燃煤电厂是环境中汞和痕量元素的主要人为排放源。燃煤排放的汞及痕量元素由于其巨毒性、生物累积性、环境持久性等特点而引起全世界的广泛关注。煤中添加剂进行燃煤烟气脱汞是一种易操作、低成本、高效率的脱汞技术。目前关于煤中添加剂脱汞技术的研究多关注于脱汞效率,对添加剂情况下燃煤烟气中汞的形态转化及脱除的机理还不十分明确,添加剂对燃煤烟气中痕量元素的迁移转化规律和机理的研究还少见报道。燃煤过程中痕量元素的研究多停留在痕量元素在飞灰、烟气、底灰和飞灰中的分布及固相产物中的富集特性,或者单纯使用化学热力学软件进行模拟计算等。虽然研究者已经进行了大量燃煤电厂汞排放的现场测试研究,但是对超低排放燃煤电厂中的汞和常规燃煤电厂中其他痕量元素在各空气污染物控制设备（APCDs）中的迁移转化规律的了解还不够深入。因此,明确煤中添加剂对烟气汞形态转化及脱除的影响机理、汞及其他痕量元素的迁移转化机理及排放特性,对燃煤电厂汞和其他痕量元素的排放控制及相关标准的制定具有重要的指导意义。针对上述问题,本文系统、深入地开展了煤中添加剂对烟气汞形态转化和燃煤痕量元素迁移的实验和机理研究。在6 kW_th CFB实验装置上开展了煤中添加NH₄Br对烟气汞形态转化及脱除的实验研究,采用OHM进行烟气汞形态浓度取样,借助比表面积及孔隙度分析仪（BET）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线荧光分析（EDXRF）等手段进行燃煤飞灰的物理化学形态表征,使用汞程序升温脱附的方法（Hg-TPD）确定燃煤飞灰中的汞形态。研究结果表明:贵州无烟煤燃烧烟气中的Hg^p浓度大大高于Hg⁰和Hg²⁺的浓度,底灰中的汞含量可以忽略。飞灰中较高的未燃碳含量和较强的气-固相互作用导致了原煤燃烧烟气中较高的Hg^p份额。随着NH₄Br添加量的增加,燃煤烟气中Hg⁰和Hg²⁺的浓度和比例均减少,烟气中Hg^p的浓度和比例对应增加。Hg⁰转化率和气态汞(Hg^g,Hg^g=Hg⁰+Hg²⁺)脱除率均随着NH₄Br添加量的增加而增加,在0.3%NH₄Br添加量下达到极大值;说明煤中添加NH₄Br对燃煤过程中Hg⁰向Hg²⁺、Hg^p的转化及汞的脱除具有积极的促进作用。添加的NH₄Br在炉膛中分解成为活性溴,促进了烟气汞的均相和非均相氧化反应;在NH₄Br添加下,飞灰上的一些汞化合物（如HgS（red）、HgO、和HgSO₃）会被活性溴进一步氧化,生成更多的HgO和HgSO₄。在沉降炉（DTF）实验装置上开展了烟煤燃烧过程中Cl、As、Cr、Mn、Ba迁移转化的实验研究,分别采用US EPA Method 26和US EPA Method 29标准方法对烟气中Cl和其他四种痕量元素进行了取样,借助高效液相色谱（HPLC）与电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）联用测定燃煤飞灰中As形态浓度,结合化学热力学计算,探讨了煤燃烧过程中Cl、As、Cr、Mn、Ba的形态转化以及煤中Cl含量对这些痕量元素形态转化的影响。实验结果表明:燃煤烟气中Cl几乎均匀地分布在烟气气相和颗粒物中,且烟气气相Cl分布量高于颗粒态的分布量。As、Cr、Mn、Ba这四种痕量元素主要分布在飞灰中,极少分布在烟气气相中。烟气中HCl、Cl₂浓度远高于其他四种气态痕量元素As_g、Cr_g、Mn_g、Ba_g的浓度,HCl是烟气气态中主要的Cl形态。颗粒态痕量元素（As_p、Cr_p、Mn_p、Ba_p）的浓度远高于其气态浓度。得到了Cl、As、Cr、Mn、Ba在煤灰中的相对富集因子,其中Cl、As具有一定的挥发性,且Cl的挥发性远高于As;Cr、Mn、Ba三种痕量元素具有一定的富集特性。As⁵⁺是飞灰中As的主要形态,占飞灰As总量的93.79%。结合化学热力学理论,深入研究了燃煤过程中痕量元素Cl、As、Cr、Mn、Ba的形态转化机制和影响因素。研究结果表明:原煤燃烧时,在200-1400^oC范围内,HCl（g）是烟气中主要的Cl形态。HCl（g）随温度升高而先升高后降低;Cl₂（g）在温度低于300^oC时有明显形成,随温度降低而逐渐增加;Cl（g）在温度高于1100^oC时有明显形成,随着温度升高而升高。