高汞煤燃烧过程中汞的析出规律试验研究

针对3种中国典型的高汞煤,利用马弗炉和管式试验炉进行了燃烧温度、燃烧时间等条件因素影响燃煤汞的析出及形态迁移转化的试验研究。研究表明,燃烧条件下加热时间对典型高汞煤中汞的析出率的影响不明显;高汞煤燃烧后,煤中汞在很短时间内即以气态方式进入烟气,并主要以二价汞(Hg2 )和零价汞(Hg0)形式存在,其形态分布与燃烧温度和煤种有关;随着燃烧温度的升高,烟气中的二价汞含量有逐渐升高和零价汞含量逐渐降低的趋势。     

循环流化床中烟气飞灰汞迁移规律

在小型热态循环流化床试验台上进行褐煤、烟煤、无烟煤燃烧试验,研究3种典型煤的烟气气态汞和飞灰颗粒汞迁移规律。试验结果表明:褐煤、烟煤、无烟煤在燃烧过程中,炉膛温度、空截面风速、给煤量以及煤颗粒大小变化时,汞元素在烟气和飞灰之间的迁移规律相似;降低炉膛密相区温度和增大炉膛空截面风速可促进烟气气态总汞HgT(g)迁移到飞灰颗粒汞Hg(p)中,同时也促进烟气气态零价汞Hg0(g)向烟气气态二价汞Hg2+(g)和Hg(p)转化;增加给煤量,烟气气态总汞HgT(g)和烟气气态零价汞Hg0(g)减少,飞灰颗粒汞Hg(p)含量增加,并且影响Hg0(g)的转化;选择合适的煤颗粒粒度可以促进Hg0(g)的转化以及HgT(g)向Hg(p)迁移。随燃烧工况的变化,3种煤HgT(g)、Hg(p)和Hg0(g)含量变化趋势相似,但含量相差较大,Hg0(g)占HgT(g)的比例y值也不同,其中无烟煤的y值高于烟煤和褐煤的y值。     

铁基载氧体对煤中汞释放行为的影响

采用Ontario-Hydro方法,在管式炉中考察了煤化学链燃烧/气化过程中Fe₄Al₆载氧体对煤中汞释放率、气态汞形态分布及汞在两反应器内释放行为的影响。结果表明,载氧体对煤中汞释放率具有显著的影响,在500~700℃,与无载氧体相比,化学链燃烧过程煤中汞释放率减少,化学链气化过程煤中汞释放率增大,而在900℃时,无论化学链燃烧过程还是化学链气化过程,煤中汞释放率均减小。Fe₄Al₆载氧体能够显著增加燃料反应器出口气态Hg²⁺的相对含量,其含量随温度的升高而逐渐升高。燃料反应器的温度也是影响煤中汞在两反应器中的分布以及空气反应器中不同价态汞百分含量的重要因素。此外,相同条件下不同煤种的汞释放率不同,主要与煤的组成不同有关。该研究对揭示载氧体对煤中汞迁移的影响机理以及煤化学链转化过程汞的控制提供了实验依据。     

火电厂脱汞技术综述

火电厂烟气汞污染已受到高度重视,已成为科研机构当前重点研究内容之一。结合汞的形态特性,从煤燃烧前、燃烧中和燃烧后三方面综述了火电厂烟气脱汞技术最新进展。     

循环流化床中烟气飞灰汞迁移规律

在小型热态循环流化床试验台上进行褐煤、烟煤、无烟煤燃烧试验,研究3种典型煤的烟气气态汞和飞灰颗粒汞迁移规律。试验结果表明：褐煤、烟煤、无烟煤在燃烧过程中,炉膛温度、空截面风速、给煤量以及煤颗粒大小变化时,汞元素在烟气和飞灰之间的迁移规律相似;降低炉膛密相区温度和增大炉膛空截面风速可促进烟气气态总汞Hg^T（g）迁移到飞灰颗粒汞Hg（p）中,同时也促进烟气气态零价汞Hg⁰（g）向烟气气态二价汞Hg²⁺（g）和Hg（p）转化;增加给煤量,烟气气态总汞Hg^T（g）和烟气气态零价汞Hg⁰（g）减少,飞灰颗粒汞Hg（p）含量增加,并且影响Hg⁰（g）的转化;选择合适的煤颗粒粒度可以促进Hg⁰（g）的转化以及Hg^T（g）向Hg（p）迁移。随燃烧工况的变化,3种煤Hg^T（g）、Hg（p）和Hg⁰（g）含量变化趋势相似,但含量相差较大,Hg⁰（g）占Hg^T（g）的比例y值也不同,其中无烟煤的y值高于烟煤和褐煤的y值。     

