Review of methods to limit mercury emissions during combustion of solid fuels in power plants
 
More details
Hide details
 
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2012;15(4):151–160
 
KEYWORDS
ABSTRACT
This paper presents an overview and analysis of available technologies to remove mercury from exhaust gases produced during the combustion of solid fuels in power plants. It characterizes the problem of mercury content in coals for hard coal and lignite, and mercury compounds emitted during the combustion of solid fuels. The study focused on precombustion methods such as selective mining, extraction of coals with lower mercury content, enrichment of coals, reducing the mercury content in coal during cleaning (physical or chemical), and a very promising technology for thermal treatment of coal before introduction of fuel to a combustion chamber. The removal of mercury from coal also allowed indexation of fuel by the level of moisture removed, which is particularly advantageous in the case of fuels containing a large amount of moisture, such as lignite. The effectiveness of this process can be up to 90% even at 290°C for lignite and 95% for coal at a temperature of 350°C. The second group of methods that are discussed in this work are the postcombustion methods for the removal of mercury from flue gas after combustion. This process of treatment was carried out by using activated carbon impregnated with sulfur, iodine, etc., which was injected during the combustion behind the combustion chamber and before the electrostatic precipitator. Activated carbon with adsorbed mercury is then captured by a gas extraction device, such as an electrostatic precipitator or fabric filter. The effectiveness of this process depends mainly on the amount of activated carbon fed, and can be up to 98%. The paper also describes the ability to remove mercury from existing gas cleaning devices, such as an electrostatic precipitator, fabric filters, and flue gas desulphurization plants without injection of the active carbon.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Przegląd metod ograniczenia emisji rtęci w elektrowniach podczas spalania paliw stałych
rtęć, ograniczanie emisji, metody pierwotne, metody wtórne
W pracy przedstawiono przegląd i analizę dostępnych technologii usuwania rtęci ze spalin powstałych podczas spalania paliw stałych w elektrowniach i elektrociepłowniach. Przedstawiono charakterystykę problemu zawartości rtęci w węglach zarówno kamiennych jak i brunatnych oraz związki chemiczne rtęci emitowane podczas spalania paliw stałych. W pracy skoncentrowano się na metodach pierwotnych, takich jak: selektywne górnictwo, czyli wydobywanie węgli o niższej zawartości rtęci, wzbogacanie węgla, czyli ograniczenie zawartości rtęci w węglu podczas jego oczyszczania zarówno fizycznego jak i chemicznego, oraz bardzo obiecującą technologi? obróbki termicznej paliwa przed wprowadzeniem węgla do komory spalania, która oprócz usunięcia z węgla rtęci pozwala także na waloryzację paliwa poprzez usunięcie z niego wilgoci, co jest szczególnie korzystne w przypadku paliw zawierających dużą ilość wilgoci, takich jak węgiel brunatny. Skuteczność tego procesu może dochodzić do 90% już w temperaturze 290°C dla węgla brunatnego i 95% dla węgla kamiennego w temperaturze 350°C. Druga grupa metod, które omówiono w pracy, to metody wtórne polegające na usuwaniu rtęci ze spalin już po procesie spalania. W tym procesie oczyszczanie odbywa się za pomocą węgla aktywnego najczęściej impregnowanego siarką, jodem itd., który jest wtryskiwany od ciągu spalinowego za komorą spalania, a przed elektrofiltrem. Węgiel aktywny z zaadsorbowaną rtęcią jest następnie wychwytywany przez urządzenia do odpylania spalin, np. przez elektrofiltr lub filtr workowy. Skuteczność takiego procesu zależy głównie od ilości podawanego węgla aktywnego i może dochodzić do 98%. Przedstawiono także możliwość usuwania rtęci przez istniejące urządzenia do oczyszczania gazów, takie jak: elektrofiltry, filtry workowe i instalacje odsiarczania spalin, bez podawania węgla aktywnego.
 
REFERENCES (31)
1.
AGARWAL H., STENGER H.G., 2007 – Development of a predictive kinetic model for homogeneous Hg oxidation data. Mathematical and Computer Modelling 45.
 
2.
BOJARSKA K., 2006 – Concentration of mercury in Polish hard coals. MEC3 Third International Expert’sworkshop, Katowice June 5–7 2006.
 
3.
CHMIELNIAK T., POPOWICZ J., 2010 – Obniżenie emisji rtęci do atmosfery z procesów spalania węgla z wykorzystaniem pirolizy niskotemperaturowej – koncepcja realizacji procesu w skali przemysłowej. 11th International Conference on Boiler Technology, Aktualne Problemy Budowy i Eksploatacji Kotłów, Szczyrk CKiR Orle Gniazdo, 19–22 października 2010.
 
4.
CHMIELNIAK T., 2011 – Szanse i bariery w rozwoju technologii energetycznych paliw kopalnych. Polityka Energetyczna t. 14, z. 2, 23–34.
 
5.
CHMIELNIAK i in. 2000 – CHMIELNIAK K.C., ZYGARLICKE C.J., OLSON E.S., PAVLISH J.H., TOMAN D.L., 2000 – Evaluating mercury transformation mechanisms in a laboratory – scale combustion system. The Science of the Total Environment 261.
 
6.
GALBREATH K.C., ZYGARLICKE C.J., 2000 – Mercury transformations in coal combustion flue gas. Fuel Processing Technology 65–66.
 
