煤中揮發(fā)性微量元素Hg、As、Pb燃燒固化的熱力學(xué)模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、煤燃燒所造成的大氣污染給人類(lèi)健康帶來(lái)了極大的危害,特別是亞微米量級(jí)顆粒形式存在的重金屬及其化合物因?yàn)槠湎喈?dāng)大的毒性而備受人類(lèi)關(guān)注。因而燃煤過(guò)程中痕量元素的排放控制研究也成為治理燃煤污染中一個(gè)新的前沿領(lǐng)域。
　　本文以煤中易揮發(fā)元素Hg、As、Pb為研究對(duì)象,以焦作無(wú)煙煤和平頂山煙煤為原煤樣品,通過(guò)熱力學(xué)平衡模擬分析及實(shí)驗(yàn)室燃燒試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)其在添加添加劑前后遷移轉(zhuǎn)化、富集行為及添加劑機(jī)理進(jìn)行了研究,為進(jìn)一步研究控制煤中重金屬污

2、染奠定了基礎(chǔ)。
　　(1)本文首先應(yīng)用了FactSage模擬分析了Hg、As、Pb等揮發(fā)性元素在燃燒中的遷移轉(zhuǎn)化及形態(tài)分布,考慮了硫,氯元素對(duì)其形態(tài)分布的影響。模擬結(jié)果表明在氧化性氣氛下產(chǎn)物固相范圍會(huì)更寬一些:單質(zhì)汞是Hg的熱力學(xué)穩(wěn)定形式;砷元素在溫度升高到700K以后全部轉(zhuǎn)化為氣相砷的氧化物;Pb在850K之前以固態(tài)PbCO3與Pb3O4,在高溫階段主要以氣態(tài)PbO存在。氧化性氣氛下硫、氯元素與Pb有著很強(qiáng)的結(jié)合性,隨著Cl/S

3、比的升高,PbCl4存在的溫度范圍越寬;氯元素對(duì)的As的平衡分布基本沒(méi)什么影響,硫元素在還原性低溫氣氛與As有著很強(qiáng)的結(jié)合性;對(duì)于Hg元素,隨著S/Cl比的升高,單質(zhì)汞的溫度范圍變寬,增強(qiáng)了單質(zhì)汞的排放。
　　(2)再次應(yīng)用了FactSage模擬分析了Hg、As、Pb等揮發(fā)性元素在氧化性氣氛下加入添加劑之后燃燒時(shí)的遷移轉(zhuǎn)化及形態(tài)分布。結(jié)果表明Al2O3與SiO2對(duì)Pb的揮發(fā)都有抑制作用,而Al2O3在400~1100K效果更好,同

4、時(shí)硫、氯元素對(duì)添加劑的吸附效果影響很大,加入一定的含鈉礦物有助于達(dá)到一個(gè)更好的吸附效果;而任何添加劑對(duì)Hg的形態(tài)分布的影響都不大;鈣質(zhì)添加劑使砷元素形態(tài)在400~1300K發(fā)生了一定的變化,主要以砷的固相物質(zhì)存在,其中在750~1200K之間生成是砷酸鈣,而Ca/S比增大,砷酸鈣作為固相的溫度范圍越寬,Ca/S=10時(shí)達(dá)到最大。
　　(3)采用高溫管式電爐在設(shè)定溫度下進(jìn)行煤粉燃燒試驗(yàn),燃燒氣氛為氧化性氣氛,將底灰應(yīng)用先進(jìn)的微波消解

5、技術(shù)進(jìn)行樣品預(yù)處理,應(yīng)用ICP-MS及原子熒光光譜儀等測(cè)試手段,分析了加入添加劑前后Hg、As、Pb元素在底灰中的含量分布。結(jié)果表明:Hg元素極易揮發(fā),從化學(xué)角度講添加劑對(duì)Hg的控制沒(méi)有作用,這與模擬結(jié)果相符;Pb元素有在底灰中富集的趨勢(shì),并隨溫度的升高,其富集趨勢(shì)減小;四種添加劑對(duì)Pb、As的吸附效果隨溫度、煤種、添加劑種類(lèi)的不同而不同。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果在對(duì)重金屬控制溫度上存在差異。
　　(4)結(jié)合模擬研究與試驗(yàn)研究,從化學(xué)吸