Приложение на активен въглен за премахване на живак в електроцентрали, захранвани с въглища

Производството-на енергия от въглища все още заема важна позиция в глобалната енергийна структура. Свързаните с това емисии на живак (Hg) обаче представляват сериозна заплаха за екологичната среда и човешкото здраве. С изпълнението наКонвенция Минаматав много страни, особено в Китай, Съединените щати, Европейския съюз и други региони, контролът на емисиите на живак в електроцентралите, захранвани с въглища, се е изместил от „опция“ къмзадължително ограничение. Сред различните технологии за премахване на живак се основава технологията за адсорбция на живак в димните газовеACIсе използва широко в -обслужващи единици поради своя зрял процес, относително удобно преоборудване и силна адаптивност.Активен въглен за пречистване на въздуха и газоветесе превърна в основния адсорбент за тази технология благодарение на своята висока специфична повърхност и богата структура на порите.

 

Ⅰ. Проблеми с емисиите на живак в електроцентралите-на въглища

В настоящия глобален модел на потребление на първична енергия въглищата все още действат като „баластен камък“. Въпреки че делът на енергията от възобновяеми източници се увеличава, агрегатите, работещи с-въглища, все още трудно могат да бъдат напълно заменени за дълго време по отношение на възможността за диспечиране на електроенергийната система и надеждността на захранването. Междувременно, с разширяването на изгарянето на въглища, освобождаването на следи от тежки метали във въглищата постепенно се измести от академична дискусия към регулаторен фокус.

 

Меркурий има следните характеристики:

1. Висока токсичност и невротоксичност: Органичният живак като метилживак може да се натрупа през хранителната верига и да причини необратимо увреждане на неврологичното развитие на фетуси и деца;

2. Способност за миграция-на дълги разстояния: След като бъде изхвърлен като газообразен елементарен живак (Hg⁰), той може да мигрира хиляди километри в атмосферата, образувайки глобално замърсяване;

3. Огнеупорна и екологична устойчивост: След като се утаи в почвата и водните тела, той може -да влезе отново в биосферния цикъл чрез микробно метилиране.

 

 

Следователно емисиите на живак имат типични транс{0}}трансрегионални и междупоколенчески външни ефекти. Управлението от една държава често е недостатъчно, а цялостният контрол изисква международна координация. От приемането си през 2013 г. Конвенцията Минамата е ратифицирана от повече от 100 договарящи страни, включително Китай. Една от основните му цели е да ограничи и намали емисиите на живак от промишлени източници като електроцентрали, захранвани с въглища.

 

В инженерната практика системите за пречистване на димни газове на въглищни електроцентрали са сравнително зрели и обикновено са оборудвани със следните устройства:

• Селективна каталитична редукция (SCR)илиСелективна не{0}}каталитична редукция (SNCR)за денитрификация;
• Електростатични филтри (ESP)илиТъканни филтри (FF)за контрол на праховите частици;
• Мокро или полу{0}}сухоДесулфуризация на димни газове (FGD)системи за отстраняване на SO₂.

 

Тези устройства имат ефект на "синергично отстраняване" на някои форми на живак. Въпреки това, за най-трудните за-контрол-газообразниелементарен живак (Hg⁰), конвенционалната верига за пречистване на димни газове не може да гарантира стабилно и ефективно улавяне. В този контекст технологията за отстраняване на живак, съсредоточена върху инжектирането на активен въглен, се счита за важно допълнение към традиционните пътища за третиране на димни газове и дори се превръща в ключова връзка за постигане на съответствие с емисиите на живак при някои работни условия.активен въглен от кокосови черупки за пречистване на газове показва отлично представяне в тази област поради високата си адсорбционна активност и механична якост.

 

Ⅱ. Видове на живак и пътища на трансформация в димния газ

 

Разбирането на разпределението на живачните видове от гледна точка на термодинамиката и кинетиката е предпоставка за обсъждане на механизма на отстраняване на живака чрез активен въглен.

 

2.1 Освобождаване и първоначално определяне на живака във въглищата

Живакът във въглищата обикновено съществува в следи, като съдържанието обикновено варира от0,01–0,5 mg/kg, съдържащи се в органична материя, пирит и глинести минерали. При високо{1}}температурни условия на горене в пещ (около1300-1600 градуса), тези видове живак са почти напълно изпарени и се превръщат в газообразен живак. Повечето от първоначално освободения живак съществува катоелементарен живак (Hg⁰), като само малко количество се окислява във високо-температурната зона.

