燃煤细颗粒物及量元素排放控制特性的试验研究与现场测试

华中科技大学博士学位论摘首先在研究了富氧燃烧条件下高浓度H2O、SO2和HCl对燃煤细微颗粒物和痕量CO2、H2OSO2对燃煤颗粒物的生成特性以及痕量元素分布特性的影SO2不会对颗粒物的生成量造成明显影响，但能够在一定程度在高温沉降炉中进行了富氧燃烧条件下高岭土对燃煤细微颗粒物PM0.2(空气动力学直径小于0.2μm的颗粒)的脱除以及吸附Na蒸气的实验。本研究通过颗粒物实验表征了高浓度H2O和HClNa蒸气吸附H2OHCl对高岭土作用机理的影响。结果表明，H2O能够提升Na蒸气的迁移以及与高岭土反应的速率，从而促进高岭土Na蒸气的吸附；高浓度H2O的添加会使高岭土对PM0.2减排的绝对量增大，但会减小其减排的比例；HCl能够促进碱金属和碱土金属的挥发，并抑制这些元素与高岭土之间的反应，从而减弱高岭土的作用效果。上述H2O和HCl的相关影响机理也适用于高岭土对Pb、Cd等痕量元素的吸附。采用承重撞击器(DGI)系统对国内某220MW电厂选择性催化还原华中科技大学博士学位论(SCR)、ESP和烟气脱硫设备(FGD)的颗粒物进行了采样，以研究烟道沿程颗粒物的粒径分布和主要化学分成的变化特性以及痕量元素的迁移特性。研究结果表动力学直径小于10μm的颗粒)各粒径段中的质量随着粒径的减小而增大，而难挥发痕采用低压撞击器(LPI)DGI660MW电厂进行了颗粒物采ESPESP出口颗粒物的质量；低温省煤器：煤燃烧；细颗粒物；痕量元素；富氧燃烧；静电除尘器(ESP)；低温省华中科技大学博士学位论Coal-firedpowergenerationisnowthemainpowergenerationmethodin.Manykindsofairpollutantscangenerateintheprocessofcoalcombustion,inwhichtheparticulatematterandtraceelementhavedrawnincreasingattentionofthesociety.Inrecentyears,thedevelopmentandapplicationofanumberofnewcanimposemanyeffectsontheemissionandcontrolcharacteristicsofparticulatematterandtraceelement.Inviewofthissituation,atfirsttheeffectsofhighconcentrationH2O,SO2andHClontheemissionandcontrolcharacteristicsofparticulatematterandtraceelementunderoxy-fuelcombustionwerestudiedthroughthelaboratoryexperiments,andthen,thevariationcharacteristicsofparticulatematterandtraceelementinfluegasductandtheeffectoflowtemperatureeconomizeronthereductionofthetwopollutantsbyelectrostaticprecipitator(ESP)wereresearchedbythewayoffieldtest.ThedetailedexperimentalmethodsandmainconclusionsareshownasThecoalcombustionexperimentunderoxy-fuelcombustionwasconductedinthehightemperaturedroptubefurnace,toinvestgatetheeffectofhighconcentrationCO2,H2OandSO2onthegenerationcharacteristicsofparticulatematteranddistributioncharacteristicsoftraceelementunderoxy-fuelcombustion.Fromtheexperimentalresults,comparedtotheaircombustion,oxy-fuelcombustioncansignificantlyreducethegenerationofparticulatematterandthevolatilityoftraceelement,butcanincreasethetraceelementconcentrationinparticulatematter.Underoxy-fuelcombustion,thehighconcentrationH2Ocanobviouslyenhancetheyieldofparticulatematterandthemigrationoftraceelementtoparticulatematter,however,decreasethetraceelementconcentrationinparticulatematter.HighconcentrationSO2hasnearlynoeffectonthegenerationofparticulatematter,butcandecreasethetotalamountandconcentrationoftraceelementintheparticulatemattertosomeextendunderoxy-fuelcombustion.ThereductionofPM0.2(particlewithaerodynamicdiameterlessthan0.2μm)华中科技大学博士学位论adsorptionofNavaporbykaoliniteunderoxy-fuelcombustionwascarriedoutinthehightemperaturedorptubefurnace.TheeffectofH2OandHClontheefficiencyofkaolinitewasclarifiedbytheparticulatematterexperiment,andtheinfluenceofH2OandHClontheactionmechanismsofkaolinitewasdetailedlyinterpretedthroughtheNavaporexperimentandthermalequilibriumcalculation.Theexperimentalresultsindicatethat,H2OcanimprovethemigrationrateofNavaporandthereactionratebetweenNavaporandkaolinite,andhenceenhancetheadsorptionofNavaporbykaolinite.TheadditionofhighconcentrationH2OcanincreasethereductionabsolutevalueofPM0.2,butdecreasethereductionratioofPM0.2.HClcanpromotethevolatilitiesofalkalimetalandalkalineearthmetal,andinhibitthereactionbetweenthesemetalsandkaolinite,thendecreasetheefficiencyofkaolinite.TheactionmechanismsmentionedabovearealsoadequatefortheadsorptionoftraceelementsuchasPbandCdbykaolinite.Theparticulatemattersfromtheinletofselectivecatalyticreduction(SCR),ESPandfluegasdesulfurization(FGD)ina220MWpowerntinweresampledbytheDGIsystem,tostudythevariationcharacteristicsofthemasssizedistributionandmainchemicalcompositionofparticulatematteralongthefluegasduct,andtoinvestigatethemigrationcharacteristicsoftraceelementalongthefluegasduct.Theexperimentalresultsrevealthat,comparedtotheinletofSCR,theyieldofsupermicronparticulatematterattheinletofESPdecreases.TheScontentinparticulatematterincreasesalongthefluegasduct,butincontrast,theconcentrationofAlandSiintheparticulatematterdecreasealongthefluegasduct.WhenthefluegasgofromtheinletofSCRtotheinletofESP,themassesofAs,Cd,CrandPbwhichconvertingfromvaporphasetosolidphaseaccountfor26%,16%,12%and11%ofthetotalmassrespectively.MostofthetraceelementsremainintheESPflyash,andthepartescapedfromESPisverylittle.ThemassesofAs,Cd,CrandPbintheeachsizesegmentofPM10(particlewithaerodynamicdiameterlessthan10μm)attheinletofFGDincreasewiththedecreasingparticlesize,however,themasssizedistributionofMncorrespondstothatofparticulatematter.华中科技大学博士学位论ToinvestigatetheeffectoflowtemperatureeconomizerontheremovalofparticulatematterandtraceelementbyESP,thelowpressureimpactor(LPI)andgravimetricimpactor(DGI)systemwereappliedtotheparticulatemattersamplingina660MWpowerntin.Fromtheresults,thelowtemperatureeconomizercansignificantlyenhancetheefficiencyoftheESP,andcanobviouslydecreasethemassoftheparticulatematterattheoutletofESP.ThelowtemperatureeconomizercanenhacethecollectionefficiencyofminorelementbyESP,andtheenhacement esweakerwiththevolatilityofminor eshigher,intheme,thelowtemperatureeconomizercanalsoreducetheemissionoftraceelementattheoutletofESP.ThelowtemperatureeconomizercandecreasetherelativeenrientfactorsofAs,Cd,CrandPbinPM0.2~0.5(particlewithaerodynamicdiameterin0.2~0.5μm)tosomeextend.:coalcombustion;fineparticulatematter;traceelement;oxy-fuelcombustion;electrostaticprecipitator(ESP);lowtemperatureeconomizer;kaolinite华中科技大学博士学位论摘 燃煤颗粒物与痕量元素的危 燃煤过颗粒物的生成及痕量元素迁移机 燃煤颗粒物与痕量元素控制机 富氧燃烧条件下颗粒物与痕量元素研究现 固定源颗粒物与痕量元素现场测试研究现 本文研究内 富氧燃烧条件下颗粒物生成及其痕量元素分布特 引 实验过分析方 富氧与空气燃烧条件下颗粒物和痕量元素分布特性的差 富氧燃烧条件下SO2对颗粒物和痕量元素分布特性的影 富氧燃烧条件下H2O对颗粒物和痕量元素分布特性的影 本章小 富氧燃烧条件下高岭土对超细颗粒物的减排机 引 实验过分析方 不同吸附剂对颗粒物减排效果的比 富氧燃烧条件下H2O对高岭土减排PM0.2的影 富氧燃烧条件下HCl对高岭土减排PM0.2的影 本章小 燃煤电厂烟道沿程颗粒物与痕量元素的分布特 引 华中科技大学博士学位论实验过分析方 烟道沿程颗粒物的分布特 烟道沿程次量元素分布特 烟道沿程痕量元素分布特 本章小 低温省煤器对ESP减排颗粒物与痕量元素的影 引 实验过分析方 低温省煤器对ESP减排颗粒物效果的影 低温省煤器对主要次量元素脱除效率的影 低温省煤器对于痕量元素分布与富集特性的影 本章小 全文总结及下一步工作建 全文总 下一步工作建 致 参考文 附录1攻读博 期间的.........................................................................