卤素改性稻壳焦烟气喷射脱汞实验研究

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汞作为燃煤产生的第四大污染物已引起世界范围的广泛关注。我国以煤为主的能源消费结构在相当长的时期内将很难改变,因此我国面临着比其他国家更严峻的汞污染现状。目前,控制燃煤电厂汞污染物的成熟有效方法是活性炭喷射脱汞技术(ACI),但是活性炭成本高、再生效果差。生物质焦具有与活性炭相似的发达孔隙结构,具备一定的物理吸附能力,对其进行卤素化学改性在其表面形成有利于汞吸附的活性官能团,可获得廉价高效的脱汞吸附剂。以卤素改性生物质焦代替传统煤质活性炭,能够显著降低喷射脱汞技术的成本,节约高碳能源,实现工业化推广和应用。制备了稻壳焦(RHC),NH4Br改性稻壳焦(RHC-Br),NH4Br改性椰壳活性炭(CNAC-Br)和NH4Br改性煤质活性炭(CAC-Br)4种脱汞吸附剂,对其进行物理化学表征。在固定床上考察了模拟烟气条件下初始Hg0浓度、烟气温度、烟气组分等因素对RHC-Br汞吸附的影响,比较了RHC、RHC-Br、CNAC-Br和CAC-Br四种吸附剂的汞吸附性能。结果表明,吸附剂的汞吸附性能强弱顺序依次为CAC-Br>CNAC-Br>RHC-Br>RHC;提高初始Hg0浓度可提高RHC-Br的汞吸附能力;在80120℃范围内,RHC-Br的汞吸附能力随温度上升而上升,在120160℃范围内,RHC-Br的汞吸附能力随温度上升而下降;烟气组分中SO2的存在会抑制RHC-Br对Hg0的吸附,NO能促进RHC-Br对Hg0的吸附。在模拟烟气夹带流反应器实验装置上进行了喷射吸附剂脱汞实验研究,比较了RHC、RHC-Br、CNAC-Br及CAC-Br4种脱汞吸附剂的喷射脱汞特性,考察了初始Hg0浓度,停留时间,烟气温度,喷射量以及烟气组分等参数对RHC-Br吸附剂喷射脱汞的影响;利用程序升温脱附(TPD)方法研究吸附剂表面的汞吸附形态。结果表明,提高烟气初始汞浓度,增加吸附剂停留时间均可以提高RHC-Br的喷射脱汞效率与单位汞吸附量;增加吸附剂的喷射量会提高RHC-Br喷射脱汞效率,但却降低了单位汞吸附量;在80120℃,烟气温度升高,RHC-Br的喷射脱汞效率和单位汞吸附量升高,而在120160℃范围内,烟气温度升高,RHC-Br的喷射脱汞效率和单位汞吸附量均降低;与固定床结果类似,烟气组分中SO2的存在会抑制RHC-Br对Hg0的吸附,NO能促进RHC-Br对Hg0的吸附;由于本身孔隙结构、表面官能团以及卤素改性的影响,四种吸附剂的喷射脱汞性能和单位汞吸附量的强弱顺序为CAC-Br>CNAC-Br>RHC-Br>RHC;其中RHC对Hg0的吸附以物理吸附为主,存在少量化学吸附,产物为HgO;RHC-Br对Hg0的吸附主要是化学吸附,产物为HgBr2。在0.3MW循环流化床燃煤中试装置上,研究了贵州无烟煤燃烧的汞排放特性,在实际燃煤烟气中考察了ACI温度、吸附剂喷射量、NO浓度、SO2浓度和氨氮比对RHC-Br吸附剂喷射脱汞的影响,比较了RHC-Br、CAC-Br和CNAC-Br三种吸附剂的喷射脱汞性能。结果表明,在污染物控制装置(SCR+FF)基础上,配合ACI喷射脱汞装置能够高效地脱除燃煤烟气中汞污染物,综合汞脱除效率可达97.73%。在燃煤烟气中,CAC-Br的喷射脱除效率最好,达到80.01%,其次是RHC-Br,喷射脱汞效率达到73.40%,喷射脱汞效果最差的是CANC-Br,喷射脱汞效率为69.03%。提高ACI温度和吸附剂喷射量都能提高RHC-Br的喷射脱汞效率。考虑到经济性,RHC-Br吸附剂喷射脱汞的最佳炭汞比为16000;烟气组分中,NO和氨氮比对RHC-Br喷射脱汞效率提升明显,而SO2对RHC-Br的喷射脱汞效率起到抑制作用。
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