燃煤烟气中As、Se、Pb的形态分布及S、Cl元素对其形态分布的影响

基于化学热力学平衡分析方法,计算分析了燃煤烟气中重金属As、Se、Pb的形态分布规律,研究了S、Cl等元素对As、Se、Pb的形态分布规律的影响。结果表明,氧化性气氛下,As以As₂O₅、As₄O₆、AsO等氧化物的形式存在;Se主要以SeO₂形式存在;Pb在1000 K以下主要是固态PbSO₄,1200 K以上为气态PbO。还原性气氛下,As在较低温度时为固态As₂S₂,900-1400 K以As₂、AsS、AsN气体共存,2000 K以上全部转化为气态AsO。Se在1100 K以下主要以气态H₂Se存在,1100 K开始生成SeS和Se₂气体,1800 K时主要是气态Se和少量气态SeO;Pb在中低温时主要是PbS,1800 K以上气态Pb为主要存在形态。S在还原性气氛下增大了AsS(g)、PbS(g)、SeS(g)的比例,氧化性气氛下对As、...     

燃煤烟气中As、Se、Pb的形态分布及S、Cl元素对其形态分布的影响

基于化学热力学平衡分析方法，计算分析了燃煤烟气中重金属As、Se、Pb的形态分布规律，研究了S、Cl等元素对As、Se、Pb的形态分布规律的影响。结果表明，氧化性气氛下，As以As₂O₅、As₄O₆、AsO等氧化物的形式存在；Se主要以SeO₂形式存在；Pb在1000 K以下主要是固态PbSO₄，1200 K以上为气态PbO。还原性气氛下，As在较低温度时为固态As₂S₂，900-1400 K以As₂、AsS、AsN气体共存，2000 K以上全部转化为气态AsO。Se在1100 K以下主要以气态H₂Se存在，1100 K开始生成SeS和Se₂气体，1800 K时主要是气态Se和少量气态SeO；Pb在中低温时主要是PbS，1800 K以上气态Pb为主要存在形态。S在还原性气氛下增大了AsS（g）、PbS（g）、SeS（g）的比例，氧化性气氛下对As、Se、Pb形态分布基本无影响；Cl无论在氧化还是还原气氛下对As、Se影响均较小，但对Pb的形态分布影响较大。     

矿物质氧化物对燃煤烟气中砷/铅的吸附特性研究

选取典型的矿物质氧化物为吸附剂,在两段式固定床反应器中研究了模拟烟气气氛下吸附剂吸附As₂O₃、PbO的特性,吸附反应的原子态密度、吸附位、吸附能等通过密度泛函理论(DFT)计算获得。结果表明,CaO的砷吸附容量最大,900℃吸附砷容量为5.25 mg/g;其次是Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃,吸附的砷以As³⁺和As⁵⁺的砷酸盐形式存在,高岭土和飞灰具有较大的PbO吸附容量,最大吸附容量分别为6.69和2.75 mg/g;其次是SiO₂和Al₂O₃,并且50%SiO₂/50%Al₂O₃混合吸附剂的铅吸附容量高于单一氧化物,吸附剂表面O原子是As₂O₃的吸附活性位点,吸附剂暴露的不饱和Si和Al原子是PbO的吸附活性位点,此外温度、烟气气氛...     

矿物质氧化物对燃煤烟气中砷/铅的吸附特性研究

选取典型的矿物质氧化物为吸附剂，在两段式固定床反应器中研究了模拟烟气气氛下吸附剂吸附As₂O₃、PbO的特性，吸附反应的原子态密度、吸附位、吸附能等通过密度泛函理论（DFT）计算获得。结果表明，CaO的砷吸附容量最大，900 ℃吸附砷容量为5.25 mg/g；其次是Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃，吸附的砷以As³⁺和As⁵⁺的砷酸盐形式存在，高岭土和飞灰具有较大的PbO吸附容量，最大吸附容量分别为6.69和2.75 mg/g；其次是SiO₂和Al₂O₃，并且50%SiO₂/50%Al₂O₃ 混合吸附剂的铅吸附容量高于单一氧化物，吸附剂表面O原子是As₂O₃的吸附活性位点，吸附剂暴露的不饱和Si和Al原子是PbO的吸附活性位点，此外温度、烟气气氛对吸附容量和吸附产物有显著影响。     