Газообразният Hg⁰ има следните характеристики: силна химическа инертност; неразтворим във вода; ограничено взаимодействие с конвенционалните устройства за улавяне на димните газове. Поради това, без специални мерки, Hg⁰ може лесно да се изхвърли в атмосферата с пречистени димни газове.Екструдиран активен въглен за пречистване на газовечесто се използва в-системи с фиксирано легло за дълбоко отстраняване на Hg⁰ поради еднаквата му структура и добра пропускливост.

 

2.2 Трансформация на живака в димните газови системи

Тъй като температурата на димните газове намалява от изхода на пещта и преминава през економайзера, въздушния подгревател, SCR, прахоуловителя и десулфуризиращото устройство последователно, живакът претърпява серия от хомогенни и хетерогенни реакции в различно оборудване и температурни зони, образувайки три ключови форми:

1. Елементарен живак Hg⁰: Газообразен, електрически неутрален, силно летлив, ниска химическа реактивност; не се абсорбира лесно чрез мокра десулфуризация или физически се адсорбира върху повърхности от летлива пепел; най-трудният за контролиране и основен целеви вид на ACI технологията.

2. Окислен живак Hg²⁺: Обикновено съществува като силно разтворими соли като HgCl₂ и HgSO4; Hg⁰ може да се окисли до Hg²⁺ в присъствието на HCl, O₂, NO₂ и каталитични повърхности; лесно разтворим в FGD суспензия или уловен върху повърхности на летлива пепел, като по този начин частично се отстранява от традиционните устройства за десулфуризация и отстраняване на прах.

3. Живак,-свързан с частици: Живак, комбиниран с минерали на повърхността на частици летлива пепел или неизгорял въглерод, за да образува компоненти от твърда{0}}фаза; могат да бъдат уловени във висока пропорция от високо{1}}ефективни прахоуловители, най-лесната за контролиране форма на живак.

 

В реални работни условия относителните пропорции на трите форми зависят от характеристиките на въглищата (особено съдържанието на хлор, сяра и алкални метали), разпределението на температурата в пещта и опашния димоотвод, горенето и редуциращата атмосфера, състоянието на операцията SCR и физичните и химичните свойства на летливата пепел. Като цяло битуминозните въглища с високо съдържание на хлор в димните газове са по-благоприятни за насърчаване на окисляването на Hg⁰, като по този начин увеличават съотношението Hg²⁺ и позволяват на FGD устройството да изпълнява повече функции за отстраняване на живак; при изгаряне на ниско{1}}хлорни въглища (като някои лигнитни и суб-битуминозни въглища), съотношението Hg⁰ е значително по-високо и такива работни условия разчитат повече на специални технологии за отстраняване на живак (като ACI).Активен въглен за пречистване на въздуха и газоветебързо компенсира недостатъците на синергичното третиране при такива условия и гарантира съответствие с емисиите.

 

Ⅲ. Основни принципи и свойства на материала на активен въглен за отстраняване на живак

 

Активният въглен се използва широко за отстраняване на живак от димни газове в електроцентрали, работещи с въглища, поради своята уникална структура на порите и лесно регулируеми повърхностни химически свойства.

 

3.1 Структура на порите и физическа адсорбция

Активният въглен обикновено се приготвя от въглеродни източници като въглища, биомаса, кокосови черупки, дърво или нефтен кокс чрез високо{0}}температурна карбонизация и активиране. Процесът на активиране (физическо или химическо активиране) произвежда голям броймикропори (<2 nm)**, **mesopores (2–50 nm)** and **macropores (>50 nm)вътре в материала, образувайки силно свързана йерархична мрежа от пори, което прави неговата специфична повърхност да достигне хиляди m²/g.Активен въглен от кокосови черупки за пречистване на газовее известен със своите добре-развити микропори и силна способност за улавяне на ниска-концентрация на живачни пари.

