ESP弱电离场—卤硫化物协同氧化燃煤烟气中零价汞的研究

论文摘要

燃煤是最重要的全球人为汞排放源之一,我国每年燃煤排放的汞约占人为汞排放量的40%左右。燃煤烟气中的汞主要以三种形态存在：零价汞（Hg0）、氧化态汞（Hg2+）和颗粒态汞（HgP）。不同于Hg2+和HgP,而零价态汞由于其水溶性低、挥发性强等特点很难被现有的空气污染控制设备有效地去除。因此对燃煤烟气中汞污染排放的控制,其关键就是要有效控制烟气中零价汞的排放。为了氧化去除烟气中的零价汞,本文对现有的静电除尘器（ESP）在烟气除汞方面的作用进行了研究,并向反应体系中引入氧化剂以强化Hg0的氧化去除效率。研究分别采用动态实验装置和静态实验装置研究模拟ESP弱电离场对零价汞的氧化去除作用。以空气作为载气,当气体停留时间1.5s,反应温度为413K,放电电压为9kV时,Hg0氧化率可达85.6%。结果表明利用模拟ESP电场氧化零价汞的方法是可行的。静态实验结果发现空气中的O2电离产生的O3和O对零价汞的氧化起着决定性的作用,因此随着氧气浓度和放电电压地增加,Hg0转化率也会相应地升高。H2O和NO的存在对Hg0的转化有一定地抑制作用,而SO2对Hg0的转化没有明显地抑制作用。气体停留时间和反应温度的变化对模拟ESP电场氧化Hg0的效率也有重要的影响。为了强化ESP电场对零价汞的氧化去除效果,本研究将HCl引入模拟ESP电场,研究结果表明：以N2作为载气气体,在放电电压为9kV的电场中,当HCl浓度为80ppm,反应温度为413K时,Hg0的转化率可高达98%左右。UV装置静态实验发现,在放电过程中,HCl会随之分解并生成Cl2,因此推断放电过程中产生的活性物质Cl2和Cl对Hg0的氧化起着重要的作用。反应体系中O2或者H2O的存在对ESP和HCl的协同氧化除汞有一定的促进作用,而SO2或者NO则有明显地抑制作用。在模拟烟气条件下,当能量密度为753J/L（电压9kV）时,Hg0的转化率接近80%。本研究还将S2Br2引入模拟ESP电场中,由此可以大大减少氧化剂的使用量且显著提升零价汞转化速率。当放电电压为9kv时,仅存在2ppm的S2Br2对Hg0的氧化率可达70%左右；提高S2Br2的浓度至5ppm,Hg0的氧化率可达90%左右。静态实验中Hg0半衰期约为100s,相比较HCl存在的条件下有大大地提升。通过研究其它烟气组分对零价汞去除的影响,发现较高浓度O2对Hg0的去除有较为明显地抑制作用；较低浓度NO存在的条件下,对Hg0的去除没有明显地抑制作用,但当NO浓度较高时,对零价汞的氧化就有明显地抑制作用；SO2的存在对零价汞的去除有着明显地抑制作用；H20的存在对零价汞的氧化没有明显地抑制作用,且在某种程度上有利于零价汞的氧化和稳定。考虑到WFGD在烟气尾气处理系统中的广泛使用,将S2Br2引入ESP电场的方法更加有利于Hg0的转化和稳定,很适合现有的烟气处理装置,是一种理想的零价汞氧化去除技术。ESP已经广泛应用于燃煤电厂,利用现有的ESP去除烟气中的Hg0无需添加新设备,因而减少了成本。卤硫化物具有较强的氧化Hg0的能力,且大部分氧化产物是稳定无害的硫化汞。使用卤硫化物作为氧化剂,还可以减少卤族元素的使用量和出现二次污染的可能性。因此,利用ESP电场-卤硫化物协同氧化燃煤烟气中零价汞的方法是一种理想的零价汞转化技术。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 汞污染的危害及其来源
• 1.1.1 汞污染的危害
• 1.1.2 汞污染的来源
• 1.2 燃煤烟气汞污染控制研究进展
• 1.2.1 燃煤电场烟气中汞的形态
• 1.2.2 燃煤烟气汞污染控制技术
• 1.3 本文研究思路、方法和技术路线
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 研究方法
• 1.3.3 研究技术路线
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验装置和流程
• 2.1.1 静态实验装置
• 2.1.2 动态实验装置
• 2.2 检测仪器
• 2.2.1 SG-921型双光数显测汞仪
• 2.2.2 Lumex RA-915+测汞仪
• 2.2.3 紫外光谱检测装置
• 2.2.4 TDS2022示波器
• 2.3 仪器和试剂汇总
• 第三章 模拟ESP电场氧化零价汞的研究
• 2存在条件下电场对零价汞氧化作用的研究'>3.1 O₂存在条件下电场对零价汞氧化作用的研究
• 2O,NO,SO₂）'>3.2 不同烟气组分对零价汞氧化作用的影响（H₂O,NO,SO₂）
• 2O的影响'>3.2.1 H₂O的影响
• 3.2.2 NO的影响
• 2的影响'>3.2.3 SO₂的影响
• 3.3 反应条件对零价汞氧化作用的影响（气体停留时间,温度）
• 3.3.1 气体停留时间的影响
• 3.3.2 温度的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 ESP电场-HCL协同氧化零价汞的研究
• 0的氧化'>4.1 HCL存在条件下ESP电场对HG⁰的氧化
• 0去除的影响'>4.2 HCL浓度和反应温度对HG⁰去除的影响
• 0去除的影响（O₂、H₂O、NO、SO₂）'>4.3 烟气组分对HG⁰去除的影响（O₂、H₂O、NO、SO₂）
• 0的去除'>4.4 模拟烟气对HG⁰的去除
• 4.5 本章小结
• 2BR₂协同氧化零价汞的研究'>第五章 ESP电场-S₂BR₂协同氧化零价汞的研究
• 2BR₂对HG⁰的去除作用'>5.1 模拟ESP电场中S₂BR₂对HG⁰的去除作用
• 2、NO、SO₂、H₂O）对HG⁰去除作用的影响'>5.2 不同烟气组分（O₂、NO、SO₂、H₂O）对HG⁰去除作用的影响
• 0的去除作用'>5.3 模拟烟气条件下对HG⁰的去除作用
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究总结
• 6.2 展望和建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文