汞是煤中赋存的一种痕量重金属有毒元素,因其在煤转化和利用过程的高挥发性和强累积性已引起国际社会的广泛关注。本论文通过现场取样和测试、实验研究及理论分析等相结合方法,较为系统地考察了不同煤阶煤中汞的赋存形态及其在典型超低排放燃煤机组中迁移转化和脱硫浆液中稳定化措施。在自行设计并搭建的双段控温-氧化燃烧-在线监测技术联用的热解实验装置上,基于对所研究系统汞的质量平衡检测,考察了汞在不同煤阶原煤中的赋存形态及其热稳定特性,探索了煤阶对汞形态分布的影响规律,重点分析了煤中汞对有机和无机形态硫的依赖关系;然后,针对煤炭洗选过程中汞在原煤和洗选产物中赋存形态及其变化规律,考察了无机矿物质对汞元素迁移转化的影响;进而,对4台超低排放燃煤机组烟气、入炉煤及其燃烧副产物现场在线取样,开展了燃煤机组全流程汞迁移转化规律研究,明晰了现有烟气净化装置对烟气中汞的协同控制作用,着重探索了汞在湿法脱硫浆液中的迁移转化规律及其稳定化措施。论文主要研究内容和重要结果如下:采用程序升温热解、逐级化学提取和热分析相结合的方法,考察了山西地区宁武煤田和沁水煤田的泥煤、褐煤、次烟煤、烟煤和无烟煤等5类煤阶14个煤样中汞赋存形态,将其分为可交换态汞（F1）、碳酸盐+硫酸盐+氧化物结合态汞（F2）、硅酸盐+铝硅酸盐结合态汞（F3）、硫化物结合态汞（F4）和有机物结合态汞（F5）共5个部分,其中F2、F4和F5约占煤中汞总量的90%以上,是煤中汞的主要赋存形态。探讨了煤中汞赋存形态与煤阶的相互关系,发现F2和F5所占比例随着样品煤化程度的加深逐渐降低,而F4占比显著提高。同时获得了汞在煤化过程中的迁移规律,发现富集于碳酸盐、硫酸盐和氧化物（F2）中的汞在煤化过程中可能会随煤中矿物质的转化而迁移至硫化物中。考察了煤中不同赋存形态汞的热稳定性,发现汞的热释放特性依赖于其在煤中的赋存形态,依次为F1<F5<F2<F4<F3。此外,也发现煤热解过程中汞与含硫气体的释放具有一定相关性。基于山西宁武煤田神头矿区、轩岗矿区和安太堡露天矿区4类煤阶59个煤样及相应地区洗煤厂12个煤矸石中汞含量和赋存形态的具体测试,将Spearman秩相关和Pearson线性相关统计分析方法相结合,建立了汞与硫相关性的两步评价方法,探究了煤中汞元素对硫的依存关系,并将此结果与煤化程度和汞在煤中的形态分布相结合。基于上述相关性分析结果,指出了煤中汞的富集是有机物和无机矿物质共同作用的结果,其中有机硫对泥煤中总汞含量影响最大,并随着煤化程度加深其影响减弱。煤中汞含量与灰分的关系可以反映出汞与无机硫之间的相互关系,其中硫酸盐在煤中含量小,导致仅在泥煤和褐煤中发现汞含量与其具有一定关系;随着煤化程度加深,褐煤、次烟煤和烟煤中总汞含量与黄铁矿硫线性相关系数依次为0.479、0.709和0.887,煤中汞与黄铁矿硫的相关性增强。有机结合态汞F5仅在泥煤中与有机硫具有较强的相关性,其线性相关系数为0.812,证实了泥煤中总汞含量主要取决于其中有机硫的含量;而在褐煤、次烟煤和烟煤的样品中无机结合态汞与灰分含量的线性相关性逐渐增强,分别为0.502、0.757和0.837,说明随着煤化程度加深煤中汞和硫的富集程度由有机态向无机态转移;形态汞和形态硫之间相关性分析不仅证实了汞与硫强亲和力的推断,也验证了逐级化学提取实验对煤中汞赋存形态识别方法的可行性和实用性。针对煤炭洗选过程,选取宁武煤田轩岗矿区和神头矿区2个大型洗煤厂,研究了汞在原煤和洗选产物中含量和赋存形态的变化及其热解过程中与硫的热释放特性。