Физическата адсорбция разчита главно на силите на Ван дер Ваалс и слаби поляризационни взаимодействия,характеризираот:

• Процесът на адсорбция обикновено е обратим;
• Ниска топлина на адсорбция, близка до топлината на кондензация;
• Капацитетът на адсорбция е чувствителен към температурата и повишаването на температурата значително намалява капацитета на адсорбция.

В рамките на температурния диапазон на димните газове на въглищни електроцентрали (като цяло100-200 градуса), ефективността на улавяне на Hg⁰ единствено чрез физическа адсорбция често е недостатъчна, особено когато концентрацията на живак в димния газ е ниска (обикновено на ниво ug/m³). По това време елементарният живак няма предимство в конкурентната адсорбция в сравнение с други газови молекули и адсорбционното равновесие клони към страната на десорбция при условия на висока температура. Следователно, въпреки че структурата на порите е в основата на адсорбцията, трябва да се въведе по-силен механизъм на химична адсорбция, за да се постигне ефективно отстраняване на живак.

 

3.2 Повърхностни функционални групи и химическа адсорбция

Има определен брой кислород{0}}съдържащи функционални групи на повърхността на активен въглен, като хидроксилни групи (-OH), карбоксилни групи (-COOH), карбонилни групи (C=O), лактонни структури и т.н. Тези функционални групи могат да действат като слаби киселинни или основни центрове на Люис до известна степен и да реагират с някои компоненти в димния газ. За живака тези функционални групи върху чистия активен въглен могат да осигурят ограничени места за химическа адсорбция, причинявайки частично окисление на Hg⁰ или образуване на повърхностни комплекси, но тази способност далеч не отговаря на строгите изисквания за контрол на емисиите.

Следователно повърхностната модификация на активния въглен обикновено се изисква в инженерните приложения. Чрез въвеждане на специфични елементи или химически видове се създават активни центрове с по-висок афинитет към живак, превръщайки улавянето на живак от физическа адсорбция-доминирана в химическа адсорбция и повърхностна реакция-.Екструдиран активен въглен за пречистване на газовелесно се зарежда с бром, сяра и други модификатори, показвайки по-добра стабилност при отстраняване на живак от димните газове.

 

Ⅳ. Модифициран активен въглен: от физическа адсорбция до контрол на реакцията

 

Технологията за модифициране с активен въглен може да се разбира като "конструиране на специфична функционална повърхност върху въглероден скелет". Сред многото методи за модификация, най-вече модифицирането с халогенбромна модификация, е най-широко проученото и прилагано в областта на отстраняването на живак-от димни газове, работещи с въглища.

 

4.1 Основен механизъм на бромирания активен въглен

Бромиран активен въгленобикновено се приготвя чрез въвеждане на бром в молекулярна или йонна форма в порите и повърхността на активния въглен чрез импрегниране, пръскане или адсорбция в газова -фаза. Бромът може да образува C-Br връзки на въглеродната повърхност или да съществува като бромидни соли и адсорбирани бромни молекули, образувайки нови повърхностно активни центрове.Активен въглен за пречистване на въздуха и газоветеможе да бъде няколко пъти по-ефективен след бромиране, което го прави основният избор за електроцентрали.

 

Съществуващите проучвания като цяло смятат, че улавянето на живак от бромиран активен въглен обикновено преминава през следните основни стъпки:

1. Пренос на маса и физическо навлизане на Hg⁰ в поритеHg⁰ първо дифундира към повърхността на частиците активен въглен чрез конвекция и след това се приближава до активните места чрез молекулярна дифузия в структурата на порите. Този процес се контролира главно от структурата на порите и състоянието на потока на димните газове.

2. Хетерогенно окисление на Hg⁰ от бромни активни центровеКогато Hg⁰ достигне близостта до места, съдържащи бром-, протича хетерогенна окислителна реакция с участието на видове бром. Опростеният израз може да бъде написан като:Hg⁰(g) + 2Br(s) → HgBr₂(реклами)Където Br представлява активните видове бром върху повърхността на активен въглен. Някои изследвания показват, че този процес на окисление може да премине през междинни валентни състояния или да образува HgBr(ads) преди по-нататъшно превръщане в HgBr₂.

3. Стабилизиране и силно свързване на HgBr₂Генерираният HgBr₂ може да бъде адсорбиран от силите на Ван дер Ваалс вътре и на повърхността на порите и може допълнително да образува по-стабилна сложна структура с повърхностни функционални групи, което затруднява десорбирането при температура на димните газове от120-180 градуса, като по този начин се постига ефикасна фиксация на живак.

