温室气体导致气候变暖成为全球性热点问题。燃煤电站是CO2最大排放源。在众多CO2捕集技术中,O2/CO2循环流化床燃烧技术被认为具有广阔的应用前景和经济优势,体现在NOx排放量低、低成本大规模减排和利用CO2潜力和近零排放等环保优势。但是在对O2/CO2燃烧烟气进行净化、压缩等工序时,烟气中的汞会与铝形成汞齐从而腐蚀CO2压缩机等设备,降低O2/CO2系统的安全性。因此O2/CO2循环流化床燃烧技术中汞的脱除十分必要。本文采用实验研究、理论分析和热力学计算相结合的方法对O2/CO2气氛下流化床煤燃烧烟气中汞形态转化机理进行了系统研究。研究内容包括模拟富氧燃烧烟气成分对汞形态转化影响的机理、小型燃煤鼓泡流化床燃烧温度和氧气浓度以及过剩氧气系数等对烟气汞形态转化规律的影响和机理、小型燃煤富氧循环流化床烟气成分与Hg的内在关联、中型燃煤循环流化床湿烟气循环试验装置中汞的排放与形态转化特性,以及富氧气氛下汞形态转化的热力学预测模型等方面的科学问题。设计建造了立式管式炉汞形态转化机理实验装置,并借助热力学商业软件FactSage对模拟空气和富氧燃烧两种气氛下烟气组分NO、SO2对Cl2氧化元素汞的影响机理进行了实验和理论分析。结果表明,CO2、NO、SO2对Cl2氧化元素汞有抑制作用；O通过Cl和ClO基团来促进Cl2对元素汞的氧化作用；SO2通过消耗O基团来抑制Cl2对元素汞的氧化作用。当模拟富氧燃烧气氛中同时存在NO、SO2时,SO2对Cl2氧化元素汞的作用主要取决于NO浓度。在模拟空气燃烧气氛下Cl2主要以三种形态存在：Cl和ClO基团,三种形态的浓度比例随温度的变化而变化。在CO2气氛下,CO2对Cl2氧化元素汞的影响机理可能是CO2通过与Cl基团反应生成CCl3、COCl和COCl2基团从而消耗Cl基团。在6 kWth燃煤鼓泡流化床试验装置上,借助热力学商业软件FactSage探讨了富氧燃烧气氛下温度、氧气浓度以及过剩氧气系数对汞形态转化的影响规律及机理,对比了不同煤种对汞形态转化的影响。结果表明,在富氧燃烧条件下：烟气中Hg0浓度随着燃烧温度的升高而增加；Hg0和Hg2+随着氧气浓度和过剩氧气系数的升高而增加。徐州烟煤燃烧烟气中Hg2+(g)分布率低于空气燃烧气氛,而淮北烟煤的Hg2+(g)分布率则与之相反；煤种对汞形态转化的影响较大,主要与煤中的含硫量有关。设计改造了6 kWth燃煤循环流化床试验装置,探索了富氧气氛下烟气组分与汞形态转化特性的内在关联,以及煤种等对汞形态转化的影响。结果表明：无烟煤空气燃烧条件下的Hg2+增长率比21%02/79%CO2燃烧条件下的高；富氧气氛下的Hg2+增长率随氧气浓度的增加而增加。借助于Langmuir-Hinshelwood、Eley-Rideal和Mars-Maessen非均相反应机理模型获得了无烟煤富氧燃烧条件下汞形态转化机理。在空气和富氧燃烧气氛下,烟煤的Hg0和Hg2+浓度比无烟煤的低。富氧燃烧气氛下两种煤燃烧后的烟气中Hg0和Hg2+比例相近；Hg0和Hg2+的增长率相差不大。在50 kWth燃煤循环流化床湿烟气循环试验装置上,借助热力学理论分析探讨了富氧燃烧气氛下不同煤种对汞形态转化特性的影响,结果表明,富氧燃烧气氛下,气态元素汞浓度比空气燃烧下的高,Hg2+增长率比空气燃烧下的高,NO、HCl和SO2能够促进汞的氧化。富氧气氛下高浓度的H2O相比空气燃烧气氛更能促进汞的氧化。模拟结果表明,在700-1400℃,富氧燃烧条件下HgCl2的浓度比空气燃烧条件下的高；空气燃烧条件下HgS在1400℃时达到峰值：H2O抑制HgCl2和HgS的生成,HgCl2和HgS随着H2O的增加而减少；当HCl浓度高于600 ppm时,HCl对HgCl2的生成有促进作用。