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

1、溫室氣體導(dǎo)致氣候變暖成為全球性熱點(diǎn)問(wèn)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(jì)優(yōu)勢(shì)，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(shì)。但是在對(duì)O2/CO2燃燒煙氣進(jìn)行凈化、壓縮等工序時(shí)，煙氣中的汞會(huì)與鋁形成汞齊從而腐蝕CO2壓縮機(jī)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(shí)驗(yàn)研究、理論分析和熱力學(xué)計(jì)算相結(jié)合的方法對(duì)O2/CO2氣氛下流化床煤燃燒煙氣中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究?jī)?nèi)容包括模擬富氧燃燒煙氣成分對(duì)汞形態(tài)轉(zhuǎn)化影響的機(jī)理、小型燃煤鼓泡流化床燃燒溫度和氧氣濃度以及過(guò)剩氧氣系數(shù)等對(duì)煙氣汞形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律的影響和機(jī)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(yàn)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(cè)模型等方面的科學(xué)問(wèn)題。
　　設(shè)計(jì)

3、建造了立式管式爐汞形態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)理實(shí)驗(yàn)裝置，并借助熱力學(xué)商業(yè)軟件FactSage對(duì)模擬空氣和富氧燃燒兩種氣氛下煙氣組分NO、SO2對(duì)Cl2氧化元素汞的影響機(jī)理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論分析。結(jié)果表明，CO2、NO、SO2對(duì)Ch氧化元素汞有抑制作用;O2通過(guò)Cl和ClO基團(tuán)來(lái)促進(jìn)Cl2對(duì)元素汞的氧化作用;SO2通過(guò)消耗O基團(tuán)來(lái)抑制Cl2對(duì)元素汞的氧化作用。當(dāng)模擬富氧燃燒氣氛中同時(shí)存在NO、SO2時(shí)，SO2對(duì)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(tuán)，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(duì)Cl2氧化元素汞的影響機(jī)理可能是CO2通過(guò)與Cl基團(tuán)反應(yīng)生成CCl3、CCl4、COCl和COCl2基團(tuán)從而消耗Cl基團(tuán)。
　　在6 kWth燃煤鼓泡流化床試驗(yàn)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(guò)剩氧氣系數(shù)對(duì)汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律及機(jī)理，對(duì)比了不同煤種對(duì)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(guò)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(duì)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(jì)改造了6kWth燃煤循環(huán)流化床試驗(yàn)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(duì)汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明:無(wú)

6、煙煤空氣燃燒條件下的Hg2+增長(zhǎng)率比21％O2/79％CO2燃燒條件下的高;富氧氣氛下的Hg2+增長(zhǎng)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(jī)理模型獲得了無(wú)煙煤富氧燃燒條件下汞形態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)理。在空氣和富氧燃燒氣氛下，煙煤的Hg0和Hg2+濃度比無(wú)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(zhǎng)率相差不大。

7、
　　在50kWth燃煤循環(huán)流化床濕煙氣循環(huán)試驗(yàn)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(duì)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(zhǎng)率比空氣燃燒下的高，NO、HCl和SO2能夠促進(jìn)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(jìn)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(shí)