燃煤電廠是人為汞排放的主要來(lái)源之一。燃煤煙氣中汞主要以單質(zhì)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(jìn)而利用濕法脫硫裝置對(duì)其進(jìn)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(jīng)驗(yàn),本文研究目標(biāo)是開(kāi)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(duì)HCl依賴(lài)性強(qiáng)、抗硫抗水性差等缺點(diǎn)。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(duì)上述問(wèn)題,本文首先通過(guò)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(yīng)機(jī)理。首先,對(duì)典型以MnOx為活性組分的負(fù)載型催化劑進(jìn)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(yīng)過(guò)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(fù)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(wú)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(xué)吸附氧參與Hg0的氧化過(guò)程。催化劑表面生成了活性氯物種,且其生成和Mn4+以及化學(xué)吸附氧有關(guān),尤其是化學(xué)吸附氧,是催化劑低溫活性的關(guān)鍵。針對(duì)MnOx在催化氧化Hg0過(guò)程存在的固有缺陷以及對(duì)低溫催化氧化過(guò)程中活性物種的明確,本文研究了具有較強(qiáng)儲(chǔ)氧能力和特殊結(jié)構(gòu)的錳基鈣鈦礦型氧化物(La1-xSrxMnO3)的低溫脫汞活性。活性測(cè)試結(jié)果表明,Sr摻雜比例x=0.4時(shí),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(chǔ)氧能力以及表面化學(xué)吸附氧物種較強(qiáng)的流動(dòng)性,催化劑在低濃度HCl氣氛下依然可以實(shí)現(xiàn)高效脫汞。雖然該催化劑的低溫性能相對(duì)MnOx有較明顯的提升,但是抗硫性能沒(méi)有明顯的改善。與錳基鈣鈦礦型催化劑的物理化學(xué)特性類(lèi)似,錳摻雜的鈰鋯固溶體(CZMx)也具備優(yōu)異的儲(chǔ)氧能力和氧物種流動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)活性測(cè)試發(fā)現(xiàn),CZMx催化劑最佳活性溫度為150℃,且其對(duì)HCI的依賴(lài)性較弱。抗硫性測(cè)試發(fā)現(xiàn)CZMx具備較強(qiáng)的抗硫性:純N2氣氛下,SO2對(duì)催化活性的抑制機(jī)理是SO2與反應(yīng)物競(jìng)爭(zhēng)消耗活性氧:當(dāng)煙氣中同時(shí)存在O2時(shí),SO2對(duì)催化劑的活性影響較小,因?yàn)闅鈶B(tài)O2可以迅速恢復(fù)催化劑表面被消耗的活性氧。為研究低溫?zé)煔庵兴戏磻?yīng)對(duì)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(xué)特性的變化對(duì)其催化活性的影響。對(duì)催化劑的表征結(jié)果表明,水合反應(yīng)后的催化劑表面的化學(xué)吸附氧以及Mn4+的濃度會(huì)降低,進(jìn)而影響催化劑的低溫活性。此外,H2O的存在會(huì)對(duì)催化反應(yīng)的過(guò)程產(chǎn)生影響,其主要原因是H2O會(huì)誘導(dǎo)HCl與活性組分反應(yīng)生成晶格氯,而抑制活性氯的生成,進(jìn)而抑制Hg0的氧化。目前.對(duì)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(duì)現(xiàn)有的污染物控制裝置協(xié)同脫汞性能進(jìn)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(jù)。通過(guò)改變鍋爐負(fù)荷研究SCR協(xié)同脫汞效率與同時(shí)變化的煙氣溫度、含氧量和空速比的關(guān)系,結(jié)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(duì)靜電除塵設(shè)備,除塵入口的低溫省煤器運(yùn)行,可以顯著提升飛灰對(duì)煙氣中Hg0的脫除。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：X773
【部分圖文】：

占能源消費(fèi)總量的６４％，而其中的５０．６％用于燃燒發(fā)電［１１。雖然近年來(lái)Ｗ核電、水電??等為代表的新能源的生產(chǎn)和消費(fèi)發(fā)展較快，但是這仍然難Ｗ改變我國(guó)長(zhǎng)期レッ來(lái)形成的??心義煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)。圖１．１是我國(guó)近十年的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，可Ｗ看出煤炭在我國(guó)??能源消費(fèi)中的比例較高，降低幅度較小。根據(jù)＂十Ｈ五＂能源發(fā)展規(guī)劃，我國(guó)各行業(yè)??的煤炭總、消費(fèi)量在２０２０年將超過(guò)３０億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。２０２０－２０３０年期間，我國(guó)對(duì)煤炭的??消費(fèi)量將持續(xù)增長(zhǎng)，但增速減慢，到２０３０年達(dá)到３３億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。預(yù)計(jì)２０３０年Ｗ后，??隨著新能源在我國(guó)能源消費(fèi)中的比例不斷增大，煤炭總消費(fèi)量開(kāi)始逐漸下降，到２０５０??年預(yù)計(jì)降低至２７億噸標(biāo)準(zhǔn)煤口］。由此可見(jiàn)，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，化媒為主要消費(fèi)??對(duì)象的能源消費(fèi)狀況難Ｗ改變。??煤炭是地殼內(nèi)動(dòng)植物遺體經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代，經(jīng)歷長(zhǎng)期的化學(xué)、物理變化而形??成的一種固體燃料。煤炭的成分極其復(fù)雜，其主要成分是Ｃ、Ｈ、０、Ｎ、Ｓ等主要元??素

華中科技大學(xué)博去學(xué)位論文??行約束，排放不得高于化０３?ｍｇ／ｍ３。２０１６年８月，我國(guó)向聯(lián)合國(guó)提交《關(guān)于隸的水??俱公約》，成為第Ｈ十個(gè)批約國(guó)。這一事件反映了我國(guó)對(duì)隸排放限制的重視。因此，??究經(jīng)濟(jì)、高效、可行、適合我國(guó)國(guó)情的燃煤束排放控制技術(shù)有著重大的意義。??２０１０年，全球范圍內(nèi)，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(nèi)十大東排放國(guó)Ｗ及全球個(gè)經(jīng)濟(jì)體的束排放強(qiáng)度（每克未／生產(chǎn)總值）。??人為排放的束中，燃煤電廠排放的束占據(jù)相當(dāng)重要的地位。據(jù)美國(guó)環(huán)保署報(bào)道，美??國(guó)的燃煤電站排放的東占人為排放乗總量的３０％ｔ７Ｌ在中國(guó)，燃煤電廠排放的乗是人??為束排放最重要的來(lái)源Ｗ。因此，對(duì)燃煤電廠的束排放進(jìn)行控制是減少束排放的重要??徑。??

物理化學(xué)過(guò)程，部分氣態(tài)ＨｇＵ將被轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的氧化態(tài)束或二價(jià)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(huì)上述??Ｈ種形態(tài)存在，具體過(guò)程如圖１．３所示。根據(jù)煤種的不同，其中的氣態(tài)單質(zhì)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(huì)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(shì)［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(huà)煤Ｉ去，燃燒?Ｉ?煙氣冷巧?Ｉ?ＡＰＣＤ入＾??圖１．３煤中隸的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)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(jié)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?zé)煔鈼l件中??４??
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