1、煤炭作為目前我國最重要的常規(guī)能源,在燃燒過程中放出熱量的同時,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,細微顆粒物的排放也逐漸受到了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。研究表明,燃煤生成的細微顆粒物是大氣中可吸入顆粒物的重要來源,通常這些顆粒富集大量有機污染物和各種有毒重金屬元素,會對人類的健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重的危害。燃煤顆粒物形成機理和排放規(guī)律的研究是進行PM危害評價、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)和實際意義。
　　本文系統(tǒng)綜述了國內(nèi)外煤燃燒過程中可吸入顆粒形成、排放與模擬等方面的研究現(xiàn)狀。并搭建了沉降爐實驗系統(tǒng)。然后從煤粉特性和燃燒工況對可吸入顆粒物形成的影響方面提出了本文的研究思路。主要研究內(nèi)容如下:
　　首先研究了煤粉特性對可吸入顆粒物形成的影響。實驗結(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。利用浮沉實驗將煤粉分為高、中和低三個密度段,并分別在沉降爐中燃燒,研究其對可吸入顆粒物形成和排放的影響。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),低密度原煤對可吸入顆粒物形成的貢獻最大,中密度次之,高密度最小。對于三種不同密度原煤燃燒后的亞微米顆粒物進行成分測量,實驗結(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)對其氣化特征和亞微米顆粒物形成的影響。通過化學(xué)提取實驗和浸溶實驗對原煤進行預(yù)處理,化學(xué)提取實驗后的煤中鈉元素主要以硅鋁酸鹽形式存在,浸溶實驗后的煤中鈉元素主要以有機形式存在,熱解實驗結(jié)果證明以有機結(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

5、其燃燒過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。浸溶實驗后的煤樣中,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可吸入顆粒物形成的影響。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著爐膛溫度的升高和燃燒過程中氧含量的增加,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。不僅如此,

6、燃燒過程中氧含量的增加對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、電廠鍋爐機組中可吸入顆粒物的生成和排放特性是很重要的研究點。對兩個電廠四臺鍋爐機組的采樣結(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90%以上。隨著灰顆粒粒徑的減小,其對除塵器的穿透率總的趨勢是上升的,但在粒徑為0.1-1μm的區(qū)間有