煤在富氧流化床燃烧条件下汞的析出及形态分布

目前有关于富氧气氛下流化床燃烧汞的形态转化特性的报道还不是很多,因此本文开展了富氧气氛下煤种对汞形态转化特性的影响的实验研究。采用流化床作为实验设备,选用徐州烟煤和淮北烟煤作为实验燃料,研究了空气气氛下不同温度和不同煤种对汞析出规律的影响,富氧气氛下煤种对汞形态转化规律的影响,并深入分析了相应的汞氧化机理。研究结果表明：在空气气氛下,温度的增加会促进汞的氧化,煤中的含硫量对汞的氧化也有影响;在富氧气氛下,徐州烟煤燃烧产生的气态总汞浓度高于淮北烟煤燃烧产生的气态总汞浓度,徐州烟煤的Hg²⁺（g）的分布率也比淮北烟煤的Hg²⁺（g）的分布率高出16%左右,因为徐州烟煤中高含硫量会影响Hg²⁺（g）的分布率;富氧气氛下徐州烟煤的Hg²⁺的分布率低于空气气氛下的,而淮北烟煤的Hg²⁺（g）分布率则与之相反,这与两种煤中硫含量的不同有关。     

煤转化过程中汞的排放与控制研究进展

汞对人类和环境的危害巨大,而煤中汞的排放是人为汞排放的主要污染源,引起国际国内的广泛重视。基于煤中汞的赋存形态和分布,本文对煤燃烧、煤气化以及煤化学链燃烧/气化过程中的汞的排放进行了综述,对比了传统煤燃烧过程的燃烧前脱汞、燃烧中脱汞、燃烧后脱汞。作为新型的煤转化方式,煤化学链燃烧/气化具有能效高、污染物协同脱除等优势,对煤化学链转化过程中S、N、Hg等污染物的协同脱除以及基于化学链技术的汞脱除方法需要进一步研究。     

活性焦制备过程中汞的迁移研究

为研究工业活性焦生产过程中汞的迁移情况,使用实验室设备模拟工业制备活性焦的工艺过程制备活性焦样品,并以冷原子吸收法为基本原理的测汞仪对制备活性焦的原料煤、炭化样品和活性焦样品的汞含量进行测定,计算制备过程中汞的迁移量。结果表明:制备活性焦的原料煤中汞含量为42. 4 ng/g,制备过程的中间产物炭化样品(TH)的汞含量仅为1. 0 ng/g,活性焦样品(HXJ)的汞含量仅为0. 8 ng/g。原料煤中汞的赋存形态主要以共价化合物的无机盐和一些腐植酸中的有机汞存在,这些汞化合物的分解温度在350℃左右,而炭化温度可达到650℃,此时原料煤中大部分汞的化合物都已分解并以零价汞蒸汽的形式逸散到大气中。炭化过程是活性焦制备过程中汞迁移逸散量最大的阶段,原料中97. 6%的汞在此阶段逸散到空气中。在工业化制备活性焦过程中,对炭化阶段产生的尾气进行脱汞处理十分必要。     

褐煤热解过程中汞的迁移规律研究

汞是煤中普遍存在的一种痕量元素,煤燃烧过程中痕量元素的排放不仅与元素的性质、含量有关,而且与煤中痕量元素的赋存形态有关。基于固定床热解反应系统,研究了神华褐煤热解过程中汞的迁移规律。结果表明,汞的迁移率随热解终温的升高而急剧上升,当热解终温在350℃以上时,热解终温再升高,汞的迁移率的升高幅度变缓,当热解终温达到500℃时,汞的迁移率已达95%左右。原煤和热解半焦的逐级化学提取实验表明,经热解后,煤中可交换态、硫化物结合态和有机物结合态的汞含量大大降低,且在400℃以前已基本释放。     

现代仪器分析方法在煤中汞测定中的应用

随着社会经济的快速发展,现代仪器分析方法越来越趋于快速、简便、灵敏。煤燃烧释放的汞是大气污染的重要来源,且易挥发,因此选择合适的测定技术对研究煤燃烧过程中汞的转化机理至关重要。针对煤样测汞常用预处理方法进行简单描述,并对测汞方法:原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、ICP-MS、ICP-AES和AMA254汞分析仪的仪器分析方法的原理及特点进行综述,比较了各自的优缺点,为研究人员测汞选择合适的测定方法提供了依据。     

