燃煤锅炉可吸入颗粒物排放特性及其形成机理的试验研究_高翔鹏
燃煤细颗粒物排放实验及形成机理
第 11 期
张 凯等:燃煤细颗粒物排放实验及形成机理
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多年,细 颗 粒 物 的 形 成 是 一 个 复 杂 的 物 理 化 学 过 程[1] ,其中主要包括煤中无机质的气化和凝结[2-3] 、 熔融矿物的聚合[4-5] 、焦炭颗粒的破碎[6] 、矿物颗粒 的破碎[5,7] ,热解过程中矿物颗粒的对流输运[8] ,燃 烧过程中焦炭表面灰粒的脱落[2,6,9] ,及其细小含灰 煤粉的燃烧和细小外在矿物的直接转化[10] 。 燃煤细 颗物质量粒径分布曲线一般呈三模态分布[9] ,煤焦 破碎程度直接影响燃煤细颗粒中粒径分布,煤焦破碎 率越高,越有利于细颗粒的生成。 燃煤粗颗粒物主要 来源于煤中外在矿物的高温演化[11-12] ,而煤中内在 矿物对燃煤细颗粒物的贡献较大。 高温燃烧过程中, 由于较大的温度梯度[13] ,外在矿物比内在矿物破碎 程度更大[14] 。 对煤中内在矿物在高温演化行为的全 面认识有助于系统掌握燃煤细颗粒物的形成机理。
烧,其中一次风和二次风的比例为 1 ∶ 9。 实验过程 中,作为一次风的 N2 将给粉器中的煤粉携带进入反 应管,过量的空气作为二次风经预热器预热后引入反 应管与煤粉作用模拟粉煤炉完全燃烧实验,预热温度 设定至 400 ℃ 。 燃烧过程中,煤粉在炉膛中停留时间 在 2 ~ 3 s。 燃烧烟气中的颗粒物样品由连接在 DLPI 出口的抽样泵抽取,抽样泵进出口压力差通过调节阀 调整。 大于 10 μm 的灰颗粒由旋风分离器收集,小 于 10 μm 的细颗粒物连同烟气一起由抽样泵抽取至 DLPI 并利用惯性原理实现 PM10 分级收集。 实验过 程采用 2 种膜片对 PM10 进行有效收集:一种是铝膜 加涂 L 型阿皮松脂 Apiezon-L,用于分析颗粒物粒径 质量分布;另一种是有机 polycarbonate 膜片,用于颗 粒物微观形貌的观测及颗粒物中元素组成测定。
煤燃烧过程中矿物质气化与亚微米颗粒物形成的研究
煤燃烧过程中矿物质气化与亚微米颗粒物形成的研究高翔鹏;徐明厚;姚洪;隋建才;刘小伟【期刊名称】《动力工程学报》【年(卷),期】2007(027)002【摘要】应用热重分析仪研究了煤中矿物质的气化,同时通过沉降炉试验台架研究了燃煤过程中亚微米颗粒的形成和排放特性,并对亚微米颗粒的形成机理进行了探讨.结果表明:矿物质的气化量随着温度的升高而增大;在1400℃时,各个元素的气化能力由大到小依次为S、Cu、Pb、Zn、Na、K、Ca、Fe、Mg、Cr和Mn;温度越高,煤粉粒径越小,氧气含量越高,形成的PM1.0的浓度越大,并富集了易气化元素S、P和Na等,PM1.0可能是由气化-凝结机理形成的.【总页数】5页(P292-296)【作者】高翔鹏;徐明厚;姚洪;隋建才;刘小伟【作者单位】华中科技大学,煤燃烧国家重点实验室,武汉,430074;华中科技大学,煤燃烧国家重点实验室,武汉,430074;华中科技大学,煤燃烧国家重点实验室,武汉,430074;华中科技大学,煤燃烧国家重点实验室,武汉,430074;华中科技大学,煤燃烧国家重点实验室,武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】TK16【相关文献】1.燃煤过程中亚微米颗粒物形成及防治的研究进展 [J], 赵毅;沈艳梅2.煤燃烧过程中钾钠类矿物质特性研究 [J], 毛军3.高碱煤燃烧过程中亚微米颗粒物PM1的生成特性 [J], 赵京; 张玉锋; 魏小林; 李腾; 宾峰4.煤中钠元素赋存形态对亚微米颗粒物形成的影响研究 [J], 刘小伟;徐明厚;姚洪;于敦喜;吕当振;张会兴5.煤粉燃烧过程中矿物质气化影响因素的模拟研究 [J], 隋建才;徐明厚;丘纪华;朱文渊;高翔鹏;彭谷桃因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
大庆褐煤中矿物元素的赋存形态及颗粒物的生成特性
摘
要
