燃煤汞排放作为大气污染的一个重要来源,其造成的汞污染对生态环境具有很大的直接和潜在的危害。国内外对燃煤电站汞在烟气中的形态分布已有很多研究,但有关汞形态和转化机理的研究还处于探索阶段,燃煤汞形态分布的预测模型方面的研究还很薄弱。因此,研究汞在烟气中的分布特性,汞形态的转化规律和预测模型,对于深入探讨元素汞向氧化汞的转化,减轻汞对环境的污染具有重要理论价值和实用意义。首先,选定了一台220WM燃煤电站直流液态排渣锅炉,在接近50%、75%和100%三种锅炉负荷的稳定运行工况下,对系统的入炉煤、底渣、静电除尘器(ESP)前后烟气、ESP四个电场的飞灰,进行了现场汞浓度取样和系统汞平衡计算,对测试结果及其影响因素进行了分析和讨论。采用美国环境保护署(EPA)和能源部(DOE)等机构推荐的标准方法Ontario Hydro Method(OHM)作为取样方法,对烟气中汞的各种形态进行了测试分析。考察了烟气中氯含量、飞灰粒径分布、飞灰含碳量、烟气温度以及煤中汞含量变化对燃煤烟气中汞形态分布和浓度的影响。得出如下结论: (1)烟气中汞形态分布特征是:ESP前烟气中的元素汞平均为84.7%,ESP后平均为90.7%,在烟气中占主导地位;由于煤中的氯含量较低,氧化态汞在烟气中的比重相对较小,ESP前平均为13.3%,ESP后平均为9.1%。由于液态排渣锅炉的燃烧效率高,飞灰中的残碳量很低,因而吸附的颗粒汞非常少,ESP前平均为2.0%,ESP后平均为0.2%。(2)飞灰对汞的吸附强烈依赖于飞灰含碳量,较弱依赖于飞灰的粒径分布;同时,烟气中汞的吸附还可能与飞灰表面富集的其他元素的物理和化学特性有关。(3)烟气组分对汞的形态转化有重要影响,烟气中的氧浓度、氮氧化物的浓度、氯元素浓度与汞的氧化份额呈现正相关;而硫元素的存在会加大元素汞的份额。(4)进入底渣中的汞占入炉煤中汞的平均值为0.95%左右,该燃煤机组ESP对总汞的脱除效率平均值为27.6%,说明ESP对总汞的脱除效率并不高,排放进入大气的汞占总汞的比例平均为70%以上。要有效控制排放进入大气的汞,必须采取措施,增加烟气中氧化态汞的份额。其次,应用化学热力学平衡方法数值计算了不同温度下汞的形态分布特性,建立了燃煤烟气中汞形态转化的预测模型,并与实测值作了比较,模型预测结果基本符合燃煤条件下汞的形态分布特性。由模型计算得出如下结论:(1)汞与氯的氧化反应主要发生在700K以下,高于800K时,90%以上都以元素汞的形态存在。燃煤电站锅炉的尾部烟道一般是氧化性气氛,经过各种受热面以后,烟气的温度降至600K以下,Hg主要以HgC12形式存在,这有利于汞的排放控制。低于400K时,理论预测表明99%以上的汞被氧化成HgCl2。(2)随着烟气中氯含量的增加,汞被氧化的温度范围加宽,汞被氧化的份额逐渐加大,这说明汞的氧化与氯含量存在正相关。(3)在烟气中存在氯元素的情况下,汞与氧的反应减少,烟气中的氧化态汞主要是HgCl2,HgO的份额相对很低。尽管不能精确地预测实际条件下汞的氧化态组成,化学热力学平衡计算的结果对于理论分析汞形态的转化规律依然具有一定的参考价值。