富氧燃烧模式下水冷壁高温腐蚀实验

富氧燃烧作为一种实现燃煤过程CO_2高效封存捕集技术,已成为研究热点。然而,富氧燃烧模式下CO_2体积分数、烟气湿度、SO_2/SO3体积分数显著提高,从而有可能加剧合金材料高温腐蚀的风险。本文通过模拟富氧燃烧烟气环境,研究了富氧燃烧模式下2种水冷壁材料20G和12Cr1Mo V的高温腐蚀行为,利用电镜能谱分析(SEM-EDS)和X射线衍射分析(XRD)对腐蚀层微观形貌及产物成分进行分析。结果表明:高体积分数CO_2会加剧合金氧化过程,与N2/O_2/SO_2气氛相比,CO_2/O_2/SO_2气氛下2种材料的腐蚀速率可提高10%~30%,其氧化层成分以磁铁矿为主;而在富氧燃烧还原性烟气环境(CO_2/CO/SO_2/H2S)下,腐蚀层成分以磁铁矿及Fe S为主;2种材料在富氧燃烧的氧化和还原性环境中的腐蚀增重曲线均呈现抛物线规律,且富氧燃烧模式下的高湿烟气环境会加剧2种材料的腐蚀过程。     

富氧燃烧气氛中H_2O和HCl对Hg~0氧化的影响

充分了解富氧燃烧气氛下汞析出形态规律,特别是明确富氧煤燃烧气氛下高H_2O和HCl含量对烟气中主要的氧化性组分Cl/Cl_2的作用,以及反应产物和组分与元素汞(Hg~0)间的相互影响规律,是富氧燃烧等新型燃烧技术背景下汞控制问题的关键。通过模拟富氧燃烧气氛实验装置,研究了燃烧温度、燃烧气氛中HCl和H_2O(g)含量对烟气中Hg~0氧化的影响。结果表明:运行温度、HCl含量与氧化性Cl/Cl_2的生成与Hg~0的氧化有较强的正相关性;模拟烟气温度越高,HCl含量越多,烟气中氧化性Cl/Cl_2生成越多,Hg~0就越容易被氧化;烟气中H_2O对Hg~0的氧化有抑制作用;HCl可改善H_2O的抑制作用,但是温度越高,H_2O的抑制作用越明显。     

燃煤烟气中单质汞的催化氧化技术研究进展

概述了燃煤机组选择性催化还原法(SCR)催化剂对烟气中单质汞的催化氧化性能,分析了烟气组分如HCl、SO2、NO和NH3等及SCR系统运行操作条件对单质泵氧化的影响.同时,介绍了新型催化剂包括锰及其氧化物、氯化铜和氧化铜、贵金属类、稀土类、光催化剂等的研究进展,提出烟气中单质汞催化氧化进一步研究的方向应为SCR工艺对单质泵的氧化作用和机理,研发新型廉价催化剂,以及这些催化剂对汞的氧化效果.     

铜改性凹凸棒土催化剂汞氧化实验研究

针对燃煤电厂烟气脱硝系统中汞氧化效率不足的问题,制备了一系列铜改性凹凸棒土(copper modified attapulgite,Cu-ATP)催化剂,以期在脱硝设备尾部实现单质汞(Hg~0)的高效氧化。在150～400℃温度范围内测试了Cu-ATP的汞氧化活性,分别考察了HCl、O_2、SO_2、H_2O、NH_3等烟气成分的影响,并在模拟脱硝装置尾部烟气中探究了其汞氧化效果。结果表明,烟气中8.1mg/m~3 HCl的存在即可显著提升Cu-ATP催化剂的汞氧化活性,其中Cu_3-ATP在模拟烟气中的汞氧化效率高达94%。采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)对催化剂进行表征,发现表面存在的Cu O可能在汞氧化反应中起重要作用。研究表明,当HCl和O_2存在时,Cu_3-ATP表面活性氯以及Cl_2的形成促进了Hg~0的高效氧化。SO_2的存在会抑制Cl_2的生成,因此,活性氯在Cu_3-ATP表面的汞氧化反应中起关键作用。     

低温等离子体促进烟气中单质汞氧化的特性分析

建立了实验室规模的低温等离子体氧化单质汞效能测定系统。实验研究了在介质阻挡放电所产生的低温等离子体条件下,烟气中主要成分对单质汞氧化的影响规律。实验结果表明:低温等离子体对烟气中单质汞均可达到较高的氧化效率;O2和H2O单组分可显著促进单质汞的氧化,1.5%的O2和4%的H2O分别可以获得97.4%和92.5%以上的单质汞氧化效率,电离产生的O、O3、OH等具有氧化性的活性粒子起到了重要作用;CO2的存在会增加烟气的还原性氛围,对单质汞的氧化具有不利影响;在Hg/N2/O2/CO2/H2O复杂烟气氛围下,由于活性基团相互之间的制约,单质汞的氧化率平均为75%,在烟气中添加少量的HCl会明显提高单质汞的氧化率。提出了在等离子体条件下HCl离解并氧化单质汞的机制。     