结果表明造成洗煤产物中汞富集程度差异的原因是不同形态汞的重新分配,汞迁移主要受控于无机矿物质迁移,洗选后矸石总汞绝对含量较原煤增加了322.8%,而精煤汞含量降低至原煤的40%,汞脱除率达到56.4%;洗煤产物中汞富集程度的差异与其在原煤中赋存形态密切相关,其中矸石中硫化物结合态汞的占比高达56.6%,而精煤和煤泥中有机结合态汞较原煤中均有所提高。进而考察了热解温度、反应时间和汞赋存形态对煤中汞和硫热释放的影响行为,发现煤中汞与其赋存体的结合程度相对弱于硫,500℃时汞脱除率可达50%以上,而硫在800℃时的释放率仅为20%左右。不同热解温度段汞热释放行为由煤中汞的固有赋存形态所决定,其中有机结合态汞随有机质分解在300℃已大量逸出,而硫化物结合态汞分解温度主要集中在400℃-600℃,挥发分含量高的精煤和煤泥因其有机汞较多,在低温阶段更易释放。进而通过分析样品热解过程中汞和硫分的析出规律得到其析出动力学特征。针对超低排放燃煤机组,对比了山西地区4台300 MW等级的煤粉炉和循环流化床机组入炉煤、烟气以及燃烧副产物底渣、飞灰、脱硫石膏中汞含量,通过对燃煤机组全流程汞的迁移转化规律研究,深化了对超低排放机组现有烟气净化装置协同控汞的认知水平,进而考察了入炉煤及燃烧副产物中汞的热稳定性。基于对现场采样数据的分析发现了底渣中汞含量低至可忽略,煤中汞几乎全部释放进入烟气。随着烟气温度降低,烟气汞浓度由静电除尘器入口、湿法脱硫塔入口、湿式电除尘入口和出口呈现阶梯型下降趋势。由于CFB机组飞灰对烟气中汞具有更强的捕获能力,导致脱硫塔前除尘器出口处烟气汞浓度降低至1 μg/m3以下;而PC炉在除尘器出口处烟气汞浓度约在6 μg/m3,经脱硫塔协同脱除后烟气中汞浓度也降低至1μg/m3,因此脱硫塔在PC炉机组中对脱汞有一定的协同脱除作用,使得脱硫石膏中汞含量明显高于CFB锅炉。煤中汞经燃烧后迁移至飞灰和脱硫石膏副产物中,其赋存形态和热稳定性随之变化,其中F2、F4和F5依然是入炉煤中汞最主要的赋存形态,由于CFB机组以灰分较高的低热值煤为入炉煤,其无机形态汞（F2+F4）远高于PC炉;两种炉型的飞灰中汞主要以F2形态存在,其组成可能为HgCl2、HgO等无机态汞,脱硫石膏中汞除含有大部分F2以外,也存在少量F4,其组成可能为HgSO4、HgO、HgCl2和HgS。选取某300 MW煤粉炉超低排放燃煤机组现场WFGD脱硫浆液为研究对象,考察了汞在气液固三相中的迁移转化及三种添加剂的影响行为,探讨了固相石膏中汞的热释放特性和环境风险及其内在机制。定量比较了 WFGD主要操作条件和浆液中阴离子对汞在气液固三相中的迁移转化规律,温度升高导致气相Hg0增加,浆液pH升高会使气相和固相中汞含量均有增加,Cl-或SO42-浓度升高在抑制浆液中汞还原为Hg0的同时促进了固相石膏中汞含量增加,而SO32-浓度增加虽然有利于汞富集于固相但会引起部分Hg2+转化为Hg0。考察了添加剂对脱硫浆液系统中汞二次释放的影响行为,比较了添加剂对浆液中汞的固化效果,添加剂通过与Hg2+反应生成难溶物使得浆液中75%以上的汞转移至固相石膏中,其中DTCR-4效果最好,并抑制了 Hg2+还原为Hg0后二次释放。进而分析了添加剂引入后固相石膏中汞的热释放和环境毒性,并从石膏中汞的形态角度探讨了添加剂加入后热稳定性及环境稳定性的变化原因,发现添加剂加入后,石膏样品中汞的热释放温度降低,主要原因是原始石膏样品与Hg（EDTA）2、[Hg-DTCR]n或HgS（black）的稳定性差异所致;石膏样品中汞的化学稳定性提高,这与石膏中水溶态汞、酸溶态汞和可氧化态汞的含量密切相关。旨在为燃煤机组烟气汞减排和WFGD废水及固体石膏的资源化利用提供基础数据和操作建议。