 

Бромираният активен въглен има следните значителни предимства пред хлорирания активен въглен:

• Бромът е по-благоприятен за кинетиката на окисление на Hg⁰ и скоростта на реакцията обикновено е по-висока;
• Генерираният HgBr₂ има добра термична стабилност при високи температури и е по-малко вероятно да се разложи или редуцира от HgCl₂;
• В присъствието на конкурентни газове като SO₂ и H₂O, степента на отравяне на активните бромни центрове е сравнително лека и способността да се противопоставят на колебанията в работните условия е по-силна.

От инженерната практика, при условия на горене с ниско съдържание на хлор въглища, инжектирането на подходяща доза бромиран активен въглен често може да постигне обща степен на отстраняване на живак отповече от 80-90%преди прахоуловителя надолу по веригата, отговаряйки на текущите изисквания за ограничение на емисиите в повечето региони.

 

4.2 Други пътища на модификация: модификация със сяра, хлор и композитна модификация

В допълнение към модификацията с бром, няколко други идеи за модификация имат определен потенциал за приложение:

1. Сяро-модифициран активен въгленВъз основа на силния афинитет между Hg и S (накрая образувайки изключително стабилен живачен сулфид HgS), изследователите укрепват капацитета за химическа адсорбция чрез зареждане на сяра-съдържащи видове (като елементарна сяра, сулфиди) върху повърхността на активния въглен. Сяро-модифицираният активен въглен има силна способност за улавяне на окисления живак и част от Hg⁰, особено при ниски температури (<150°C), but it is highly sensitive to working condition changes, and regeneration and stability problems remain to be solved.

2. Хлорно-модифициран активен въгленХлорната модификация е подобна на бромната модификация по механизъм, като основно подобрява ефективността на отстраняване на живака чрез насърчаване на окисляването на Hg⁰ до HgCl₂. Тъй като самите димни газове често съдържат определена концентрация на HCl, допълнена от повърхностни реакции като SCR катализатори, някои електроцентрали не използват допълнително хлор-модифициран активен въглен, а използват синергичния ефект на съществуващите системи. В сравнение с брома, модификацията с хлор обикновено е малко по-ниска по отношение на ефективността и температурната адаптивност, но има определени предимства по отношение на цената и корозивността.

3. Много-компонентна композитна модификацияПрез последните години някои проучвания се опитаха да въведат множество функционални компоненти (като бром + сяра, хлор + преходни метали и т.н.) върху активен въглен едновременно, за да се постигне синергично улавяне на мулти-формата на живак в по-широк температурен диапазон. Такива композитни модифицирани материали показват добри перспективи за приложение на лабораторно ниво, но техният промишлен мащаб-нагоре, дългосрочна-стабилност и потенциално въздействие върху оборудването надолу по веригата все още се нуждаят от повече инженерни проверки.Активен въглен от кокосови черупки за пречистване на газовеподдържа стабилно отстраняване на живак дори при димни газове с висока-сяра и висока{1}}влажност след композитна модификация, разширявайки обхвата на неговото приложение.

 

Ⅴ. Ключови фактори, влияещи върху ефикасността на премахване на живак с активен въглен

 

При едни и същи условия на материала с активен въглен скоростта на отстраняване на живака в действителните работни условия на електроцентралата все още може да показва значителни разлики, което се корени в ефекта на свързване на много фактори като състав на димните газове, температура, позиция на инжектиране и оборудване надолу по веригата.

 

5.1 Ефект на свързване на компонентите на димния газ

1. SO₂ и SO3Концентрацията на SO₂ обикновено е от порядъка на хиляди до десетки хиляди mg/m³, много по-висока от концентрацията на живак (ug/m³ ниво) и има естествено конкурентно предимство в процеса на адсорбция. Част от SO₂ може допълнително да се окисли до SO₃, който лесно образува мъгла от сярна киселина с H₂O в ниско-температурната част или кондензира в порите на активния въглен, като по този начин блокира порите и покрива активните места, което води до дезактивиране на активния въглен. При високи работни условия на SO₃ често е необходимо да се увеличи скоростта на инжектиране на активен въглен или да се възприемат устойчиви на отравяне със сяра-схеми за модификация.

