電站飛灰吸附劑改性及噴射脫汞機(jī)理和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、近年來，燃煤電站常規(guī)大氣污染物控制日趨完善，國內(nèi)外已將汞污染防治作為攻關(guān)重點(diǎn)。目前，國外較為成熟的脫汞方法是活性炭噴射法，但活性炭價(jià)格昂貴且影響飛灰的綜合利用。為降低成本，必須研發(fā)高效價(jià)廉的汞吸附劑。燃煤飛灰經(jīng)溴化物改性處理后脫汞潛力強(qiáng)、成本低，但必須研究掌握其對(duì)Hg0的作用機(jī)制。因此，本論文針對(duì)飛灰吸附劑脫汞的關(guān)鍵問題，進(jìn)行了基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)，選取氫溴酸作為改性劑制備了HBr改性飛灰。首先，研制了一套實(shí)驗(yàn)室尺度均相氧化反應(yīng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，

2、用于研究熱脫附含溴組分對(duì)Hg0的均相氧化機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上，研究了電站煙風(fēng)系統(tǒng)不同區(qū)域噴入改性飛灰時(shí)Hg0的均相/非均相氧化路徑;其次，建立了HBr改性飛灰吸附氧化Hg0過程的數(shù)學(xué)模型，探究了Hg0在擴(kuò)散區(qū)域和表面活性位上的動(dòng)力學(xué)行為;最后，研制了一套用于燃煤電站的飛灰吸附劑一體化改性及噴射脫汞系統(tǒng)，并對(duì)飛灰吸附劑原料性能、飛灰現(xiàn)場改性制備方法和噴射技術(shù)等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
　　脫汞吸附劑通常在靜電除塵器(ESP)上游噴入煙道，煙溫

3、作用下如能釋放出含溴組分，則可能實(shí)現(xiàn)Hg0的均相氧化。因此，本文重點(diǎn)對(duì)HBr改性飛灰作用下Hg0的均相/非均相氧化機(jī)理進(jìn)行了基礎(chǔ)研究。主要包括:(1)研制了一套均相反應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了含溴組分和Hg0同時(shí)進(jìn)入管式反應(yīng)器，可獨(dú)立研究Hg0/含溴組分均相反應(yīng)過程;用固定床反應(yīng)器替換管式反應(yīng)器，可進(jìn)行原灰、含溴組分和Hg0協(xié)同反應(yīng)過程研究，補(bǔ)充Hg0的非均相氧化反應(yīng)。(2)利用上述均相反應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究分析了熱脫附含溴組分對(duì)Hg0的均相氧化行

4、為，發(fā)現(xiàn)在升溫過程中，改性飛灰釋放的含溴組分對(duì)Hg0的均相氧化程度持續(xù)增加;Hg0的均相氧化受動(dòng)力學(xué)控制，停留時(shí)間是重要的動(dòng)力學(xué)因素，4.8s即可得到95％的氧化效率;較低的反應(yīng)溫度(50-180℃)更易于Hg0的均相氧化。結(jié)合表征結(jié)果，揭示了含溴組分釋放機(jī)理和均相反應(yīng)機(jī)理:在表面晶格氧作用下，可移動(dòng)狀態(tài)的HBr發(fā)生抽氫反應(yīng)，在飛灰表面形成相鄰的活性Br原子，進(jìn)而結(jié)合成Br2釋放到氣相中，實(shí)現(xiàn)Hg0的均相氧化;在改性飛灰表面，O2可以填

5、充氧空位，形成完整的Br-Deacon反應(yīng)，提高Br2析出量，進(jìn)而促進(jìn)Hg0的氧化。(3)利用上述改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究了原灰、含溴組分和Hg0共同參與的非均相反應(yīng)，對(duì)應(yīng)于空預(yù)器(APH)-ESP區(qū)域的煙溫，發(fā)現(xiàn)該溫度范圍內(nèi)釋放的含溴組分活性較弱，但可以促進(jìn)原灰對(duì)Hg0的吸附氧化。借助固定床臺(tái)架評(píng)價(jià)了HBr改性飛灰的脫汞性能，發(fā)現(xiàn)吸附溫度的升高可增加表面活性位的吸附強(qiáng)度，促進(jìn)Hg0的吸附氧化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究和飛灰熱傳遞性能，提出噴射點(diǎn)位設(shè)置