燃煤过程中产生的颗粒物是大气可吸入颗粒物的重要来源，其中的微细颗粒物 (PM2.5,即颗粒直径小于 2.5µm) 因比表面积大，且富集了许多痕量元素，对人体健康 产生严重的危害。但由于燃煤过程中颗粒物形成的复杂性，目前对细颗粒生成机理与 控制机制知之甚少，因此一直是国际上研究的热点。对燃煤颗粒物的形成机理、生长 演化、以及排放特性等方面进行研究具有重要的科学和经济意义。 本文首先详细综述了目前国际上在燃煤颗粒物生成机理方面的主要研究进展，分 析了研究中的成果与不足，从而明确了自己的研究思路。针对大庆褐煤，采用密度分 级和逐级化学提取试验研究了该煤中矿物元素的赋存形态，从而对该煤种的矿物分布 特性有了定量了解；然后到大庆实际燃煤电站进行现场飞灰采样，并对不同粒径的颗 粒物进行质量、形貌及元素组分测定，获得了除尘器前后 PM10 的质量粒径分布、形 貌特征、元素组成与分布、颗粒物的排放特性等，据此来分析燃煤过程中颗粒物的形 成途径。最后，分析了目前广为接受的 Quann 的蒸发模型中存在的主要问题与不足， 并引入 CO/CO2 比值对其进行改进，模拟结果显示改进后的模型可以很好的预报燃煤 过程中无机难熔矿物的蒸发，并可以定性的了解燃烧特性对蒸发的影响。
II
introduce the CO/CO2 ratio in the surface of char to the model, and found that the improved model could simulate the total vaporization of inorganic matter quiet well, as well as that it could reveal the influence of different combustion parameters on the inorganic oxide vaporization.
燃煤过程中氧含量对可吸入颗粒物形成及排放特性影响的研究
燃煤过程中氧含量对可吸入颗粒物形成及排放特性影响的研究
氧含量是燃煤过程中重要的影响因素，它有助于影响燃煤过程中的热转化和烟气排放特性，从而制约燃煤时可吸入颗粒物（PM）的形成和排放。
研究发现，氧进入燃煤过程作为气体可以通过颗粒物源，如空气、水中产生的可燃颗粒物气化、水蒸气在发电厂燃烧室内的燃烧、以及与燃料添加剂的化学变化，进入燃煤过程中，在燃烧来源和生产制造烟气组件的反应中，参与氧化反应以缩短燃烧时间、增加放热量以及缩小混合物颗粒物粒径；此外，氧还可以通过燃料壁板处理技术，增加再燃烧环节，减少灰渣及底部灰排放，燃烧时间也可以增量，氧含量变化越大，此种燃烧优化条件下硫和氮化物减少，PM排放也会更低。
调节氧含量可以改变燃煤过程中的热转化工艺特性和烟气的排放，从而改变PM的排放量。
实验研究表明，燃煤过程中的氧含量可以显著影响可吸入颗粒物的排放。
随着氧含量的增加，PM的排放量也会更低。
当氧含量达到12%左右时，可吸入颗粒物的排放量会显著减少，达到最低水平。
增加氧气还可以通过增加再燃烧技术来进一步降低PM排放量，因此再燃烧技术也是降低PM排放的有效方法。
实验结果表明，燃煤过程中的氧含量和PM形成及排放有密切关系，可以通过提高氧含量降低PM排放量，保证空气质量及煤炭利用率。
随着氧含量的增加，燃煤过程中的混合物颗粒物粒径会变小，燃烧的放热量会大大增加，混合物中的氮氧化物和硫氧化物会显著减少，硝氧化物累积会显著降低，从而减少可吸入颗粒物的形成及排放。
综上所述，可以得出结论，燃煤过程中的氧含量是气源、再燃烧、添加物和壁板处理技术等排放特性的最佳选择，它不仅有利于降低PM的排放量，而且可以显著提高终端机烟气的热效率，从而改善煤炭的利用率，保护空气质量。
燃煤工业锅炉污染物排放特性研究与控制
燃煤工业锅炉污染物排放特性研究与控制燃煤工业锅炉作为我国重要的热能设备之一，在许多行业中起着重要的作用。
然而，由于其燃煤过程中产生的污染物排放量较大，长期以来一直是环境保护的重点之一。
针对燃煤工业锅炉污染物排放问题，各界从政策法规、燃煤工艺和设备技术等方面展开了大量研究工作，并取得了一定的成果。
本文将就燃煤工业锅炉污染物排放特性进行研究与控制。
