi realizată numai prin cataliza SCR și sinergia FGD. Pentru cărbunele cu conținut scăzut de-clor, este adesea necesar să se compenseze această deficiență prin injectarea de cărbune activ bromurat. Unele centrale electrice adaugă amelioratori de ardere care conțin clor- înainte de cazan sau adaugă o cantitate adecvată de HCI la gazele de ardere ca măsuri auxiliare, dar riscul de coroziune cauzat de aceasta trebuie să fie vigilent.

4. Vapori de apă și oxigenVaporii de apă concurează într-o anumită măsură cu locurile de adsorbție, în special cu locurile slabe de adsorbție; dar o cantitate adecvată de H₂O poate participa, de asemenea, la unele reacții de oxidare la suprafață. Oxigenul este un gaz de fond important pentru menținerea reacțiilor de oxidare a mercurului, afectând în special procesul de re-oxidare implicat în mecanismele de oxidare în mai multe-etape.

 

5.2 Temperatura și timpul de rezidență

Temperatura este unul dintre cei mai critici parametri de funcționare în proiectarea și optimizarea sistemului ACI. Practica arată:

When the flue gas temperature is too high (>200 de grade ), capacitatea fizică de adsorbție scade semnificativ, iar o parte din mercur adsorbit chimic poate începe să se destabilizeze, ducând la desorbție;

Când temperatura este prea scăzută (<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.

Prin urmare, designul tipic ACI aranjează de obicei punctul de injecție după preîncălzitorul de aer sau economizorul, controlându-l într-o fereastră de aproximativ100-180 de gradepentru a echilibra termodinamica adsorbției și riscurile de coroziune a echipamentelor.

În plus, timpul de rezidență al particulelor de cărbune activ în coș este, de asemenea, unul dintre factorii cheie care determină eficiența eliminării mercurului. Timpul de rezidență prea scurt va duce la captarea de către colectorul de praf înainte de contactul complet cu mercurul; prelungirea adecvată a timpului de rezidență este favorabilă finalizării proceselor de transfer de masă și reacție între mercur și locurile active. Prin reglarea aranjamentului duzelor, optimizarea structurii coșului și distribuția câmpului de curgere, timpul efectiv de rezidență poate fi îmbunătățit fără a crește semnificativ pierderea de rezistență.

 

5.3 Viteza de injectare, dimensiunea particulelor și uniformitatea amestecării

Viteza de injectare a cărbunelui activat (exprimată ca mgAC/m³ gaz de ardere sau raportul de masă C/Hg) afectează direct numărul total de locuri de adsorbție disponibile și este cea mai intuitivă variabilă pentru controlul ratei de îndepărtare a mercurului. În inginerie efectivă, când ardeți cărbune cu clor scăzut-și urmărește o rată de îndepărtare a mercurului de aproximativ 90%, cărbunele activ sub formă de pulbere obișnuită nemodificat necesită adesea de mii până la zeci de mii de ori raportul de masă C/Hg, rezultând o presiune ridicată a costurilor; după utilizarea cărbunelui activ bromurat, viteza de injectare poate fi redusă foarte mult la aceeași viteză de îndepărtare a mercurului.

Dimensiunea particulelor de cărbune activ afectează dispersia acestuia și caracteristicile de transfer de masă în gazele de ardere. Dimensiunea mai mică a particulelor conduce la creșterea suprafeței specifice și la creșterea frecvenței de contact cu moleculele de mercur, dar dimensiunea prea mică a particulelor poate crește pierderea în zbor și poate afecta performanța colectorului de praf. În general, dimensiunea particulelor de cărbune activ sub formă de pulbere utilizată pentru ACI este în mare parte în intervalul de10–30 μm.

Uniformitatea amestecării este, de asemenea, un factor ușor de trecut cu vederea, dar foarte critic. Chiar dacă rata de injectare a cărbunelui activat este suficientă, dacă amestecul-transversal cu gazele de ardere este neuniformă, va exista o adsorbție locală excesivă și o îndepărtare locală insuficientă a mercurului. Optimizarea poziției de injecție și a dispunerii duzei prin simulare CFD, combinată cu monitorizarea online a concentrației pentru a ajusta condițiile de injecție, este un mijloc eficient de îmbunătățire a performanței generale a sistemului.Cărbune activ din coajă de nucă de cocos pentru purificarea gazelorare dimensiunea particulelor reglabile și fluiditate bună, potrivite pentru funcționarea stabilă pe termen lung a sistemelor de injecție pneumatică.

