煤矸石和煤泥热处理过程中汞释放行为研究

发布时间：2020-05-16 03:11

【摘要】：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Hg~0和Hg~(2+)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,Hg~0是汞释放的主要形式。热处理气氛的不同,Hg~0的释放曲线不同。对于煤矸石来说,氮气气氛下Hg~0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Hg~0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Hg~0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Hg~0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Hg~0的释放率高于空气下的Hg~0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%。Hg~0释放率和Hg~(2+)释放率随煤矸石样品和温度的不同而不同,且Hg~0是气态汞中的主要形式。同时,煤矸石Hg~0释放速率与温度呈正相关,通过ln(r_(max))与1/T的线性关系,得到本论文所研究的两种煤矸石Hg~0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Hg~0释放的动力学方程分别为:r(x)=4.49e~(-18.20/RT)(-1.62x~4+4.09x~3-2.08x~2-1.69x+1.31),r(x)=5.49e~(-17.14/RT)(1.74x~4-2.95x~3+2.21x~2-2.34x+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。
【图文】：

实验装置,石英管

量方法：积分时间：5s；采样延时：15s；载气: 氩气；校准分析实验为高温管式电炉，（额定温度 1300oC），采用 2 根硅碳棒做加管为内径 20mm 的石英管，石英管由管式炉直接加热，且与，组成为 TPD-AFS 装置。再配有相应程序升温控制仪来控制载气为氮气，由转子流量计控制其流量为 300mL/min。石英管机自动进行，TPD-AFS 装置参见图 3.1。准确称取 0.2g 煤矸石或者煤泥样品置于石英舟中，将其推入扫连接管路 10min, 由程序升温控制仪设定样品以 20oC/min00oC，样品的温度由计算机采集并记录。热解过程产生的气相荧光光谱仪（AFS），产生的汞信号的荧光强度由计算机连续记检测器进口之间设置有冷却装置用以冷却样品热解过程产生的入检测系统，，堵塞检测系统管路。

工作曲线,标准工作曲线,总汞,煤矸石

几种标准溶液浓度分别为 0.1ng/ml、0.2 ng/ml 、0.5 ng/ml 、1.0 ng/ml 、2.0 ng/ml，对样品中汞含量测定前先用配置好的标准溶液制作标准工作曲线如下：R=0.9996图3.2 汞标准工作曲线Figure 3.2 The standard working curve of mercury本实验 Hg0释放率（Hg0RR）和 Hg2+（Hg2+RR）释放率分别表示从样品中释放出的 Hg0和 Hg2+占煤矸石中总汞含量的百分数，样品烧失率（VY）表示样品热处理过程损失的质量与样品热处理之前质量之比，样品汞的总释放率（HgRR）表示从样品中释放出的总汞与煤矸石中总汞含量的比值。其计算公式为：VY（%）= [(样品热处理之前质量－热处理产物质量)/样品热处理之前质量]×100%HgRR（%）= [(煤矸石中总汞含量－热处理产物中汞含量)/煤矸石中总汞含量]×100%Hg0RR（%）= （Hg0释放量/煤矸石中总汞含量）×100%Hg2+RR（%）= （Hg2+释放量/煤矸石中总汞含量）×100%
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X752

【参考文献】