煤燃燒過程中汞、砷、硒的排放與控制研究.pdf

1、煤燃燒過程中痕量重金屬排放的研究已成為燃燒污染中的一個新的前沿領(lǐng)域。特別是一些易揮發(fā)元素或化合物，它們不能被先進的除塵裝置(如電除塵器，布袋除塵器等)有效捕獲，無控制地大量排放進入大氣，成為環(huán)境污染的一個重要來源，對生態(tài)環(huán)境具有很大的直接或潛在的危害。本文以煤中最易揮發(fā)性的痕量元素汞、砷、硒作為研究對象，對它們在煤燃燒過程中的分布，轉(zhuǎn)化及控制機理進行了較為系統(tǒng)的實驗及理論研究。 由于煤中基體復(fù)雜，不均勻性高，同時，三種元素都具有

2、含量低，揮發(fā)性較強等特點，給預(yù)處理和檢測過程帶來了很大困難。本文采用先進的微波消解技術(shù)，建立了快速準確測定煤和飛灰中汞、砷、硒的方法。本法具有速度快、待測元素?zé)o損失、空白值低、精密度好等特點。為深入研究遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律打下了良好基礎(chǔ)。 應(yīng)用逐級化學(xué)提取法、浮沉實驗等多種方法定量研究了煤中汞、砷、硒的賦存形態(tài)及親合特性。研究不僅有助于深入了解重金屬在煤燃燒過程發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)及形態(tài)轉(zhuǎn)化機理，同時對預(yù)測洗煤，煤的存放等過程中重金屬的遷

3、移去向有很重要的意義。實驗結(jié)果表明煤中汞和砷的賦存形態(tài)相近，主要以硫化物形態(tài)和殘渣態(tài)存在，硒在煤中的分布較為分散。由于煤存在多成因、多形態(tài)的硫化物，煤種不同，不能簡單地根據(jù)硫量進行汞、砷、硒含量的預(yù)測。 從實驗室小型臺架到實際運行鍋爐，對煤燃燒過程中汞的遷移轉(zhuǎn)化進行了較為系統(tǒng)的研究。采用Ontario-Hydro方法對實際運行鍋爐電除塵器后煙氣中汞的形態(tài)分布進行研究，結(jié)果表明汞主要以煙氣形式排放，Hg2+占氣態(tài)汞量的55﹪-69

4、﹪，Hg0占31﹪-45﹪，探討了Hg0與氯氣及氯化氫可能的化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)。分析汞捕獲量與燃煤飛灰粒徑、未燃盡碳之間的關(guān)系，結(jié)果顯示飛灰吸附汞的作用機理是物理吸附與化學(xué)吸附共同作用的結(jié)果。 對煤燃燒過程中砷、硒釋放反應(yīng)機理進行了較為系統(tǒng)的實驗研究。臺架實驗表明，砷在煤燃燒過程中只部分蒸發(fā)，硒絕大部分都蒸發(fā)成氣態(tài)形式，只有少部分殘留在灰中。在國內(nèi)首次采用EPA method 29方法對裝備有靜電除塵設(shè)備的某電廠砷、硒的排放特征進行研

5、究，實驗表明砷主要以飛灰形式排放，砷濃度與飛灰粒徑呈明顯的負相關(guān)性。飛灰能捕獲在燃燒過程中蒸發(fā)出來的硒蒸氣，但與砷相比，以氣相形式排放的量有明顯升高。采用逐級化學(xué)浸提法研究不同粒度飛灰中砷的形態(tài)分布，不同粒徑的飛灰形態(tài)分布相似，但在相同質(zhì)量條件下，細顆粒中的砷遷移性和危害性更大。從4個方面對砷富集于飛灰的機理進行了分析與探討：即飛灰對砷化物的吸附作用、硅酸鹽熔體對砷的溶解作用、飛灰中礦物成分與砷反應(yīng)生成穩(wěn)定的化合物、氣相砷化合物在飛灰表

6、面的凝結(jié)作用等。 本文將理論計算與燃煤污染的聯(lián)合脫除的實際需要相結(jié)合，創(chuàng)新性地提出將密度泛函理論(Density Functional Theory)應(yīng)用于氣固吸附機理研究，對煙氣中不同形態(tài)的汞在氧化鈣固體表面的吸附進行理論計算。構(gòu)建了嵌入原子簇Ca9O9模型，并將目標簇嵌入到一個模擬晶格排列的點電荷電場中作為邊界處理方法。計算表明，汞垂直底物表面吸附，屬于較弱的物理吸附，氯化汞平行底物吸附為穩(wěn)定構(gòu)型，屬于化學(xué)吸附。與相關(guān)的煤燃