2. NOₓ и неговите производниСамият NO има слаби окислителни свойства и ограничено въздействие върху адсорбцията на живак; NO₂ може да участва в процеса на окисляване на Hg⁰ и да действа като спомагателен окислител. В същото време NO₂ може също да взаимодейства с местата на повърхностно окисление, за да промени повърхностната химическа среда. Като цяло въздействието на NOₓ върху отстраняването на живак от ACI е по-малко значимо от това на SOₓ, но механизмът на взаимодействие при комбинирани работни условия на SCR+ACI заслужава допълнително-задълбочено изследване.

3. HCl и други халогенидиHCl е един от ключовите газове, насърчаващи превръщането на Hg⁰ в HgCl₂. В димни газове с високо съдържание на хлор, дори без ACI, частично отстраняване на живак може да се постигне само чрез SCR катализа и FGD синергия. За въглища с ниско-хлорно съдържание често е необходимо да се компенсира този дефицит чрез инжектиране на бромиран активен въглен. Някои електроцентрали добавят хлор{4}}съдържащи подобрители на горенето преди котела или добавят подходящо количество HCl към димния газ като спомагателна мярка, но рискът от корозия, причинен от това, трябва да бъде бдителен.

4. Водна пара и кислородВодната пара се конкурира с адсорбционните места до известна степен, особено със слабите адсорбционни места; но подходящо количество H2O може също да участва в някои повърхностни окислителни реакции. Кислородът е важен фонов газ за поддържане на реакциите на окисляване на живак, особено засягащ повторно -процеса на окисление, участващ в много-етапни окислителни механизми.

 

5.2 Температура и време на престой

Температурата е един от най-критичните работни параметри при проектирането и оптимизирането на ACI система. Практиката показва:

When the flue gas temperature is too high (>200 градуса), физическият адсорбционен капацитет намалява значително и част от химически адсорбирания живак може да започне да се дестабилизира, което води до десорбция;

Когато температурата е твърде ниска (<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.

Следователно типичният дизайн на ACI обикновено подрежда точката на впръскване след въздушния подгревател или економайзера, като го контролира в рамките на прозорец от около100-180 градусаза балансиране на адсорбционната термодинамика и рисковете от корозия на оборудването.

В допълнение, времето на престой на частиците активен въглен в димоотвода също е един от ключовите фактори, определящи ефективността на отстраняване на живак. Твърде краткото време на престой ще доведе до улавяне от прахоуловителя преди пълен контакт с живак; подходящото удължаване на времето на престой благоприятства завършването на масовия трансфер и реакционните процеси между живака и активните центрове. Чрез регулиране на разположението на дюзата, оптимизиране на структурата на димоотвода и разпределението на полето на потока, ефективното време на престой може да бъде подобрено без значително увеличаване на загубата на съпротивление.

 

5.3 Скорост на впръскване, размер на частиците и еднородност на смесване

Скоростта на инжектиране на активен въглен (изразена като mgAC/m³ димни газове или масово съотношение C/Hg) пряко влияе върху общия брой налични адсорбционни места и е най-интуитивната променлива за контролиране на степента на отстраняване на живак. В реалното инженерство, когато се изгарят въглища с ниско-хлорно съдържание и се преследва степен на отстраняване на живак от около 90%, немодифицираният обикновен прахообразен активен въглен често изисква хиляди до десетки хиляди пъти масовото съотношение C/Hg, което води до висок натиск върху разходите; след използване на бромиран активен въглен скоростта на инжектиране може да бъде значително намалена при същата скорост на отстраняване на живак.

Размерът на частиците на активния въглен влияе върху характеристиките му на дисперсия и масов трансфер в димния газ. По-малкият размер на частиците е благоприятен за увеличаване на специфичната повърхност и повишаване на честотата на контакт с живачни молекули, но твърде малкият размер на частиците може да увеличи загубите при летене и да повлияе на ефективността на прахоуловителя. Като цяло размерът на частиците на прахообразния активен въглен, използван за ACI, е най-вече в диапазона от10–30 μm.