温度及盐酸浓度对改性SCR催化剂汞氧化能力的影响

采用V、Ce活性溶液浸泡的方法对常规SCR催化剂进行改性,分析了HCl浓度、温度对其汞氧化能力的影响.结果表明,和常规催化剂相比,V改性催化剂样品中V2O5含量增大、比表面积和孔结构大幅下降,其汞氧化率低;Ce改性催化剂中新增活性物质CeO2、比表面积和孔结构略微减小,其汞氧化能力增强;各样品中的TiO2晶型均为锐钛型、活性物质分散均匀.烟气中含HCl时,催化剂氧化单质汞的机理类似Deacon途径,随着温度的升高,汞氧化率先增大后减小,最佳汞氧化温度为350℃;在温度200～400℃,HCl浓度0～60μL/L时,汞氧化率随着HCl浓度的增加而快速增加,在HCl浓度＞60 μL/L时趋于饱和.     

温度及盐酸浓度对改性SCR催化剂汞氧化能力的影响

采用V、Ce活性溶液浸泡的方法对常规SCR催化剂进行改性,分析了HCl浓度、温度对其汞氧化能力的影响。结果表明,和常规催化剂相比,V改性催化剂样品中V2O5含量增大、比表面积和孔结构大幅下降,其汞氧化率低;Ce改性催化剂中新增活性物质CeO2、比表面积和孔结构略微减小,其汞氧化能力增强;各样品中的TiO2晶型均为锐钛型、活性物质分散均匀。烟气中含HCl时,催化剂氧化单质汞的机理类似Deacon途径,随着温度的升高,汞氧化率先增大后减小,最佳汞氧化温度为350℃;在温度200～400℃,HCl浓度0～60μL/L时,汞氧化率随着HCl浓度的增加而快速增加,在HCl浓度>60μL/L时趋于饱和。     

CaCl_2改性选择性催化还原催化剂氧化汞的实验与机理研究

基于选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化剂对单质汞的氧化受煤中氯含量的限制,提出利用氯化钙改性SCR催化剂促进单质汞的氧化。在固定床实验台上研究了不同氯化钙添加量下SCR催化剂对单质汞的氧化性能,进而利用基于密度泛函的理论方法计算了单质汞在催化剂以及改性后的催化剂表面的吸附行为。结果表明,单独的SCR催化剂对单质汞的氧化效果很小,氧化效率仅为7%,添加1%的氯化钙后氧化效率提高到79%。进一步的理论计算表明,氯化钙中的氯容易与V2O5表面的氧结合,起到改性SCR催化剂的作用,而Hg0在改性后的V2O5表面可以生成稳定的HgCl,其中HgCl一部分脱附到烟气中,一部分吸附在催化剂表面,有利于单质汞的氧化。     

燃煤烟气脱硝喷卤素协同脱汞效果评估

为进一步降低现有燃煤机组烟气污染物排放质量浓度,实现大气污染物的协同深度治理,选取现役的选择性催化还原（SCR）催化剂作为研究对象,对不同条件下HCl/HBr等卤素成分对现役SCR催化剂脱硝协同汞氧化效果进行实验研究,并设计卤素溶液喷射系统,依据实验室研究结果,在现场脱硝过程中进行了不同浓度NH4Cl/NH4Br溶液喷射的工程应用与试验。结果表明:脱硝过程合理添加NH4Cl或NH4Br溶液均可有效提高现役SCR脱硝催化剂对单质汞氧化能力,HCl/HBr共同作用可以提高单一HCl在SCR催化剂表面对单质汞的氧化效果,进一步通过脱硝、下游脱硫、除尘等环保设施实现汞污染物的高效协同脱除。     

燃煤烟气中单质汞的催化氧化研究现状及发展

针对燃煤电厂尾部烟气中汞的排放状况,综述了烟气中单质汞催化氧化脱除技术的研究进展。介绍了贵金属、选择性催化还原(SCR)催化剂、过渡金属、飞灰共4种不同类型的催化剂应用于烟气中单质汞的氧化技术。研究对合成新型高效的汞氧化催化剂提供一定的指导。     

