O2-CO2氣氛下流化床燃煤煙氣中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化機理研究.pdf

1、溫室氣體導(dǎo)致氣候變暖成為全球性熱點問題。燃煤電站是CO2最大排放源。在眾多CO2捕集技術(shù)中，O2/CO2循環(huán)流化床燃燒技術(shù)被認(rèn)為具有廣闊的應(yīng)用前景和經(jīng)濟優(yōu)勢，體現(xiàn)在NOx排放量低、低成本大規(guī)模減排和利用CO2潛力和近零排放等環(huán)保優(yōu)勢。但是在對O2/CO2燃燒煙氣進行凈化、壓縮等工序時，煙氣中的汞會與鋁形成汞齊從而腐蝕CO2壓縮機等設(shè)備，降低O2/CO2系統(tǒng)的安全性。因此O2/CO2循環(huán)流化床燃燒技術(shù)中汞的脫除十分必要。
　　本文采

2、用實驗研究、理論分析和熱力學(xué)計算相結(jié)合的方法對O2/CO2氣氛下流化床煤燃燒煙氣中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化機理進行了系統(tǒng)研究。研究內(nèi)容包括模擬富氧燃燒煙氣成分對汞形態(tài)轉(zhuǎn)化影響的機理、小型燃煤鼓泡流化床燃燒溫度和氧氣濃度以及過剩氧氣系數(shù)等對煙氣汞形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律的影響和機理、小型燃煤富氧循環(huán)流化床煙氣成分與Hg的內(nèi)在關(guān)聯(lián)、中型燃煤循環(huán)流化床濕煙氣循環(huán)試驗裝置中汞的排放與形態(tài)轉(zhuǎn)化特性，以及富氧氣氛下汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的熱力學(xué)預(yù)測模型等方面的科學(xué)問題。
　　設(shè)計

3、建造了立式管式爐汞形態(tài)轉(zhuǎn)化機理實驗裝置，并借助熱力學(xué)商業(yè)軟件FactSage對模擬空氣和富氧燃燒兩種氣氛下煙氣組分NO、SO2對Cl2氧化元素汞的影響機理進行了實驗和理論分析。結(jié)果表明，CO2、NO、SO2對Ch氧化元素汞有抑制作用;O2通過Cl和ClO基團來促進Cl2對元素汞的氧化作用;SO2通過消耗O基團來抑制Cl2對元素汞的氧化作用。當(dāng)模擬富氧燃燒氣氛中同時存在NO、SO2時，SO2對Cl2氧化元素汞的作用主要取決于NO濃度。在模

4、擬空氣燃燒氣氛下Cl2主要以三種形態(tài)存在:Cl2、Cl和ClO基團，三種形態(tài)的濃度比例隨溫度的變化而變化。在CO2氣氛下，CO2對Cl2氧化元素汞的影響機理可能是CO2通過與Cl基團反應(yīng)生成CCl3、CCl4、COCl和COCl2基團從而消耗Cl基團。
　　在6 kWth燃煤鼓泡流化床試驗裝置上，借助熱力學(xué)商業(yè)軟件FactSage探討了富氧燃燒氣氛下溫度、氧氣濃度以及過剩氧氣系數(shù)對汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律及機理，對比了不同煤種對汞形態(tài)

5、轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明，在富氧燃燒條件下:煙氣中Hg0濃度隨著燃燒溫度的升高而增加;Hg0和Hg2+隨著氧氣濃度和過剩氧氣系數(shù)的升高而增加。徐州煙煤燃燒煙氣中Hg2+(g)分布率低于空氣燃燒氣氛，而淮北煙煤的Hg2+(g)分布率則與之相反;煤種對汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響較大，主要與煤中的含硫量有關(guān)。
　　設(shè)計改造了6kWth燃煤循環(huán)流化床試驗裝置，探索了富氧氣氛下煙氣組分與汞形態(tài)轉(zhuǎn)化特性的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，以及煤種等對汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明:無

6、煙煤空氣燃燒條件下的Hg2+增長率比21％O2/79％CO2燃燒條件下的高;富氧氣氛下的Hg2+增長率隨氧氣濃度的增加而增加。借助于Langmuir-Hinshelwood、Eley-Rideal和Mars-Maessen非均相反應(yīng)機理模型獲得了無煙煤富氧燃燒條件下汞形態(tài)轉(zhuǎn)化機理。在空氣和富氧燃燒氣氛下，煙煤的Hg0和Hg2+濃度比無煙煤的低。富氧燃燒氣氛下兩種煤燃燒后的煙氣中Hg0和Hg2+比例相近;Hg0和Hg2+的增長率相差不大。

7、
　　在50kWth燃煤循環(huán)流化床濕煙氣循環(huán)試驗裝置上，借助熱力學(xué)理論分析探討了富氧燃燒氣氛下不同煤種對汞形態(tài)轉(zhuǎn)化特性的影響，結(jié)果表明，富氧燃燒氣氛下，氣態(tài)元素汞濃度比空氣燃燒下的高，Hg2+增長率比空氣燃燒下的高，NO、HCl和SO2能夠促進汞的氧化。富氧氣氛下高濃度的H2O相比空氣燃燒氣氛更能促進汞的氧化。模擬結(jié)果表明，在700-1400℃，富氧燃燒條件下HgCl2的濃度比空氣燃燒條件下的高;空氣燃燒條件下HgS在1400℃時