Еднородността на смесването също е лесно пренебрегван, но много критичен фактор. Дори ако скоростта на впръскване на активен въглен е достатъчна, ако напречното{1}}смесване с димните газове е неравномерно, ще има локална прекомерна адсорбция и локално недостатъчно отстраняване на живак. Оптимизирането на позицията на впръскване и оформлението на дюзата чрез CFD симулация, комбинирано с онлайн мониторинг на концентрацията за регулиране на условията на впръскване, е ефективно средство за подобряване на цялостната производителност на системата.Активен въглен от кокосови черупки за пречистване на газовеима регулируем размер на частиците и добра течливост, подходящи за дългосрочна-стабилна работа на пневматични инжекционни системи.

 

Ⅵ. Инженерно приложение, икономика и пазарно развитие на ACI Technology

 

6.1 Текущо състояние на инженерното приложение

Тъй като Съединените щати постепенно се прилагатСтандарти за живак и токсичност на въздуха (MATS)през 2000-те години технологията ACI пое водеща роля в широкомащабното-прилагане в енергийната индустрия на Северна Америка, постепенно обхващайки различни единици, изгарящи различни видове въглища. Някои европейски държави също са внедрили ACI системи на големи въглищни -блокове, за да отговорят на по-строгите всеобхватни изисквания за емисии. През последните години, с ултра{5}}ниските емисии в Китай на въглищни-уреди и повишеното внимание към емисиите на живак, ACI и други технологии,-свързани с живак, постепенно бяха включени във визията за технически подбор, особено при агрегати с ниски-хлорни и-пепелни видове въглища, ACI се счита за един от осъществимите технически пътища.

ACI системите обикновено имат следните инженерни характеристики:

• Сравнително проста структура на устройството, обикновено включваща резервоари за съхранение, системи за измерване и захранване, тръбопроводи за пневматично транспортиране, инжекционни дюзи и системи за управление;
• Добра съвместимост с оригиналната система за пречистване на димни газове, без широко{0}}мащабно преоборудване на основния двигател и структурата на димния канал;
• Скоростта на впръскване може да се регулира гъвкаво според концентрацията на емисиите на живак и регулаторните изисквания, с известна мащабируемост.

 

6.2 Икономически разходи и проблеми с-изхвърлянето на вторичен продукт

Въпреки че ACI технологията има очевидни предимства в техническата зрялост, нейната икономичност и външни фактори за околната среда винаги са били важни фактори, ограничаващи широкото й популяризиране.

1. Разходи за активен въгленВъпреки че самата цена на прахообразния активен въглен е ниска (вътрешен пазар), високо{0}}модифицираните продукти като бромиран активен въглен имат висока единична цена. Вземайки средни и големи въглищни -блокове като пример, за постигане на висока степен на отстраняване на живак, годишната консумация на активен въглен може да достигне стотици до хиляди тонове, с годишни оперативни разходи, вариращи от милиони RMB до по-високо ниво. С намаляването на маржовете на печалба в енергийната индустрия, тези непрекъснати оперативни разходи се превърнаха във фактор, който трябва да бъде внимателно претеглен при вземането на-решения за електроцентрала.

2. Изхвърляне на-съдържаща живак пепелАктивният въглен, инжектиран в димния газ, в крайна сметка ще бъде уловен от системата за отстраняване на прах заедно с летливата пепел, като по този начин променя физичните и химичните свойства на летливата пепел. От една страна, увеличаването на съдържанието на неизгорял въглерод и промяната на цвета може да повлияе на неговата използваема стойност в циментовата и бетоновата промишленост; от друга страна, летливата пепел, адсорбирана с токсични метали като живак, често се управлява катоопасни отпадъцив съответствие със законовите и екологични стандарти, увеличавайки разходите за транспортиране, изхвърляне и дългосрочен-контрол на риска за околната среда. Понастоящем безопасното депониране и обработката за втвърдяване/стабилизиране са основните възможности, но как да се подобри степента на използване на ресурсите при предпоставката за осигуряване на екологична безопасност, все още е нерешен проблем.

3. Корозия и надеждност на систематаДокато бромираният активен въглен упражнява високо{0}}ефективен капацитет за премахване на живак, съществува също риск бромидите да причинят корозия на системите за FGD надолу по веригата, материалите за димоотводи и комини. Особено при мокрото десулфуриране, повишаването на концентрацията на халоген в течната фаза може да повлияе неблагоприятно на гумените облицовки и компонентите от сплави, увеличавайки честотата на поддръжка и разходите за подмяна на резервни части. При проектирането на ACI система, корозионният механизъм, изборът на материал и анти{3}}корозионните стратегии трябва да бъдат обмислени изчерпателно.