四角切圆锅炉在O_2/CO_2气氛下燃烧特性数值模拟

利用Fluent软件对330 MW机组四角切圆煤粉锅炉常规燃烧和富氧燃烧进行了数值模拟研究,对比分析了不同工况下炉膛中心温度、辐射力、O_2分布、CO浓度、NO_x浓度之间的差异。结果表明:在富氧燃烧时,当O_2体积分数为21%时,炉内的燃烧温度总体要低于常规空气气氛下的燃烧温度,即辐射力低于常规空气气氛,燃烧排放的CO_2浓度远远高于常规燃烧,NO_x生成量较常规燃烧也有一定程度降低;在富氧条件下,随着φ(O_2)/φ(CO_2)增加,炉内煤粉燃烧得到强化,燃烧速度加快,中心温度提高,辐射强度增大,NO_x生成量增多,烟气中CO_2浓度就越大,越易于收集利用。     

基于反应动力学的煤中钠对SO_3生成的影响研究

为研究煤中钠对SO_3生成的作用规律,基于Gibbs自由能最小原理,使用反应动力学计算方法研究了常规空气燃烧方式下煤中钠对SO_3生成的影响,分析了含钠气相化合物的形成转化与SO_3生成和消耗的关系。研究结果表明:常规燃烧方式下,当烟气中不含有NaCl时,沿整个烟气流程中SO_3的气相生成量最多;当烟气中含有Na Cl时,NaCl蒸气初始体积分数越高,沿整个烟气流程中SO_3气相生成量越少;烟气处于高温段时,气相含钠物相的生成与转化对SO_3体积分数基本没有影响;烟气处于低温段时,气相NaHSO_4的形成消耗了SO_3,使其体积分数减少至0;气相Na_2SO_4的形成对SO_3体积分数没有影响,主要受亚硫酸盐前驱体气相生成的控制;烟气中的钠对H、O、OH自由基浓度分布基本不产生影响。因此,常规燃烧方式下钠对SO_3生成有抑制作用。     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧SO_2排放特性

为研究O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧SO_2排放特性,在沉降炉上通过模拟电厂混煤掺烧的实际工况,分析了过量空气系数α、CO_2体积分数、炉膛温度以及燃料比对单煤及混煤燃烧时SO_2排放特性的影响。结果显示:(1)α由0.8增至1.4,所选煤种SO_2的排放质量浓度(以下简称"排放浓度")越大,CO的排放浓度越小;(2)O_2/CO_2气氛下SO_2排放浓度低于O_2/N2气氛下SO_2排放浓度,降低量约为10%;(3)随着反应气氛里CO_2体积分数由20%增加至50%,所选煤种SO_2排放浓度均逐渐降低,CO的排放浓度均逐渐升高;(4)随着炉膛温度的升高,O_2/CO_2、O_2/N2气氛下SO_2排放浓度均增大,不同气氛、不同升温段时SO_2排放浓度曲线斜率变化不同;(5)燃料比越小,煤粉燃烧越好,燃料中S向SO_2的转化率越高,而高温富氧下,燃料含S量越高,SO_2排放量也越高,但S向SO_2的转化率下降。     

烟气组分对脱硫灰吸附及催化氧化汞的影响

半干法脱硫工艺协同控制燃煤汞排放的技术中,脱硫灰将作为汞脱除的吸附剂。选取2种典型半干法脱硫工艺的脱硫灰样品,使用固定床反应器,在模拟烟气条件下研究了烟气组分对半干法脱硫灰吸附和催化氧化汞的影响。汞的吸附率在总体上均随汞氧化率升高而增加;HCl和NO2在脱硫灰的催化作用下能有效氧化Hg0,从而使气态汞吸附在脱硫灰表面;HCl、NO2不能进一步促进Cl2对Hg0的氧化;SO2与氧化性气体竞争脱硫灰活性位,可能是导致其抑制汞氧化和吸附的主要原因;NO在不同气氛条件下对Hg0吸附与氧化的影响存在差异;半干法脱硫灰对汞的吸附能力与飞灰接近,而在脱硫塔内通常具有更高的浓度,这使得半干法脱硫系统具备了较好的脱汞效果。     

均相汞氧化的化学动力学耦合流体动力学数值模拟

探讨了利用CHEMKIN4.1与FLUENT6.2软件耦合预测烟道中气相汞氧化过程。根据气相汞的氧化模型,结合CHEMKIN的敏感性分析方法对Hg0氧化化反应机制进行了分析,得到与汞氧化关联度高的反应。对烟气中不同Cl2和HCl浓度下汞的氧化进行了数值计算,模拟获得了汞在三维圆柱烟道内的浓度分布以及温度对汞氧化的影响规律,并与相关的实验结果进行了比较。结果表明:耦合计算很好地解决了计算流体力学(computation fluid dynamics,CFD)与复杂反应动力学机制结合的问题,少量Cl2对单质汞氧化的促进作用明显优于HCl,单质汞氧化率较高的温度窗口集中在950～1150K。     