 

Ⅵ. Aplicația de inginerie, economie și dezvoltare de piață a tehnologiei ACI

 

6.1 Starea curentă a aplicației de inginerie

Din moment ce Statele Unite au pus în aplicare treptatStandarde pentru mercur și toxice ale aerului (MATS)în anii 2000, tehnologia ACI a preluat conducerea în aplicarea-la scară largă în industria energetică din America de Nord, acoperind treptat diverse unități care ard diferite tipuri de cărbune. Unele țări europene au implementat, de asemenea, sisteme ACI pe unități mari pe cărbune-pentru a îndeplini cerințe mai stricte privind emisiile. În ultimii ani, odată cu modernizarea din China cu emisii ultra-scăzute a unităților pe cărbune-și o atenție sporită acordată emisiilor de mercur, ACI și alte tehnologii legate de-mercur au fost incluse treptat în viziunea de selecție tehnică, în special pentru unitățile cu-clor scăzut, puțin-cenușă, o cale tehnică a cărbunelui este posibilă.

Sistemele ACI au de obicei următoarele caracteristici de inginerie:

• Structură relativ simplă a dispozitivului, incluzând în general containere de depozitare, sisteme de măsurare și alimentare, conducte de transport pneumatic, lănci de injecție și sisteme de control;
• Compatibilitate bună cu sistemul original de tratare a gazelor de ardere, fără-modificare ulterioară a motorului principal și a structurii de evacuare a gazelor arse;
• Viteza de injectare poate fi ajustată în mod flexibil în funcție de concentrația de emisii de mercur și de cerințele de reglementare, cu o anumită scalabilitate.

 

6.2 Probleme legate de costul economic și de eliminarea-produselor secundare

Deși tehnologia ACI are avantaje evidente în materie de maturitate tehnică, economia sa și externalitatea de mediu au fost întotdeauna factori importanți care limitează promovarea sa largă.

1. Costul cărbunelui activDeși prețul cărbunelui activ sub formă de pulbere este în sine scăzut (piața internă), produsele modificate-de înaltă performanță, cum ar fi cărbunele activ bromurat, au un preț unitar ridicat. Luând ca exemplu unități cu cărbune-medii și mari, pentru a obține o rată ridicată de îndepărtare a mercurului, consumul anual de cărbune activ poate ajunge la sute până la mii de tone, cu un cost de operare anual variind de la milioane de RMB până la un nivel mai ridicat. Odată cu comprimarea marjelor de profit în industria energetică, acest cost de operare continuu a devenit un factor care trebuie cântărit cu atenție în luarea deciziilor privind centralele electrice-.

2. Eliminarea mercurului-conținând cenușă zburătoareCărbunele activ injectat în gazele de ardere va fi în cele din urmă captat de sistemul de îndepărtare a prafului împreună cu cenușa zburătoare, modificând astfel proprietățile fizice și chimice ale cenușii zburătoare. Pe de o parte, creșterea conținutului de carbon nears și schimbarea culorii pot afecta valoarea de utilizare a acestuia în industria cimentului și a betonului; pe de altă parte, cenușa zburătoare adsorbită cu metale toxice precum mercurul este adesea gestionată cadeșeuri periculoaseîn conformitate cu standardele legale și de mediu, crescând costurile de transport, eliminare și controlul-de lungă durată a riscurilor de mediu. În prezent, depozitul de deșeuri în siguranță și tratamentul de solidificare/stabilizare sunt opțiunile principale, dar cum să-și îmbunătățească rata de utilizare a resurselor pe premisa asigurării siguranței mediului este încă o problemă nerezolvată.

3. Coroziunea și fiabilitatea sistemuluiÎn timp ce cărbunele activ bromurat exercită o capacitate de îndepărtare{0}}înaltă a mercurului, există, de asemenea, riscul ca bromurile să provoace coroziunea sistemelor FGD din aval, a materialelor de evacuare a coșului de fum și a coșului de fum. În special în desulfurarea umedă, creșterea concentrației de halogen în faza lichidă poate afecta negativ căptușelile de cauciuc și componentele din aliaj, crescând frecvența de întreținere și costurile de înlocuire a pieselor de schimb. Atunci când se proiectează un sistem ACI, mecanismul de coroziune, selecția materialelor și strategiile anti--coroziune trebuie luate în considerare cuprinzător.

