Mercury in bituminous coal used in Polish power plants

• Autorzy: Burmistrz P. , Kogut K.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2016-0034

Warianty tytułu

PL

Rtęć w węglach kamiennych spalanych w polskich elektrowniach i elektrociepłowniach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Poland is a country with the highest anthropogenic mercury emission in the European Union. According to the National Centre for Emissions Management (NCEM) estimation yearly emission exceeds 10 Mg. Within that approximately 56% is a result of energetic coal combustion. In 121 studied coal samples from 30 coal mines an average mercury content was 112.9 ppb with variation between 30 and 321 ppb. These coals have relatively large contents of chlorine and bromine. Such chemical composition is benefitial to formation of oxidized mercury Hg2+, which is easier to remove in Air Pollution Control Devices. The Hgr/Qir (mercury content to net calorific value in working state) ratio varied between 1.187 and 13.758 g Hg · TJ−1, and arithmetic mean was 4.713 g Hg · TJ−1. Obtained results are close to the most recent NCEM mercury emission factor of 1.498 g Hg · TJ−1. Value obtained by us is more reliable that emission factor from 2011 (6.4 g Hg · TJ−1), which caused overestimation of mercury emission from energetic coal combustion.

PL

Polska jest krajem o największej antropogenicznej emisji rtęci w Unii Europejskiej. Według najnowszych szacunków KOBiZE roczna emisja rtęci przekracza 10 Mg, w tym około 56% stanowi emisja ze spalania węgla w sektorze produkcji energii. W przebadanych 121 próbkach węgla kamiennego pochodzących z 30 kopalń zaopatrujących polskie elektrownie i elektrociepłownie średnia zawartość rtęci była równa 112,9 ppb, przy zakresie zmienności od 30 do 321 ppb. Węgle te zawierały stosunkowo dużo chloru (średnia 0,241%, przy zakresie zmienności od poniżej 0,05 do 0,45%) i bromu (średnia 14,8 ppm, przy zmienności od 1 do 38 ppm). Taki skład chemiczny sprzyja powstawaniu w spalinach rtęci utlenionej Hg2+, która jest łatwiejsza do usunięcia w procesach oczyszczania spalin. Wartość stosunku Hg r/Qi r (zawartość rtęci do wartości opałowej w warunkach roboczych) w badanych węglach zmieniała się w granicach 1,187÷13,758 g Hg TJ–1, a średnia arytmetyczna była równa 4,713 g Hg TJ–1. Biorąc pod uwagę, że w układ oczyszczania spalin usuwa średnio 46% rtęci dla kotłów pyłowych i 88% dla kotłów fluidalnych, uzyskana w badaniach wartość koreluje ze stosowanym w ostatnich raportach KOBiZE wskaźnikiem emisji równym 1,498 g Hg TJ–1. Wartość ta jest bardziej wiarygodna w porównaniu ze stosowaną do roku 2011 i równą 6,4 g Hg TJ–1, która była powodem przeszacowywania wielkości emisji ze spalania węgla kamiennego w energetyce.

Słowa kluczowe

EN

mercury; bituminous coal (hard coal); emission factor; combustion; power industry

PL

rtęć; węgiel kamienny; wskaźnik emisji; spalanie; energetyka

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 61, no. 3
• Strony: 473--488
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Burmistrz P.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Energy & Fuels, 30 Mickiewicz Av., 30-059 Kraków, Poland

