燃煤烟气中汞脱除的论述.docVIP

燃煤烟气中汞的形态及分布 自然界中汞有二种价态，元素汞Hg0、一价汞Hg+和二价汞Hg2+。元素汞Hg0易挥发，且难溶于水，是大气环境中相对比较稳定的形态，在大气中的平均停留时间长达半年至2年，可以在大气中被长距离地输运而形成大范围的汞污染。燃烧过程中扩散进入大气的汞有两种形式：气态Hg0和Hg2+(g)二价汞化合物。单质汞是环境大气中水的主要形式，挥发性较高、水溶性较低，在大气中的平均停留时间长达半年至两年，极易在大气中通过远距离大气运输形成广泛的水污染，是最难控制的形态之一。二价汞无机化合物比较稳定，许多种类较易溶于水，在大气中仅停留几天或更短时间，在释放点附近沉积。 燃烧过程中扩散进入大气的汞有两种形式：气态Hg0和Hg2+(g)二价汞化合物。单质汞是环境大气中水的主要形式，挥发性较高、水溶性较低，在大气中的平均停留时间长达半年至两年，极易在大气中通过远距离大气运输形成广泛的水污染，是最难控制的形态之一。二价汞无机化合物比较稳定，许多种类较易溶于水，在大气中仅停留几天或更短时间，在释放点附近沉积。 张军营等对煤燃烧过程中易挥发微量重金属元素的行为进行了研究，层燃实验中，Hg在150℃挥发率己达50.25%。到815℃，Hg已经几乎全部释放。所以，当煤粉进入燃烧设备后，在炉膛内高于800℃的高温燃烧区，煤中的汞几乎全部转变为元素汞并停留在烟气中。 Equilibrium预测在燃烧区后部(260~900℃)，部分汞被氧化为气相HgCl2。其他测试数据也表明随反应条件不同时，有10%-80%的气相汞被氧化形成HgCl2，在温度低于400~500℃时汞的氧化反应停止进行。 EPA在84个燃煤电站（燃用不同煤种和配备各种烟气洁洁装置）的测试结果表明：约40%的汞迁移到飞灰中被颗粒控制装置捕捉或存在于湿法洗涤装置的残留浆液中，60%的汞则随烟气排入大气。 人们通过推导模型来研究不同烟气组分时温度对汞形态的影响。 Frandsen等6推导的模型具有广泛的代表性，基元反应请见表1。通过这个模型可以看到，对传统的煤燃烧系统，在不含Cl的情况下，低温时HgSO4是汞的稳定形态；如果在模型中排除HgSO4，HgO(s)则是低温时的稳定形态。由于系统中Cl的影响，能使这些固相稳定的最高温度在100℃至320℃。Cl降低了固相汞转变为气相汞的温度，从而使汞的汽化在低温时得到增强，同时也抑制了成核和凝聚。 表1 Frandsen等提出的基元反应 编号 反应方程式 温度（℃） 1 2 3 4 5 HgO(g)Hg0(g) + 2O2(g) HgCl2(g) +H2O(g)HgO(g) + 2HCl(g) HgSO4(s)HgO(g) + SO2(g) + 1/2O2(g) HgO(s)HgO(g) HgSO4(s) + Cl2(g)HgCl2(g) + SO2(g) +O2(g) 320b，680c 430c 320 170d 110c a高于此温度时反应向右进行，低于此温度时反应向作进行 b在不含Cl的情况下 c在含有Cl的情况下 d模型中不考虑HgSO4(s) 不同形态汞的吸附特性 汞是比较稳定的金属，在室温下不被空气氧化，加热至沸腾才慢慢与氧作用形成氧化汞。汞在自然界以金属汞、无机体和有机汞的形式存在。二价汞离子与硫离子(S2-)有很强的亲合力，一旦Hg2+与S2-相遇，便迅速结合成稳定的HgS沉淀。有机物、粘土矿物、金属氧化物等固体物质对汞化合物具有吸附能力，其吸附作用与固体物种类和汞化合物形态及环境条件有关。 气态氧化汞(Hg2+(g))易溶于水，并且易被烟气中的颗粒物吸附，因此易被湿法脱硫除尘设备或静电除尘设备分离。零价汞不溶于水，除尘或脱硫设备很难捕获，几乎全部释放到大气中。 各种因素对汞形态分布的影响 任建莉等在试验台架上进行了加热时间、反应条件、煤种等因素影响煤中汞析出规律的试验研究，研究表明，烟气中的汞主要以气态二价汞（Hgg2+）和气态零价汞（Hgg0）形式存在，而颗粒态汞在20%以下，而且汞的形态分布与反应条件和煤种有关。随着燃烧温度升高，烟气中的零价汞质量分数逐渐降低，二价汞质量分数逐渐升高。煤粉悬浮燃烧时，烟气中气态汞在10-15μg/Nm3，二价汞和零价汞占气态总汞的比例随燃烧反应条件变化而变化，另外较低的烟气冷却速率可促进零价汞向二价汞的转化。因此，煤燃烧过程中汞排放的研究应该以烟气中气态汞的形态转化迁移规律为重点。 HCl对汞形态分布的影响 HCl的存在有利于零价汞向二价汞的转化。Hall等人用模拟烟气进行试验发现，随温度升高和加入HCl浓度的增高，Hg2+的含量也随之增大。当氯化氢浓度分别为10ppm和100ppm时，温度分别对应于600-1000K的范围时，单质汞和氧化态的汞的转化对HCl浓度变化较为敏感