 

6.3 Пазарен мащаб и тенденции на развитие

Според доклади за глобални пазарни проучвания през последните години пазарът на активен въглен за промишлено третиране на димни газове (включително въглищни{0}}електроцентрали, изгаряне на отпадъци, топене на метали и т.н.) е достигнал мащаб от милиарди щатски долари, сред които специалният активен въглен на прах за отстраняване на живак е един от бързо-развиващите се сегменти.Активен въглен от кокосови черупки за пречистване на газовезаема важен дял в енергетиката, изгарянето на отпадъци и пречистването на газ в металургията. Прогнозите показват, че сегментът ще поддържа положителен растеж през следващите няколко години, като основните движещи сили включват:

• Затягане на стандартите за емисии на живак за нови и модернизирани въглищни{0}}уреди в развиващите се страни;
• По-стриктно регулиране на контрола върху тежките метали в индустриите за изгаряне на отпадъци и опасни отпадъци;
• Разширяване на приложението, донесено от търговската промоция на нови модифицирани продукти с активен въглен с висока-производителност.

 

Ⅶ. Бъдещи технически насоки и всеобхватни идеи за управление

 

С по-нататъшното усъвършенстване на екологичния надзор и непрекъснатия напредък в енергийната трансформация, моделът на управление на „симптоматичното лечение“ на една единствена технология постепенно се заменя от систематичен, цялостен план за синергичен контрол на много-замърсители. В този контекст самата ACI технология също е изправена пред нуждите от итеративно надграждане и функционална интеграция.

 

7.1 Нови ниско{1}}цени и възобновяеми адсорбенти

От гледна точка на ресурсите и разходите, адсорбционните материали, приготвени от биомаса или промишлени твърди отпадъци (като слама от култури, черупки от плодове, утайки, летлива пепел и др.), получават все по-голямо внимание. Чрез подходящо активиране и химическа модификация тези материали могат да постигнат ефективност на отстраняване на живак, близка до или дори надвишаваща традиционния активен въглен на основата на въглища-при някои работни условия, като същевременно значително намаляват разходите за суровини и въглеродния отпечатък. Освен това, разработването на адсорбенти, които могат да бъдат рециклирани и използвани повторно на-на място в електроцентрали или централизирани съоръжения, ще помогне за намаляване на генерирането на опасни твърди отпадъци и ще подобри цялостната екологична устойчивост.

 

7.2 Интегриране на синергичния контрол на множество-замърсители

Една от важните посоки на развитие на бъдещата технология за третиране на димни газове е дълбокото свързване на функциите за отстраняване на живак със съществуващите системи за денитрификация, десулфуризация или отстраняване на прах, за да се изгради „всичко в-едно“ платформа за синергичен контрол. Например:

• Разработване на SCR катализатори с двойни функции на редукция на NOₓ и окисляване на Hg⁰, за да се намали зависимостта от независими ACI системи;
• Въвеждане на много-функционални прахове с функция за адсорбция на живак в процеси на полу-сухо десулфуриране или сухо инжектиране за постигане на синергичен контрол на SO₂, HCl и Hg;
• Комбинирайте с технология за класифициране и събиране на летлива пепел, за да отделите наситения с живак -активен въглен от годната за използване летлива пепел, намалявайки въздействието върху използването на строителни материали.

Очаква се това интегрирано решение да намали общите инвестиционни и оперативни разходи, като същевременно намали сложността на системата и тежестта за поддръжка.

 

7.3 Дигитализация и интелигентно управление

С развитието на онлайн технологията за мониторинг на живак започнаха да се разполагат все повече електроцентралиСистеми за непрекъснат мониторинг на емисиите на живак (HgCEMS)за получаване на-данни в реално време за концентрацията на живак в димните газове и промените в спецификациите. В комбинация с CFD симулация, управлявани от данни-моделиране и алгоритми за оптимизация, може да се реализира динамичен оптимален контрол на скоростта на впръскване на активен въглен, позицията на впръскване и дори модификаторната формула, образувайки система за регулиране със затворен-контур за минимизиране на потреблението на активен въглен при предпоставката за осигуряване на съответствие с емисиите.Активен въглен от кокосови черупки за пречистване на газовереагира бързо и е подходящ за прецизно дозиране в интелигентни системи за регулиране.

