煤矸石和煤泥热处理过程中汞释放行为研究

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近年来,我国煤炭开采和洗煤过程产生大量的煤矸石和煤泥,其大量堆放不仅占用土地,也造成了严重的环境污染。因此,对煤矸石和煤泥的的综合利用日益受到人们的重视。由于煤矸石和煤泥具有一定的热值,常作为低热值煤电厂的燃料用于发电。然而,煤矸石和煤泥中的汞在燃烧过程中会释放到大气环境中,造成一定的大气汞污染。为控制煤矸石和煤泥中汞的排放,有必要对煤矸石和煤泥热处理过程中汞的释放行为进行深入的研究。本论文利用原子荧光光谱仪(AFS)与程序升温热解(TPD)的耦合装置(TPD-AFS),对煤矸石和煤泥在程序升温热解过程中逸出的气态汞进行实时动态检测,并通过安大略法(OH法)测定Hg0和Hg2+的含量,考察热解气氛对汞释放的影响;通过测定汞的释放速率,考察了汞的动力学释放行为;通过煤与煤矸石的混合热处理实验,考察了气氛和掺烧比例对汞释放的影响。论文主要结论如下:1.煤矸石和煤泥在固定床热处理过程中,Hg0是汞释放的主要形式。热处理气氛的不同,Hg0的释放曲线不同。对于煤矸石来说,氮气气氛下Hg0的释放曲线有两个主峰,温度区间范围分别是200-500℃,500-650℃。空气气氛下Hg0的释放曲线有一个主峰,温度区间范围是300-500℃。对于煤泥来说,氮气气氛下Hg0的释放曲线有三个主峰,温度区间范围分别是200-500℃,500-650℃,950-1100℃,空气气氛下Hg0的释放曲线也有三个主峰,分别是200-400℃,400-550 ℃,700-850℃。氮气气氛下煤矸石和煤泥中Hg0的释放率高于空气下的Hg0的释放率。同时,煤矸石和煤泥在氮气气氛下的挥发率均低于空气气氛下的挥发率。2.在实验室小型模拟流化床燃烧过程中,煤矸石中的汞释放率均随燃烧温度的升高而升高,且均大于90%。Hg0释放率和Hg2+释放率随煤矸石样品和温度的不同而不同,且Hg0是气态汞中的主要形式。同时,煤矸石Hg0释放速率与温度呈正相关,通过ln(rmax)与1/T的线性关系,得到本论文所研究的两种煤矸石Hg0释放的活化能分别为18.20KJ/mol和17.14 KJ/mol,指前因子分别为4.49、5.49。进一步得出两种煤矸石Hg0释放的动力学方程分别为:r(x)=4.49e-18.20/RT(-1.62x4+4.09x3-2.08x2-1.69x+1.31),r(x)=5.49e-17.14/RT(1.74x4-2.95x3+2.21x2-2.34x+1.34)。3.在煤与煤矸石的混合热处理过程中,氮气气氛下混合热处理主要影响汞温度释放区间,对汞释放量的影响较小;空气气氛下混合热处理影响汞的温度释放区间,同时也影响汞释放量。煤与煤矸石的掺烧比例在一定程度上影响汞的释放行为。
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