附录2攻读博 期间申请的专 附录3攻读博 期间参与的项 附录4攻读博 期间获得的.........................................................................华中科技大学博士学位论 我国煤炭的需求及应趋势[1]1-1可以看2013年的煤炭消耗量达到了36.22012年增长了0.7亿吨，增幅为3.72%。从的增幅来看，虽然近几年增幅有所下降，年我国国内的煤炭消耗总量将达到约55.4亿吨[2]。1-11996-2013耗量又占据较大。图1-2给出了我国2007-2012各年燃煤发电的耗煤量以其占我国总耗煤量的百分比[3]1-2华中科技大学博士学位论文华中科技大学博士学位论文200747.8%上升201250.6%，这说明我国煤炭在发电中的应用变得越来越重要。不同于天然气和石油，煤是一种组分极其复杂的化石，其元素成分除了C、H、O、N和S之外，还的Al、Si、Fe、Ca、Na、Mg、K等无机元素。因此，在火力发电过，煤粉的燃烧不仅会产生大量气态污染物，如CO2、SOx、NOx等，还会产生大量灰分。虽然绝大部分污染物会被电厂的烟气净化设备脱除，但中会导致严重的环境问题，进而到人类的生存。1-22007-2012燃煤颗粒物的危近年来，我国的污染逐渐加重，其危害也日益凸显，已经严重到民众的健康、工作和生活，也给国民经济造成不利影响[4,5]。现象归根结底就是空气中为例，来说明我国颗粒物污染的严重性。图1-3为NASA地球观测中心和野图1-3气中PM2.5浓度分而我国大部分地区空气中PM2.550μg/m3[6]3.3~4.7μm1.1~2.1时，主要停留在分支后，其上含有的物质就会体吸收，从而对造成诸多方面的危害。这些有毒物质可以损害的呼吸系统、神经系统和生殖系统，心血管疾病，并具有致癌、致突变和致残作用，最终导致率上升[7,8]。1-1PM2.5的贡献率 燃煤对于PM25贡献率（%）环保局2011年 环保局2012 10吉林 白城 通化 四平 其他来源的颗粒物还具有明显特征，即粒径偏小、元素含量高。我国电厂中采用颗粒物以亚微米颗粒物为主[13]。前面提到细微颗粒物更容易进入到的脆弱部位，因此电厂排放颗粒物对更大。此外，煤粉中有害元素，如S、Cl、燃煤痕量元素的1000ppmC、H、O、NS；次量元素为1001000ppmAl、Si、Ca、Fe、Na、K、Mg、Cl等；痕华中科技大学博士学位论易挥发元素，如Hg、Cl、Br；半挥发元素，如As、Cd、Pb、Zn；难挥发元素，如1-4过雨水、水等的淋滤作用进入到环境中，进而通过饮水和食物链进入。电厂通过呼吸直接进入，因此其可对造成更为直接和明显的损害。痕量元素进入后会造成多种机能损伤。例如：1.As被国际研究坏，还可致表观遗传突变、突变和[18]；2.Cr是必须的微量元素，但是过量的Cr对产生毒害作用，尤其是六价Cr，其可干扰体内的氧化、还原及华中科技大学博士学位论文华中科技大学博士学位论文水解过程，并诱发和突变[19]；3.Pb是一种可致全身的金属元素，过量Pb元素会明显降低红细胞的功能和，导致心脏植物神经功能紊乱，燃煤颗粒物生成燃煤颗粒物主要是由煤粉中的无机元形成机理如图1-51-5可需要具备三个条件：1.同一煤颗粒中拥有两个及以上的矿物颗粒；2.这些矿物颗粒有彼此接触的机会；3.环境温度足够高，可达到矿物的[22]。对于同一种煤粉，在煤粉炉燃烧(PCC)和整体煤气化联合循环(IGCC)中熔融聚合现象较流化床燃烧温条件下发生熔融现象，而后随着烟气温度降低，又凝固为固体，在这一过，外的烧生在的从图15可以看出，在煤粉///聚合、外在矿的熔融/凝固机理为竞争关系。有融/[24,25]。1-5燃煤颗粒物形成机理煤粉的破碎主要包括以下几类：一次破碎(rimryrmenttion)、二次破碎(eondryfrmenttion)(rolativefrmntation)和磨损(brivettition)。碎要在的挥阶在入膛快温其内部的热应力以及超压导致了煤粉的一次破碎；二次破碎主要发生在煤焦燃烧阶段，是由间撞起碎渗指煤烧于的过程[2628]PCCGFCFCFCPC和G，这将明显增强煤粉颗粒的磨损现象。由此可见，FC中煤粉的二次破碎与磨PCG。伊利石和白云石时，矿物颗粒几乎不发生破碎；在高温下可发生破碎现象，这主要是由于中的硫，这些硫在高温下会挥发成含硫气体，从而促进黄可发生明显破碎[29,30]机元素例如Si的挥发量也越大[33]。燃烧气氛对于无机元素挥发的影响主要体现在还无机元素蒸气在烟气冷却过会向灰颗粒迁移，迁移机理分为两类：1.均相成核/凝并聚和；2.异相冷凝/异相反应。当某种无机元素蒸气的分压超过环境所允许的极细微的颗粒通过凝并聚和过程生长，形成粒径较大的颗粒[34]。通过均相成核/凝并燃煤过痕量元素迁移机图1-6为Seames[36]总结的痕量元素迁移机理图在煤粉燃烧过会有部分痕量元素以气态形式释放出来，其释放机理如式1.1-1.5[14]：氯化物：MClx(固)=MClx(气 硫化物：MSy(固)=MSy(气 华中科技大学博士学位论文氧化物：MOz(固CO气MOz-1(固CO2(气MOz-1(固MOz-1(气盐类：MAOwMOz(固AOw-x(气或固式中M代表痕量元素，A代表主量或次量元素，其中式1.5中的盐类先分解为痕量元素氧化物，再通过式1.3和1.4挥发。在煤粉燃烧过，绝大部分易挥发痕量元素从1-6痕量元素迁移机理素将继续以气态形式存在[14363839]Hg为例，Swanson等[40]的研究结果表明，煤粉燃烧过后，将有超过95%的Hg以气态形式存在，而通过电厂烟囱排放到大气中华中科技大学博士学位论3~15%Cr26~57%Pb以气态形式存在[40]。Linak等[38]和Seames等[36]As、Se、Cd1/dp分布则表明，在连续介质区，外部表面反应或者孔扩散控制表面反应是主要的控制机理；若符合1/dp2分布则表明，气膜传的效果，从图1-7可以看出，不同煤种和不同痕量元素均可决定是何种机理起着主导作用。对于未气化的半挥发痕量元素，其主要是通过煤外在矿的破碎、煤焦的熔1-71/dp1/dp2As、Se、Cd在超微米颗粒中的浓度分布华中科技大学博士学位论燃煤颗粒物控制ESP、布袋除尘器等。目前燃烧前控制和燃烧后控制技术都已应用在实际电厂中，而燃烧中控制技术还在发展中，尤其是燃煤添加剂技术，还需要投入研镁基吸附剂[45,69,70]。1-2早期研究中选定的硅铝基吸附剂[55-59,62S.H.D.M.B.K.H.华中科技大学博士学位论Al2O3、SiO2Al2O3·2SiO2(高岭土)，各位学者在表征吸附剂效果的同时，也研究了其吸附碱金属蒸气的反应机理[56-58,63]。以NaCl为例，吸附反应式如下：SiO2:2NaCl+1/2O2+SiO2→Na2O·SiO2+Cl2