首先，燃煤工业锅炉污染物排放特性的研究是为了更好地了解燃煤过程中产生的污染物类型、浓度以及其排放特点。
研究表明，燃煤工业锅炉主要排放的污染物包括颗粒物、二氧化硫、氮氧化物和挥发性有机物等。
其中，颗粒物是对环境和人体健康影响较大的污染物之一，其表面积大、颗粒细小，易于悬浮在空气中，并在呼吸道沉积，对人体健康造成危害。
二氧化硫和氮氧化物则是酸雨的主要成分，对大气和水环境造成严重污染。
因此，研究燃煤工业锅炉污染物排放特性可以为制定相应的控制策略和技术提供科学依据。
其次，燃煤工业锅炉污染物排放控制是解决燃煤工业锅炉污染问题的关键措施之一。
为了减少燃煤排放产生的污染物，采取有效的控制手段是非常重要的。
目前，常见的燃煤锅炉污染物排放控制技术主要包括燃烧优化技术、烟气脱硝技术、烟气脱硫技术和颗粒物捕集技术等。
其中，燃烧优化技术通过改变煤粉的燃烧方式和调节燃烧参数，降低污染物生成和排放；烟气脱硝技术主要是通过添加脱硝剂，将烟气中的氮氧化物转化为氮气和水；烟气脱硫技术则是利用吸收剂吸收烟气中的二氧化硫，减少其排放浓度；颗粒物捕集技术主要通过静电捕集、布袋过滤和湿式脱硫等方式，将颗粒物从烟气中去除。
这些技术的应用可以有效地控制燃煤工业锅炉产生的污染物排放。
此外，燃煤工业锅炉污染物排放特性研究与控制方面还需要注重能源的可持续利用和燃烧过程的优化。
传统的煤炭资源采用固体燃烧方式，容易产生大量的污染物。
因此，更加注重发展清洁能源、优化燃烧工艺和设备技术，可以进一步降低燃煤工业锅炉的污染物排放。
燃煤排放可吸入颗粒物（PM10）中重金属元素分布与富集特征
Ｒ。＝（Ａ／Ｂ）×Ｃ 式 中 ：Ａ为 飞灰样 品 中重金属 含量 （Ｉ￣ｇ／ｇ）；Ｂ为原 煤 中重 金属 含量 （ｔｘｇ／ｇ）；Ｃ为煤 的灰分 （％ ）。参考 Ｍｅｉｊ ｅｔ ａ１．【】¨ 的评 价标 准 ，确定 出元 素富集 程度 的
第 ３８卷 第 ２期 ２００９年 ３月
膨 砧 ｆ
ＧＥＯＣＨＩＭ ＩＣＡ
Ｖ Ｄ１．３８， Ｎｏ．２， １４７ — １５２ Ｍ ａｒ．，２００９
燃煤排放可 吸入颗粒物 （ＰＭ１０）中重金属元素分布 与 富集特 征
鲁 静 ，孙俊 民 ２，邵龙义 ，张 涛
（１．中 国 矿 业 大 学 煤 炭 资 源 与 安全 开采 国家 重 点 实 验室 ，北 京 １０００８３；２．清 华 同方 能 源 环境 公 司 ，北 京 １０００８４）
１ 样 品采集与分析
分别 采集小 龙潭 电厂 （ＸＬＴ）、阳宗海 电厂 （ＹＺＨ） 和 贵 阳电厂 （ＧＹ）人 炉煤 粉和静 电除尘 器 （ＥＳＰ）三个 电场 灰斗 飞 灰样 品 （图 １），将 所采集 的每 个 电厂静 电除尘 器 下三个 电场灰 斗 飞灰样 品按一 电场 ：二 电 场 ：三 电场 质量 比为 ７：２：１的 比例 进行 混合 。在室 内利用 安德 森采 样器 （内用 聚碳 酸脂 滤 膜 ，孔径 ０．４ ｔｘｍ）将 ＰＭ。ｏ分为 ９级 （表 １）。在 扫描 电子显 微镜
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ；ｉｎｈａｌａｂｌｅ ｐａｒ ｔｉｃｕｌａｔｅ （ＰＭｌｏ）；ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｅｎｒ ｉｃｈｍｅｎｔ
燃煤锅炉烟气微细颗粒物控制技术
( 5) 清灰方式采用在线喷淋清灰方式, 清灰效果 好, 无二次扬尘。
( 6) 可以同时脱除烟气中的气溶胶, 增加除雾装 置, 烟囱排放视觉效果好。
( 7) 增强型湿式电除尘器具有多种污染物脱除 的效果, 对 SO2、NOX 及 Hg 等重金属的脱除 都具有 不错的效果。
∀ 29 ∀
( 2) 静电凝并技术。静电凝并除尘器主要由凝 并区和收尘区两部分组成, 并沿气流方向依次布置。 凝并区由电晕极板和反电晕极板组成, 电晕极板和 反电晕极板上均 装有针状芒刺, 芒刺垂直 于板面。 芒刺之间呈矩阵状分布, 且电晕极板和反电晕极板 上的芒刺交错布置, 每一根芒刺的尖端都指向对面 极板四根芒刺所组成矩形的中心。芒刺交错布置可 以防止正、负电晕放电时产生 的正、负 离子电量中 和, 还可以提高外加电压。收尘区为传统电除尘器, 有线性放电极和收尘极板组成。
