生物质与煤混合燃烧过程中汞的释放特性研究

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汞及其化合物,具有高度的生物富集性和毒性,将会对人类和生态系统产生极大危害。燃煤过程中向环境释放大量的汞,这一汞的释放源已经被认为是空气中汞污染的主要释放源。根据联合国环境规划署2013年的报告,全球煤炭燃烧汞排放量2010年达到475吨。现代生活的迅速发展,化石能源尤其是煤,快速消耗,为了寻求可循环且清洁的能源,生物质能进入了我们的视线。现如今,生物质与煤的混合燃烧利用也越来越多,生物质与煤混燃的工业锅炉和发电技术也日渐成熟。而有文献研究中显示,生物质燃烧也已经变成大气汞污染的一个不可忽视的来源,燃烧生物质燃料,汞的释放能达到每年675吨。而且不同生物质中汞含量也有很大的差别生物质原料在燃烧中释放的汞范围在30—1500ng/g。本文选取汞含量较高的生物质与煤混合燃烧,分析汞释放的特性。本文首先利用自主设计的程序升温装置与Lumex测汞仪进行连用,将高汞含量的生物质与煤样及其不同质量比的混合样进行程序升温,对在升温过程中的汞实时检测,得到汞随温度的释放曲线。生物质中氯元素含量普遍比煤多,因此本文主要对煤和生物质及其混合样的汞释放曲线进行对比,分析汞的释放特性,掺燃生物质后煤中汞的释放的变化,在生物质与煤混合燃烧过程中,煤中原本在300℃后释放的汞均提前释放,并且随着生物质掺入质量的减少,生物质对汞的提前释放那个的影响逐渐减弱,依靠这些数据来说明掺燃生物质后汞的释放机理等温度。接下来,改变样品程序升温的反应环境,通入N2,在同样升温速率和流量下进行实验,对比分析在氧化性气氛和在还原性气氛下,掺燃生物质对煤中汞的释放的不同影响。相比在氧化性气氛,汞的释放终止温度推后很多,而起始温度相差不远,并且释放曲线的第一个释放峰温度也相差不远,但是第二个释放峰温度则相差200℃左右,说明氧化或还原气氛下对汞的释放主要影响在较高温度下释放的汞化合物。同时,为了进一步深入研究煤与生物质混合燃烧过程中汞的释放过程,利用热重-质谱联用仪器,对生物质、煤及其混合物进行实验,分析在升温过程中样品的重量变化和气态产物的与温度的对应关系。通过分析失重曲线及失重速率曲线得到样品的燃烧特性,同时,通过研究CO2、HC1和S02这些对汞释放有重大影响的元素的释放来说明对汞的释放的影响。
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