Al2O3:2NaCl+1/2O2+Al2O3→2NaAlO2+ 2NaCl+H2O+Al2O3→2NaAlO2+ Al2O3·2SiO2:2NaCl+1/2O2+Al2O3·2SiO2→Na2O·Al2O3·2SiO2+2NaCl+H2O+Al2O3·2SiO 得到了学者的普遍关注[52-54,56,57,60-63]。GaleWendt[53]深入研究了高岭土吸附碱金属的机理，阐释了高岭土与碱金属蒸和铝酸盐。此外，GaleWendt[52]还研究了高温条件下Pb/Cd/kaolinite反应机理和Na/Pb/kaolinite反应机理，其研究结果表明，Pb与高岭土反应会形成硅铝酸盐，这些Cd的吸附能力；Pb与高岭土此后，Takuwa等[60]Kosminski等[54]华中科技大学博士学位论钙剂吸附剂可吸附煤燃烧过产生的大量SOx气体，减少其向颗粒物上迁移，SO21.121.13进行，直接硫化通1.14进行[64-68]。在间接硫化时，CaCO3CaOSO2反应，CaCO3600-700600℃时，CaCO3吸的分解，此时吸附过程也以直接硫化为主[66]。在高温(700℃)CO2浓度条间接硫化:CaCO3↔CaO+CO2 CaO+SO2+1/2O2→ 直接硫化:CaCO3+SO2+1/2O2→CaSO4+ 镁基吸附剂主要通过熔融液相捕获机理实现对细微颗粒物的减排[45,69,70]痕量元素控制机存在，即单质态、氧化态和颗粒态，其中颗粒态会被除尘设备捕获，氧化华中科技大学博士学位论中[71-73]。基于此，目前主要有两条技术路线来实现对排放的控制：1.将单质态氧化，使其转变为氧化态或颗粒态，而后由烟气净化设备脱除[74-77]；2.采用吸附剂直接吸附气态的。就单质的氧化而言，多位学者[74-76]通过研究发现，SCR催化剂可提高氧化态占烟气中总的比例，从而有利于烟气净化设备对的脱除。Cao等[77]的研究发现，向烟气中喷入HBr可促进单质向氧化态的转化，该方法对于低硫低氯煤的效果尤为明显。就吸附剂而言，包括碳基吸附剂[78,79]和非碳基吸附剂[80,81]。As、Cd、Cr、Pb等[82]。目前，研究较多、较深的痕量元素吸附剂为硅铝基吸附剂[52,53,83-87]和钙基吸附剂[88-94]。就硅铝基吸附剂而言，早UberoiShadman[85]研究了Pb与高岭土的基本反应机理，并提出了两者的反应式，见式1.15： 随后，Biswas等[8384]研究了高温条件下硅的前驱体与Pb的反应机理，结果显示，硅PbClPb具有更强的挥发性，促进均相成核过程。人的研究基础上，等[87]又研究了Cl对于PbClPb的吸附效果。近年来，GaleWendt[5253]Na、Pb、Cd的机理进行了深入阐释，在其研究中不仅涉Cd的反应动力学模型，且模型计算所得结果与实验结果能够很好拟合。钙基吸附剂对As、Se、Pb都拥有较高的吸附效率，且吸附机理已比较。相As的吸附效果更好，因为其整个吸附过程以不可逆的化学反应为主，反应式见式1.16[92]：华中科技大学博士学位论3CaO+As2O3+O2→ 此后，JadhavFan[89]将该化学反应机理进行了完善，在其研究中发现，CaOAs600300而在700到900℃之间，产物为Ca2As2O7。除了CaO，As还可被飞灰中的CaO·SiO2吸附，其化学反应吸附过程见式1.17[89]：3CaO·SiO2+1/2As4O6+O2→Ca3As2O8+SeSCaO+SeO2→ SeS的化学性质类似，且同为燃煤污染物，那么钙基吸附剂对两者同时吸附的过程就值得研究Li等[90,91]研究结果来CaO的转化率较低，吸附过程受化学反应动力学控制时，SO2SeCaO转化率较高，吸附过程受扩散动力学控制时，则SO2会抑制Se的吸附过程。2CaO+PbCl2+O2→Ca2PbO4+ 2CaCO3+PbCl2+O2→Ca2PbO4+Cl2+ 富氧燃烧简 华中科技大学博士学位论的现象。因此，减少CO2这一主要温室气体的排放成为缓解气候变暖的有效方法。全球CO2排放的一个最主要来源就是化石的燃烧，尤其是煤炭的燃烧[2]。前大量可行的CO2减排技术。这些减排技术主要包括：1.富氧燃烧技术（oxy-fuelcombustion；2.IGCC；3.传统电厂燃烧后捕获；4.所产生CO2排放。因此，富氧燃烧技术、IGCC和燃烧后捕获成为我国目前解决电厂深度减排CO2的有效方法。热效率以及经济性是评判新技术是否可行的最主要的标准。Buhre[95和Kanniche[96]等学者对富氧燃烧、IGCC和燃烧后捕获技术的电厂热效率和经济性进行CO21-3捕获技术，只有30%；就投资成本来说，燃烧后捕获技术成本最高，IGCC和富三者148.1%，而燃烧后捕获技术发电成本最高165.1%。表1-31200MWCO285~90%时，IGCC、富氧燃烧、燃烧后捕获技术的热效率及经济性比较 华中科技大学博士学位论总成 总成 总成 CO2N2参与煤粉燃烧的技术，其系将烟气直接压缩了。循环烟气可从烟道的不同位置抽取，主要包括SCR出口、ESPFGDSCR出口抽取的循环烟气成分主要为飞灰、CO2H2OSO2ESP出口，主要为CO2、H2OSO2FGDCO2H2O[97]。1-8富氧燃烧电厂系统图99,10][1,10]103]、煤粉燃尽率[14,105]等。roit[99]2的比热容高于2，因此富氧燃烧条件下燃烧区的火焰温度要比空气燃烧条件下低大约300℃，而要想达到与空气燃烧相同的火焰温度，需将富氧燃烧下的氧浓度从21%提高至O华中科技大学博士学位论浓度为16wt%时，烟气温度将降低150℃[100]；由于H2O、CO2、SO2等属于辐射较强的气体物质，因此富氧燃烧条件下烟气的辐射换热要强于传统空气燃烧[101]；就对流换热而言CO2H2O的密度和比N2，因此富氧燃烧条件下的对流换热[102]ShaddiO2CO2中的扩散速率相比其在N2中的扩散速率低，因此造成煤粉在富氧燃烧条件下有着比空气燃烧条件下更低的燃尽率[104105]。由于煤粉在富氧燃烧条件下的燃烧过程不同于空气燃烧，因此，在富富氧燃烧条件下颗粒物与痕量元素相关研究综1982年Abraham等[106]和Horn等[107]首次提出富氧燃烧这一新型燃烧技术以来，究也取得了一定进展，这些研究主要涉及颗粒物的分布特性[108-111]、形貌特性[108110,就颗粒物的分布特性而言，Suriyawong等[110] 富氧燃烧条件下亚微米模态颗粒物(<0.5μm)的生成特性结果如 所示。图1-9的结果显示，相比于空气燃烧，富氧燃烧可明显减少亚微米模态颗粒物40%，此外，富氧燃烧还可减小亚微米模态颗粒物的Sheng等[109]又在沉降炉中开展了变燃烧温度和变氧浓度条件下富氧燃烧颗粒物生成华中科技大学博士学位论不大，但是可明显减少亚微米颗粒物和破碎产生的细颗粒物的质量，这一点与Suriyawong等[110]的研究结果类似。此外，在富氧燃烧条件下提高氧浓度以及提升燃PM10Kazanc等[108]的研究结果中可得到与前两位学者在富氧燃烧条件由于烟气的多H2OSO2的浓度明显高于传统空1-920%O2/80%CO2条件下亚微米模态颗粒物分布特性烧条件下细灰颗粒(<5μm)的生成量，增加粗灰颗粒(>5μm)的生成量。