燃煤烟气中痕量元素汞的氧化机理及其排放控制研究

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1、燃煤烟气中痕量元素汞的氧化机理及其排放控制研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：周雯指导教师：李东伟教授焦斌权教授专业：安全科学及工程学科门类：工学重庆大学资源及环境科学学院二O一五年十月OxidationMechanismandEmissionControlofTraceElementMercuryinCoalFiredFlueGasAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheM

2、aster’sDegreeofEngineeringByZhouWenSupervisedbyProf.LiDongweiProf.JiaoBinquanSpecialty:SafetyScienceandEngineeringCollegeofResourceandEnvironmentalScience,ChongqingUniversity,Chongqing,ChinaOctober,2015中文摘要摘要煤炭作为一次能源在我国能源结构中占主导地位，由煤燃烧造成的污染物是破坏我国生态环境的最大污

3、染源。煤燃烧产生的污染物中，除二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳外，痕量元素及其化合物的排放对人类和环境也会造成极大的破坏，引起了国内外学者越来越多的关注。燃煤烟气中痕量元素汞的排放、控制与其形态密切相关。本文以化学动力学为基础，提出一个涉及Hg、C、H、O、N、S、Cl7种元素，涵盖42种组分，172个基元反应的较为全面的Hg的均相氧化动力学模型，并将模型计算结果与经典实验结果进行了对比验证。利用该模型研究了烟气停留时间、反应温度和烟气中各成分对汞氧化的影响，并对该模型进行了敏感性分析，为提出经济有效的控

4、制汞排放的方法提供理论依据。通过动力学计算发现，Cl2和HCl都是有利于Hg氧化的主要物质，Cl2相对于HCl而言，更有利于汞的氧化。除了Cl2和HCl以外，燃煤烟气中SO2、NO、NO2三种气体成分均会抑制汞的氧化。SO2气体对汞的氧化起轻微抑制作用，NO和NO2对汞的氧化抑制作用较强。但NO2和SO2之间存在的协同效应，会使Hg的氧化受到进一步的抑制。对动力学模型进行敏感性分析发现，烟气中Cl2、HCl、NO、NO2和SO2对汞的氧化的影响力依次降低。HOCl是对HgCl2的生成影响最大的中间物质

5、；Cl2对Hg的氧化能力仅次于HOCl。Hg首先是被HOCl和Cl氧化生成HgCl，HgCl接着在Cl2的作用下被氧化成HgCl2，即汞主要氧化路径为Hg→HgCl→HgCl2。由于燃煤烟气中SO2和NO2之间的协同作用，会进一步抑制汞的氧化。本文针对钙基固硫这个燃煤常用固硫方法，利用化学热力学平衡计算研究碳酸钙的添加对Hg均相氧化可能造成的影响及其机制。分析了不同碳酸钙投加比下，燃煤烟气中汞及其他烟气组分的形态分布变化。使用HSCChemistry进行的热力学计算和使用Chemkin进行的气相平衡分

6、析均表明，Ca元素通过影响燃煤烟气中SO2、SO3、HCl和Cl2的含量，从而影响汞的氧化，Ca与S均不与汞直接发生反应。高温阶段CaO会先与SO2/SO3反应，生成稳定的CaSO4，低温阶段多余的CaO会与HCl反应生成CaCl2，低温阶段Cl元素的消耗是Hg氧化受到抑制的主要因素。过量碳酸钙的投加在消耗S的同时，也消耗了Cl元素，会抑制汞的氧化。实际燃烧过程中需注意碳酸钙投加比的控制，使其向有利于汞氧化的方向发展。关键词：碳酸钙，汞，煤燃烧，动力学，热力学I英文摘要ABSTRACTCoalasap

7、rimaryenergyoccupiesaleadingpositioninChina'senergystructure,pollutioncausedbycoalcombustionisthelargestsourceofpollutiondamagetoChina'secologicalenvironmentInadditiontosulfurdioxide,nitrogenoxideandcarbondioxide,theemissionsoftraceelementsandtheircompo

8、undshavegreatdamagetohumanbeingsandtheenvironment,whichhascausedmoreandmoreattentionofdomesticandforeignscholars.Theemissionsandcontroloftraceelementsincoalcombustionfluegasarecloselyrelatedtoitsmorphology.Basedonchemicalkinetics