燃煤电厂的汞排放和飞灰吸附特性研究

摘要

本文采用美国EPA推荐的烟气中汞浓度标准测试方法(Ontario Hydro Method)，首次在国内对使用布袋除尘器的燃煤电厂进行了汞浓度现场测试，并获得了国内六个燃煤电厂的汞浓度质量平衡，得到了六个电厂的汞排放形态、汞排放因子、飞灰汞富集因子和脱汞效率。在污染物控制装置ESP/FGl3/FF前后的烟道中，取样并分析了烟气中汞浓度，对锅炉入炉煤、底渣和飞灰等固体样品同时取样并分析其汞含量；讨论了烟气汞形态浓度的分布特性和汞排放的各种影响因素。结果表明，六个燃煤电厂汞浓度现场测试的总体汞质量平衡在83％～120％之间，底渣中汞的质量份额小于1％，烟气中汞浓度在0.03～37.47μg/Nm<'3>范围内变化，电厂汞排放因子在0.043～11.246 g/10<'12>J之间，布袋除尘器的脱汞效率在70％左右。影响燃煤电厂汞形态分布和汞排放的主要因素是煤种，污染物控制装置类型和烟气成分等。烟气中氧化汞的形成与煤中氯含量、烟气中HCl、Cl<,2>和NOx呈正相关关系，布袋除尘器比静电除尘器有更高的汞氧化作用。 采用氮气等温吸附(77K)法检测分析了燃煤电厂ESP各个电场飞灰和FF飞灰的比表面积、孔比表面积、孔容积及其分布等飞灰表面孔隙结构参数；用扫描电镜(SEM)和X射线能谱分析(EDX)法，分析了飞灰样品的表观形貌特征和表面元素组成及化学成分：根据吸附理论计算得到了飞灰的分形维数；综合分析了以上测量参数对飞灰吸附汞的影响作用。首次在飞灰孔隙结构对汞吸附影响的研究中引入分形维数，并得出静电除尘器和布袋除尘器飞灰的分形维数和汞吸附量之间的关系。研究结果表明，布袋除尘器和静电除尘器的飞灰汞吸附以物理吸附为主；飞灰含碳量对汞吸附量基本上呈正相关，飞灰对汞的吸附不仅与飞灰颗粒的粒径、比表面积、孔容积有关，还与飞灰的粒径分布、颗粒的堆积状态、孔比表面积的有效利用率有关。孔分布越宽越有利于对汞的吸附；微孔越发达、孔隙率越大且微孔比表面积利用率越高，越有利于汞的吸附。存在一个最佳的分形维数值D<,0>使得飞灰对汞的物理吸附和化学吸附最为充分，其值在2.55和2.7之间。飞灰对汞的化学吸附与其表面的碱性氧化物有关，物理吸附与化学吸附同时发生，二者之间相互作用，相互影响。飞灰对汞的吸附是物理吸附、化学吸附和化学反应同时发生作用的结果。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

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第一章绪论

§1.1课题研究背景

§1.2国内外研究进展

§1.2.1煤中汞含量和赋存形态

§1.2.2燃煤汞排放控制

§1.3吸附剂

§1.3.1活性炭

§1.3.2飞灰

§1.3.3钙基类吸附剂

§1.3.4矿物类吸附剂

§1.3.5其它吸附剂

§1.4本文的主要研究内容

§1.4.1燃煤电厂汞排放特性

§1.4.2飞灰对汞的吸附特性

§1.5本章小结

第二章汞分析方法及实验仪器

§2.1汞分析方法

§2.1.1烟气中汞

§2.1.2煤粉、飞灰和底渣中汞

§2.2其它分析方法及仪器

§2.3孔隙结构实验仪器

§2.3.1氮气吸附仪

§2.3.2扫描电镜和X射线能谱分析仪

§2.4本章小结

第三章国内六个燃煤电厂的汞排放特性

§3.1燃煤电厂汞测试

§3.2燃煤电厂汞测试结果与分析

§3.2.1电厂汞的质量平衡

§3.2.2烟气汞形态与汞排放因子

§3.3影响燃煤电站汞排放的因素

§3.3.1煤种

§3.3.2煤中氯

§3.3.3烟气成分

§3.4燃煤飞灰中汞的富集因子

§3.5本章小结

第四章飞灰对汞的吸附特性

§4.1汞的吸附研究现状

§4.2 ESP电场飞灰的取样

§4.3飞灰对汞吸附的影响

§4.3.1颗粒物控制装置

§4.3.2锅炉负荷

§4.3.3粒径和比表面积

§4.3.4含碳量

§4.3.5孔隙结构特性

§4.3.6表观结构

§4.3.7 X射线能谱分析

§4.4飞灰分形维数对汞的吸附影响

§4.5飞灰对汞的化学吸附

§4.6本章小结

第五章全文总结与展望

§5.1全文总结

§5.2创新之处

§5.3不足之处及展望

致谢

参考文献

作者在硕士期间发表的论文