 

6.3 Amploarea pieței și tendințele de dezvoltare

Conform rapoartelor de cercetare a pieței globale din ultimii ani, piața cărbunelui activ pentru tratarea gazelor arse industriale (inclusiv centralele electrice pe cărbune-, incinerarea deșeurilor, topirea metalelor etc.) a atins o scară de miliarde de dolari SUA, printre care cărbunele activ special sub formă de pulbere pentru îndepărtarea mercurului este unul dintre segmentele cu{{2}creștere rapidă.Cărbune activ din coajă de nucă de cocos pentru purificarea gazelorocupă o pondere importantă în putere, incinerarea deșeurilor și purificarea gazelor din metalurgie. Prognozele arată că segmentul va menține o creștere pozitivă în următorii câțiva ani, principalele forțe motrice includ:

• Înăsprirea standardelor de emisie de mercur pentru unitățile noi și modernizate pe cărbune-din țările în curs de dezvoltare;
• Reglementare mai strictă a controlului metalelor grele în industriile incinerării deșeurilor și incinerării deșeurilor periculoase;
• Extinderea aplicației adusă de promovarea comercială a noilor produse cu carbon activ modificat de înaltă{0}}performanță.

 

Ⅶ. Direcții tehnice viitoare și idei de guvernare cuprinzătoare

 

Odată cu perfecționarea în continuare a supravegherii mediului și progresul continuu al transformării energiei, modelul de guvernare „tratament simptomatic” al unei singure tehnologii este înlocuit treptat de un plan cuprinzător de control sinergetic, sistematic, multi-poluant. În acest context, tehnologia ACI în sine se confruntă, de asemenea, cu nevoile de actualizare iterativă și de integrare funcțională.

 

7.1 Noi adsorbanți cu cost redus-și regenerabili

Din perspectiva resurselor și costurilor, materialele de adsorbție preparate din biomasă sau deșeuri solide industriale (cum ar fi paie de cultură, coji de fructe, nămol, cenușă zburătoare etc.) primesc o atenție din ce în ce mai mare. Prin activarea adecvată și modificarea chimică, aceste materiale pot atinge performanțe de îndepărtare a mercurului apropiate sau chiar depășind cărbunele activ tradițional pe bază de cărbune-în anumite condiții de lucru, reducând în același timp mult costurile cu materiile prime și amprenta de carbon. În plus, dezvoltarea de adsorbanți care pot fi reciclați și reutilizați la fața-în centrale electrice sau în instalații centralizate va contribui la reducerea generării de deșeuri solide periculoase și la îmbunătățirea durabilității generale a mediului.

 

7.2 Integrarea controlului sinergic al multi-poluant

Una dintre direcțiile importante de dezvoltare ale viitoarei tehnologii de tratare a gazelor de ardere este cuplarea profundă a funcțiilor de îndepărtare a mercurului cu sistemele existente de denitrificare, desulfurare sau îndepărtare a prafului, pentru a construi o platformă de control sinergie „tot-în-unul”. De exemplu:

• Dezvoltați catalizatori SCR cu funcții duale de reducere a NOₓ și oxidare a Hg⁰ pentru a reduce dependența de sistemele ACI independente;
• Introduceți pulberi multi-funcționale cu funcție de adsorbție a mercurului în procesele de desulfurare semi-uscă sau de injectare uscată pentru a obține controlul sinergic al SO₂, HCl și Hg;
• Combinați cu tehnologia de clasificare și colectare a cenușii zburătoare pentru a separa cărbunele activ-încărcat cu mercur de cenușa zburătoare utilizabilă, reducând impactul asupra utilizării materialelor de construcție.

Se așteaptă ca această soluție integrată să reducă investițiile totale și costurile de operare, reducând în același timp complexitatea sistemului și sarcina de întreținere.

 

7.3 Digitalizare și control inteligent

Odată cu dezvoltarea tehnologiei online de monitorizare a mercurului, tot mai multe centrale electrice au început să se desfășoareSisteme de monitorizare continuă a emisiilor de mercur (HgCEMS)pentru a obține date-în timp real privind concentrația de mercur din gazele de ardere și modificările de speciație. În combinație cu simularea CFD, modelarea și algoritmi de optimizare bazați pe date-, poate fi realizat un control optim dinamic al ratei de injectare a cărbunelui activ, al poziției de injecție și chiar al formulei modificatoare, formând un sistem de reglare în buclă-închisă pentru a minimiza consumul de cărbune activ pe premisa asigurării conformității emisiilor.Cărbune activ din coajă de nucă de cocos pentru purificarea gazelorrăspunde rapid și este potrivit pentru dozare precisă în sisteme de reglare inteligente.

