燃煤汞形态转化动力学机理模型研究

Mercury (Hg) is a global pollutant. Coal combustion is the most important source of atmospheric Hg pollution in China. Hg emission control for coal combustion is of great significance to Hg pollution prevention and international convention negotiation of China. Understanding the Hg transformation mechanism and developing a systemic model for the Hg transformation processes on coal combustion. This project is to determine the influence of flue gas composition on Hg transformation by simulating the flue gas cooling process, identify the adsorption and chemical reaction paths of Hg on fly ash via fixed bed flue gas simulation experiments, develop a kinetic model for Hg transformation on coal combustion through theoretical calculation based on the homogeneous and heterogeneous reaction mechanisms resulting from bench-scale experiments, and validate the model with onsite measurement results from existing literatures. The target of this research is to improve the understanding of Hg emission and transformation from coal combustion in China and provide theoretical basis for developing novel Hg pollution control technologies. The outcome from this project plays an important role in accurately predicting Hg emissions from coal combustion and provides scientific support to Hg control strategies for coal combustion in China.

汞是一种全球性的污染物，燃煤是我国大气汞污染的重要来源，燃煤汞排放控制对我国汞污染防治和应对国际公约谈判具有重要的意义。认识汞形态转化机理和建立系统性的燃煤汞形态转化机理模型对大气汞排放控制至关重要。本项目通过模拟燃煤烟气的降温过程，确定烟气成分对汞形态转化的影响机理；通过固定床模拟烟气实验，识别汞在飞灰表面上的吸附和化学反应路径；基于小试实验得到的均相反应和非均相反应机理，结合理论计算，建立燃煤汞形态转化动力学机理模型；利用已有文献中的现场测试结果对模型进行验证。通过本研究，有望提高对我国燃煤大气汞排放和形态转化规律的认识，为研发和改进燃煤汞污染控制技术提供理论基础。本项目的研究成果对准确预测燃煤大气汞排放也有重要作用，将为我国燃煤大气汞排放的控制对策提供科学支撑。

汞是一种全球性污染物，燃煤是我国大气汞污染最主要的来源。燃煤汞排放控制对我国汞污染防治和履行国际公约具有重要意义，掌握燃煤汞形态转化机理和建立系统的汞形态转化动力学模型是燃煤大气汞排放控制的关键。本项目旨在揭示燃煤烟气降温过程汞的均相氧化和非均相氧化机制，识别烟气组分对汞形态转化的影响，建立燃煤汞形态转化动力学机理模型，利用现场测试数据完成模型验证并确定参数化方案。.本研究首先通过一维沉降炉小试实验系统模拟燃煤烟气的降温过程，识别了烟气氯浓度、溴浓度、总汞浓度以及烟气温度对汞形态转化的影响；通过固定床模拟烟气实验，确定了飞灰表面和SCR催化剂表面汞非均相过程的反应路径，识别了HCl浓度、NO浓度、NH3浓度及飞灰特性对汞非均相氧化过程的影响；基于固定床实验确定的反应路径和小试实验得到的结果，结合理论分析，建立了燃煤汞形态转化动力学机理模型的均相反应模块、飞灰表面的非均相反应模块及SCR催化剂表面的非均相反应模块；基于小试实验结果初步确定了机理模型的参数化方案，基于现场测试结果，分别对无SCR电厂和有SCR电厂的烟气降温过程进行了模型验证，确定了最终的参数化方案。研究结果表明：汞的氧化率与烟气的卤素浓度成正相关，与烟气总汞浓度成负相关，低浓度下总汞浓度的影响占主导，高浓度下卤素浓度的影响占主导，溴对汞形态转化的影响比氯高1–2个数量级；汞非均相氧化过程在飞灰表面主要遵循E-R机制，在SCR催化剂表面主要遵循M-M机制，少数非均相过程遵循L-H机制；SO2和NO通过与活性氯原子结合对汞氧化起抑制作用，NH3具有双重作用机制，一方面通过与Hg0竞争活性位对SCR表面的汞非均相氧化起抑制作用，另一方面也通过消耗NO间接促进汞的氧化过程，现场测试结果表明促进作用占主导。.本研究提高了对燃煤大气汞形态转化规律的认识，建立的机理模型为研发和改进燃煤汞污染控制技术提供了重要基础。项目成果直接应用于UNEP燃煤汞控制BAT/BEP技术导则，为我国汞污染防治提供了科学依据。