CaCl2添加对煤热解汞析出规律影响的实验研究
燃煤电厂是全球范围内最大的单一人为汞排放源，燃煤汞排放控制成为全球环保工作的重点之一。活性炭喷射是最有效的脱汞技术，但其成本高昂、性质不稳定等因素制约了推广应用，必须开发研究适合中国国情的经济有效的燃煤汞控制技术。燃煤汞的控制与汞的排放形态密切相关，研究表明煤中含有的氯以及加入烟气中的氯都可以促进汞的形态转化和脱除。石灰石-石膏湿法脱硫废水中富含氯离子，而其常规处理工艺复杂、成本高昂。本研究拟把该湿法脱硫废水中的氯用于促进燃煤汞形态转化，从而促进煤燃烧中汞污染控制，达到以废治废的目的。
本研究首先对8种煤进行汞含量和氯含量测量，筛选具有汞含量和氯含量代表性的煤样品。随后在横式气氛保护管式炉上进行煤热解汞析出规律的研究，考察温度、气氛、加热速率等因素对汞析出的影响，然后研究了CaCl2（脱硫废水主要成分）添加对煤热解过程中汞释放规律影响。
我国煤中平均汞含量为0.22mg/kg，研究结果表明不同煤种间的汞含量差异巨大。对实验煤样品进行微波消解预处理后，使用冷原子荧光光谱仪对液体样品汞浓度进行测定，求得煤样品中汞含量。8种煤样品中汞含量范围从0.047mg/kg到0.484mg/kg。煤中氯元素含量测试中，通过两种已知氯含量的标准煤进行结果验证，发现国标法GBT3558-1996艾氏剂熔样-硫氰酸钾滴定（伏尔哈德法）对氯含量测试误差偏大，而氧弹燃烧-离子色谱法则可以将测试误差大大减少，本文采用后者进行氯含量测试，选出氯含量具有高、中、低代表性的三种煤2#、4#和7#作为实验煤种。
为研究煤热解过程中汞析出规律，在气氛保护横式电加炉上进行煤的连续程序升温热解实验，考察温度、气氛、加热速率对汞析出规律的影响。研究表明，温度是影响汞析出的重要因素，汞从200℃左右开始析出，因煤种不同略有差异;纯N2气氛下几乎全部以Hg0形态析出，随着氧气浓度提高，Hg2+比例明显升高，但是总汞释放率略下降;加热速率对汞析出规律也有重要影响，加热速率越快，Hg2+析出比例有一定幅度上升，同时提高总汞释放率。
在得到煤热解过程汞析出规律的基础上，进一步研究了添加CaCl2对煤热解时汞析出规律的影响。研究表明CaCl2添加后在含氧气氛和较高的加热速率下，能明显提高Hg0的氧化率，提高的程度受到煤种的影响，氧化率在20％至50％之间;傅里叶在线烟气测试表明CaCl2加入后HCl浓度大幅提高，HCl在O2参与下生成Cl2、Cl等对Hg0有强氧化性的物质，从而提高Hg0的氧化率;较原煤而言，CaCl2的添加能使总汞释放率有所下降，这是因为随着热解的进行，煤逐渐变为半焦，半焦对汞有一定吸附作用，CaCl2加入后对煤半焦起到化学改性作用，进一步强化了半焦的吸附性能。
为确定煤中汞的赋存形态，采用连续固定温度升温热解实验在低温段对4#煤热解汞析出进行实验研究。首先采用缓慢升温，升温速率3℃/min，在线监测发现热解过程中，有明显的3个汞析出峰，表明煤中有不同赋存形态的汞，其析出温度不同而形成明显的不同温度下的析出峰。
通过本文的工作发现，煤中汞的含量和赋存形态差别较大，汞的释放受到多种反应因素的影响;CaCl2添加在一定O2气氛和较快的加热速率下可有效促进燃煤烟气中Hg0的氧化。
CaCl2添加;燃煤电厂;煤热解过程;汞析出规律;化学改性
山东大学
硕士
工程热物理
董勇
2013
中文
TQ530.2;TQ533.1
86
2013-10-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）