中国重型机械研究院有限公司在消化国内外先 进微细颗粒控制技术的基础上, 根据在电除尘器方 面积累的多年经验, 自主研发了针对微细粉尘脱除 的强化型湿式电除尘器。强化型湿式电除尘器将传 统电除尘器原理与电凝并技术结合在一起, 通过增 强荷电液滴除尘技术和优化湿式电除尘器的清灰方 式, 使强化型湿式电除尘器对烟气中微细颗粒物的 捕集有很高的效率。强化型湿式电除尘器适用于燃 煤锅炉湿法脱硫后的饱和湿烟气、且烟气中粉尘浓 度超标或需要脱除微细粉尘。 2. 1 关键技术
关键词 燃煤锅炉 微细颗粒物 湿式电 除尘器
The Control of Fine Particulates for Coal- fired Boiler
ZHANG Lei LI Yantao AI Hua LI Yonghui ( China N ational H eavy Machinery Research Institute Co. , Ltd. Xi an 710032) Abstract The fine particulates discharged by coal- fired boiler is one of the main reasons to produce haze weather , also will damage living beings and health seriously. Enhanced wet electrostatic precipitator can totally meet the characteristic of exhaust gas after the desulphurization of the coal- burning boiler and by combining technologies of traditional electric dust removal, spray charging dust removal technology and electric agglomeration dust removal, it can effectively remove fine par ticulates during coal combustion, so it is prospective in application. Key Words coal- fired boiler fine particulate wet electrostatic precipitator
对燃煤电厂可吸入颗粒物(PM10)排放的测试研究
从生态和环境 出发 体现设 计 师 的预见 性 ， 充分考 虑 弹性 弯， 是自然的规律。在滨水景观设计中， 应充分地尊重自然， 并且 的处理 ， 根据不 同水位给河流 留出弹性空 间。 河流是大 地上的血脉 ， 在滨 设计 等 ， 使景观设计更加人性化 和更具环境亲和力 。 水景观的设计 中， 不能一味地硬化驳岸 ， 然后修建 一些所谓 的亲水 参考文献 ： 平台和廊道 等 ， 应从生 态意 义上 考虑到 河流 与人 真正 的亲和 。 ［ ］ 而 １ 曹慧娟 ． 物学［ ． 植 Ｍ］北京 ： 中国林业 出版社 ，０ ２ ６ —５ ２ ０ ，４６ ． ２ 同济 大学． 市规 划原 理（ 城 第二 版 ）Ｍ ］北 京 ： ［ ． 中国建筑 工业 现在 国际上正兴起一种 新 的治河理 念 ， 被成 为“ 生命 之河 ” 其 中 ［ Байду номын сангаас ，
对燃煤 电厂 可 吸入颗粒物 （ Ｍ ） Ｐ １ 排放 的测试研究 ０
苏 华 莺
摘 要： 采用冲击式尘粒分 级仪 对煤粉锅 炉电除尘器前后细灰 组成进 行 了详细地测 量研究 ， 通过对灰样 的分析 、 计算表 明， 灰尘越 细除尘效率越低 ， 而得 出应 开发 新型除尘器 ， 从 以控制大气颗粒物污染 的结论 。 关键词 ： 电除尘器 ， 吸入颗粒物 ， 可 燃煤 电厂 中圈分类号 ： １ ３ 文献标识码 ： Ａ
一