Jiao等[121]的研华中科技大学博士学位论这主要是由于富氧条件下燃烧温度低于空气条件[13]。尽管燃烧温度相对较低，但富氧燃烧并没有改变亚微米颗粒物以气化/[10,12]08,3][13]。另X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)和扫描电显微镜-能量色谱(SEM-EDS)研究了富氧燃烧条件下颗粒物的化学成分[109,115,116,121]。Sheng等[116]采用XRD对空气燃烧和富氧燃烧条件下的灰颗粒进行了测试，略微改变各物质的峰强。为了进一步研究富氧燃烧对颗粒物成分的影响，Sheng等[109]XRFPM10中无机元素含量的分布，结果显NaKSMgAl的差异主要体现在亚微米颗粒中，Fe主要体现在超微米颗粒中，CaSiPM10中都有着明显差异；当提高氧浓度，各无机元素在两种燃烧方式下含量的差异会减小。此后，Kazanc等[115]又将研究重点放在亚微米颗粒物的成SEM-EDSPM0.1-0.18(空气动力学直径为0.1~0.18μm的颗粒)和PM0.56-1.0(空气动力学直径为0.56~1.0μm的颗粒)中元素成分。该研究的主要结论为：富氧燃烧条件下PM0.56-1.0中元素成分与空气燃烧相近；相比于空气燃烧，在富氧燃烧条件下，PM0.1-0.18Si、Ca、AlNa、K、S的含量较高；在富氧燃烧条件下，随着氧浓度的升高，PM0.1-018Si、Ca、Al华中科技大学博士学位论文华中科技大学博士学位论文实验结果表明，CaO和高岭土的添加不会改变亚微米和超微米颗粒物的形成机理，但PM2.5的生成量和化学成分造成影响；CaOPM1.0(空气动力学直径小于1.0μm的颗粒)的质量浓度和数浓度，但是会略微提高PM1-2.5的生成量；随着CaO和高岭土添加量的增加，PM2.5中S、Pb、Cu、Na、K的含量逐渐降低。Chen等[122]PM1.0的控制效果。在本研PM1.01373K。富氧燃烧和空气燃烧条件1-101-10中可以看出，高岭土在富氧燃烧条PM1.0的减排效果要好于空气燃烧，这主要是由于富氧燃烧条件下高岭土颗1-10富氧燃烧和空气燃烧条件下高岭土和石灰石对PM1.0的减排效果对比[122]PM1.0的减排效果更好，这主要是由于在富氧燃烧条件下，石灰石对SOx的吸附为直接硫化过程，可延缓石灰石的失活[66]。H2O、SO2和HCl对吸附剂效果的影响，这一块内容[110]的研究表明，富氧燃烧条件下单质与氧化态的比例和空气燃烧条件下的值相几乎无法被淋滤掉。Farzan等[126]在30MW中试台架上的实验结果表明，在富氧烟气中的浓度及氧化程度随着氧气浓度的升高而升高。通过在中试台架进行的HgSO3测试实验，Kikkawa等[127]Mitsui等[128]发现：1.ESP温度的降低，其对的脱除效率上升；2.在高浓度SOx条件下，灰颗粒对于的吸附过程将被抑制；吸收近边结构(XANES)分析了富氧燃烧条件下Cr在细灰(小于5μm)中的结合形CrCrCr的转化机理，以H2O、SO2HClCr结合形态的影响。Font等[130]90KW鼓泡流化床素分布特性的影响进行深入讨论。Contreras等[129]采用热力学平衡计算的方法研究了Cd在富氧燃烧过的迁移和转化特性，研究结果表明：1.相较于空气燃烧，富氧Cd的挥发总量增加；2.Cl2浓度高于空气燃烧条件，因而会产生的痕量元素氯化物；3.在富氧燃烧条件下，高浓度的CO2会和Na、K的氢Cd的氢氧化物的生成；4.富氧燃烧可促进煤灰中CdCO3、CdSiO3和CdO·Al2O3的生成。H2O、SO2HCl对其向颗粒物上迁移固定源颗粒物现场测试研究现理形貌研究[135,136,138]、化学成分研究[133,134,136,138]和控制特性研究[133,139-144]，下面对华中科技大学博士学位论10μm10μm2.5μm粒径段上的质量，其值分别8.7~39.5kg/hr、10.7~40.8kg/hr9.65~10.7kg/hr，由此可见，PM2.5排放量占颗粒物总排放量的56~71%。同年，Goodarzi[138]又对上述样品的物理形貌以及化学成分进行转化矿物，煤中矿物分解、气化以及聚合形成的产物。Wang等[134]采用LPI了我国某100MW燃煤电厂电除尘器出口的颗粒物，分析了颗粒物的数浓度分布、质量浓度分布、元素含量和离子含量，主要结论如下：1.颗粒物的数浓度和质量浓度均呈双峰分布，但峰位置有所差异；2.对于粒径1.8~2.7μm的颗粒物，其元素成分含量遵循AlCaSFeNa0.03~0.06μmNaS；220MW燃煤电厂的颗粒物特性，该电厂安装的除尘设备为布袋除尘器，在其研究中采用新型的DGI颗粒物系统对国内660MW大型电厂的颗粒物进行了研究给出了颗粒物的质量粒径分布及其上主要无机元素含量。Qi等[133]又在国内某电厂进行了SO3PM2.5SO3可以增大PM2.5的粒径，减小其比电阻和比表面积。在实际电厂中，颗粒物的控制主要通过除尘设备来实现。ESP对于飞灰的捕集效率可达99.9%以上，并且其具有运行费用低、压损低、工作温度范围广等优点，因而尘器电压、烟气成分以及颗粒成分都会影响ESP的运行[133139-142144]。颗粒粒径决定ESP的工作效率[140]。Ylatalo等[144]研究了锅炉负荷以及工作电压对于ESP捕集颗华中科技大学博士学位论粒物效率的影响，在研究结果中，锅炉荷对应高的颗粒物率，此外，作电压不仅影响颗粒物的率，还会改变峰的位置。烟气中S3可影响ESP的运行，当S3浓度升高，灰颗粒的粘性升高，而比电阻降低，这可以提高ESP对于颗粒物的捕获效率[133]ESP前一个因素可提高ESP效率，后者则是降低ESP效率139,142]。除此之外，提高灰lSAl含ESP97%以下[141]。固定源痕量元素现场测试研究以为代表的易挥发痕量元素得到了重点关注，因此相关的研究多而全面。就的电产物中分布特性，Querol等[157]首先对燃煤电厂底灰、除尘器飞灰、FGD灰颗且其相对富集因子随着飞灰粒径的减小而增大。Klika等[155]对两座流化床燃煤锅炉中华中科技大学博士学位论40%ordoba等[154]9200%)AsS，并且对颗粒态的AsSnrhngre等[153]Fe[158]和等[137]了ESP前颗粒物中GCF86PbrNiuDGI系统作为采样仪器，研究的痕量元素包括As、d、Pb、r等。等[159用Anren撞ESP了APbrdNo等痕量元素在颗粒物上的富集特性以及质量粒径频度分布。i等[135]采用PI了一台220MW燃煤锅炉中的颗粒物样品，该锅炉的除尘设备为布袋除尘器，颗粒物采样点为除尘器前后，该研究给出了多种半挥发痕量元素在颗粒物上的富集因子分布，并计算了布袋除尘器对于痕量元素的脱除效率。不十分，且半挥发痕量元素在烟道中向颗粒物迁移的过程尚不清楚，因此，该方向还需要、更深入的研究。