在200-1073^oC范围内,FeAsO₄是主要的As形态;温度高于1073^oC时,FeAsO₄有明显的分解现象,转化成AsO（g）和AsO₂（g）,且温度越高,分解越剧烈;结合实验和模拟结果,可以推测煤灰中As的主要形态是FeAsO₄。在200-1400^oC范围内,Cr₂O₃是主要的Cr形态。温度高于636^oC时,发生Cr₂O₃向Cr₂FeO₄的转化,且温度越高,转化程度越高。在不同的温度区间,Mn的主要化合形态不同。在200-527^oC范围内,MnSO₄和MnO₂是主要的Mn形态;在527-855^oC范围内,发生MnSO₄向MnO₂、FeMnO₄的转化,以转化为MnO₂的路径为主;在855-1400^oC范围内,发生MnSO₄和MnO₂向FeMnO₄和Mn₂SiO₄的转化。在200-1400^oC范围内,MnSO₄、MnO₂、FeMnO₄、Mn₂SiO₄均有明显的比例,而气态Mn化合物（MnO₂（g）、MnCl₂（g）、MnS（g））的含量及份额极低,几乎为零。在200-1400^oC范围内,BaSO₄和BaSiO₃是主要的Ba态。在200-855^oC范围内,BaSO₄是主要的Ba形态,温度高于855^oC时,随温度的增加,发生BaSO₄向BaSiO₃的转化。当增加煤中Cl含量至0.08 mol时,其对Cl（g）形成的起始温度（1100 ^oC）没有明显的变化,但拓宽了Cl₂（g）的形成温度区间（由未添加时的300^oC拓宽至添加后的500^oC）;整体而言,其对燃煤过程中As、Cr、Mn、Ba的形态转化没有显著的影响,但对AsCl₃（g）、CrO₂Cl₂（g）、MnCl₂（g）、BaCl₂（g）的形成具有一定的影响。对一台配置SCR、ESP、WFGD、WESP的660 MW、燃用低氯、低汞、低硫烟煤的超低排放燃煤电厂进行了汞排放的现场测试。采用OHM标准方法对APCDs前后五个取样点进行了烟气汞的同时取样,并收集了煤、锅炉底灰、ESP灰、脱硫剂新鲜浆液、脱硫产物石膏、脱硫废水、WESP新鲜水及废水等样品。在Hg-TPD实验台上进行了上述固体样品中的汞形态分析,借助SEM、X射线衍射仪（XRD）对煤及副产物的表观物理形态和化学成分进行了表征。研究结果表明:烟囱排放的Hg⁰占比最高,汞在底灰中的份额最小。SCR装置有利于烟气Hg⁰向Hg²⁺/Hg^p的转化;ESP和WESP可以捕捉烟气汞,特别是Hg^p;WFGD可以脱除烟气Hg²⁺但是在湿法脱硫过程中会发生Hg⁰的再释放。HgCl₂、HgS（black）、和HgS（red）是脱硫石膏中主要的汞化合物。SCR对烟气Hg⁰的氧化在其脱除过程中起着重要的作用;WFGD对烟气Hg²⁺具有良好的捕捉效果。APCDs对烟气总汞的脱除效率遵循如下的顺序:WFGD>ESP>WESP,配置WESP的燃煤电厂可以进一步脱除烟气汞。本研究中该超低排放燃煤电厂的汞排放因子是1.56 g/10¹² J,小于我国燃煤电厂汞排放因子的平均值。脱硫石膏中的汞含量高于相关土壤标准中汞含量限值,而底灰和ESP灰中的汞含量低于该土壤标准中的汞含量限值。WFGD废水中的汞浓度高于相关的水质排放标准,在其排放或处理过程中应引起足够的重视。详细阐述了汞在炉膛、SCR、ESP、WFGD、WESP的迁移转化过程。对一台配置SCR、ESP、WFGD的320 MW燃煤电厂进行了其他痕量元素（Zn、Sb、Pb、Cd、As、Cr、Mn、Ba）排放的现场测试研究。采用US EPA Method 29对APCDs前后四个取样点进行烟气中其他痕量元素的同时取样,并采集煤、ESP灰、锅炉底灰、脱硫剂新鲜浆液、脱硫废水等样品。借助扫描电子显微镜和X射线能谱仪（SEM-EDX）、XRD进行上述固体样品的物理化学特性表征。研究结果表明:绝大部分痕量元素分布在ESP灰和锅炉底灰中,排放到大气中的痕量元素较少。相对于其他痕量元素,Mn和Ba分布在底灰中的质量份额较高。ESP前烟气中颗粒态痕量元素具有较大的份额,ESP和WFGD对烟气痕量元素具有良好的协同脱除效率,为99.96%-99.99%,其中ESP的贡献率约为99.97%。Mn和Ba均等地富集在飞灰和底灰中,他们的相对富集因子均大于1。在煤燃烧过程中,As、Cd、Sb、Zn、Pb和Cr倾向于富集在飞灰中。排放到大气中的痕量元素浓度相对较低(3.5×10^-3μg/m³-4.30μg/m³)。排放因子为0.001 g/10¹²J-1.473 g/10¹²J。最后,详细地讨论了这些痕量元素在煤燃烧过程中的迁移转化机理。