基于低温联合脱除的中低温Hg形态转化机理

与其他燃煤污染物联合脱除是解决燃煤汞排放问题的有效手段,促进Hg⁰向Hg²⁺的形态转化可以提高现有污染物控制装置对燃煤汞排放的控制能力。应用汞形态转化实验台,在中低温条件下研究分析Cl₂、SO₂、H₂O以及 NO₂对Hg⁰氧化过程的影响机理,结果表明,中低温条件下,10 μl•L^-1Cl₂可以氧化90%以上的Hg⁰。SO₂对Hg⁰形态转化过程的影响呈现区间性变化,按照SO₂浓度由小到大可划分为3个区间,只有在第（Ⅱ）区间内SO₂浓度才能显著影响Hg⁰的形态转化过程。H₂O与Cl₂反应的生成物HCl可以氧化Hg⁰,但其在中低温条件下氧化Hg⁰的能力弱于Cl₂,使得H₂O的存在抑制了Hg⁰的形态转化。将NO氧化为NO₂后进行脱除是低温条件下联合脱除的重要路线,NO₂在分解过程中释放出自由氧原子可以将Hg⁰氧化为HgO,这增强了低温条件下汞与NO_x联合脱除的技术可行性。     

高硫煤泥燃烧过程中的汞排放特性

通过固定床程序升温汞脱附试验系统对所选高硫煤泥中汞排放特性进行在线监测,并利用热重分析仪对煤泥热解和燃烧特性进行研究,结合试验所得热解和燃烧特性参数,采用分布活化能模型,进行动力学分析。结果表明：煤泥的热解和燃烧过程可分为3个阶段,非等温条件下,随着升温速率增加,热解过程在高温区发生,最大失重率提升,对应峰值温度偏移,产生热滞后,利于挥发分析出;在煤泥热解过程中少量氧气的参与,抑制挥发分的析出,在7% O₂条件下综合热解特性参数值D最大。热解性能随CO₂浓度升高而得到改善;煤泥燃烧性能随升温速率的增加而得到加强,其活化能随转化率变化呈现“U”型趋势分布;煤泥中无机汞化合物主要为HgCl₂、α-HgS、HgSO₄以及硅铝酸盐类结合汞,总汞释放主要范围对应200~600℃;煤泥中汞释放量随O₂浓度增大,CO₂气氛条件下,随着CO₂浓度增加,总汞释放量逐渐增大。     

新形势下燃煤电厂汞排放问题探讨

燃煤电厂汞污染已经成为继SO2污染之后的又一重大污染问题。燃煤烟气中汞污染的控制研究是目前重要的环保课题之一,开发高效、低成本、无二次污染的烟气脱汞技术已成为研究重点。本文综述了国内外在汞的监测方法、汞在燃煤电厂中的迁移规律以及汞污染物控制措施等方面的研究进展,并做了简要的分析与总结,对未来燃煤烟气汞污染控制技术的发展进行了展望。     

燃煤锅炉煤中汞的迁移和分配规律研究

建立了固体、液体中汞的直接测定方法。采用直接测汞法,样品无需任何消解,无论固体样品还是液体样品均可用汞原子蒸气在253.65 nm处的特征吸收进行测定,方法灵敏度高、简便、快速、准确。通过对某燃煤锅炉装置所有排放污染物中汞的分析,确定了燃煤锅炉煤中汞的迁移和分配规律,为汞污染治理提供了技术支持。     

三类煤阶煤中汞的赋存形态分布特征

采用逐级化学提取方法与程序升温热解方法研究了两个煤田三类煤阶六个样品中汞的赋存形态及其热稳定性。煤中汞分为可交换态（F1）、碳酸盐+硫酸盐+氧化物结合态（F2）、硅酸盐+硅铝酸盐结合态（F3）、硫化物结合态（F4）和残渣态（F5），其中F2、F4和F5约占煤中汞总量的90%以上，且F4是煤中汞最主要的赋存形态，占比达45.2%~82.1%。煤中汞的赋存形态与煤阶密切相关，随样品煤化程度加深F4的比例显著提高，但F2和F5逐渐降低，其原因可能是汞在煤变质过程中由碳酸盐、硫酸盐或有机物中逐渐迁移至硫化物中。煤中汞的热稳定性依赖于其赋存形态，其中F1热稳定性最差，在150℃以下全部释放；F3热稳定性最强，析出温度在600℃以上；其余三种结合态汞的释放温度界于以上两者之间，依次为F1 < F5 < F2 < F4 < F3；尽可能多地使汞转化为硫化物结合态中较为稳定的形态是煤燃烧及其相关过程液、固副产物中汞稳定化处理的有效方法之一。