煤燃烧超细颗粒物及其重金属生成与分布特征研究

摘要

中国是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国,也是世界上唯一以煤炭为主要能源的大国,且这种能源结构在今后相当长的时期内不会改变<'[1]>,因此我国目前的大气污染总体上还是煤烟型污染.煤燃烧产生三大污染物:烟尘、SO2、NOx一直是全球主要的大气污染源,一直被追踪.随着对环境质量要求不断提高,原先对污染物的研究深度已不能满足新的要求,如粒度方面,我国在1996年把可吸入颗粒物PM10(IP)浓度列入十种大气环境质量标准之一<'[2]>.同时也不只研究颗粒物对大气的影响,而且深入到颗粒物成分、粒径和浓度对人体危害,即可吸入颗粒物及其所含的重金属和有机物(主要是多环芳烃)对人体呼吸系统、肺功能、血液循环系统、人体免疫功能的危害和影响.而美国EPA于1997年就制定了PM2.5的大气环境质量标准<'[3]>.已有众多的研究表明化石燃料的燃烧是大气颗粒物主要排放源之一,因此进行小颗粒PM2.5及其有害无机和有机微量元素在煤燃烧过程中形成、转换、析出研究已十分必要规律.本文研究主要包括以下方面内容:对燃煤锅炉超细飞灰形成机理的探讨;对锅炉除尘器前后飞灰的组成特性的研究;对用WY-1型冲击式尘粒分级仪采集到的分级飞灰中的重金属含量的测定;探讨煤中灰分所含的有害重金属元素在煤燃烧过程中在飞灰、炉渣和烟气之间的转换关系;对煤粉炉产生的飞灰进行浸提实验的初步研究等.首先,对煤中灰分在燃烧后形成超细飞灰的规律进行探讨;其次,采用中国预防医学科学院研制的WY-1型冲击式尘粒分级仪对除尘器前后飞灰进行采集,进而研究旋风除尘器和静电除尘器对燃煤锅炉尾部飞灰特别是小颗粒PM2.5的捕集效率,探讨为了获得更高捕集小颗粒的除尘装置.接着,对于从WY-1型冲击式尘粒分级仪捕集下来的分级飞灰PM10以及更小颗粒中含有的重金属分布规律进行研究,采用AAS法测定其重金属的含量,并讨论这些含量在飞灰尤其是小颗粒PM2.5上的富集规律,同时还利用扫描电镜SEM图片进行颗粒表面微观结构的分析,探讨重金属含量与粒径之间的关系.再次,对从煤粉炉尾部采集的飞灰进行筛分,按照粒径大小顺序分别研究其所含重金属的规律;对煤中灰分进行跟踪研究,讨论含在煤中的重金属在燃烧后分别进入炉渣、飞灰以及释放到大气中比例进行初步研究.最后,对由煤粉炉燃烧产生的飞灰进行浸提实验,获得液固比、PH值变化对飞灰中重金属的析出规律,结果表明这些经过浸出的飞灰析出的重金属含量对比飞灰本身所含的量而言,析出量很少,不属于有毒固体废物.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1研究背景

§1.1.1我国大气中PM10/PM2.5的污染现状

§1.1.2燃煤超细颗粒物及其重金属污染现状

§1.1.3 PM10/PM2.5及其所含重金属的危害性

§1.2国内外在该领域研究进展

§1.3本文研究内容和意义

第二章实验仪器及设备

§2.1 WY-1型尘粒分级仪

§2.2原子吸收光谱仪

§2.2.1重金属元素分析方法

§2.2.2原子吸收光谱仪工作原理

§2.2.3原子吸收光谱仪的操作

§2.3样品预处理方法

第三章煤燃烧超细颗粒排放捕集规律及分布特征的研究

§3.1试验装置、工况和方法

§3.1.1试验锅炉及设备介绍

§3.1.2试验煤种、燃烧工况

§3.1.3测试方法

§3.2煤粉悬浮燃烧PM10/PM2.5排放规律和分布特征

§3.2.1细灰分散度一致性分析

§3.2.2 PM10/PM2.5分布特征

§3.3小颗粒捕捉技术研究

§3.3.1电除尘器原理

§3.3.2细灰分级除尘效率

§3.4煤粉炉小颗粒物形成影响因素

§3.4.1煤粉细度的影响

§3.4.2制粉系统运行方式的影响

§3.4.3锅炉负荷的影响

§3.5本章小节

第四章煤燃烧超细颗粒微观形态的研究

§4.1燃煤超细灰粒的形成机理

§4.2燃煤超细灰粒表观形态的电镜分析

§4.2.1 SEM成像原理

§4.2.2飞灰样品的微观结构分析

§4.3本章小结

第五章重金属含量分布以及富集规律的研究

§5.1飞灰采样来源

§5.2超细灰粒重金属分布特征的研究

§5.3超细灰粒重金属富集规律的研究

§5.4粗灰粒重金属分布和富集规律的研究

§5.5燃煤重金属迁移规律

§5.6添加剂对重金属排放影响的初步研究

§5.7本章小结

第六章飞灰中重金属浸出特性研究

§6.1重金属浸出特性研究方法

§6.2浸出液的选择程序

§6.3液固比对重金属浸出的影响

§6.4 PH值对重金属浸出的影响

§6.5本章小结

第七章全文总结和对进一步工作进展

§7.1全文总结

§7.2对下一步工作进展

参考文献

附录

致谢