autor

Kogut K.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Energy & Fuels, 30 Mickiewicz Av., 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Belkin H.E., Finkelman R.B., Wang Q., Wang B., Zheng B. 2009. Mercury in China coals. Abstracts of the 21st Annual Meeting of the Society for Organic Petrology, vol. 21, p. 28.
• [2] Buitrago P.A., 2011. Gas-phase Mercury Oxidation: Effect of Bromine, Chlorine and SO2 under Air Firing and Oxy-fuel Conditions, Experimental and Modelling Study. University of Utah.
• [3] Burmistrz P., Bytnar K., Kogut K., Rychcik P., Stelmach S., 2008. Wiarygodność wyników badań węgla kamiennego. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 24, p. 33-48.
• [4] Cao Y., Gao, Z.Y., Zhu J.S., Wang Q., Huang Y., Chiu Ch., Parker B., Chu P., Pan W.P., 2008. Impacts of Halogen Additions on Mercury Oxidation, in A Slipstream Selective Catalyst Reduction (SCR), Reactor When Burning Sub-Bituminous Coal. Environmental Science & Technology, 42, p. 256-261.
• [5] Chmielniak T., Głód K., Misztal E., Kopczyński M., 2010. Mercury Emission from Coal-fired Power Plants. Przemysł Chemiczny, 89, 6, p. 775-778.
• [6] Commission of the European Communities, 2004. Directorate General of Health and Consumer Protection; Assessment of the Dietary Exposure to Arsenic, Cadmium, Lead and Mercury of the Population of the EU Member States. Brussels.
• [7] Department of Environmental Protection, 2002. Evaluation of the Technological and Economic Feasibility of Controlling and Eliminating Mercury Emissions from the Combustion of Solid Fuels. Emissions Standard for Power Plants. Boston.
• [8] Galbreath K.C., Zygarlicke C.J., 2000. Mercury Transformation in Coal Combustion Flue Gas. Fuel Processing Technology, 65-66, p. 289-310.
• [9] Gale T., Lani B., Offen G., 2008. Mechanism Governing the Fate of Mercury in Coal-fired Power System. Fuel Processing Technology, 89, p. 139-151.
• [10] Gerasimov G.Y., 2005. Investigation of the Behavior of Mercury Compounds in Coal Combustion Products. Journal of Engineering and Thermophysics, 78 (4), p. 668-676.
• [11] Gostomczyk M.A., Jędrusik M., Świerczok A., 2010. Ograniczenie emisji rtęci z procesów spalania węgla. Współczesne osiągnięcia w ochronie powietrza atmosferycznego – POL-EMIS, Polanica Zdrój, 16-19 czerwca 2010, p. 135-144.
• [12] Hall B., Schager B., Lindqvist O., 1991. Chemical Reactions of Mercury on Combustion Flue Gases. Water, Air, Soil Pollution, 56, p. 3-14.
• [13] Hławiczka S., Cenowski M., Fudała J., 2006. Inwentaryzacja emisji niemetanowych lotnych związków organicznych i metali ciężkich za rok 2005. IETU Report, Katowice.
• [14] Jiang J., Hao J., Wu Y., Danid G.S., Duan L., Tian H., 2005. Development of Mercury Emission Inventory from Coal Combustion in China. Environmental Science, 26, p. 34-39.
• [15] KOBiZE, 2011. Poland’s Informative Inventory Report 2011.
• [16] KOBiZE, 2013. Poland’s Informative Inventory Report 2013.
• [17] Krajowa Inwentaryzacja emisji SO2, NOx, CO, NH3, NMLZO, pyłów, metali ciężk ich i TZO za lata 2008-2009 w układzie klasyfikacji SNAP i NFR. KOBiZE, Warszawa, 2011.
• [18] Krajowy bilans emisji SO2, NOx, CO, NH3, NMLZO, pyłów, metali ciężkich i TZO za lata 2010-2011 w układzie klasyfikacji SNAP – Raport syntetyczny. KOBiZE, Warszawa 2013.
• [19] Lippmann M., 2009. Environmental Toxicants – Human Exposures and Their Health Effects. Wiley, New Jersey.
• [20] Niksa S., Fujiwara N., 2005. Predicting Extents of Mercury Oxidation in Coal-Derived Flue Gases. Journal of the Air & Waste Management Association, 55, p. 930-939.
• [21] Nguyen Y.V., Pessione G.F., 2008. A Three Year Assesment of Mercury Mass Balance from Lambston’s Coal Fired Boiler Equipped with FGD and SCR. Power Plant Air Pollution Control Symposium, Baltimore, August 28-31, 2008.
• [22] Pacyna E.G., Pacyna J.M., Sundseth K., Munthe J., Kindbom K., Wilson S., 2009. Global Emission of Mercury to the Atmosphere from Anthropogenic Sources in 2005 and its Future Projection until 2020. MEC6-6th Int. Experts Workshop, Lubliana, Slovenia, 22-24 April, 2009.
• [23] Streets D.G., Hao J., Wu Y., Jiang J., Chan M., Tian H., Feng X., 2005. Anthropogenic Mercury Emissions in China. Atmospheric Environment, 39, p. 7789-7806.
• [24] UNEP, 2013. Mercury.Time to Act; Geneve.
• [25] US EPA, 1998. A Study of Hazardous Air Pollutant Emissions from Electric Utility Steam Generating Units: Final Report to Congress. EPA-453/R-98-004a; US EPA Office of Air Quality Planning and Standards, US Government Printing Office, Washington DC.
• [26] US EPA, 2002. Control of Mercury Emissions from Coal-fired Electric Utility Boilers. Interim Report Including Errata Data, 3-21-02, EPA-600/R-01-109.
• [27] US EPA, 2002. ICR data. http://www.epa.gov/ttn/atw/combust/utiltox/icrdata.xls, January 29, 2002.
• [28] US EPA, 1997. Mercury Study Report to Congress. EPA-452/R-97-003; US EPA Office of Air Quality Planning and Standards, US Government Printing Office, Washington DC.
• [29] Wang Q., Shen W., Ma Z., 1999. The Estimation of Mercury Emission from Coal Combustion in China. China Environmental Science, 19, p. 318-321.
• [30] Wang S.X.L., Zhang L., Li G.H., Wu Y., Hao J., Pirrone N., Sprovieri F., Ancone M.P., 2010. Mercury Emission and Speciation of Coal-fired Power Plants in China. Atmospheric Chemistry and Physics, 10, p. 1183-1192.
• [31] Wang Y., Yufeng D., Yang L., Zhao C., Shen X., Zhang M., Zhuo Y., Chen C., 2009. Experimental Study on Mercury Transformation and Removal in Coal-fired Boiler Flue Gas. Fuel Processing Technology, p. 643-651.
• [32] Wichliński M., 2011. Zawartość i sposoby usuwania rtęci z polskich węgli energetycznych – rozprawa doktorska. Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii i Ochrony Środowiska (praca niepublikowana).
• [33] Wojnar K., Wisz J., 2006. Rtęć w polskiej energetyce. Energetyka, 59 (4), p. 280-284.
• [34] Wydział Energetyki i Paliw AGH, 2011. Wyniki analiz polskich węgli kamiennych i brunatnych wykonanych przez pracowników Wydziału Energetyki i Paliw AGH. Kraków (praca niepublikowana).
• [35] Zhang L., Zhuo Y., Chen L., Xu X., Chen Ch., 2008. Mercury Emission from Six Coal-fired Power Plants in China. Fuel Processing Technology, 89, p. 1033-1040.
• [36] Zhang C., Chen G., Yang T., Guoging L., Mak C., Kelly D., Xu Z., 2007. An Investigation on Mercury Association in an Alberta Sub-bituminous Coal. Energy & Fuels, 21, p. 485-490.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę