煤燃燒過程中汞排放及其控制的實驗及機理研究.pdf

1、煤燃燒引起的汞排放是大氣汞排放的最主要來源，已對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成極大危害，其相關(guān)研究已成為當(dāng)今國際前沿課題。 本文在對煤中汞的分布、賦存特性以及國內(nèi)外有關(guān)汞的遷移轉(zhuǎn)化和控制的研究狀況進行充分了解和分析歸納的基礎(chǔ)上對幾種典型中國煤種的汞釋放規(guī)律、形態(tài)分布特征、氧化和吸附機理進行了深入的試驗和計算模擬研究，獲得了汞形態(tài)分布與煤種、氯、硫、CaO、溫度等的關(guān)系規(guī)律, 揭示了煙氣組分如氯、硫等對汞氧化的均相機理, 建立了CaO對汞

2、的吸附模型并計算獲得了吸附反應(yīng)速率常數(shù)，為汞釋放控制技術(shù)的開發(fā)奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。 論文首先利用F*A*C*T分析了汞和氯、硫元素的相互作用，氧化鈣添加劑和汞之間的相互作用。平衡分析表明，在煤燃燒產(chǎn)生的氧化性氣氛的煙氣中，高硫含量會抑制單質(zhì)汞的排放。煤中硫/氯比率較“低”時，硫元素基本上不影響煙氣中汞的形態(tài)分布，取而代之的是氯元素，低溫段，汞主要以氣相的氯化物形式存在；高硫-氯比例會抑制氯化汞的形成。預(yù)測結(jié)果還表明添加CaO(s)前

3、后，汞在煙氣中的行為特性變化不大。CaO(s)主要是通過減少灰粒表面積和/或改變飛灰礦物學(xué)和形態(tài)學(xué)特性影響煙氣中汞的分布特性。 在垂直剛玉沉降爐及一維實驗爐上研究了煤燃燒過程中汞的排放總量以及燃煤煙氣中汞的化學(xué)形態(tài)分布。沉降爐實驗中氣態(tài)汞和顆粒態(tài)汞的比例分別為63-90％和5-37％，四種煤的二價汞Hg2+(g)比例幾乎相同；煙氣中的氣態(tài)汞主要以單質(zhì)汞Hg0(g)的形式存在，占氣態(tài)汞總量的59％-75％。一維爐實驗中由于大量飛灰

4、對氣態(tài)汞的吸附，大部分的汞則以顆粒態(tài)形式存在，占總汞的比例為52-89％，氣態(tài)汞占總汞的比例僅為11-48％；煙氣中單質(zhì)汞Hg0(g)是氣態(tài)汞主要形式，占氣態(tài)汞總量的52％-83％，而二價汞僅占17％-48％。 在高溫電阻爐實驗系統(tǒng)和垂直剛玉沉降爐系統(tǒng)上研究了CaO添加劑對汞排放的控制能力。層燃條件下，向六盤水煙煤、小龍?zhí)逗置汉秃仙綗o煙煤三種煤中摻入CaO添加劑后，煤中氣態(tài)汞的排放明顯受到抑制。在不同Ca/S比下，CaO(s)對

5、不同煤種汞析出的抑制效果不同，變化范圍較大，汞吸附的最佳溫度也不同。垂直剛玉沉降爐實驗結(jié)果表明增加CaO(s)的摻入量，可看到顆粒態(tài)汞比例明顯增加；CaO(s)可以很好地吸附HgC12(g)，對HgCl2(g)的吸附效率可達到50％，但是對于單質(zhì)汞的吸附效率卻很低。 在燃煤煙氣中汞均相化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)上，利用CHEMKIN軟件包對燃煤煙氣不同氣相組分對汞氧化的影響進行了分析討論。煙氣中的Cl(g)及Cl2(g)是汞氧化過程中最關(guān)鍵的

6、活性物質(zhì)，只有在建立起足夠高濃度“Cl原子池”的基礎(chǔ)上，汞的氧化才能得以迅速進行. 在電廠煙氣O2(g)濃度范圍內(nèi)，O2(g)僅微弱促進汞的均相氧化。SO2(g)會抑制汞的氧化，煙氣中的H2O(g)是一種很強的抑制劑。在Freundlich吸附等溫式的基礎(chǔ)上建立了CaO吸附劑脫除煙氣中汞的數(shù)學(xué)模型，模型分析表明CaO吸附劑對HgCl2(g)的吸附反應(yīng)速度常數(shù)為2.56×107×exp(635.9/RT)。 文中還通過化學(xué)熱力學(xué)平