Celem pracy było opracowanie metodyki specjacji rtęci w spalinach generowanych w procesach energetycznego spalania węgli.
Znajomość form rtęci, które są obecne w spalinach umożliwia zastosowanie najbardziej skutecznych metod jej usuwania. Specjacja rtęci w spalinach nie jest zadaniem prostym. Jest to związane ze specyficznymi właściwościami rtęci (wysoka lotność, zdolność do adsorpcji i desorpcji). Obecnie na rynku istnieje kilka urządzeń umożliwiających specjację rtęci w spalinach m.in. analizatory firmy Tekran, PC Analytical, Nippon. Ich zastosowanie do celów badawczych wymagających zmiany miejsca poboru próbki jest ograniczone.
W celu oznaczania rtęci w spalinach został zaprojektowany, skonstruowany i przetestowany mobilny układ pomiarowy do specjacji rtęci. Po zapoznaniu się z istniejącymi urządzeniami zdecydowano się na dostosowanie do pomiarów rtęci w spalinach, pochodzących ze spalania węgla zestawu specjacyjnego firmy Nippon EMP-2 WLE-8. Zasada pomiarowa zestawu firmy Nippon opiera się na redukcji Hg2+za pomocą SnCl2 i oznaczaniu Hg0 detektorami CV AAS.
Jeden z detektorów mierzy Hg0 występujące w spalinach, drugi sumę Hg0 ze spalin i Hg0 pochodzącego z redukcji Hg2+. Zakupiony zestaw pomiarowy nie był przystosowany do pomiarów rtęci w spalinach, dlatego w wyniku prac badawczych, projektowych i konstrukcyjnych zestaw pomiarowy został dodatkowo wyposażony w filtr pyłowy, sondę, linię transferu próbki, trójnik grzany. Układ pomiarowy został dodatkowo wyposażony w system kontroli przepływu i ciśnienia. Cała linia transferu próbki jest wykonana z PTFE lub szkła. Temperatura linii transferu próbki może być dostosowana do temperatury spalin. Ze względu na problemy z desorpcją rtęci z popiołu zatrzymanego przez filtr pyłowy zdecydowano się na zastosowanie głowicy filtrującej wyposażonej w niezależną grzałkę umożliwiającą wstępne rozgrzanie filtra do temperatury spalin. W czasie pomiaru filtr jest ogrzewany za pomocą spalin, co wyklucza desorpcję rtęci z popiołu. Skonstruowany zestaw pomiarowy działa poprawnie. W wyniku testów opracowana została procedura pomiarowa.
Wszystkie pomiary zawartości rtęci w spalinach były wykonywane za pomocą mobilnego układu do specjacji rtęci w spalinach w Elektrowni Łaziska w Łaziskach Górnych (Tauron Wytwarzanie S.A). Pomiary specjacyjne rtęci prowadzono w spalinach surowych (pobór próbki przed ESP) i oczyszczonych (pobór próbki za ESP i FGD) bloków energetycznych nr 11 i 12 o mocy 225 MW oraz na instalacji demonstracyjnej do pomiarów i redukcji rtęci w spalinach z procesów spalania węgla. Na podstawie przeprowadzonych badań ustalono, że zawartości gazowej rtęci całkowitej i elementarnej w spalinach, wyniosły średnio 2,1 μg HgT/Nm3 i 1,2 μg Hg0/Nm3. Najmniejszy udział Hg2+ 0-17% stwierdzono
podczas pomiarów emisji rtęci za instalacją FGD (komin 65 m) - praktycznie cała emitowana do atmosfery rtęć jest rtęcią elementarną.
"Mercury speciation in flue gases from steam coal combustion"
The aim of the study was to develop a methodology of mercury speciation in flue gases from steam coal combustion.
Knowledge about mercury forms occurring in flue gases makes it possible to apply the most effective methods of its removal. Speciation of mercury in flue gases is not a simple task. It is connected with specific properties of mercury (high volatility, adsorption and desorption ability). Currently there are several devices on the market for speciation of mercury in flue gases, including analysers made by Tekran, PC Analytical and Nippon companies. Their use for research purposes, when sampling point is changed, is rather limited. For the purpose of determining mercury content in flue gases, mobile measurement system for mercury speciation was designed, constructed and tested. After review of existing apparatus, it was decided to adjust speciation set EMP-2 WLE-8 made by Nippon for measurements of mercury content in flue gases from coal combustion. Measurement principle of the Nippon analyser is based on reduction of Hg2+ with the use of SnCl2 and determining Hg0
with CV AAS detectors. One of the detectors measures Hg0 in flue gases, the other — sum of Hg0 from flue gases and Hg° from reduction Hg2+. The purchased device was not adjusted to measuring mercury in flue gases, therefore as a result of research, design and construction works, the apparatus was additionally equipped with: dust filter, probe, sample transfer line, heated T-pipe. The measuring system was also equipped with flow and pressure control system. The whole sample transfer line is made of PTFE or glass. The temperature of sample transfer line can be adjusted to flue gases temperature. Because of problems with mercury desorption from ashes stopped by dust filter, it was decided to apply filtration head with independent heater enabling preliminary heating of the filter to flue gases temperature. When taking measurements, the filter is heated by flue gases, what excludes mercury desorption from ash. The developed mobile mercury speciation system worked properly. As a result of trials, measuring procedure was worked out.
All measurements of mercury content in flue gases were taken with the mobile system for mercury speciation in flue gases in Łaziska Power Plant in Łaziska Górne, one of divisions of Tauron Wytwarzanie S.A. Mercury speciation measurements were taken in raw flue gases (samples taken before ESP) and cleaned flue gases (samples taken after ESP and FGD) of 225 MW power units no 11 and 12 and on the demonstration installation for measuring and reduction mercury in flue gases from coal combustion processes. Based on the test results, it was found that the average concentrations of total and elemental mercury in the flue gases were 2.1 mg/Nm3 and 1.2 mg /Nm3 respectively. The lowest share of Hg2+ 0-17% was found when mercury emission measurements were taken after FGD installation (stack 65 m) - practically all mercury emitted to the atmosphere is elemental mercury.