燃煤烟气重金属与铈改性CaO的相互作用机理研究

氧化钙(CaO)作为一种吸附剂广泛应用于燃煤烟气重金属的净化,但其吸附效率有限,需要进一步改性提升。金属铈(Ce)改性可调整其表面电子分布,增强化学活性。基于此,本研究建立了Ce-CaO (100)周期性模型,研究了燃煤烟气中汞、硒、铅三类重金属污染物的吸附机理。结果表明,除Hg⁰在Ce-CaO (100)表面上的吸附为物理吸附外,其余重金属污染物均为化学吸附,Ce位点和O位点为重金属污染物的主要活性吸附位点,吸附分子与Ce-CaO (100)表面之间存在明显的电荷转移与强烈的相互作用。Ce掺杂改性提升了CaO (100)表面对重金属污染物的吸附能力,尤其对Se⁰、SeO₂和HgCl₂的捕集能力显著提高。     

煤气化渣脱除燃煤烟气中汞的性能研究

汞作为一种重金属污染物,对环境和人体健康影响很大,如何对其高效脱除已引起了研究者的广泛关注。本研究使用煤气化渣及其分选后样品作为脱汞吸附剂,通过固定床和气流床脱汞实验考察了吸附剂的脱汞性能,利用N_2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等表征手段分析了吸附剂的物化特性。固定床脱汞评价结果显示,OS和HCS在60-120℃保持91%以上的脱汞效率;HAS在60℃有最高97%的脱汞效率,HAS的脱汞活性受脱汞温度影响较大。Hg-TPD和XPS表征结果表明,吸附剂中的化学吸附氧参与了汞的氧化,在吸附剂表面生成HgO。气流床脱汞评价结果表明,OS和HCS在碳汞比为40000,脱汞温度为60℃时,脱汞效率分别为56%、57%;当碳汞比为80000,脱汞温度为60℃时,脱汞效率分别为100%、82%。     

基于密度泛函理论的燃煤飞灰未燃尽碳与烟气砷作用机理

基于密度泛函理论研究了燃煤飞灰中未燃尽碳(unburned carbon,UBC)组分对气态单质砷As及其氧化物AsO、AsO₂和As₂O₃的作用机理。结果表明,单质砷优先吸附于碳桥位,吸附能在(-5.95)-(-5.88)eV。AsO分子中的砷、氧原子分别与碳原子成键时,吸附构型最稳定,吸附能最低为-7.87eV。当AsO₂在未燃尽碳表面解离形成一个AsO和表面活性氧时,体系最稳定,吸附能为-10.65eV。当三角双锥As₂O₃分子以两个氧原子首先碰撞未燃尽碳表面时,将解离形成AsO和AsO₂小分子,并分别与表面碳成键,此时体系吸附能相较于未解离情形而言显著降低,达到-10.64eV。飞灰未燃尽碳与AsO或AsO₂小分子的结合较紧密,局部倾向于形成特殊的五元环结构。毒性最强的三价态砷As₂O₃,相较于As、AsO和AsO₂而言,化学性质稳定,不易...     