研究而言，虽然传统空气燃烧条件下颗粒物和重金属的相关特性已比较，CO2、华中科技大学博士学位论富氧燃烧条件下，高浓度2、2O、S2对于颗粒物生成特性以及s、d、Pb、r、n在各级颗粒物上分布特性的影响。在高温沉降炉中进行了大同烟煤的燃用I样统行颗物通过称实得到各烧氛下粒物的质量粒径分布，进而阐述了高浓度2、2O和S2对于颗粒物生成特性的影响SEMIPS)得到颗粒物中痕量元素含量，以分析高浓度2、2O和S2对于痕量元素在颗粒物中的浓度分布2HClP0.2机理的影响。实验分为两部分，即燃煤颗粒物减排效果实验和高岭土吸附碱金属蒸气实验。PI进行了各工况下燃煤颗粒物PM0.22、HClP0.2HSC计算结果对照分析，以研究具体2O、HClNaPb、d等痕量元素。的采样研究只涉及低温烟道而未对SCR前的颗粒物样品进行本研究采用DGI系统对某燃煤热电厂SCR、ESP和FGD进行了颗粒物，分析了颗粒XRFICP-MS测量了各采样点颗粒物华中科技大学博士学位论低温省煤器对于ESP脱除颗粒物和痕量元素的影响。低温省煤器可用于收集低温烟气余热，从而提高电厂热效率。把低温省煤器安装在ESP会对ESP的工作效率产生明显影响，为了表征和分析该影响，本研究采用LPI在某660MW燃煤电厂的低温省煤器和ESP出口进行了颗粒物，并同时了原煤、底灰、ESP华中科技大学博士学位论富氧燃烧条件下颗粒物生成及其痕量元素分布近年来，随着温室效应危害的加剧，Abraham等[106]Horn等[107]针对燃煤电厂氧燃烧环境中含有高浓度的CO2、H2O、SO2和HCl[118-120]。燃烧气氛的改变必然会对燃进亚微米模态颗粒物的生成量，并增大其平均粒径[111]SO2能够在一定程度上增加细灰颗粒的质量以及减少粗灰颗粒的质量[121]；富氧燃烧不会改变颗粒物的中主要无机元素含量也有较为明显的影响[109,115,116,121]。现有研究较少涉及富氧燃烧条件下颗粒物中的痕量元素。Jiao等[131]研究了粒径小于5μm的颗粒物中Cr元素的价态分布以及价态转化机其研究并未考虑Cr的相关特性在不同粒径颗粒物上的差异；Font等[130]研究了富氧燃烧条件下痕量元素在底灰、燃烧实验，实验气氛考虑了CO2取代N2、O2浓度、添加SO2和添加H2O的影响，实验中采用DGI系统进行颗粒物并测试了颗粒物的质量粒径分布颗粒形貌以及华中科技大学博士学位论文华中科技大学博士学位论文煤粉特该煤种灰分含量很高，达到38.1%，其灰(软化温度)高达1578℃，这样可以确保实验过不会出现严重结渣(实验温度高达1500℃)。煤中S含量相对较高，而ClCr-9.02μg/g)AsCdMn却比相应的平均值(As-12.28μg/g,Cd-0.16μg/g,Mn-148.5μg/g)要低。但是总体来说，该煤种中所有痕量元含量都处于我国典型值范2-1工业分析(wt%)(空干基 元素分析(wt%)(干燥无灰基MAVCHONS痕量元素含量 Cl含量实验系统与实验2-1可以看出该系统由以下四部分组成：炉体与控制柜、给粉器、配气系40mm、50mm1440mm。在反应管的和出口分别安装有水冷法兰，其可实现反应产物和烟气的快速冷却，以避2-12、2C2S2(F)流量控制由可控蒸发混合系统(E)来实现。CEM产生和控制水蒸气的原理如下：CEM中真空泵将定流量的去离子水泵入加热室，在加热室中，去离子水被加热成高温蒸汽，并与载气混合均匀，携带有水蒸气的载气通过保温管道进入反应管的，整个过去离子水和载气的流量分别由液体质量流量计(F)和气体质量流量计(MF)控制。采样系统组成主要包括旋风分离器(lon)、DGI、空气预热器、压缩机、真空泵和大流量MFC10/min(实际体积流量)，用以分离和捕获粒径(50)10μm的粗颗粒。DGI70/min(实际体积流量)，其可将粒径(50)小于10μm的颗粒物分割成五个粒径段：2.5~10μm、1.0~2.5μm、0.5~1.0μm0.2~0.5μm和<0.2μm(50)0.2μm的颗粒物由玻璃纤维滤膜收集，由于其量很少且玻璃维滤膜含量很高，所以不对该粒径段的颗物进。于DGI工量为70/min在DGI进行补气，补气流量60L/min，由压缩机提供，在压缩机出口接有一台空气预热器，用来对补气进行预135℃，该设定温度高于各实验工况下烟气的酸，以避免H2O、SOx和HCl的冷凝，进而保证整个煤粉的燃烧气氛采用O2、N2、CO2、SO2和水蒸气模拟，各模拟燃烧气氛组成见过，炉体温度设定为1500℃，各模拟燃烧气氛的实际体积流量均为5L/min，给粉速率为0.2g/min。经模拟计算，煤粉颗粒在炉内停留时间大约为1.2s，在此停留时间下，煤粉在各实验工况中的燃尽率均可达到99.7%以上，该燃尽率在煤粉燃烧实验而在下部水冷法兰出口处，烟气温度降至约135℃。经过计算，在下部水冷法兰中烟气的平均冷却速率为316℃/s。颗粒物采样点位于下部水冷法兰出口，因而采样点温1355L/min(135℃时实际体积流量)的稀释气体(N2)由下部水冷法兰出口注入烟气中，以使烟气流量达到10L/min(135℃时实际体积流量)，从而保证旋风分离器的正常工作。在烟气进入DGI前，又将压缩2-2气 组成成空 21%O2/79% 21%O2/79% 29%O2/71% 29%O2/71%CO2500ppm 29%O2/71CO21500ppm 29%O2/10%H2O/61% 29%O2/30%H2O/41%华中科技大学博士学位论机提供的60L/min(135℃时实际体积流量)的稀释气体(纯气)注入烟气中，以使烟在实验过，分别对各燃烧工况下产生的粗飞灰(50于10μm)和颗物(50于10μ)测分。灰由离颗由DGI。颗粒物分为铝膜和聚碳酸酯膜，前者用于分析颗粒物的质量粒径分布，后者用于颗粒物的形貌分析和痕量元素含量测试。当用铝膜收集颗粒物时，其上涂有APIEZON10min，并将颗粒物收集前后的铝膜在百万分之一天平(ttlroledo号MS)中进行称量，差减之后即可得颗粒物质量，该过程在各燃烧工况下至少重复5次，取其平均值。采5mg(10mg)均两份聚碳酸酯膜的颗粒物样品，一份送入场发射扫描电镜(荷兰FEI公Sirion20)煤、粗飞灰和颗粒物中痕量元素含量时，首先将各样品在微波消解仪(意大利公司，型号EthosE)中消解，消系为HNO3/HF(7mL/2mL)，然后将消解液定容，并送入ICP-MS(PerkinElmer公司，型号ElanDRC-e)进行痕量元素含量测试。原元素含量采用Edax公司的EagleIII型X射线荧光探针(XRF)进试。为了获得煤粉中Cl含量，将煤粉采用澳大利亚标准方法AS1038.8.1进行消解，定容后采用离子色谱(Agilent公司，型号1100LC/MSDTrap)仪测量其中Cl含量[160]。1g华中科技大学博士学位论2-2中数据显示，在同氧浓度条件下，空气燃烧中产生的亚微米颗粒物和超微米颗粒2-3所示为各痕量元素在PM0.2-1.0(0.2μm<D50<1.0μm和PM0.2-𝑀𝑃=