6、在選擇性催化還原(SCR)脫硝-APH區(qū)域時(shí)煙氣Hg0的氧化路徑，一是HBr改性飛灰表面上的吸附氧化;二是原灰、含溴組分和Hg0的協(xié)同作用;三是Hg0/活性含溴組分的均相反應(yīng)。(4)為了更清楚的描述HBr改性飛灰對(duì)Hg0吸附的全過程，以確定HBr改性飛灰吸附氧化Hg0過程的關(guān)鍵因素，在同時(shí)考慮擴(kuò)散和表面吸附氧化的條件下，建立了固定床中HBr改性飛灰對(duì)Hg0的吸附動(dòng)力學(xué)模型，能夠較好地?cái)M合實(shí)驗(yàn)穿透曲線。該模型可得到顆粒內(nèi)Hg0的濃度分布，

7、分析Hg0在擴(kuò)散區(qū)域和動(dòng)力學(xué)區(qū)域的濃度梯度，發(fā)現(xiàn)在吸附初期，外擴(kuò)散阻力對(duì)改性飛灰吸附氧化Hg0的過程影響更大。
　　目前現(xiàn)場燃煤煙氣脫汞中，吸附劑的制備和使用分離，中間環(huán)節(jié)較多。為便于電站應(yīng)用，本文提出飛灰吸附劑一體化改性及噴射脫汞的技術(shù)思路，并開展了一系列應(yīng)用研究。主要包括:(1)根據(jù)某300MW級(jí)燃煤機(jī)組現(xiàn)場情況，研制了一套可現(xiàn)場應(yīng)用的飛灰吸附劑噴射脫汞系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，吸附劑原料選用電站ESP電場飛灰;飛灰在現(xiàn)場進(jìn)行改性處理，

8、以提高其吸附氧化性能;將改性飛灰連續(xù)噴射到煙道中，實(shí)現(xiàn)煙氣中汞的脫除。根據(jù)基礎(chǔ)研究結(jié)果，在SCR-APH區(qū)域增設(shè)了一個(gè)噴射點(diǎn)位，以期為煙氣Hg0增加有效的均相氧化路徑;并且噴射點(diǎn)位可進(jìn)行補(bǔ)氣，調(diào)節(jié)改性飛灰噴射速度，以期減小外擴(kuò)散阻力的影響。(2)常用的ESP有多個(gè)電場，為考察飛灰吸附劑原料性能，研究了不同電場飛灰特征。發(fā)現(xiàn)無機(jī)組分活性較弱時(shí)，不同電場飛灰脫汞性能和未燃盡碳含量、活性密切相關(guān)。據(jù)此，針對(duì)具體電廠，結(jié)合單灰斗出力，優(yōu)選出殘?zhí)?/p>

9、含量高的電場飛灰作為飛灰吸附劑原料。(3)為實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場對(duì)飛灰進(jìn)行連續(xù)改性，研究對(duì)比了浸漬法和改性機(jī)制備法，改性機(jī)制備吸附劑過程中，因存在較大機(jī)械能的作用，飛灰表面活性得到提高，有利于制得吸附劑對(duì)Hg0的吸附氧化。綜合分析脫汞效率、改性劑損耗和生產(chǎn)方式等因素發(fā)現(xiàn)，該改性機(jī)制備法適用于現(xiàn)場大規(guī)模制備飛灰吸附劑。(4)為驗(yàn)證氣力輸送技術(shù)用于噴射飛灰吸附劑的可行性，進(jìn)行了飛灰吸附劑噴射中試實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，自行設(shè)計(jì)的氣力輸送系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)飛灰吸附劑的