燃煤特性和燃燒工況對(duì)可吸入顆粒物形成的影響研究.pdf

1、煤炭作為目前我國(guó)最重要的常規(guī)能源,在燃燒過(guò)程中放出熱量的同時(shí),也向環(huán)境中排放了大量的污染物。在這些污染物中,除了SOx、NOx、重金屬之外,細(xì)微顆粒物的排放也逐漸受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。研究表明,燃煤生成的細(xì)微顆粒物是大氣中可吸入顆粒物的重要來(lái)源,通常這些顆粒富集大量有機(jī)污染物和各種有毒重金屬元素,會(huì)對(duì)人類的健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。燃煤顆粒物形成機(jī)理和排放規(guī)律的研究是進(jìn)行PM危害評(píng)價(jià)、法規(guī)制定和排放控制的重要基礎(chǔ),因此開展這方面的

2、研究具有重要的科學(xué)和實(shí)際意義。
　　本文系統(tǒng)綜述了國(guó)內(nèi)外煤燃燒過(guò)程中可吸入顆粒形成、排放與模擬等方面的研究現(xiàn)狀。并搭建了沉降爐實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。然后從煤粉特性和燃燒工況對(duì)可吸入顆粒物形成的影響方面提出了本文的研究思路。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先研究了煤粉特性對(duì)可吸入顆粒物形成的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著煤粉粒徑的減小,亞微米顆粒物和超微米顆粒物排放量明顯增加,煤種不同,其影響也不同。煤中灰分含量越高,超微米顆粒物排放濃度越大,兩者具

3、有正相關(guān)性。同時(shí)超微米顆粒物元素構(gòu)成與原煤灰成分緊密關(guān)聯(lián),灰中某元素含量決定超微米顆粒物中該元素含量的多少。但是,亞微米顆粒物的元素構(gòu)成與原煤灰成分幾乎沒有相關(guān)性。利用浮沉實(shí)驗(yàn)將煤粉分為高、中和低三個(gè)密度段,并分別在沉降爐中燃燒,研究其對(duì)可吸入顆粒物形成和排放的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),低密度原煤對(duì)可吸入顆粒物形成的貢獻(xiàn)最大,中密度次之,高密度最小。對(duì)于三種不同密度原煤燃燒后的亞微米顆粒物進(jìn)行成分測(cè)量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),難熔元素Si在低密度原煤燃

4、燒后形成的顆粒物中含量最多,中密度次之,高密度最少。這證明了低密度原煤燃燒過(guò)程更劇烈,有利于難熔元素的氣化。
　　其次研究了鈉元素賦存形態(tài)對(duì)其氣化特征和亞微米顆粒物形成的影響。通過(guò)化學(xué)提取實(shí)驗(yàn)和浸溶實(shí)驗(yàn)對(duì)原煤進(jìn)行預(yù)處理,化學(xué)提取實(shí)驗(yàn)后的煤中鈉元素主要以硅鋁酸鹽形式存在,浸溶實(shí)驗(yàn)后的煤中鈉元素主要以有機(jī)形式存在,熱解實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明以有機(jī)結(jié)合態(tài)存在于煤中的鈉元素非常易氣化,而以硅酸鹽形式存在于煤中的元素Na則很難氣化。Na元素賦存形態(tài)對(duì)

5、其燃燒過(guò)程中氣化有重要影響,最終表現(xiàn)在亞微米顆粒物中的含量上。浸溶實(shí)驗(yàn)后的煤樣中,Na元素大部分以羧酸(COO-Na)的形式存在,燃燒后大同煤中亞微米顆粒物中Na元素的含量增加到約為14％,小龍譚煤中亞微米顆粒物中Na元素的含量增加到約為30%。
　　然后研究了燃燒工況對(duì)可吸入顆粒物形成的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著爐膛溫度的升高和燃燒過(guò)程中氧含量的增加,生成的亞微米顆粒物和超微米顆粒物占總灰的質(zhì)量百分比都呈現(xiàn)快速增加趨勢(shì)。不僅如此,

6、燃燒過(guò)程中氧含量的增加對(duì)于形成的顆粒物元素構(gòu)成也有很大影響。在亞微米顆粒物(PM1)中,其主要構(gòu)成元素 S隨氧含量增加而顯著減小,元素Fe、Si和Al隨氧含量增加而顯著增加,其中Si元素增加幅度最大;亞微米顆粒物和超微米顆粒物的元素構(gòu)成有很大不同。亞微米顆粒物中以S、Na、K等易氣化元素為主,是相應(yīng)成分氣化、成核和凝結(jié)的結(jié)果;超微米顆粒物主要以Si、Al、Ca和Fe等難熔元素為主,是煤中礦物質(zhì)在高溫下聚合、熔融和破碎的產(chǎn)物。
　　

7、電廠鍋爐機(jī)組中可吸入顆粒物的生成和排放特性是很重要的研究點(diǎn)。對(duì)兩個(gè)電廠四臺(tái)鍋爐機(jī)組的采樣結(jié)果發(fā)現(xiàn),在ESP的入口,PM1最多占到總顆粒濃度的1.15%, PM2.5占總顆粒濃度的2%-7%,PM10占總顆粒濃度的4%-19%。而在ESP的出口,PM1、PM2.5和 PM10占總顆粒濃度的質(zhì)量百分比大比例升高,PM10占總顆粒濃度甚至可達(dá)90%以上。隨著灰顆粒粒徑的減小,其對(duì)除塵器的穿透率總的趨勢(shì)是上升的,但在粒徑為0.1-1μm的區(qū)間有