煤燃烧过程中as,cr,pb,cd,hg的含量和分布

煤燃烧过程中as,cr,pb,cd,hg的含量和分布

国内外科学家对煤炭中养分燃烧过程的转移和富集进行了广泛而系统的研究。本研究在前人工作的基础上对三种不同变质程度的煤,在不同的燃烧工况下,进行一维可控混合过程试验炉模拟燃烧,对煤及燃烧产物(飞灰、底灰)中5种有害微量元素的迁移和富集行为进行探讨和研究.1实验部分1.1分析样品的制备煤样为云南省小龙潭矿区的褐煤、贵州省六盘水矿区的肥煤和重庆松藻矿区的无烟煤.选择井下有代表性的剖面刻槽取样,刻槽深度为40cm,每个煤样煤取100kg左右;将煤样经两次粉碎、混匀、缩分,最后取1kg左右的煤样磨碎,过200目筛,装入玻璃瓶密封避光保存,为地球化学分析样品;其余煤样为室内一维炉模拟燃烧实验样品.1.2实验过程及操作条件实验是在华中科技大学煤燃烧国家重点实验室一维煤粉燃烧炉上进行.炉膛采用积木式结构,总高度达3.5m,其中反应段高度为1.93m,分为结构相同的六级,内径为0.175m.每一级由电阻丝加热,加热功率为6kW.采用微型电磁振动给料器给粉.一次风和煤粉由炉顶喷入炉内,垂直向下流动.分级风由分级风管从炉膛四周均匀喷入,按高度分上、中、下三层,其分级风喷口距炉膛入口的距离分别为0.13m,0.46m,0.79m.这里的分级风具有实际锅炉中顶部燃尽风OFA的特点.将煤粉碎至74μm以下,当炉内温度在设定温度稳定后,将煤粉均匀送入.为模拟实际粉煤燃烧,在实验过程中,保持总的空气过剩系数对于分级燃烧,是采取停用中层二次风的方法来实现.由于总的空气量一定,当停用中层二次风时使得中层二次风管出口区域空气量减少(这里是煤粉燃烧区域),使得这里形成还原性气氛.1.3煤中微量元素的含量测定将采集的不同温度、不同气氛、不同煤种的飞灰、底灰样品经研磨后过200目筛,连同原煤样品一起进行微量元素测定,Cd,Cr,Pb用ICP-MS测定,As,Hg用Q/AS-C5-2001测定.为检验方法的可靠性及分析质量控制,在进行原煤、飞灰和底灰微量元素测定的同时还测定了美国国家标准局的标准参考物质:煤样NBS1635,符合程度较好,测试结果见表1.另外,计算了飞灰和底灰对煤中5种微量元素的含量比和富集因子,以及飞灰对底灰的5种微量元素的含量比和富集因子,见表2.飞灰和底灰对煤中微量元素的富集因子(CF)为CF=(式中,飞灰对底灰中微量元素的富集因子(CF′)为:CF′=(式中,2结果与讨论2.1煤中微量元素的含量从表1可知,褐煤中As的含量最高,其次为Cr,Pb,Cd,Hg的含量最低;肥煤中Cr的含量最高,其次为Pb,As,Hg,Cd的含量最低;无烟煤中Cr的含量最高,其次为Pb,As,Hg,Cd的含量最低.从褐煤→肥煤→无烟煤,As的含量逐渐降低,Cr和Hg的含量逐渐增高,而Pb和Cd的含量则表现为肥煤最高,褐煤最低(图1).与中国煤、美国煤和世界煤的微量元素平均值相比较,褐煤、肥煤和无烟煤中的As,Cr,Pb,Cd,Hg含量有的高于中国煤、美国煤和世界煤,有的低于中国煤、美国煤和世界煤.