富氧燃烧模拟烟气中SO_2和H_2O对Fe_2O_3/γ-Al_2O_3气相砷吸附的影响

采用超声波辅助浸渍法制备Fe_2O_3/γ-Al_2O_3吸附剂,利用固定床反应器,在模拟富氧燃烧烟气条件下研究了烟气组分CO_2、SO_2以及H2O对Fe_2O_3/γ-Al_2O_3吸附剂脱除气相砷的影响特性及机理。结果表明,O_2/CO_2燃烧方式下,高浓度CO_2极大的抑制了吸附剂对气相砷的吸附,而高浓度的H2O则在一定程度上促进了吸附进程。O_2/CO_2气氛中,一定范围内SO_2浓度的升高对Fe_2O_3/γ-Al_2O_3吸附气相砷具有促进作用,当吸附气氛中的SO_2超过一定浓度时,则对气相砷的吸附产生抑制,此时吸附气氛中O_2浓度的提高有助于缓解高浓度SO_2的抑制作用。     

漏风对富氧煤粉燃烧锅炉烟气成分的影响

在干烟气再循环方式下,以某超临界600MW机组富氧煤粉燃烧锅炉为研究对象,分别对富氧煤粉燃烧锅炉在不同负荷、不同漏风系数的条件下,锅炉烟气成分的变化进行了计算和分析。结果表明:在漏风系数一定的条件下,随负荷的增加CO2浓度呈上升趋势,N2、O2浓度呈下降趋势;而漏风系数增加时,烟气中各成分的体积分数变化明显。因此,对富氧煤粉燃烧锅炉密封系统的严密性要求高于常规锅炉。     

CuO-WO3/TiO2催化氧化燃煤烟气中Hg0试验研究

提高燃煤电厂现有选择性催化还原（SCR）催化剂催化氧化单质汞（Hg⁰）的性能,能够有效增强燃煤电厂利用现有烟气污染物控制装置协同脱汞效率。采用分步浸渍法制备了一系列CuO-WO₃/TiO₂（CuWTi）催化剂,在温度150~350 ℃时模拟燃煤烟气条件,考察了催化氧化Hg⁰性能,并与商用脱硝催化剂进行了比较。探究了烟气中O₂、SO₂和NO等气体对Hg⁰氧化性能的影响规律。发现商用脱硝催化剂和WTi催化剂在不含HCl的模拟烟气中对Hg⁰氧化率均在30%以下,而Cu₂W₈Ti催化剂具有较好的Hg⁰氧化性能。采用X射线光电子能谱分析仪（XPS）对催化剂进行了表征,结果表明,CuO与WO₃的相互作用在催化剂表面生成了丰富的化学吸附氧,促进了Hg⁰的氧化。Hg⁰在Cu₂W₈Ti催化剂表面的氧化过程遵循Mars-Maessen机制。     

410t/h燃煤锅炉汞释放及赋存方式转变数值模拟

运用详细汞化学反应动力学机制和涡耗散概念(eddydissipation conception,EDC)模型对410 t/h四角切圆燃煤锅炉炉内汞释放及下游烟道内汞赋存方式变化进行了模拟,得出煤粉燃烧时炉内汞的析出释放和分布规律,以及下游烟道内汞赋存形态的转变迁移特性。结果表明:在燃煤烟气中,HCl是单质汞氧化的关键组分;温度高于1 000 K时,单质汞是汞的主要赋存形式,HOCl是氧化单质汞的重要组分;温度低于900 K时,氧化态汞是主要的存在状态,氯化物形态的汞化合物含量约为92.36%、HgO含量7.64%,Cl2是产生HgCl2的重要组分;汞的氧化反应主要发生在尾部下行烟道中,HgCl2浓度随温度下降均呈迅速上升趋势。     

燃煤发电机组超低排放改造前后汞排放规律对比研究

采用安大略法（Ontario hydro method,OHM）对2台超低排放改造机组排放的烟气汞进行了采样检测,并将测试数据与改造前的测试数据进行了对比分析。试验结果表明：2台机组排口总汞浓度分别为2.31、4.22 μg/m³,远低于国内现行标准。汞排放因子由改造前的1.76和3.13 g/TJ下降为0.83和2.17 g/TJ,降幅分别为52.84%和30.67%。改造后SCR+DESP+WFGD+WESP组合环保设施的总汞脱除效率分别为87.91%、82.27%,相较于改造前SCR+DESP+WFGD的组合效率69.57%、65.61%,效率绝对值分别提升了18.34、16.66个百分点。研究表明：改造提高了SCR对单质汞的氧化率,强化了WFGD对氧化汞和颗粒汞的捕集能力,新增设的WESP表现出对氧化汞和单质汞的协同脱除能力。另外,提高SCR流场均匀性、加强催化剂维护、抑制WFGD中氧化汞的再还原等能有效保障现有环保设施协同脱汞能力。