个含义是“ 还河 流以空间 （ ｖ ｏｍ ｒｔｅｒ ｅ） 。即不要用 Ｇｉ ｒｏ ｆ ｈ ｉ ｒ” ｅ ｏ ｖ
出版 社 ． ９ １ ４ — １ １ ９ ． ０４ ．
由于过去重 视对 煤炭 的使 用 ， 对燃 煤 造成 的污染 重视 不 １ 测 试方 法及 装置 而 够， 从而导致煤烟 型污染成 为我 国大气污染 的主要方 面。 目前我 １ １ 测试 仪 器 ． 国电力行业的大气 污染 物排放尚未得 到有 效控制 ， 已成 为电力 这 使用仪器为 中国预 防医学 科学 院 生产 的 ｗＹ 一Ⅱ型 冲击 式 工业实施可持续发展战略的制约 因素。而且 ， 随着人 民群 众对环 尘粒分级仪 ， 该仪器是 由几级 串联的不 同大小的 喷孔 及捕 集板 组 境意识 的提高和生活质量的改善 ， 全社会对环境 保护 的要求将 更 成 。含尘气流进入尘粒 分级 仪后 ， 级提 高速度通 过各级板 上的 逐 为严格 ， 改善环境 质量 的期 望将更 加强烈 。同时 ， 对 随着对 外开 喷孔 ， 当它遇 Ｎ－ Ｋ正前 方的捕 集板 时 ， 大的尘粒动量 大 ， 它将脱 离 放进一步扩大和加 入 ＷＴ Ｏ后环境 标准 的提升 ， 对环 境保护提 出 流线撞击 到捕集板 上 ， 捕集 下来 （ 被 捕集 板上 涂油或 放接 尘玻 璃 了更高的要求。我国在 １９ ９６年把可吸入颗粒物浓度列入 １ 种 Ｏ 纤维纸垫 ）小粒 子则 随气流 进入 下一 级 。以后 含尘 气 流 以更 高 。 大气环境质量标准之一 。据我 国环境 质量 报告 书和世 界资 源报 的速度通 过下 一级板 的喷孔 ， 又将次大 的粒 子捕集 到这级捕集 板 告提供的数据 ， 在我 国环境质量超标 的城 市 中， ６ 有 ８％存 在着可 上ｌｌ ２。这样可将不同大小 的尘粒分别 捕集 到数 级捕集板 上 ， 而 ２ 从 吸入颗粒物的污染问题。可吸入颗粒物对人体健康的危害主要 得 出尘粒 的重量分 散度 。冲击 式尘 粒分 级仪 的捕集 效率 取决 于 表现在“ 三致 ” 作用方面 ： 致癌 、 致畸 、 致突变 。可 吸入颗粒物 对大 许多 因素 ： 如尘粒 的形状 、 比重 、 喷射气 流速 度 、 气体粘 度及分 级 气能见度也产 生极 大地 影响 ， 也是 大气 光化学 烟雾 、 沉降 的重 酸 仪 的形状 、 尺寸 、 弹损 失等。 反 要原因之一。并 且 可吸入 颗粒 物在 大 气 中停 留 的时 间为 ７ｄ ～ １ ２ 测 试 方 法 ． ３ ， ０ｄ可以长距离传输从而 造成更 大更远距 离 的污染… 。可吸入 首先准备好 各种器 材 。 自动烟 气测 试仪 （ 确定 采样 流量 ， 能 颗粒物问题同时也在一定 程度 上影 响着我 国城 市在 国际上ｌ 的形 并 自动跟踪流量 ）精确度 ０ 叭 ｇ的天平 （ ； ． 万分之一天平 ）采样滤 ； 象和对外合作 。本研究通 过具 体的试 验初 步研 究 了烟尘在 除尘 筒 （ 盒 ）称量瓶（ １ ； ６×２ ０ ； ×ｉ ） 马弗炉 ； 采样 分级仪滤膜 。ｗＹ Ⅱ 器前后粒径分布的变化规律 ， 望能为治理 大气 颗粒物 污染提供 希 分 级 仪等 把 滤膜 放 入 马弗 炉 ， １０℃左右的温度下烘干大约 在 ０ 有用依据 。 、 是能 够给人类 带来更 多享 和 白腊易于出现此类现象 ， 因此种植 时与建筑物 至少保持 与树高 河形 。生态河岸更具 审美和生态价值 ，
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第27卷第17期中国电机工程学报V ol.27 No.17 Jun. 2007 2007年6月Proceedings of the CSEE ©2007 Chin.Soc.for Elec.Eng.文章编号：0258-8013 (2007) 17-0011-07 中图分类号：TK228 文献标识码：A 学科分类号：470⋅40燃煤锅炉可吸入颗粒物排放特性及其形成机理的试验研究高翔鹏1，徐明厚1，姚洪1，韩旭2，李雄浩2，隋建才1，刘小伟1 (1．华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，湖北省武汉市430074；2．