其中MP表示质量比例；Mp和Cp,i分别表示某粒径段上颗粒物的质量以及该粒径段上2-2量元素i的平均浓度；Mc为对应于Mp的原煤质量，其值由给粉速率乘以采样时间得Cc,ii的浓度。从该定义可以看出，MP用于表征痕量元素在某粒径段上的质量占对应原煤中总质量的百分比。从图2-3可以看出，燃烧气氛对于PM0.2-1.0和PM0.2-10MP的影响与其对颗粒物质量的影响有着相同的规律。相比于空气燃烧，富氧燃烧能够明显降低颗粒物中痕量元素的MP值，而在富氧燃烧条件下，提高氧浓度会增大颗粒物上痕量元素的MP值。此外，PM0.2-1.0PM0.2-10中As、Cd、Pb、CrMnMP值遵循如下规律：As>Cd>Pb>Cr>Mn，这在一定华中科技大学博士学位论图2-3空气燃烧和不同氧浓度富氧燃烧条件下PM0.2-1.0和PM0.2-10中痕量元素质量比例由于：(1)1500℃时，CO2N2要高（N2=35.5kJ·kmol-1·K-1,CO2=59.6cm2/s，微米（气化-成核/冷凝/表面反应/聚合）上迁移[31,162]。因此，富氧燃烧条件下颗粒物MOn(C)+CO=MOn-1(V)+ 华中科技大学博士学位论文华中科技大学博士学位论文CO/CO22.1中的反应向反方向进行，从而抑制矿物元素的除了以上提到的几点原因，还可从反应时间上来解释。Bejarano和Levendis[104]Khatami等[163]的研究表明，相比于空气燃烧条件，富氧燃烧条件下煤粉着火更时间更短，停留时间的变短导致更少的无机元素蒸气(包括痕量元素蒸气)迁移到PM0.2-10上。向颗粒物上迁移的时间，因而提高PM0.2-10的产量以及其上痕量元素的总量。PM1.0-2.5和亚微米颗粒物PM0.2-0.5的形貌如图2-4所示。从图2-4可以看出，超微米颗粒物（1.0~2.5μm）主要为球形，并在表面附着了许多小的颗粒。而亚微米颗粒物（0.2~0.5μm）大体上呈球形，但是在其表面有许多不规则的棱角。对于超微米颗粒物，其主要是通过内在矿的熔融/聚合以及外在矿的破碎过程形成[21164]。这些矿物质2-4O2/CO2-21%/79%燃烧条件PM1.0-2.5PM0.2-0.52-52-5As、Cd、Pb和CrPM0.2-0.5MnPM0.2-10各粒径段于颗粒物上Mn的含量而言，改变燃烧气氛几乎不对其造成明显影响。物中。随着颗粒粒径减小，颗粒的比表面积会增大，因而的痕量元素蒸气可以通2-5空气燃烧和不同氧浓度富氧燃烧条件下痕量元素含量在各级颗粒物上的分布浓度从21%提高到29%时，痕量元素含量在各级颗粒物上的分布特性与空气燃烧条件类Mn而言，颗粒温度以CO/CO2Mn的含量几乎不受富氧燃烧条件下SO2对颗粒物和痕量元素分布特MP2-62-72-6可以看出，在考虑实SO2PM0.2-10的质量粒径分布非常类似，这SO2MP2-7可以看出，SO2会PM0.2-1.0PM0.2-10SO201500ppmMPSO2对于颗粒物中痕量少颗粒物中痕量元素的总质量。根据Xu等[14]痕量元素挥发机理可知，煤燃烧2-6SO2TSx(cr)= TSx(g)+(3/2)xO2(g)=TOx(g)+ 总量。其实，SO2对于颗粒物生成过程是有影响的，一方面，SO22.22.3另一方面，SO2对硅铝酸盐的形成没有影响，但是可以将碳酸盐、磷酸盐以及氯化物造成的颗粒物质量减少。综合以上两个方面，SO2对于颗粒物的质量没有明显影响。图28所示为不同S2浓度富氧燃烧条件下痕量元素在各级颗粒物上的含量分布。从图28S2S2浓度的增加，颗粒物上这五种痕量元素的含量均有所降低，特别是对于挥发性较强的As和Cd。与颗粒物中痕量元素MP值的规律类似，当添加的S2浓度从0ppm增加到500ppmAsdPbrS2浓度到1500ppm0.2~0.5μmSO20.2~.5μm粒径段。从图28还可以发现，就痕量元素含量在五个粒径段上的分布趋势而言，不同S2S2浓度条件下痕量元素含量从10μm到.2~05μmS2的存在并不会改变痕量元素的主要迁移机理。的SO2不仅在煤粉燃烧过抑制痕量元素的挥发，而且影响烟气降温过痕量元素向颗粒物上的迁移。根据Jiao等[167]的研究，在烟气降温过，SO2能够将挥发性华中科技大学博士学位论华中科技大学博士学位论综上所述，可得出图2-9所示的SO2对燃煤颗粒物和痕量元素的影响2-9SO2H2O对于富氧燃烧条件下颗粒物的质量粒径分布以及颗粒物上痕量元素MP值的影响分别2-102-112-10中数据显示，H2O能够在很大程度上促进颗粒物的生成，例如，在富氧燃烧条件下添加30%的H2O(OXYH+H2O(30))时，PM1.0-10和PM0.2-1.0的质量分别为未添加时质量1.251.702-11中可以得到与2-10中类似的趋势，当添加10%的H2O时(OXYH+H2O(10))，各痕量元素的MP值略微提各元素MP的平均值均处在无添加时的误差范围当添加30%的H2O时，MP值的提升相当明显，特别是元素As。这表明H2O对颗粒物中痕量元素总量的影响随着H2O浓度的增加而明显提高。CO2+CsC(O)s+

H2O+CsC(O)s+

C(O)s+CbCO+

华中科技大学博士学位论文华中科技大学博士学位论文图2-10不同H2O浓度富氧燃烧条件下颗粒物的质量粒径kk1,ak1,bH2O与煤焦的气化反应速率明显大于CO2与煤焦之间的速率[168]。高的气化反应速率可以提升煤焦的转化率以及CO2，H2O与煤焦之间的气化反应倾向于形成更CO2H2O后对于煤于，在1500H2O的比热容比CO2要小(H2O49.5kJ·kmol-1·K-1,CO259.6kJ·kmol-1·K-1)，并且O2H2OCO2的要快(DO2/H2O=2.90cm2/s)。不仅如此，H2O还能够加速CO的氧化，加速燃烧进程[172]。以上提到的几个因素都能够在一定程度上提高煤焦燃烧温度。综上所述，H2O能够同时提高颗粒物2-11H2OPM0.2-1.0和PM0.2-10H2O2-12。从2-12H2O浓度的升高，颗粒物中痕量元素的含量均有不同程度的30%H2O浓度的情况下较为明显。此外，痕量元素含量降低的现象在较粗的PM0.2-0.5中却十分显著。就不同元素而言，H2OCd和H2OH2O的H2OH2O的添加，颗粒物物中痕量元素浓度的降低。更次的原因可能是，H2O能够促进无机矿物元素的挥以这种促进作用对于这些痕量元素来说不太明显。Mn属于难挥发痕量元素，其挥发量元素迁移机理而言，H2O能够在一定程度上影响痕量元素蒸气的迁移行为。Jiao等[167]的研究表明，H2O能够促进痕量元素硫酸盐的形成，因此，提高高温条件下痕量2-13H2O对燃煤颗粒物和痕量元素2-13H2O本实验研究了富氧燃烧条件下，高浓度CO2、H2O和SO2对于颗粒物生成特性以及颗粒物上痕量元素分布特性的影响。