模拟烟气中HBr对汞的均相非均相氧化实验研究文献综述

 2022-10-28 10:25:28
  1. 文献综述(或调研报告):

燃煤烟气中的汞主要以气态元素汞(Hg0)、气态氧化态汞(Hg2 )和颗粒态汞(Hgp)存在[1],其中Hgp、Hg2 易被现有的空气污染控制设备(APCDs)去除[2],而Hg0易挥发,难溶于水,是燃煤电厂主要的汞排放形式,现有污染控制设备难以将其脱除,是燃煤烟气脱汞的难点[3-6]。借助适当的氧化剂或催化剂将烟气中的Hg0转化为Hg2 ,并充分利用现有的APCDs脱汞是近期广受关注的热点[7-10]

研究表明,卤素类物质可以有效的促使烟气中的单质汞向氧化态汞转化[11-15]

静电除尘器(ESP)和布袋除尘器(FF)除尘效率一般可达到99%以上,因此能高效的去除Hgp。常用的脱硫装置湿法脱硫系统(WFGD)能脱除85%以上甚至全部的Hg2 ,它对总汞的脱除效率取决于烟气中Hg0向Hg2 的转化率,并且几乎不能脱除Hg0[3][16]。现今中国已建、在建或拟建的燃煤电站烟气脱硝项目中约96%采用选择性催化还原(SCR)技术[4][17],而SCR装置在脱硝的同时,能促进Hg0向Hg2 的转化,从而有利于脱硫装置对Hg2 的脱除[5][18]。

近年来许多学者开始关注并研究烟气中添加Br对HgO氧化的影响,结果表明在燃煤烟气中添加少量的Br就能显著促进汞的氧化,并且Br对汞的氧化活性远高于Cl及其他卤族元素。Cao等[8]采用燃烧次烟煤产生的烟气研究了HF、HCl、HBr和HI对HgO的氧化性能,结果表明四者对HgO氧化性能的大小顺序依次为:HBrgt;HIgt;HClgt;HF。在研究HBr对HgO氧化性能的实验中发现,当飞灰存在时,向烟气中添加少量的HBr即可达到90%的汞氧化率,在烟气中添加Br能够显著促进汞的氧化,尤其是与飞灰或未燃碳颗粒协同作用时对汞氧化的促进作用更加显著。Liu等[6][19]在研究Br及其与飞灰协同作用对汞的氧化性能时发现,Br2能显著促进汞的氧化,而燃煤飞灰尤其是飞灰中未燃碳与Br2的协同作用对汞的氧化作用更加显著。添加Br2促进了汞在飞灰和未燃碳颗粒上的快速吸附及非均相氧化反应的发生,并且反应动力学计算结果表明,汞在飞灰上的吸附反应速率低于Br2在飞灰上的吸附反应速率,因此汞在飞灰上的吸附反应速率成为非均相氧化反应速率的制约因素。

BuitragoW[7][20]利用BozzellM[20]的反应机理进行了Hg/Br均相模拟,但是模拟结果与实验结果存在较大的偏差。文献[8][21]表明,均相模型不能准确地描述实际燃煤烟气中汞的形态分布,而非均相反应机理对汞的迁移转化具有重要的意义。Niksa等人初步提出了Hg/Br在未燃尽炭(UnburnedCarbon,UBC)表面上的非均相反应。

Vosteen.B等人[9][22]首先尝试在废物燃烧烟气中添加HBr以及NaBr溶液,当添加的溴与汞的质量比达到300时,锅炉出口几乎所有的汞都转化为了氧化态形式。MarkBerry等人[10][23]在电厂炉膛中喷洒CaBr2溶液,发现添加5ppm的溴就可以使汞的氧化率达到90%。马晶晶[11][24]等人在小型试验台架上尝试在煤中添加NaBr,对烟气汞也起到了较好的氧化作用。Eswaran等人[12][25]进行烟气模拟实验,比较了HBr与HCl对汞的氧化效果,发现添加15ppmHCl,汞的氧化率为87%,而达到相同的氧化率,HBr只需要2ppm。YanCao等人[13][26]采用真实的亚烟煤燃烧烟气进行实验,将HF、HCl、HBr、HI进行了比较,发现在烟气中添加300ppmHCl,汞的氧化率达到40%,添加15ppmHF,氧化率达到8.5%,而只添加5ppmHI,氧化率可以达到40%,对于HBr,添加3ppm氧化率就可以达到80%,并总结出四者对单质汞氧化性的大小顺序:HBrgt;HIgt;HClgt;HF。随后YanCao[14][27]针对HBr进行实验,当飞灰存在时,在烟气中添加4ppm的HBr,氧化率可达到90%以上。由此可见,相比氯而言,溴对燃煤烟气中汞的氧化脱除起到更为高效的作用。

综上所述,研究燃煤电厂HBr添加剂脱汞技术,对我国燃煤汞的控制脱除有着重要的意义。

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