溴化物氧化脱除燃煤汞的实验及均相反应动力学研究

摘要

燃煤电厂是目前最大的人为汞排放源,烟气中的氧化态汞(Hg2+)和颗粒态汞(Hgp)容易被现有的污染物控制装置所脱除,而单质汞(Hg0)很难被捕捉,如能应用适当的方法将单质汞转化为氧化态形式,将会大大提升脱汞效率。本文主要从实验和动力学模拟两个方面展开研究了溴对燃煤烟气汞形态转化的影响。
　　在管式炉实验台架上进行了在煤燃烧过程中添加NH4Br对汞形态转化和NO释放特性影响的实验研究。讨论了煤种、温度、溴化铵添加比例等因素对燃煤烟气中单质汞形态和NO的影响。
　　实验结果表明:溴化铵能在试验温度下有效的将烟气中的Hg0氧化为Hg2+。较低温度下,氧化态汞的浓度随溴化铵添加比例的升高而增加,较高温度下氧化率有所降低;溴化铵对六盘水燃煤烟气汞的氧化效果在1000℃时最好,对高平煤在900℃时最好。另一方面,溴化铵能明显促进NO还原,抑制其生成,800-1100℃,两种燃煤烟气NO的生成总量都大为减少;溴化铵对高平煤烟气的脱硝作用1000℃最好,对六盘水煤900℃最好。
　　以化学动力学为基础,发展了一个涉及Hg/C/H/O/N/S/Cl/Br八种元素,包括90种物质,362个基元反应的较为全面的溴对汞的均相氧化动力学模型。通过CHEMKIN软件利用该模型模拟燃煤烟气中添溴后汞的迁徙、转化规律,并与实验结果进行比照,更加准确全面地描述烟气中汞形态转化规律。
　　敏感性分析表明烟气中溴对汞进行氧化的主要反应通道是:Hg+Br2=HgBr2。分析烟气组分对溴引起的汞形态转化的影响作用时,模拟结果与实验结果吻合较好,取得的主要结论如下:HBr对Hg的氧化能力比HCl要强得多;NO对汞的氧化几乎没有影响;SO2的存在会抑制汞的氧化。富氧燃烧中燃烧气氛和氧浓度对汞的氧化几乎没有影响;而H2O会抑制汞的氧化。

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1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 汞的性质及危害

1.3 燃煤过程中汞的排放及控制

1.4 卤素化合物对燃煤汞氧化的研究现状

1.5 汞的氧化反应动力学模拟的研究现状

1.6 本课题的研究内容

2 煤燃烧过程中NH4Br对汞氧化的实验研究

2.1 燃煤烟气中汞的测定与分析方法

2.2 实验采用的Ontario Hydro方法

2.3 实验装置及实验方法

2.4 温度对烟气中汞形态的影响

2.5 溴化铵添加比例对燃煤烟气中汞形态的影响

2.6 本章小结

3 煤燃烧过程中NH4Br对NO释放影响的实验研究

3.1 实验装置及实验方法

3.2 温度对燃煤烟气中NO释放的影响

3.3 溴化铵添加比例对燃煤烟气中NO释放的影响

3.4本章小结

4 煤燃烧过程中溴对汞氧化影响的动力学模拟研究

4.1 化学反应动力学基本理论与软件介绍

4.2 Hg/C/H/N/S/Cl/Br复杂体系中均相氧化反应动力学模型的建立

4.3 反应路径分析

4.4 烟气成分对汞形态转化的影响

4.5 富氧气氛对汞形态转化的影响

4.6 本章小结

5 全文总结

5.1 本文主要工作和研究方法

5.2 本文主要结论

5.3 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文目录