С напредването на цифровата и интелигентна трансформация на електроцентралите, ACI системите могат също да бъдат свързани с регулиране на натоварването на единица, превключване на гориво, десулфуризация и денитрификация, настройка на работните условия, за да се постигне по-точен и икономичен синергичен контрол.

 

7.4 От симулация на механизъм до целеви дизайн на материала

Квантово-химични изчислителни методи, представени отФункционална теория на плътността (DFT)постепенно се превърнаха във важни инструменти за изследване на адсорбционните и реакционните механизми на живак върху повърхността на различни адсорбционни материали. Чрез систематично изследване на взаимодействията на електронната структура между живака и различни елементи и повърхностни структури на теоретично ниво може да се осигури научна основа за „целеви дизайн“ на нови адсорбционни материали, като се намалят времето и ресурсите, необходими за традиционните експериментални изследвания и разработки с проба-и-грешка. Въз основа на предшественици се очаква по-обширна комбинация от такива симулации с експерименти с висока-производителност и алгоритми за машинно обучение да насърчи изследването и разработването на активен въглен и алтернативни материали в нов етап, „ръководен-дизайн“.

 

7.5 Технология за премахване на живак с фиксиран слой с гранулиран активен въглен

Гранулиран активен въглен технологията с фиксиран слой представлява друга идея за контрол на замърсяването с живак в електроцентралите, захранвани с въглища. За разлика от масовата ACI технология,Гранулиран активен въгленнеподвижен слой се поставя след устройството за мокро десулфуриране (FGD) и температурата на димните газове пада до около 50 градуса, служейки като крайно средство за пречистване за постигане на дълбоко отстраняване на живак. Тази стратегия за оформление има значителни предимства: средата с ниска-температура благоприятства синергичния ефект на физическата адсорбция и химическата адсорбция, преодолявайки препятствията на ограничения капацитет на адсорбция на ACI в секцията с висока-температура (100-180 градуса); в същото време, гранулираната форма наГранулиран активен въгленизбягва проблема със смесването с летяща пепел, което засяга използването на ресурсите му.

 

 

Въз основа на-задълбочено изследване на механизма за адсорбция на живак, дизайнът наГранулиран активен въгленфиксираното легло може напълно да се поучи от стратегията за модификация на бромирания активен въглен. Проучванията показват, че живакът следваЛангмюр-Хиншелудокислителен-адсорбционен механизъм върху повърхността на активен въглен и накрая образува стабилни съединения с повърхностни халогени под формата на Hg²⁺. Зареждане на предварително-бромираниГранулиран активен въгленв неподвижен слой може да постигне ефективно окисление и фиксиране на Hg⁰ при ниски температури и да избегне конкурентната адсорбционна намеса на SO₂ – тъй като сулфатите са отстранени в FGD системата. Освен това модулната структура на неподвижния слой улеснява подмяната и регенерацията на адсорбента, осигурявайки осъществим път за инженерно приложение на високо-ефективни материали като активен въглен, модифициран от-благородни метали, и насърчаване на контрола на живака в електроцентрали, захранвани с въглища, към целта започти{0}}нулеви емисии.

На реалистичния фон, че глобалната трансформация на чиста енергия все още отнема време, прилагането на-контрол на високо ниво на замърсяване на съществуващи-изгаряни с въглища агрегати все още е необходима преходна задача. Непрекъснатото усъвършенстване и иновациите на технологията за отстраняване на живак с активен въглен са свързани не само с техническия избор на отделна индустрия, но и с подобряването на качеството на околната среда и опазването на общественото здраве и те все още ще играят важна роля в инженерната практика през следващите няколко десетилетия.Екструдиран активен въглен за пречистване на газове, активен въглен от кокосови черупки за пречистване на газовете, иактивен въглен за пречистване на въздуха и газоветевсеки от тях има уникални предимства и ще продължи да играе ключова роля в отстраняването на живака от димните газове и пречистването на газа, подпомагайки подобряването на околната среда и защитата на общественото здраве.