煤中矿物质对燃煤污染物排放特性的影响

利用热分析和X射线光电子能谱（XPS）研究了煤中矿物质在燃烧过程中对煤中氮与硫的排放特性的影响。结果表明,铜川煤中的可溶性矿物质如硫酸盐、碳酸盐等对NO排放有促进作用,当将这类可溶性矿物质从煤体中除去后,煤的NO排放量下降;铜川煤中的矿物质对SO2的排放有抑制作用,当这类碱性成分被脱除后,单位质量可燃硫的SO2排放量升高。     

基于密度泛函理论的燃煤飞灰未燃尽碳与烟气砷作用机理

基于密度泛函理论研究了燃煤飞灰中未燃尽碳（unburned carbon， UBC）组分对气态单质砷As及其氧化物AsO、AsO₂和As₂O₃的作用机理。结果表明，单质砷优先吸附于碳桥位，吸附能在（-5.95）-（-5.88） eV。AsO分子中的砷、氧原子分别与碳原子成键时，吸附构型最稳定，吸附能最低为-7.87 eV。当AsO₂在未燃尽碳表面解离形成一个AsO和表面活性氧时，体系最稳定，吸附能为-10.65 eV。当三角双锥As₂O₃分子以两个氧原子首先碰撞未燃尽碳表面时，将解离形成AsO和AsO₂小分子，并分别与表面碳成键，此时体系吸附能相较于未解离情形而言显著降低，达到-10.64 eV。飞灰未燃尽碳与AsO或AsO₂小分子的结合较紧密，局部倾向于形成特殊的五元环结构。毒性最强的三价态砷As₂O₃，相较于As、AsO和AsO₂而言，化学性质稳定，不易发生吸附。将其催化裂解为AsO、AsO₂小分子，有望成为可行的燃煤电厂烟气砷污染控制措施。     

O2对燃煤烟气中As2 O3均相反应生成途径影响研究

应用量子化学密度泛函理论研究了燃煤烟气中As和AsO与O_2均相生成As_2O_3的反应机理。首先计算确定了各反应物、中间体、过渡态和产物的结构和能量,然后运用热力学和动力学方法对As_2O_3均相生成过程进行分析。结果表明,由As和AsO与O_2均相生成As_2O_3的最大反应能垒分别为32.9和157.2kJ/mol,在烟气中由As转化为As_2O_3更为容易进行。在500-1900 K下,各反应的正逆反应速率常数均随温度的提高而增大,但不同反应过程受温度影响的程度不同。As与O_2反应生成AsO和AsO_2的两个反应过程的平衡常数在所研究的温度范围内均大于10~5,能完全反应,可以认为是单向反应。AsO与O_2反应生成AsO_2的过程平衡常数在所研究的温度范围内小于10~5,反应不完全,转化率低。AsO与AsO_2生成As_2O_3(D3H)构型的平衡常数极低,反应难以进行,而生成As_2O_3(GAUCHE)构型反应能垒低,可自发进行。     

Co掺杂铁基氧化物吸附剂燃煤烟气脱汞实验研究

使用柠檬酸法制备了Co掺杂的铁基氧化物(FeCo)吸附剂,通过固定床脱汞实验装置系统考察了FeCo吸附剂的脱汞性能,并利用比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)、H₂-程序升温还原(H₂-TPR)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段分析吸附剂的物理化学特性。结果表明,α-Fe₂O₃中掺入Co后,比表面积、孔结构特性均得到改善,且氧化还原性能也相应提升;FeCo吸附剂在200-250℃获得最高约97%的脱汞效率;烟气中O₂和NO的存在有助于FeCo吸附剂对Hg⁰的脱除,而SO₂和H₂O则抑制FeCo吸附剂对Hg⁰的脱除,同时NO能削弱SO₂对FeCo脱汞的抑制作用。在脱汞过程中,FeCo吸附剂表面的活性组分Fe³⁺、Co³⁺和O^*均消耗,参与了Hg⁰氧...     

不同碱基物质对燃煤烟气脱氯的影响

实验探究NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃这三种常见的碱基物质在模拟燃煤烟气中的实际表现,发现三种碱基物质均具有一定的脱氯性能,NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃的脱氯性能依次下降,以脱氯效率70%为目标,使用三种碱基物质Na/Cl比分别需要达到5.8、7.1、8.7。高浓度SO₂的存在对烟气脱氯有竞争作用,随着SO₂浓度的提高,脱氯效率线性下降,不同碱基物质下,SO₂浓度对脱氯效率的影响规律基本一致,SO₂浓度每增加100 mg/m³,脱氯效率下降约1.4%。由于三种碱基物质达到相同脱氯效率时的Na/Cl比不同,综合考虑成本和溶解性,NaOH最具工业应用价值。     

