混煤燃烧过程中汞释放特性

王淑勤^1,2,3，刘丽凤^1,2，尹大琪^1,2

1. 华北电力大学环境科学与工程系2. 华北电力大学河北省电厂烟气多污染物控制重点实验室3. 华北电力大学区域能源系统优化教育部重点实验室

摘 要：为了提高高-低硫混煤的燃烧特性,在混煤中加入添加剂（生物质、钙基添加剂、催化剂）后在管式炉中进行脱汞性能实验。采用微波辅助溶胶凝胶法制备了纯二氧化钛（TiO₂）和钕掺二氧化钛（Nd-TiO₂）。为探究脱汞机理,对催化剂进行了比表面积（BET）、X-射线衍射（XRD）、电镜扫描（SEM）、X-射线光电子能谱（XPS）和电子能谱（EDS）表征分析。对生物质进行了傅里叶红外光谱（FT-IR）分析,对确定方案样品进行了热重（TG-DTG）分析。脱汞性能实验结果表明:混煤选择低硫煤A和高硫煤C按质量比为4.5∶5.5进行混匀,在混煤中同时加入生物质油菜秸秆（煤油质量比为7∶3）、钙基添加剂氧化钙（CaO）（Ca/S物质的量比为2∶3）、催化剂Nd-TiO₂（Nd-TiO₂的质量=煤的质量×8%、1%Nd、500℃）,脱汞效率为72.7%,比混煤中只加油菜秸秆和氧化钙的脱汞效率提高了14.1%,比混煤中只加入油菜秸秆的脱汞效率提高29.5%。表征分析结果表明:稀土离子Nd³⁺掺入二氧化钛在一定程度上造成晶体表面发生微小畸变但未改变其晶型结构,催化剂的比表面积从12.20 m²/g增加至66.79 m²/g,增大了近4.5倍,提高了TiO₂的催化活性。油菜秸秆对Hg⁰的脱除主要集中在表面的羟基官能团的吸附作用和含氧官能团的氧化作用,同时,油菜秸秆中含有大量的碱性化合物Fe₂O₃等可以催化氧化Hg⁰;氧化钙降低烟气中SO₂的浓度,解除了高浓度SO₂对Hg⁰的抑制作用;Nd-TiO₂协同油菜秸秆及氧化钙促进汞的去除。

关键词：高-低硫混煤;脱汞;燃料添加剂;油菜秸秆;氧化钙;Nd-TiO₂;