燃煤電廠是人為汞排放的主要來源之一。燃煤煙氣中汞主要以單質汞(Hg0)、氧化態(tài)汞(Hg2+)以及顆粒態(tài)汞(Hgp)三種形式存在,其中Hg0難以被現(xiàn)有的污染物控制裝置協(xié)同脫除。將Hg0在催化劑的作用下,氧化為水溶性的Hg2+,進而利用濕法脫硫裝置對其進行協(xié)同脫除是一種有效的脫汞方法。借鑒高溫選擇性催化還原催化劑由于活性溫度高、布置在除塵器前的高灰環(huán)境中而易致失活的經驗,本文研究目標是開發(fā)具備低溫活性的催化劑,將其布置于靜電除塵器后100-200(的低灰環(huán)境中。錳基材料是有潛力的低溫脫汞催化劑之一,但是已提出的錳氧化物(MnOx)催化劑存在活性溫度偏高(-250℃)、對HCl依賴性強、抗硫抗水性差等缺點。此外,錳基低溫催化劑表面氧化Hg0的活性物種尚未明確。針對上述問題,本文首先通過研究明確了低溫下參與Hg0催化氧化的活性組分,然后定向提出了不同形式錳基低溫催化劑,并研究了其脫汞性能、影響因素及反應機理。首先,對典型以MnOx為活性組分的負載型催化劑進行脫汞性能研究,以明確低溫條件下催化劑表面參與Hg0氧化反應過程的活性物種,為優(yōu)化低溫催化性能提供理論支撐。將MnOx負載于失活的商業(yè)選擇性催化還原脫硝催化劑上,主要活性組分是高分散無定形的MnOx。催化劑的最佳脫汞活性溫度均為～250℃,這一最佳活性溫度偏高。在150-25℃,催化劑表面的Mn4+和化學吸附氧參與Hg0的氧化過程。催化劑表面生成了活性氯物種,且其生成和Mn4+以及化學吸附氧有關,尤其是化學吸附氧,是催化劑低溫活性的關鍵。針對MnOx在催化氧化Hg0過程存在的固有缺陷以及對低溫催化氧化過程中活性物種的明確,本文研究了具有較強儲氧能力和特殊結構的錳基鈣鈦礦型氧化物(La1-xSrxMnO3)的低溫脫汞活性�；钚詼y試結果表明,Sr摻雜比例x=0.4時,催化劑總體性能最佳,最佳活性溫度為100-200℃。由于其優(yōu)異的儲氧能力以及表面化學吸附氧物種較強的流動性,催化劑在低濃度HCl氣氛下依然可以實現(xiàn)高效脫汞。雖然該催化劑的低溫性能相對MnOx有較明顯的提升,但是抗硫性能沒有明顯的改善。與錳基鈣鈦礦型催化劑的物理化學特性類似,錳摻雜的鈰鋯固溶體(CZMx)也具備優(yōu)異的儲氧能力和氧物種流動性強的特點。經過活性測試發(fā)現(xiàn),CZMx催化劑最佳活性溫度為150℃,且其對HCI的依賴性較弱。抗硫性測試發(fā)現(xiàn)CZMx具備較強的抗硫性:純N2氣氛下,SO2對催化活性的抑制機理是SO2與反應物競爭消耗活性氧:當煙氣中同時存在O2時,SO2對催化劑的活性影響較小,因為氣態(tài)O2可以迅速恢復催化劑表面被消耗的活性氧。為研究低溫煙氣中水合反應對低溫催化Hg0的影響,本文研究了高濕環(huán)境中錳氧化物的物理化學特性的變化對其催化活性的影響。對催化劑的表征結果表明,水合反應后的催化劑表面的化學吸附氧以及Mn4+的濃度會降低,進而影響催化劑的低溫活性。此外,H2O的存在會對催化反應的過程產生影響,其主要原因是H2O會誘導HCl與活性組分反應生成晶格氯,而抑制活性氯的生成,進而抑制Hg0的氧化。目前.對Hg0的脫除主要依靠燃煤電廠已有的污染物控制裝置,但是穩(wěn)定性較差。因此,需要對現(xiàn)有的污染物控制裝置協(xié)同脫汞性能進行研究,探究其影響因素,為提升協(xié)同脫汞效率和穩(wěn)定性提供依據。通過改變鍋爐負荷研究SCR協(xié)同脫汞效率與同時變化的煙氣溫度、含氧量和空速比的關系,結果表明煙氣溫度是SCR系統(tǒng)協(xié)同脫汞效率的最敏感因素;對靜電除塵設備,除塵入口的低溫省煤器運行,可以顯著提升飛灰對煙氣中Hg0的脫除。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：X773
【部分圖文】：