燃煤烟气中汞的形态及其分析方法

从实验研究和模型分析两方面评述了目前研究燃煤烟气中汞的化学形态分布的各种分析方法 ,对各种方法的优缺点进行了比较 ,同时指出了将来的研究方向。实验研究中的汞形态测量方法可以归纳为取样分析法和在线分析法两大类 ,EPA法 2 9是使用最为广泛的一种方法 ,不同方法在总汞的测量方面有较好的一致性 ,而在测量氧化物形态时存在一定偏差。取样分析法中对取样介质的选择吸收性和收集效率不确定性、分析物的回收效率等的研究是热点问题 ,而在线分析法是目前正在发展的新兴方向。虽然在煤燃烧过程中使用化学热力平衡模型分析有一定的局限性 ,但在目前缺乏动力学参数的条件下 ,它仍是一个十分有效的手段 ,在化学热力学模型的基础之上发展化学动力学模型是模型分析方面一个主要的、新兴的研究方向。     

660MW燃煤机组锅炉飞灰颗粒物排放特征研究

应用自动烟尘测试仪在沙角C电厂1#炉静电除尘器前进行飞灰颗粒物采集,分析了煤种、负荷对飞灰细颗粒排放特性的影响,同时对飞灰颗粒粒径分布、化学成分、矿物含量和形貌特征等进行了研究。结果表明,机组负荷越高,飞灰颗粒越细,生成的PM1和PM2.5越多,但总的烟尘排放浓度随负荷升高而降低;随着伊泰煤的掺烧比例增大,飞灰颗粒粒径分布向细颗粒区域移动,PM1和PM2.5的含量增大。低负荷时易形成含有熔融小球体的煤胞结构,高负荷时易形成多孔煤胞。高低负荷和不同配煤的燃煤颗粒物矿物成分类似。     

燃煤电厂砷、硒、铅的排放与控制技术研究进展

煤炭是中国重要的能源资源,而中国煤中重金属砷、硒、铅含量较高,燃煤电厂已经成为重要的砷、硒、铅排放源之一。针对电厂燃煤带来严峻的砷、硒、铅污染问题,本文首先介绍了燃煤释放的砷、硒、铅排放量大且危害性强,概述了世界各国关于重金属排放控制的相关政策法规,指出中国对燃煤重金属砷、硒、铅的排放控制势在必行;其次从煤中赋存形态、燃烧过程中的形态转化和质量分布三个方面阐释了燃煤过程中砷、硒、铅的迁移转化规律,重点描述了砷、硒、铅在颗粒物上的形态特征和尺度分布;最后综述了燃烧前、燃烧中和燃烧后对砷、硒、铅的排放控制技术,详述了吸附剂捕集和烟气净化装置协同脱除的研究进展,并论述了低低温除尘器和团聚技术对砷、硒、铅的强化脱除潜力。以期为燃煤电厂重金属砷、硒、铅超低排放的实现提供参考和指导。     

聚合氯化铝形态分布、分析和控制研究进展

Al^3 发生水解和聚合反应,形成多种形态。关于其形态分布与结构,目前存在两种观点,即六元环连续分布模式和聚十三铝模式。形态分析的方法,主要有NMR法、吸光光度法等。影响形态分布的因素,主要有反应物浓度、碱化度、碱液加入速度、加碱方式、混合状况等。     