这主要是由于各种煤在其形成、沉积和演化过程中的成煤物质、地质环境及条件不同所至,反映了不同煤本身所具有的自然特性.2.2不同燃烧底灰和燃烧底灰中as,cd,hg含量的变化从表1和表2可知:(1)随着燃烧温度的增高,褐煤在分级燃烧下,其飞灰中As,Cd的含量增大,Cr,Pb,Hg的含量减少;底灰中As,Cr,Pb,Cd,Hg的含量都增大.褐煤在不分级燃烧下,其飞灰中As,Cr,Pb,Cd的含量增大,Hg的含量减少;底灰中As,Cr的含量增大,Pb,Cd,Hg的含量减少.肥煤在分级燃烧下,其飞灰中As,Cr,Pb,Cd的含量减少,Hg的含量增大;底灰中As,Cr,Pb,Cd,Hg的含量都减少.肥煤在不分级燃烧下,其飞灰中As,Cr,Pb,Cd,Hg的含量都增大;底灰中As,Cr,Pb,Cd,Hg的含量都减少.(2)在相同燃烧温度(1000℃)下,褐煤不分级燃烧的飞灰中,As,Cd的含量大于分级燃烧飞灰中的含量;Cr,Pb,Hg的含量小于分级燃烧飞灰中的含量.而不分级燃烧的底灰中,As,Cr,Hg的含量小于分级燃烧底灰中的含量;Pb,Cd的含量大于分级燃烧底灰中的含量.肥煤不分级燃烧的飞灰中,As,Cr,Pb,Cd,Hg的含量小于分级燃烧飞灰中的含量;而底灰中As,Cd,Hg的含量大于分级燃烧底灰中的含量;Cr,Pb的含量小于分级燃烧底灰中的含量.(3)在相同燃烧温度(1200℃)下,褐煤不分级燃烧的飞灰中,As,Hg的含量小于分级燃烧飞灰中的含量;Cr,Pb,Cd的含量大于分级燃烧飞灰中的含量.而底灰中As,Cr,Cd,Hg的含量小于分级燃烧底灰中的含量;Pb的含量大于分级燃烧底灰中的Pb.肥煤不分级燃烧的飞灰中,As,Cr,Cd的含量大于分级燃烧飞灰中的含量;Pb,Hg的含量小于分级燃烧飞灰中的含量.底灰中As,Hg的含量大于分级燃烧底灰中的含量;Cr,Pb,Cd的含量小于分级燃烧底灰中的含量.无烟煤不分级燃烧的飞灰中,As的含量小于分级燃烧飞灰中的含量;Cr,Pb,Cd,Hg的含量大于分级燃烧飞灰中的含量.底灰中As,Cr,Pb的含量大于分级燃烧底灰中的含量;Cd,Hg的含量小于分级燃烧底灰中的含量.(4)飞灰和底灰中As,Cr,Pb,Cd含量对褐煤中As,Cr,Pb,Cd含量的比值远大于1,飞灰中Hg含量对褐煤中Hg含量的比值大于1,而底灰中Hg含量对褐煤中Hg含量的比值小于1.说明褐煤燃烧后,As,Cr,Pb,Cd在飞灰和底灰中进一步聚集,而Hg在飞灰中进一步聚集.飞灰和底灰中As含量对肥煤中As含量的比值,飞灰多大于1,底灰多小于1;飞灰中Cd含量对肥煤中Cd含量的比值多大于1,底灰中Cd含量对肥煤中Cd含量的比值在低温下大于1,高温下小于1;飞灰和底灰中Cr含量对肥煤中Cr含量的比值大于1;飞灰中Hg含量对肥煤中Hg含量的比值在低温下小于1,高温下大于1;底灰中Hg含量对肥煤中Hg含量的比值远小于1;飞灰中Pb含量对肥煤中Pb含量的比值大于1;底灰中Pb含量对肥煤中Pb含量的比值不分级燃烧小于1,分级燃烧大于1.说明肥煤燃烧后,As,Cr,Pb,Cd在飞灰中大多进一步聚集,而Hg主要在高温下进一步聚集;As,Cr在底灰中大多进一步聚集,Cd主要在低温下聚集,而Pb主要在分级燃烧的底灰中进一步聚集.