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煤炭作为我国最重要的一次能源,其大量燃烧利用除了带来传统的硫氧化物、氮氧化物以及颗粒物等污染物外,重金属的污染排放问题也受到广泛关注。燃煤过程中,重金属Cr、As易富集在亚微米颗粒物上或以气态形式逃逸到大气环境中,将对人体及生态环境造成严重危害。此外,烟气中富集的重金属Cr、As在流经锅炉尾部脱硝装置时,易导致催化剂中毒失活。因此,探究燃煤过程中重金属Cr、As迁移转化及其对脱硝催化剂影响机制,对于控制重金属带来的生态安全及工业运行风险具有重要意义。本文在前人研究基础上,详细探究了燃煤过程中烟气主要组分（HCl、H2O）对Cr迁移转化的影响,分析了烟气中多组分共存对Cr的竞争反应机制。在此基础上,进一步探究了烟气中HC1和H2O对矿物捕集Cr的影响机制。利用实验结合密度泛函理论研究了烟气中酸性气体（HCl、SO2）对CaO吸附砷的影响机制。此外,本文还通过模拟钒钛基和铁基脱硝催化剂动态砷中毒过程,揭示了烟气中As对脱硝催化剂的影响机制,并开展了 Mo改性抗砷中毒研究。最后,系统探究了烟气中难挥发性重金属Cr对铁基催化剂的影响机制,提出了潜在的抗中毒工艺。研究得到如下创新性成果:通过探究烟气主要组分对Cr、As迁移转化的影响,发现:烟气中H2O促进了 Cr向灰中的富集,HCl促进了 Cr的释放,但H2O和HCl均有利于Cr的氧化。Cr的均相动力学计算表明,H2O促进了 Cr向高价CrO2（OH）、CrO2（OH）2的转化,HCl促进了 Cr向六价CrO2Cl2的氧化,且HCl对Cr的氧化作用要强于H2O。当烟气中H2O和HCl共存时,Cr的动力学转化路径将被划分为两个阶段。反应前2 s内,H2O与Cr的反应活性要强于HCl与Cr,Cr将主要向CrO（OH）2转化。其后,HCl主导了 Cr的转化,Cr将更多的以CrO2Cl2存在。此外,烟气中SO2和HCl均促进了燃煤过程中As的释放。研究揭示了烟气组分对矿物捕集Cr、As的影响机制,发现:烟气中H20促进了石灰石和Fe2O3对Cr的捕集,却削弱了 CaO对Cr的捕集。与H2O不同,HCl对CaO和Fe2O3捕集Cr均起到了抑制作用,且HCl对Fe2O3捕集Cr的抑制作用要强于对CaO捕集Cr的抑制作用。当HCl与H2O共存时,H2O的存在将加剧HCl对Cr的释放作用。此外,烟气中SO2的存在导致CaO的硫酸化以及孔隙堵塞,进而抑制了 CaO对砷的捕集。基于AS2O3在CaO（001）和CaSO4（001）表面的理论吸附研究,发现CaO向CaSO4转化后,CaSO4表面S原子对As2O3（g）未表现出吸附活性,表面O由于与S形成稳定的结合,将失去对As2O3（g）的吸附活性,而表面Ca对AS2O3（g）的吸附活性未受影响,相应的吸附能由-427.64kJ/mol提高至-178.08kJ/mol。烟气中的HCl同样大幅抑制了 CaO对砷的捕集,且这一抑制作用归因于CaO和烟气中As2O3（g）的氯化过程,而HCl对CaO孔隙结构的堵塞作用可以忽略。计算分析认为:As2O3（g）氯化过程对CaO捕集砷的抑制作用要强于CaO氯化过程。CaO氯化过程主要取代了 CaO表面O的活性,而As2O3（g）氯化过程主要削弱了 CaO表面Ca的活性,对应吸附过程的吸附能分别为-312.83 kJ/mol和-218.18 kJ/mol。最微弱的吸附过程发生在AsCl3（g）与CaCl2之间,相应的吸附能仅为-46.36 kJ/mol。相比于SO2,HCl对CaO捕集砷的抑制作用更强。通过模拟最广泛应用的钒钛基与新型铁基脱硝催化剂动态砷中毒过程,探究了烟气中As在催化剂表面转化路径及其对催化剂活性影响机制。研究发现,烟气中O2浓度提高,有利于气态AS2O3向As2O5转化;提高脱硝温度,促进了气态AS2O5向AS2O3分解。对于V2O5-WO3/TiO2催化剂,表面活性组分V2O5倾向于与AS2O5相结合,因此提高O2浓度加剧了 V2O5-WO3/TiO2催化剂砷中毒失活,而提高脱硝温度则削弱了其砷中毒失活。不同于V2O5-WO3/TiO2催化剂,γ-Fe2O3催化剂表面活性铁位点倾向于与As2O3相结合,因此提高O2浓度削弱了其中毒失活过程。但提高温度对γ-Fe2O3催化剂砷中毒失活过程的影响则更加复杂:提高温度不仅促进了 As2O3与表面活性铁位点的结合,同时也强化了表面大量存在的非活性铁位点与砷的反应活性,二者的竞争反应保护了催化剂表面活性铁位点,最终提高温度削弱了 γ-Fe2O3催化剂砷中毒失活。此外,通过对γ-Fe2O3催化剂负载Mo进行改性后,其表现出极佳的抗砷中毒能力。当催化剂中Mo的摩尔含量由0增加至20%,325℃下催化剂砷中毒后NOx转化率的损失值由44.3%降至0.8%。分析认为:这是由于Mo不仅与烟气中气态砷氧化物具有较好的反应活性,同时也导致了 O-Mo-O-Fe-O非晶相结构的形成,有效抑制了活性铁位点与As的结合。不同于挥发性重金属As,烟气中难挥发性重金属Cr导致的γ-Fe2O3催化剂中毒会提高其在100～300℃下的NOx转化率,但却大幅降低了其N2选择性,200～400℃下铁基催化剂中3%（质量浓度）的Cr将导致副产物N2O的浓度提高10～52倍。通过对Cr中毒γ-Fe2O3催化剂表面N2O生成机制的研究,发现低温下N2O主要是通过非选择性催化还原（NSCR）脱硝反应产生,温度高于275℃时NSCR脱硝、氨过氧化以及微弱的NO歧化反应将导致更多的N2O生成。FeCr2O4的形成是导致N2O大量生成的主要因素,其促进了催化剂表面吸附态氨氧化中间体的形成,有利于NSCR脱硝以及氨过氧化生成N2O。此外,烟气中O2决定了催化剂表面吸附态氨的氧化过程,进而控制了 N2O的生成路径。降低O2浓度能抑制低温下N2O的生成,烟气中O2浓度降低1.5%将使得275℃下N2O的浓度降低45%。但温度高于300℃时,降低O2浓度对N2O生成的影响较弱,且导致了 NOx转化率的降低。为获得更加有效的抗Cr中毒工艺,需要做进一步研究。