7.
GŁODEK A., PACYNA J.M., 2009 – Mercury emission from coal-fired power plants in Poland. Atmospheric Environment 43, 5668–5673.
 
8.
GRUDZIŃSKI Z., 2010 – Konkurencyjność wytwarzania energii elektrycznej z węgla brunatnego i kamiennego. Polityka Energetyczna t. 13, z. 2, 157–170.
 
9.
HŁAWICZKA i in. 2001 – HŁAWICZKA S., KUBICA K., ZIELONKA U., WILKOSZ U., 2001 – Właściwości emisji metali ciężkich w procesie spalania węgla w paleniskach domowych. Archiwum Ochrony Środowiska 27.
 
10.
HŁAWICZKA S., 2008 – Rtęć w środowisku atmosferycznym. Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk, Zabrze.
 
11.
IWASHITA i in. 2004 – IWASHITA A., TANAMACHI S., NAKAJIMA T., TAKANASHI H., OHKI A., 2004 – Removal of mercury from coal by mild pyrolysis and leaching behavior of mercury. Fuel 83.
 
12.
KOBYŁECKI i in. 2006 – KOBYŁECKI R., WICHLIŃSKI M., BIS Z., 2006 – Efficient removal of mercury by autothermal fuel upgrading technology. MEC3 – Mercury Emissions from Coal, 3rd International Experts Workshop 5th–7th June 2006, Katowice, Poland.
 
13.
MALKO J., 2009 – Uwarunkowania polskiej polityki energetycznej. Polityka Energetyczna t. 12, z. spec. 2, 369–390.
 
14.
MERDES i in. 1998 – MERDES A.C., KEENER T.C., KHANG S.-J., JENKINS R.G., 1998 – Investigation into the fate of mercury in bituminous coal during mild pyrolysis. Fuel 77.
 
15.
OHKI i in. 2008 – OHKI A., SAGAYAMA K., TANAMACHI S., IWASHITA A., NAKAJIMA T., TAKANASHI H., 2008 – Release behaviour of mercury during mild pyrolysis of coal and nitric acid-treated coals. Powder Technology 180.
 
16.
OLKUSKI T., 2007 – Porównanie zawartości rteci w węglach polskich i amerykańskich. Polityka Energetyczna t. 10, z. spec. 2, 603–611.
 
17.
PAVLISH i in. 2010– PAVLISH J.H., HAMRE L., ZHUANG Y., 2010 – Mercury control technologies for coal combustion and gasification systems. Fuel 89, 838–847.
 
18.
SENIOR i in. 2000 – SENIOR C.L., SAROFIM A.F., ZENG T., HELBLE J.J., MAMANI-PACO R., 2000 – Gas – phase transformation of mercury in coal – fired Power plants. Fuel Processing Technology 63.
 
19.
SHAH i in. 2010 – SHAH P., STREZOV V., NELSON P.F., 2010 – Speciation of mercury in coal-fired power station flue gas. Energy Fuels 24, 205–212.
 
20.
SLOSS L., 2008 – Economics of mercury control. CCC/134.
 
21.
SLOSS L., 1995 – Mercury emissions and effects-the role of coal. IEAPER 19.
 
22.
SLOSS L., SMITH I.M., 2000 – Trace element emissions. IEA Coal Research.
 
23.
SMOLIŃSKI A., 2007 – Energetyczne wykorzystanie węgla źródłem emisji rtęci – porównanie zawartości tego pierwiastka w węglach. Ochrona Powietrza i Problemy Odpadów 41.
 
24.
WADE i in. 2012 – WADE C.B., THURMAN C., FREAS W., STUDENT J., MATTY D., MOHANTY D.K., 2012 – Preparation and characterization of high efficiency modified activated carbon for the capture of mercury from flue gas in coal-fired power plants. Fuel Processing Technology 97, 107–117.
 
25.
WANG i in. 2003 – WANG J., CLEMENTS B., ZANGANEH K., 2003 – An interpretation of flu-gas mercury speciation data from a kinetic point of view. Fuel 82.
 
26.
WICHLIÑSKI i in. 2011 – WICHLIÑSKI M., KOBY£ECKI R., BIS Z., 2011 – Emisja rtęci podczas termicznej obróbki paliw. Polityka Energetyczna t. 14, z. 2, 191–203.
 
27.
WICHLIŃSKI i in. 2012 – WICHLIŃSKI M., KOBYŁECKI R., BIS Z., 2012 – Mercury in Polish coals. Archive of Environmental Protection, artykuł w druku.
 
28.
WOJNAR K., WISZ J., 2006 – Rtêæ w polskiej energetyce. Energetyka 4 (59).
 
29.
XU i in. 2003 – XU M., QIAO Y., ZHENG C., LI L., LIU J., 2003 – Modeling of homogenous mercury specation using detailed chemical kinetics. Comustion and Flame 132.
 
30.
YANG i in. 2007 – YANG H., XU Z., FAN M., BLAND AA.E., JUDKINS R.R., 2007 – Adsorbents for capturing mercury in coal-fired boiler flue gas. Journal of Hazardous Materials 146, 1–11.
 
31.
ZAJUSZ-ZUBEK E., KONIECZYÑSKI J., 2003 – Dynamics of trace elements release in coal pyrolysis process. Fuel 82, 1281–1290.
 
ISSN:1429-6675