武汉凯迪电力环保有限公司，湖北省武汉市430223)Experimental Study on Emission Characteristics and Formation Mechanisms ofPM10 From a Coal-fired BoilerGAO Xiang-peng1, XU Ming-hou1, YAO Hong1, HAN Xu2, LI Xiong-hao2, SUI Jian-cai1, LIU Xiao-wei1(1. State Key Laboratory of Coal Combustion, Huazhong University of Sci. & Tech, Wuhan 430074, Hubei Province, China;2. Wuhan Kaidi Electric Power Environmental Protection Co., Ltd ,Wuhan 430223, Hubei Province, China)ABSTRACT: By using low pressure impactor(LPI), fly ash was sampled at the inlet and outlet of dust cleaning equipments in a 50MW and a 300MW utility boiler. The emission characteristics, elemental size distribution, morphology and formation mechanisms of inhalerable particulate matter (PM10) were studied. The results show that PM10 of the two boilers has a similar bimodel distribution, in which the small and large mode are formed at 0.1um and 4.0um respectively; The efficiency of dust cleaning equipments decreases with the ash size decreasing; The elemental size distribution is also bimodal which is similar with the PM10 mass distribution. Mn、Cr、Cu and Zn obvious enrichment in submicron ash. The formation of submicron PM is suggested via vaporization and subsequent condensation of inorganic matter, while the supermicron ash is formed via char fragmentation, excluded mineral fragmentation and included mineral coalescence.KEY WORDS:inhalerable particulate matter; formation mechanisms; fly ash摘要：采用低压撞击器(LPI)对某燃煤电厂的1台50MW和1台300MW燃煤锅炉除尘器前后的飞灰颗粒进行采样，研究可吸入颗粒物(PM10)的排放特性、元素分布特性以及形貌特征，并探讨其形成机理。
研究表明，2台锅炉产生的PM10均呈双峰分布，其峰值分别在0.1µm和4µm左右；2台除基金项目：国家自然科学基金项目(50325621)；国家重点基础研究专项经费项目(2002CB211602)。