占能源消費總量的６４％，而其中的５０．６％用于燃燒發(fā)電［１１。雖然近年來Ｗ核電、水電??等為代表的新能源的生產和消費發(fā)展較快，但是這仍然難Ｗ改變我國長期レッ來形成的??心義煤炭為主的能源結構。圖１．１是我國近十年的能源消費結構，可Ｗ看出煤炭在我國??能源消費中的比例較高，降低幅度較小。根據＂十Ｈ五＂能源發(fā)展規(guī)劃，我國各行業(yè)??的煤炭總、消費量在２０２０年將超過３０億噸標準煤。２０２０－２０３０年期間，我國對煤炭的??消費量將持續(xù)增長，但增速減慢，到２０３０年達到３３億噸標準煤。預計２０３０年Ｗ后，??隨著新能源在我國能源消費中的比例不斷增大，煤炭總消費量開始逐漸下降，到２０５０??年預計降低至２７億噸標準煤口］。由此可見，在相當長的一段時間內，化媒為主要消費??對象的能源消費狀況難Ｗ改變。??煤炭是地殼內動植物遺體經過漫長的地質年代，經歷長期的化學、物理變化而形??成的一種固體燃料。煤炭的成分極其復雜，其主要成分是Ｃ、Ｈ、０、Ｎ、Ｓ等主要元??素

華中科技大學博去學位論文??行約束，排放不得高于化０３?ｍｇ／ｍ３。２０１６年８月，我國向聯(lián)合國提交《關于隸的水??俱公約》，成為第Ｈ十個批約國。這一事件反映了我國對隸排放限制的重視。因此，??究經濟、高效、可行、適合我國國情的燃煤束排放控制技術有著重大的意義。??２０１０年，全球范圍內，人為排放到大氣中的末約為１９６０ｔＷ。圖１．２給出了?２０１０??全球范圍內十大東排放國Ｗ及全球個經濟體的束排放強度（每克未／生產總值）。??人為排放的束中，燃煤電廠排放的束占據相當重要的地位。據美國環(huán)保署報道，美??國的燃煤電站排放的東占人為排放乗總量的３０％ｔ７Ｌ在中國，燃煤電廠排放的乗是人??為束排放最重要的來源Ｗ。因此，對燃煤電廠的束排放進行控制是減少束排放的重要??徑。??

物理化學過程，部分氣態(tài)ＨｇＵ將被轉化為氣態(tài)的氧化態(tài)束或二價隸（Ｈｇ＾＋）、固態(tài)的??顆粒態(tài)親（Ｈ／）。最終，在爐膛出口、污染物控制裝置入口，煙氣中的束會上述??Ｈ種形態(tài)存在，具體過程如圖１．３所示。根據煤種的不同，其中的氣態(tài)單質束（ＨｇＵ）??的比例６－６０％不等，Ｈｇ２＋在煙氣中約占４０－９４％不等；另外，煤中氯含量會影響煙氣中??的親形態(tài)分布，氯含量高的煤中，ＨｇＤ的比例呈減少的趨勢［１氣??？化氧化?養(yǎng)??非均相毎化?一氣巧巧??氣刖ｇ２＋??巧巧?＆?化?ＬＩ。．??巧巧巧化ＨｇＣｋ?冷．??超??氣化Ｈｇｏ?＾?粒態(tài)束ＨｇＰ??趣一維??芝駕一毯一巧參????畫煤Ｉ去，燃燒?Ｉ?煙氣冷巧?Ｉ?ＡＰＣＤ入＾??圖１．３煤中隸的遷移轉化過程??煙氣中的Ｈｇ２＋是水溶性的，可Ｗ被濕法脫硫裝畳（ＷＦＧＤ）有效脫除；Ｈ／和飛??灰結合，因此其可Ｗ在除塵裝置中隨飛灰一起被脫除。但是，Ｈｇ０在低溫煙氣條件中??４??
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本文編號：2893757