燃煤煙氣汞形態(tài)轉(zhuǎn)化及脫除機(jī)理研究.pdf

1、本文論述了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外燃煤電廠的汞排放和形態(tài)轉(zhuǎn)化研究現(xiàn)狀，著重描述了燃煤煙氣中氣態(tài)單質(zhì)汞的均相氧化和氣固吸附作用。并進(jìn)一步總結(jié)了當(dāng)前污染物控制裝置的脫汞特性和多種污染物聯(lián)合脫除的新方法。 基于當(dāng)前國(guó)內(nèi)燃煤電廠汞排放和形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律研究和數(shù)據(jù)匱乏之現(xiàn)狀，選取了六個(gè)我國(guó)具有代表性的燃煤電廠，使用OHM和HydryAA等方法及設(shè)備進(jìn)行燃煤電廠的汞排放和形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律研究。通過比較得到了燃煤電廠煤種、鍋爐燃燒方式、鍋爐容量、運(yùn)行負(fù)荷和污染物控

2、制裝置型式等因素對(duì)汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律。煤中的Cl和S等元素是影響氣態(tài)單質(zhì)汞Hg0(g)均相氧化的主要成分；Cl元素及其化合物是影響除塵裝置脫汞效率的最主要因素，飛灰殘?zhí)家财鸬街匾淖饔?；循環(huán)流化床鍋爐比煤粉鍋爐更有利于控制汞的氣態(tài)排放；隨著鍋爐容量增大，煤粉爐的大氣汞排放量增加；機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷降低，氣態(tài)汞排放比例總體呈降低趨勢(shì)。這與容量和負(fù)荷的改變所造成的飛灰含碳量的高低有關(guān)。 使用DMA80全自動(dòng)測(cè)汞儀對(duì)六個(gè)電廠除塵器灰中汞含

3、量進(jìn)行測(cè)定，并結(jié)合激光粒度分析儀、N2吸附儀、掃描電鏡(SEM)和X射線能譜分析儀(EDX)等儀器的分析，得到了汞在固態(tài)產(chǎn)物中的富集規(guī)律及其影響因素。研究發(fā)現(xiàn)，隨著取樣地點(diǎn)接近煙道下游，煙氣溫度降低，固態(tài)產(chǎn)物中汞的富集因子總體呈升高趨勢(shì)，明顯帶有物理吸附的特征；靜電除塵器的各電場(chǎng)灰中，汞富集因子從一電場(chǎng)到三電場(chǎng)逐漸增大，三電場(chǎng)處達(dá)到最大值，而四電場(chǎng)則有所減小；飛灰殘?zhí)?、煙氣中氯及其化合物含量、飛灰孔結(jié)構(gòu)特性是影響汞富集因子的最直接因素，

4、而飛灰殘?zhí)际亲钪饕蛩亍?在模擬煙氣固定床吸附及催化氧化試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)上，利用不同電場(chǎng)灰及鈣基類吸附劑在不同溫度和氣氛條件下進(jìn)行了氣態(tài)單質(zhì)汞Hg0(g)的固定床吸附及催化氧化反應(yīng)特性試驗(yàn)研究。建立了含汞模擬煙氣在流經(jīng)吸附劑料層時(shí)的形態(tài)轉(zhuǎn)化模型，用以對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。發(fā)現(xiàn)所選取的大部分吸附劑對(duì)氣態(tài)單質(zhì)汞Hg0(g)都同時(shí)具有吸附能力和催化氧化能力，并且隨溫度和氣氛而有所變化，吸附率的大小跟表面特性和溫度有關(guān)，催化氧化率則與吸附劑表面

5、成分與氣氛有關(guān)。 選取新式整體脫硫工藝(NID)半干法煙氣脫硫裝置為研究對(duì)象，對(duì)其入爐煤樣、底渣、預(yù)除塵器灰、新鮮脫硫劑、循環(huán)脫硫混合灰和煙氣等進(jìn)行了取樣分析研究，獲得了汞排放濃度數(shù)據(jù)，得到了NID系統(tǒng)的汞平衡。研究了NID系統(tǒng)不同運(yùn)行工況條件下的硫、汞聯(lián)合脫除特性，探討了系統(tǒng)的脫汞機(jī)理。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)NID系統(tǒng)脫硫效率在84.86％～97.28％之間，脫汞效率可達(dá)86.6％～92.2％，且隨著水鈣比、消化水溫以及生石灰品質(zhì)的提高，系

6、統(tǒng)的脫硫效率以及脫硫灰中汞的富集系數(shù)都有增大的趨勢(shì)。脫硫塔內(nèi)85℃左右的溫度使得在吸附劑表面形成良好的脫硫氛圍，更加有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行；高的循環(huán)倍率不僅使得吸附劑具有很高的利用率，而且脫硫塔內(nèi)部的顆粒密度很高，再加上流化床傳質(zhì)良好的特點(diǎn)，使煙氣中的硫、汞等污染物可以被高效地脫除。 綜合考慮吸附作用和吸附劑中活性位(催化劑)在O2氣氛條件下對(duì)氣態(tài)單質(zhì)汞Hg0(g)的催化氧化作用，建立了固定床單質(zhì)汞吸附及催化氧化數(shù)學(xué)模型。該模型由

7、吸附子模型和催化氧化子模型組成。在吸附動(dòng)力學(xué)子模型中，考慮了顆粒內(nèi)外的傳質(zhì)控制過程和表面反應(yīng)過程的綜合作用；在催化氧化子模型中，認(rèn)為氣態(tài)單質(zhì)汞Hg0(g)和O2兩種反應(yīng)物質(zhì)在催化劑表面上進(jìn)行的是雙分子不可逆反應(yīng)(即遵循Langmuir-Hinshelwood機(jī)理)。采用該模型對(duì)飛灰和活性炭在不同操作條件下的吸附過程和Ca(OH)2以及兩種不同飛灰的吸附及非均相催化反應(yīng)進(jìn)行了模擬計(jì)算，并預(yù)測(cè)了在吸附劑和反應(yīng)溫度不變的條件下改變固定床系統(tǒng)的