燃燒火焰中硒的遷移轉(zhuǎn)化及富集顆粒物特性研究.pdf

1、煤燃燒過程是全球最大的人為硒排放源。由于硒幾乎都以氣態(tài)形式直接排放，或富集于細(xì)飛灰顆粒物中進(jìn)入大氣環(huán)境，并以其生物累積效應(yīng)對(duì)人體健康及生態(tài)環(huán)境造成很大影響，因此這一典型揮發(fā)性痕量元素已受到世界范圍內(nèi)的普遍關(guān)切，對(duì)燃燒過程硒的遷移轉(zhuǎn)化與排放控制措施的研究已成為新興且前沿的領(lǐng)域。
　　目前國內(nèi)外大量關(guān)于硒的遷移轉(zhuǎn)化及富集特性的研究，幾乎都集中在于大型燃煤電站鍋爐或其他煤燃燒設(shè)備中進(jìn)行試驗(yàn)，缺乏單獨(dú)對(duì)硒在燃燒火焰中的遷移轉(zhuǎn)化行為所進(jìn)行的

2、研究?；谏鲜銮闆r，本課題于燃燒火焰中進(jìn)行了直接的關(guān)于硒的遷移轉(zhuǎn)化行為與富集顆粒物特性的實(shí)驗(yàn)研究，排除煤燃燒過程中其他干擾因素對(duì)硒遷移轉(zhuǎn)化的影響，并通過量子化學(xué)計(jì)算方法對(duì)硒在燃燒火焰中發(fā)生反應(yīng)的微觀機(jī)理進(jìn)行了初探性的研究。
　　首先創(chuàng)新性地搭建了以反擴(kuò)散火焰燃燒器為主體的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以乙烯為燃料，在模擬鍋爐還原性氛圍的條件下，將硒以蒸氣形式載入燃燒火焰中。采用美國EPA method29方法對(duì)火焰中不同形態(tài)的硒進(jìn)行采樣，通過氫化物發(fā)

3、生-原子熒光光譜法(HG-AFS)對(duì)采集樣品進(jìn)行測(cè)定與分析，探索反應(yīng)過程中可能存在的遷移轉(zhuǎn)化與富集機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硒主要以氣態(tài)的形式從火焰中釋放進(jìn)入環(huán)境，氣態(tài)硒是硒在燃燒過程中主要的遷移轉(zhuǎn)化方式。火焰溫度越高，顆粒態(tài)與氣態(tài)硒的濃度越大，即高溫有利于硒的釋放。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中，硒傾向于富集在尺寸較細(xì)、比表面積較大的微細(xì)顆粒物中。
　　在實(shí)際燃燒過程中，空燃比即燃料的氧化程度是影響燃燒結(jié)果的重要因素，并且真實(shí)燃燒環(huán)境下存在的其他氣氛如

4、二氧化硫等可能會(huì)對(duì)硒的形態(tài)轉(zhuǎn)化造成影響。因此實(shí)驗(yàn)依次調(diào)節(jié)空燃比、向燃燒氣氛中添加不同濃度的二氧化硫氣體，對(duì)不同條件下硒的形態(tài)分布進(jìn)行比較，分析空燃比的改變、二氧化硫氣氛等因素對(duì)硒的遷移轉(zhuǎn)化與富集顆粒物特性的影響。在不同空燃比、二氧化硫濃度條件下，氣態(tài)硒仍是硒從火焰中釋放出來的主要形式。調(diào)節(jié)空燃比的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，空燃比增大，顆粒態(tài)硒與氣態(tài)硒的生成速率均增大;提高燃燒溫度、采用較大的空燃比能增大顆粒態(tài)硒的濃度，進(jìn)一步提高燃燒后處理過程硒的脫

5、除效率。調(diào)節(jié)二氧化硫濃度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低濃度的二氧化硫氣氛會(huì)同時(shí)增大顆粒態(tài)硒與氣態(tài)硒的濃度，對(duì)硒的釋放起促進(jìn)作用，但較高濃度的二氧化硫反而會(huì)減小硒的釋放量。
　　獲得硒在燃燒火焰中發(fā)生反應(yīng)的微觀機(jī)理并借此預(yù)測(cè)硒在燃燒后的排放形態(tài)，有助于針對(duì)性地提出燃燒過程痕量元素硒的排放控制措施。因此基于硒燃燒過程化學(xué)反應(yīng)機(jī)理不甚明確、相應(yīng)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)（活化能、指前因子、反應(yīng)速率常數(shù)等）比較缺乏的實(shí)際，利用量子化學(xué)從頭計(jì)算法研究了燃燒火焰中