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近年来,燃煤电站常规大气污染物控制日趋完善,国内外已将汞污染防治作为攻关重点。目前,国外较为成熟的脱汞方法是活性炭喷射法,但活性炭价格昂贵且影响飞灰的综合利用。为降低成本,必须研发高效价廉的汞吸附剂。燃煤飞灰经溴化物改性处理后脱汞潜力强、成本低,但必须研究掌握其对Hg~0 的作用机制。因此,本论文针对飞灰吸附剂脱汞的关键问题,进行了基础研究和应用开发,选取氢溴酸作为改性剂制备了HBr改性飞灰。首先,研制了一套实验室尺度均相氧化反应评价系统,用于研究热脱附含溴组分对Hg~0 的均相氧化机理,并在此基础上,研究了电站烟风系统不同区域喷入改性飞灰时Hg~0 的均相/非均相氧化路径；其次,建立了HBr改性飞灰吸附氧化Hg~0 过程的数学模型,探究了Hg~0 在扩散区域和表面活性位上的动力学行为；最后,研制了一套用于燃煤电站的飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统,并对飞灰吸附剂原料性能、飞灰现场改性制备方法和喷射技术等进行了实验研究。脱汞吸附剂通常在静电除尘器(ESP)上游喷入烟道,烟温作用下如能释放出含溴组分,则可能实现Hg~0 的均相氧化。因此,本文重点对HBr改性飞灰作用下Hg~0 的均相/非均相氧化机理进行了基础研究。主要包括：(1)研制了一套均相反应实验系统,实现了含溴组分和Hg~0 同时进入管式反应器,可独立研究Hg~0 /含溴组分均相反应过程；用固定床反应器替换管式反应器,可进行原灰、含溴组分和Hg~0 协同反应过程研究,补充Hg~0 的非均相氧化反应。(2)利用上述均相反应实验系统,研究分析了热脱附含溴组分对Hg~0 的均相氧化行为,发现在升温过程中,改性飞灰释放的含溴组分对Hg~0 的均相氧化程度持续增加；Hg~0 的均相氧化受动力学控制,停留时间是重要的动力学因素,4.8s即可得到95%的氧化效率；较低的反应温度(50-180℃)更易于Hg~0 的均相氧化。结合表征结果,揭示了含溴组分释放机理和均相反应机理：在表面晶格氧作用下,可移动状态的HBr发生抽氢反应,在飞灰表面形成相邻的活性Br原子,进而结合成Br2释放到气相中,实现Hg~0 的均相氧化；在改性飞灰表面,O2可以填充氧空位,形成完整的Br-Deacon反应,提高Br2析出量,进而促进Hg~0 的氧化。(3)利用上述改进后实验系统,研究了原灰、含溴组分和Hg~0 共同参与的非均相反应,对应于空预器(APH)-ESP区域的烟温,发现该温度范围内释放的含溴组分活性较弱,但可以促进原灰对Hg~0 的吸附氧化。借助固定床台架评价了HBr改性飞灰的脱汞性能,发现吸附温度的升高可增加表面活性位的吸附强度,促进Hg~0 的吸附氧化。根据实验研究和飞灰热传递性能,提出喷射点位设置在选择性催化还原(SCR)脱硝-APH区域时烟气Hg~0 的氧化路径,一是HBr改性飞灰表面上的吸附氧化;二是原灰、含溴组分和Hg~0 的协同作用：三是Hg~0 /活性含溴组分的均相反应。(4)为了更清楚的描述HBr改性飞灰对Hg~0 吸附的全过程,以确定HBr改性飞灰吸附氧化Hg~0 过程的关键因素,在同时考虑扩散和表面吸附氧化的条件下,建立了固定床中HBr改性飞灰对Hg~0 的吸附动力学模型,能够较好地拟合实验穿透曲线。该模型可得到颗粒内Hg~0 的浓度分布,分析Hg~0 在扩散区域和动力学区域的浓度梯度,发现在吸附初期,外扩散阻力对改性飞灰吸附氧化Hg~0 的过程影响更大。目前现场燃煤烟气脱汞中,吸附剂的制备和使用分离,中间环节较多。为便于电站应用,本文提出飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞的技术思路,并开展了一系列应用研究。主要包括：(1)根据某300MW级燃煤机组现场情况,研制了一套可现场应用的飞灰吸附剂喷射脱汞系统。该系统中,吸附剂原料选用电站ESP电场飞灰；飞灰在现场进行改性处理,以提高其吸附氧化性能；将改性飞灰连续喷射到烟道中,实现烟气中汞的脱除。根据基础研究结果,在SCR-APH区域增设了一个喷射点位,以期为烟气Hg~0 增加有效的均相氧化路径；并且喷射点位可进行补气,调节改性飞灰喷射速度,以期减小外扩散阻力的影响。(2)常用的ESP有多个电场,为考察飞灰吸附剂原料性能,研究了不同电场飞灰特征。发现无机组分活性较弱时,不同电场飞灰脱汞性能和未燃尽碳含量、活性密切相关。据此,针对具体电厂,结合单灰斗出力,优选出残炭含量高的1电场飞灰作为飞灰吸附剂原料。(3)为实现在现场对飞灰进行连续改性,研究对比了浸渍法和改性机制备法,改性机制备吸附剂过程中,因存在较大机械能的作用,飞灰表面活性得到提高,有利于制得吸附剂对Hg~0 的吸附氧化。综合分析脱汞效率、改性剂损耗和生产方式等因素发现,该改性机制备法适用于现场大规模制备飞灰吸附剂。(4)为验证气力输送技术用于喷射飞灰吸附剂的可行性,进行了飞灰吸附剂喷射中试实验。结果表明,自行设计的气力输送系统可实现飞灰吸附剂的连续喷射,与T型喷射管道相比,分配器可改善飞灰颗粒的流动特性,显著提高了出料均匀性,可实现飞灰吸附剂的均匀喷射。