淹水还原条件对不同土壤中镧形态分布的影响

以旱作条件为参照,研究淹水还原条件对镧形态分布的影响。结果表明:淹水还原条件对内源镧B1态:水溶态、可交换态与碳酸盐结合,B2态:铁锰氧化物结合态,B3态:有机质及硫化物结合态的分布没有显著影响;对于外源镧,B1和B3态受淹水条件影响较大,相对于旱作条件,其浓度有增加的现象,淹水条件下B2态在中性土壤中含量稳定,酸性土壤中含量下降,而碱性土壤中含量则上升,产生变化的具体机制还有待进一步研究。两种模拟条件下外源镧3种形态的分布未达到显著性差异。不论在旱作还是淹水条件下,3种土壤中外源镧各形态浓度顺序相同,B1和B2态为:黄红壤黄褐土砂姜黑土,B3态为:砂姜黑土黄褐土黄红壤;两种模拟条件下,3种土壤中的外源镧有进入残渣态的趋势,但并不明显,且不同土壤的各形态对残渣态的贡献不同。     

基于SRXRF和XANES研究Pb对玉米种子萌芽的影响及其分布和形态特征

以受不同浓度Pb胁迫下的玉米种子萌芽试验为基础,结合SRXRF研究Pb对玉米种子萌芽的影响和Pb在玉米种子的微区分布特征,利用X射线吸收近边结构技术(XANES)对萌芽玉米种子不同部位中Pb的化学形态进行分析,藉以了解种子对Pb的吸收和转化规律。结果表明,玉米种子的发芽率、根芽伸长量随培养溶液中Pb(NO3)2浓度增加而降低。种子发芽率、平均芽长、平均根长与暴露Pb浓度间的方差分析P-value分别为2.0×10!3,1.4×10!4和2.39×10!8,均小于0.01,为极显著差异,说明Pb胁迫对种子萌芽和根芽生长造成了极显著影响,且对根长抑制作用更大。SRXRF分析结果表明,种皮和胚结构是玉米种子富集Pb的主要部位,Pb富集在胚结构中将抑制种子萌芽。各种子样品的Pb-LⅢ(13035 eV)边XANES谱图相同,为同一种Pb形态,拟合结果显示其含74.3%的氯化磷酸铅和24.2%硬脂酸铅,说明Pb主要以氯化磷酸铅的形式沉积于玉米体内,并有少部分以与羧基结合的有机铅形式存在。     

燃煤电厂砷、硒、铅的排放与控制技术研究进展

煤炭是中国重要的能源资源，而中国煤中重金属砷、硒、铅含量较高，燃煤电厂已经成为重要的砷、硒、铅排放源之一。针对电厂燃煤带来严峻的砷、硒、铅污染问题， 本文首先介绍了燃煤释放的砷、硒、铅排放量大且危害性强，概述了世界各国关于重金属排放控制的相关政策法规，指出中国对燃煤重金属砷、硒、铅的排放控制势在必行；其次从煤中赋存形态、燃烧过程中的形态转化和质量分布三个方面阐释了燃煤过程中砷、硒、铅的迁移转化规律，重点描述了砷、硒、铅在颗粒物上的形态特征和尺度分布；最后综述了燃烧前、燃烧中和燃烧后对砷、硒、铅的排放控制技术，详述了吸附剂捕集和烟气净化装置协同脱除的研究进展，并论述了低低温除尘器和团聚技术对砷、硒、铅的强化脱除潜力。以期为燃煤电厂重金属砷、硒、铅超低排放的实现提供参考和指导。     

煤灰矿物质在炉内的迁徙分布规律及其对沾污结渣的影响

在0.25 MW试验炉上进行热态试验，对新汶矿务局黑液水煤浆和常规水煤浆进行对比燃烧试验，从炉膛不同部位的灰渣成分分析炉内的结渣机理。研究了煤中钠、钾、钙、铝、硅、铁等矿物质元素沿烟气行程的分布，着重研究了不同成分对结渣的形成及分布的影响。结果表明，沿火焰行程，煤中各矿物质的分布是不一样的，其中碱金属质量分数炉壁渣比空间颗粒明显减小，呈先减小后增大趋势，炉壁渣的铝质量分数明显超过空间颗粒物，呈先增大后减小趋势，硅则和铝恰恰相反，使得硅铝比先增大后减小，其它各元素的附着机理也有各自的规律，其矿物质元素分布与煤灰熔融性基本一致。