飞灰和底灰中As含量对无烟煤中As含量的比值小于1;飞灰和底灰中Cd含量对无烟煤中Cd含量的比值大于1;飞灰中Cr含量对无烟煤中Cr含量的比值小于1,底灰中Cr含量对无烟煤中Cr含量的比值大于1;飞灰中Hg含量对无烟煤中Hg含量的比值不分级燃烧大于1,分级燃烧小于1;底灰中Hg含量对无烟煤中Hg含量的比值远大于1;飞灰中Pb含量对无烟煤中Pb含量的比值不分级燃烧大于1,分级燃烧小于1;底灰中Pb含量对无烟煤中Pb含量的比值大于1.说明无烟煤燃烧后,Cd在飞灰和底灰中、Cr在底灰中、Hg在不分级燃烧的飞灰中、Pb在底灰中和不分级燃烧的飞灰中都进一步聚集.(5)褐煤飞灰中As含量大多大于底灰中的含量;飞灰中Cd,Hg含量远大于底灰中的含量;飞灰中Cr含量接近或大于底灰中的含量;飞灰中Pb含量大于底灰中的有FA-1-2和FA-1-3;褐煤飞灰中Pb含量小于底灰中的有FA-1-1和FA-1-4.肥煤飞灰中除在1000℃不分级燃烧外,其飞灰中As,Cd含量均高于底灰中的含量;肥煤飞灰中Cr含量在1000℃分级燃烧下低于底灰中的含量,在1200℃分级燃烧下,高于底灰中的含量;肥煤飞灰中Hg,Pb含量大于底灰中的含量.无烟煤飞灰中As,Hg含量大于底灰中的含量;飞灰中Cr,Pb含量小于底灰中的含量;而无烟煤飞灰中Cd含量在不分级燃烧下大于底灰中的含量,在分级燃烧下小于底灰中的含量.(6)飞灰和底灰对褐煤中As,Hg的富集因子小于1;飞灰和底灰对褐煤中Cd的富集因子除1000℃不分级燃烧飞灰外,均小于1;飞灰对褐煤中Cr的富集因子小于1,而底灰对褐煤中Cr的富集因子大多大于1;飞灰和底灰对褐煤中Pb的富集因子除1000℃不分级燃烧外,均小于1.飞灰和底灰对肥煤中As,Pb的富集因子大多大于1;飞灰和底灰对肥煤中Cd,Cr的富集因子远大于1;飞灰对肥煤中Hg的富集因子大多大于1,而底灰对肥煤中Hg的富集因子则远小于1.飞灰和底灰对无烟煤中As,Cd,Cr,Pb的富集因子远大于1;飞灰和底灰对无烟煤中Hg的富集因子除不分级燃烧底灰外,均大于1.(7)褐煤飞灰中As除在1000℃不分级燃烧外,飞灰中As的富集程度低于底灰;褐煤飞灰中Cd除在1000℃分级燃烧外,飞灰中Cd的富集程度远大于底灰;褐煤飞灰中Cr,Pb的富集程度远小于底灰;褐煤飞灰中Hg的富集程度远大于底灰.肥煤除1200℃不分级燃烧外,飞灰中As,Pb的富集程度远大于底灰;除在1000℃不分级燃烧外,飞灰中Cd的富集程度远大于底灰,飞灰中Cr的富集程度远小于底灰;飞灰中Hg的富集程度远大于底灰.无烟煤飞灰中As,Cd,Hg的富集程度远大于底灰;无烟煤飞灰中Cr,Pb的富集程度在不分级燃烧下大于底灰,在分级燃烧下略小于底灰.3煤中微量元素的迁移和提取过程可分(1)从褐煤→肥煤→无烟煤,As含量逐渐降低,Cr和Hg含量逐渐增高;而Pb和Cd含量则表现为肥煤最高,褐煤最低.(2)5种微量元素在燃烧产物中都有一定的分布,但在3种煤的燃烧过程中所呈现的集散规律不同,既使在同一种煤的燃烧