煤中添加剂对汞氧化的机理研究

论文总字数：24150字

摘 要

燃煤汞排放引起的环境污染问题已引起全球广泛关注。煤燃烧中加入添加剂具有简单易行、节约投资、控制方便的特点。其中含氯添加剂，已成为燃烧中促进元素汞转化为易脱除的氧化汞研究的重要方向，对其进行深入的试验和机理研究具有重要的意义。

本文在自行搭建的管式炉实验台上开展了贵州煤（汞含量0.159mg/kg，低氯无烟煤）与含不同添加剂（NH₄Cl、CaCl₂）及不同添加剂/原煤比（0.04%、0.17%、0.30%和0.43%）的燃烧实验，结合日本NIC公司的WLE-8/EMP-2在线汞分析仪对煤燃烧过程中汞的释放和浓度变化进行分析，采用德国益康J2KN多功能烟气分析仪对烟气组分进行取样测量。煤样热重分析实验结果表明：贵州煤原煤与含不同添加剂煤的着火温度均为600℃左右，NH₄Cl与CaCl₂添加剂在低于600℃时已发生完全分解。原煤燃烧试验结果表明燃烧过程稳定。烟气汞测试的平衡率为89.3%，在70-130%误差范围内，实验结果具有较好的准确性与重复性。

不同配比NH₄Cl和CaCl₂添加剂对Hg⁰均表现出较强的氧化脱除效果。烟气中Hg⁰的脱除率随NH₄Cl和CaCl₂配比的增加而增大。0.43%的NH₄Cl对Hg⁰氧化性最强，汞脱除率达87.54%。NH₄Cl对Hg⁰脱除率在相同添加率条件下高于CaCl₂。

关键词：煤燃烧；卤素添加剂；汞氧化；汞脱除

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本论文获国家自然科学基金（51376046，51076030）；国家科技支撑计划项目（2012BAA02B01-02）；江苏省产学研联合创新基金（BY2013073-10）资助。

Abstract

Mercury emission from coal combustion has caused widespread concern. Adding additives into coal Combustion have features of simpleness, saving investment and convenient control. Chlorine-containing additives have played an important role for mercury removal. In-depth experiment and mechanism research on it has been of great significance.

In this paper, a kind of Guizhou low chlorine coal (mercury content of 0.159mg/kg) with different amout of additives (NH₄Cl, CaCl₂) in different ratios to raw coal at 0.04%, 0.17%, 0.30%, and 43% was tested for exploring its characteristics on mercury release and impects on combustion performance in a tube furnace experimental bench. An online mercury analyzer from NIC's WLE-8 / EMP-2 of Japan was used to determine mercury concentration in flue gas, a German ecom J2KN multifunction gas analyzer was used to measure the flue gas composition. Thermal gravimetric analysis results showed the ignition temperature of Guizhou coal with different additives is about 600 ⁰C, NH₄Cl and CaCl₂ additives were completely decomposed below 600 ⁰C. Coal combustion tests showed the combustion process is stable. With the mercury mass balance rate of 89.3%, which is within the error range of 70-130%, the experimental results obtained are good accuracy and repeatability.

Different ratios of NH₄Cl and CaCl₂ have apparent effects on Hg⁰ oxidation and removal. Hg⁰ removal rate increased with the proportion of NH₄Cl and CaCl₂ augment. Raw coal with 0.43% of NH₄Cl has the best mercury oxidation effect with removal rate of 87.54%. Hg⁰ removal rate versus addition amount of NH₄Cl was found larger than that of CaCl₂.

Key words: coal combustion; halogen additives; mercury oxidation; mercury removal

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 汞污染现状 2

1.2.2 汞及其化合物的特性 2

1.2.3 煤中汞含量及赋存状态 2

1.2.4 燃烧过程中汞的迁移与转换 3

1.2.5燃煤汞排放控制技术 3

1.3本文的研究目的、研究内容、技术路线 5

1.3.1研究目的 5

1.3.2研究内容 5

1.3.3技术路线 5

1.4本章小结 6

第二章 实验装置与仪器 7

2.1 实验装置 7

2.2其他分析方法、仪器 9

2.2.1煤的元素分析、工业分析 9

2.2.2热重分析仪 10

2.3本章小结 10

第三章 管式炉煤燃烧汞排放特性实验研究 10

3.1引言 11

3.2煤样的工业分析和元素分析 11

3.3煤燃烧汞排放特性 12

3.3.1管式炉煤燃烧特性 12

3.3.2管式炉煤燃烧汞排放特性 12

3.3.3汞平衡计算 13

3.4本章小结 13

第四章 煤中加入不同配比添加剂对汞排放的影响研究 14

4.1引言 15

4.2添加剂煤样品的制备 15

4.2.1化学试剂和制备仪器 15

4.2.2添加剂煤样品的制备 16

4.3含添加剂煤的热重分析 16

4.4添加剂对煤燃烧汞排放的影响 17

4.5本章小结 18

第五章 结论与展望 19

5.1全文总结 20

5.2展望 20

致 谢 21

参考文献： 22

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

煤炭是世界上最丰富的化石燃料资源，储量约占全球化石燃料的70%以上。据统计^[1],2009年年末，世界一次能源消耗量为11164.3百万吨油当量，其中，天然气、核能和水电占35.9%，石油为34.7%，煤炭占29.4%。而2012年，煤炭在全球一次能源消费中约占比30％，仅次于石油的占比（33%）。由于新能源开发成本大，技术尚不成熟等原因，煤炭作为全球能源消费的主体的地位将在相当长时间内不会改变。

我国能源消费结构独特，是世界上少数以煤炭为主要能源的国家之一，煤炭储量占化石能源的90%。如图1-1所示，煤炭消耗量始终占总一次能源的70％左右，目前国内电力生产主要依赖于燃煤发电厂，其比例约占总电力生产量的75％，可以说燃煤电厂是煤炭消耗的主要用户^[2]。

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