Odată cu progresul transformării digitale și inteligente a centralelor electrice, sistemele ACI pot fi, de asemenea, legate de reglarea sarcinii unitare, comutarea combustibilului, ajustarea condițiilor de lucru pentru desulfurare și denitrificare pentru a obține un control sinergetic mai precis și mai economic.

 

7.4 De la simularea mecanismului la proiectarea țintită a materialelor

Metode de calcul chimic cuantic reprezentate deTeoria funcțională a densității (DFT)au devenit treptat instrumente importante pentru studiul mecanismelor de adsorbție și reacție ale mercurului pe suprafața diferitelor materiale de adsorbție. Prin investigarea sistematică a interacțiunilor structurii electronice dintre mercur și diferite elemente și structuri de suprafață la nivel teoretic, poate oferi o bază științifică pentru „proiectarea direcționată” a noilor materiale de adsorbție, reducând timpul și resursele necesare pentru cercetarea și dezvoltarea experimentală tradițională de încercare-și-eroare. Pe baza predecesorilor, este de așteptat ca o combinație mai extinsă de astfel de simulări cu experimente cu-performanță mare și algoritmi de învățare automată să promoveze cercetarea și dezvoltarea carbonului activat și a materialelor alternative într-o nouă etapă „condusă de proiectare-”.

 

7.5 Tehnologie de îndepărtare a mercurului pe bază de carbon activat granular

Carbon Activat Granular Tehnologia cu pat fix reprezintă o altă idee pentru controlul poluării cu mercur în centralele electrice pe cărbune-. Diferit de tehnologia mainstream ACI,Carbon Activat GranularPatul fix este plasat în aval de dispozitivul de desulfurare umedă (FGD), iar temperatura gazelor de ardere scade la aproximativ 50 de grade, servind drept mijloc final de purificare pentru a obține o îndepărtare profundă a mercurului. Această strategie de aranjare are avantaje semnificative: mediul cu temperatură scăzută este propice efectului sinergic al adsorbției fizice și al adsorbției chimice, depășind blocajul capacității limitate de adsorbție a ACI în secțiunea de temperatură înaltă (100-180 de grade); în același timp, forma granulară aCarbon Activat Granularevită problema amestecării cu cenușă zburătoare care afectează utilizarea resurselor acesteia.

 

 

Pe baza cercetării-aprofundate asupra mecanismului de adsorbție a mercurului, proiectareaCarbon Activat Granularpatul fix poate învăța pe deplin din strategia de modificare a cărbunelui activ bromurat. Studiile arată că mercurul urmeazăLangmuir-Hinshelwoodoxidare-mecanism de adsorbție pe suprafața cărbunelui activat și în final formează compuși stabili cu halogeni de suprafață sub formă de Hg²⁺. Se încarcă pre-bromuratCarbon Activat Granularîntr-un pat fix se poate realiza oxidarea și fixarea eficientă a Hg⁰ la temperaturi scăzute și evitarea interferenței de adsorbție competitivă a SO₂ – deoarece sulfații au fost îndepărtați în sistemul FGD. În plus, structura modulară a patului fix facilitează înlocuirea și regenerarea adsorbanților, oferind o cale fezabilă pentru aplicarea ingineriei a materialelor de înaltă performanță, cum ar fi cărbunele activat modificat cu metale prețioase-și promovând controlul mercurului în centralele electrice pe cărbune-în scopul de aemisii aproape de -zero.

Pe fondul realist că transformarea globală a energiei curate necesită încă timp, implementarea unui-nivel înalt de control al poluării pe unitățile existente pe cărbune-este încă o sarcină de tranziție necesară. Îmbunătățirea și inovarea continuă a tehnologiei de îndepărtare a mercurului cărbunelui activ nu sunt legate doar de alegerea tehnică a unei singure industrii, ci și de îmbunătățirea calității mediului și de protecția sănătății publice și va juca în continuare un rol important în practica inginerească în următoarele câteva decenii.Cărbune activ extrudat pentru purificarea gazelor, cărbune activ din coajă de cocos pentru purificarea gazelor, șicărbune activ pentru purificarea aerului și a gazelorfiecare are avantaje unice și va continua să joace roluri cheie în îndepărtarea mercurului din gazele de ardere și purificarea gazelor, susținând îmbunătățirea mediului și protecția sănătății publice.