麦草制浆黑液协同控制燃煤烟气SO2和Hg机理研究

This topic does research on cooperative control of SO2 and Hg using wheatstraw pulping black liquor under the background of the mercury discharge standard's definite stipulation about the coal fired power's flue gas. Dynamic features of cooperative control are described through series experiments, combined with chemical reaction characteristics of black liquor with SO2 and Hg. It can increase the removal efficiency of total mercury through the exploration of black liquor's ability and the sieve of additives which could improve Hg0 transform into Hg2+. The continents of pulping black liquor effect on the removal behavior of elementary mercury is the key part of this research and dynamical model will be established about the cooperative control, then the cooperative control effective of SO2 and Hg can be predicted. The cooperative control ability changes with different operation terms can be analysis and the controlling parameters can be optimized using the dynamical model. It can provide theoretical evidence for the economic treatment or resource utilization of black liquor depending on the variation law of black liquor continents reaction on SO2 and Hg. The study will reveal the reaction dynamical phenomenon of cooperative control of SO2 and Hg reacted by black liquor, based on the building of mensurable function relationship of SO2 and Hg's cooperative controlling with flue gas condition and operation parameters using the traditional desulfurization equipment and technology. And the research results can establish the theoretical basis for flue gas SO2 and Hg's remove effectively and the reactor's optimization design and running of the coal fired boilers.

本课题以燃煤烟气Hg排放标准做出明确规定为背景，以麦草制浆黑液为对象，研究制浆黑液协同控制烟气SO2和Hg机理。利用传统湿法脱硫设备和技术方法，结合制浆黑液与SO2和Hg的化学反应特征，描述制浆黑液协同控制SO2和Hg动力学特性。通过制浆黑液促进Hg0转化为Hg2+的研究及添加剂筛选实验，有效提高制浆黑液协同控制总汞能力。重点研究制浆黑液成分对烟气单质Hg去除行为的影响并建立协同控制动力学模型。利用模型预测制浆黑液对SO2和Hg协同控制效果，研究各操作条件下SO2和Hg协同控制能力，并逐步优化模型控制参数。针对反应后制浆黑液成分变化规律的研究，为制浆黑液的经济型治理和资源化提供理论依据。通过制浆黑液协同控制SO2、Hg与烟气状况和操作条件之间的定量函数关系的构建，揭示制浆黑液协同控制反应机理和反应器特性，为燃煤锅炉烟气SO2和Hg的有效去除、反应器的优化设计和运行奠定理论基础。

本研究利用黑液的强碱性和复杂成分，基于小型鼓泡型反应器和中型多级水幕喷淋塔，协同控制烟气SO2和Hg，并对麦草制浆黑液协同脱硫除汞相关机理进行分析探讨。黑液烟气脱硫优化方案：入口SO2浓度（A）=3500~4000mg/m3，循环L/G（B）=14L/m3，空塔气速（C）=0.315m/s时，脱硫效率可达99.58%。脱硫单因素影响试验确定经济合理的L/G是14L/m3，空塔气速是0.3m/s，SO2浓度为2000~3000mg/m3。结果表明：黑液中的NaOH、NaBr、NaCl、Na2SO4、木质素的浓度增加对除汞起促进作用。黑液中的Na2S、蔗糖、二甲基砜的浓度增加对烟气脱汞起先抑制后促进作用。Na2CO3和葡萄糖酸钠对烟气除汞作用不大。以脱硫效率、除汞效率为指标，黑液稀释倍数为5倍，黑液pH = 11.04，C(NaOH) = 0.4%(w.w)，C(木质素) = 1.2%(w.w)，通过正交试验得出协同脱硫除汞最优方案：入口SO2浓度（A）=700~900mg/m3，入口Hg浓度=11~14µg/m3，循环L/G（B）=16L/m3，空塔气速（C）=0.315m/s。在最优方案条件下运行，脱硫效率可达98.12%，除汞效率可达80.54%。随着黑液循环时间的延长，黑液pH值、CODcr值下降迅速。黑液中氯化物、溴化物和硫酸盐类物质对除汞均有影响，汞的去除效率和宏观去除速率都随着浓度的上升而有小幅提升。通过电化学相关理论和传质分析，计算出化学热力学标准平衡常数KΘ，推导并计算出了化学吸收增强因子β和化学反应速率常数k2，计算出了单纯氧化剂参与反应过程的活化能Ea。结果表明，在有氧化剂参与下的吸收反应为快速反应，汞氧化过程的反应速率是由化学反应控制。黑液中无机物强化了化学反应进程，进一步加快了吸收反应速率。黑液有机成分浓度对除汞性能影响研究表明：二甲基亚砜（DMSO）对于Hg0的吸收以吸附为主，化学反应对于Hg0的去除效果影响不明显，DMSO的浓度增加对于Hg0的去除效率无明显影响，木质素磺酸钠对Hg0去除效果有很明显的影响。木质素磺酸钠对汞的吸收为一种动力学控制，减少了溶液扩散对Hg0吸收过程的影响，有效的增强了黑液对Hg0的吸收能力。黑液中高浓度的木质素磺酸钠除了拥有更大的吸附容量之外，还可以通过影响表面分子排布，增强黑液对Hg0的吸附稳定性。