本研究在高温沉降炉中进行，实验温度为(O2/N2=21/79)、低氧浓度富氧燃烧气氛(O2/CO2=21/79)、高氧浓度富氧燃烧气氛(O2/CO2=29/71)SO2浓度富氧燃烧气氛(O2/CO2/SO2=29/71/5001500ppm)和高H2O浓度富氧燃烧气氛(O2/CO2/H2O=29/61/10O2/CO2/H2O=29/41/30)DGI135℃。不仅对的颗粒物进行了质量粒径分布分析和形貌分析，还采用ICP-MS测试了颗粒物华中科技大学博士学位论以及颗粒物上痕量元素的总质量，但是会降低颗粒物中As、Cd、Pb和Cr的含量，而Mn的含量几乎不变。SO2几乎不会影响颗粒物的生成，但是会降低颗粒As、Cd、Pb、CrMn的总质量和含量SO2浓度提高，其对于痕量元素的As、Cd、PbCrH2O含华中科技大学博士学位论富氧燃烧条件下高岭土对超细颗粒物的减排ESPESP对于燃煤飞灰的整体脱除效99.9%[139]但是受限于本身的工作对粒径处于0.1~1μm的颗粒物脱除效率较低[140,144,173]。粒径小于1μm的细微颗粒物中对有害S、Cl以及毒性更大的痕量元素[134-137]，因此，实现对这部分细微颗粒目前，研究较为广泛的燃煤颗粒物吸附剂包括三类：硅铝基吸附剂[52-56,60,63,114]钙基吸附剂[64-66]和液相捕获机理吸附剂[69,70,125]。不同类吸附剂对于细微颗粒物的脱气中的SOx，以减少其向细微颗粒物迁移，该吸附剂的吸附过程可分为间接硫化[65]和直接硫化[6466]。除了硅铝基和钙基吸附剂，还有一类吸附剂是通过熔融机理捕获已经生成细微颗粒物，这类吸附剂包括镁基吸附剂[69,70]和其它硅铝酸盐吸附剂[125]。其硅铝基吸附剂包岭土、硅藻土、铝土矿、石英、酸性白土等[55-59,62,63]。在这些硅铝基吸附剂当中，高岭土被多位学者认为是最具潜力的硅铝基吸附剂[52-54,56,57,60-63]。Gale和Wendt[52,53]深入研究了高岭土对于碱金属的吸附给出了其吸附碱金属的详细过程，相关内容已在1.3.1华中科技大学博士学位论[4663174175]，Chen等[174]测试了700800和900℃条件下高岭土颗粒对于CrPbCu、等[46]Pb的吸附效果，两者研究结果显800950℃，高岭土的吸附效果明显上升，但是当温度继续升1000Pb的吸附效果略有下降。Wang等[46]的研究Linak等[176]的研究结果可知，ClNiPb的效果均有明显的抑制作Cd的吸附效果有略微抑制作Yao等[175]的研究结果类HCl和SO2Chen等[122]揭示了高浓度CO2对于高岭土吸附亚微米颗粒物效果的影响，高浓度CO2对于高岭土的吸附效果有促进作用。根据本文前一章的研究以及降炉中进行了高岭土对于富氧燃煤颗粒物的脱除实验以及高岭土在富氧燃烧气氛中对PI系统做为颗粒物采样仪器，研究不同气氛下高岭土对于燃煤颗粒物质量粒径分布的影响；在碱金属吸附实验中，采用高温取样管和滤筒进行高岭土吸附样品的收集，以研究不同气氛下高岭土对于碱华中科技大学博士学位论金属蒸气的吸附机理。在后期数据分析过，又采用HSC对Na元素形态分布进行了模拟计算。值得说明的是，本研究涉及的H2O和HCl对高岭土吸附Na的相关影响机理也适用于高岭土对Pb、Cd等痕量元素的吸附。煤粉特高达1500℃，为了减少炉内结渣对实验结果的影响，本实验选取了灰(软化温度)高达1554℃的山西无烟煤。选取山西无烟煤的另外一个原因是，该煤种析、元素分析以及低温灰的XRF3-1。3-1工业分析(wt%)(空干基 元素分析(wt%)(干燥无灰基MAVCHONS 吸附剂特H2OHCl对最优吸附剂效果的影响。这三种吸附剂3-23-2华中科技大学博士学位论比。实验过，吸附剂的添加比例为煤粉灰基的20%。3-2 平均粒径 实验系统与实验3-1。该实验系统除采样系统2.2.2节。本实验的采样系统分为LPI颗粒物采样系统和取样管采样系统，前者用于煤粉燃烧实验产生的颗粒物，LPI颗粒物采样系统主要由旋风分离器、LPI、真空计、真空泵和加热元件组成，旋风分离器的工作流量为10L/min(实际体积流量)，用于分离和捕集粒径大于10μm的粗灰颗粒；LPI的工作流量也为10L/min(实际体积流量)，其可将PM1013级，LPI流量的控制；在旋风分离华中科技大学博士学位论器和LPI上装有保温元件，温度设为140℃(高于各工况下的酸)，以防止H2O、SOx、HCl等的冷凝，从而保证实验的正确性。3-1外径和内径分别为20mm和6mm，且其从下端水冷法兰反应管的长度可调。在取样管的处装有金属网，其作用是截留已吸附碱金属的高岭土颗粒。滤筒的作用华中科技大学博士学位论流量为5L/min。下面分开介绍其它参数。+O2/N2=21/79O2/CO2=29/71条件下进行实验，以筛选出最优吸附剂，然后再将原煤和原煤最优吸附剂在O2/CO2/H2O=29/51/20和O2/CO2=29/71加150ppmHClH2OHCl对吸附剂效果的影响。在各实验工况下，均同时采用铝膜和聚碳酸酯膜进行颗粒物，前者用铝膜上涂有高温APIEZON松脂，以防止颗粒物反弹，每次时间为4分钟，重复至少5次。用聚碳酸酯膜进行颗粒物时，其上也涂有APIEZON松脂，每次时间为10分钟，以保证颗粒物的量足够进行成分分析。吸附剂对于碱金属蒸气的吸附几乎都是化学反应吸附[52-54565760-63]，因此为了正确表实验的采样温度高达950℃，这也可以最大程度减少Na蒸气的冷凝。样品后期处华中科技大学博士学位论正式实验之前，对高岭土、铝土矿和硅藻土产生的PM10进行了收集，并将其与原煤PM10O2/N2=21/793-2。从3-2所示结果可知，三种吸附剂产生的颗粒物质量相近，且其值远远小于原煤燃烧产生的颗粒物质经过计高岭铝土矿和硅藻土产生的PM10质量分别为0.036、0.0730.192mg/gPM105%以下，因而不会对实验结果产3-33-3可以看出，无论是在3-3PM10华中科技大学博士学位论N2CO2气体性质的差别共进行讨3-2的数据显以气化/凝结机理形成的颗粒物出现在小于0.2μm的粒径段，所以，本研究的讨论对象为PM0.2。3-3O2/N2=21/79和O2/CO2=29/713-4O2/CO2=29/71、O2/CO2/H2O=29/51/20两种气氛下原煤中添加高岭土前PM02质量以0.2μm以下颗粒物的质量粒径分布。其中颗粒物质量采用华中科技大学博士学位论O2/CO2=29/71、O2/CO2/H2O=29/51/20两种气氛下添加高岭土后，PM0.2中各个粒径的颗粒质量均有明显降低，这说明在干式循环和湿PM0.2都有良好的脱除效果。另外，在添加和未添加能够提高PM0.2-10的生成量。本实验则证浓度H2O也会提高PM0.2的生成量，这Wang等[111]的实验结论一致。与超微米颗粒物的生成方式不同，PM0.2几乎只受次主要有以下两个方面：1.H2OCO2与煤焦的速率[168]，提升了煤焦转化率以及次量与痕量元素的挥发量，因而有利于细颗粒的生成；2.H2O可H2O的存在提高了富氧燃烧气氛下PM0.2的生成量