Project Supported by National Natural Science Foundation of China (50325621); Project Supported by Special Fund of the National Priority Basic Research of China (2002CB211602). 尘器的除尘效率随着颗粒粒径的减小而降低，静电除尘器对小颗粒的脱除效率要明显优于文丘里水膜除尘器；PM10中元素的质量粒径也呈双峰分布，元素Mn、Cr、Cu、Zn在亚微米颗粒中有明显的富集趋势；亚微米颗粒可能是通过煤中矿物质的气化–凝结形成的，而超微米颗粒可能是通过煤焦和矿物质的破碎以及内部矿物质的聚合形成的。
关键词：可吸入颗粒物；形成机理；飞灰0 引言煤炭是我国电力的主要来源，燃煤电站在发电的同时，也向大气中排放了大量的可吸入颗粒物(PM10)，据1996年的统计资料显示，全国功率大于6MW的所有燃煤机组向大气中排放的颗粒物总量为 3.97Mt，占各种颗粒物源排放总量(14.4Mt)的28%[1]。
这些颗粒物可以长时间停留在大气中，它们不仅影响气候和空气质量、破坏生态环境，而且严重危害人体健康[2-4]，特别是其中的亚微米颗粒物(PM1.0)，由于其比表面积很大，所以其表面富集了大量有毒的重金属元素(如铅、锑、镉等)，它们很容易通过肺部吸入人体，引起人体神经和呼吸系统的严重疾病。
据研究表明，人类的各种癌症都与之有关[5]。
因此，燃煤过程中可吸入颗粒物特别是亚微米颗粒物的排放特性及其形成机理已经成为当前研究的热点。
早在20世纪80年代，国外学者就进行了这方面的研究，认为煤燃烧过程中形成的颗粒物是以下4种机理联合作用的结果：①内在矿物质的聚结；12 中 国 电 机 工 程 学 报 第27卷②煤焦的破碎；③外在矿物质的破碎；④无机矿物的气化–凝结。
并认为前3种机理主要生成粒径大于1µm 的超微米颗粒物，而第4种机理主要生成粒径小于1µm 的亚微米颗粒物[6-9]。
我国煤粉炉中痕量元素的排放特性有了一定的研究[10]，本课题组关于燃煤过程中矿物质变化、颗粒物的排放特性、焦炭的膨胀特性以及无机元素在颗粒物中的形态与分布等方面也有了大量的积累[11-15]，但是通过低压撞击器(LPI)研究燃煤电站锅炉颗粒物的排放特性和形成机理，国内却鲜有报道。
本文对某热电厂1台50MW 和1台300MW 锅炉机组除尘器入口和出口的飞灰用LPI 采样后，通过对不同粒径飞灰颗粒的质量、成分以及形貌进行分析，研究了燃煤锅炉飞灰中颗粒物的排放特性和形成机理。
1 试验1.1 燃煤特性与试验工况50MW 和300MW 锅炉分别燃用河南烟煤和四川无烟煤，煤的工业分析和元素分析见表1，其灰化学成分分析见表2。
50MW 锅炉是苏联生产的，型号为∏–230–2的单汽包自然循环、固态排渣锅炉，采用轴向可调旋流燃烧器，制粉系统采用中间仓储式热风送粉系统，除尘装置为文丘里水膜式除尘器；300MW 锅炉是型号为HG –1025/18.2–PM7的亚临界压力一次中间再热自然循环、固态排渣汽包炉，燃烧器采用CE 公司的WR 型燃烧器，正四角切圆分布，制粉系统采用中间仓储式热风送粉系统，除尘装置采用四电场静电除尘器。
整个取样过程是在恒定负荷下进行，试验时机组的一些运行参数见表3。
表1 煤的工业分析和元素分析Tab. 1 Proximate analysis and ultimateanalysis of studied coal工业分析/%元素分析/% 锅炉 M ar A ar V ar FC ar C ar H ar N ar S ar 50MW1.4 35.5 21.2 43.3 43.62.3 0.7 2.5 300MW1.150.911.037.940.12.20.72.1表2 煤灰的化学成分Tab. 2 Ash composition %锅炉 SiO 2 Al 2O 3 Fe 2O 3 CaO MgO Na 2O K 2O 50MW 56.7 33.8 3.9 3.9 0.5 1.1 1.0 300MW60.330.43.61.21.11.61.7表3 锅炉运行参数Tab. 3 Operational parameter of boilers锅炉 运行 负荷/MW蒸汽 流量/(t/h) 排烟 温度/℃ 出口 烟温/℃ 出口 氧量/％ 50MW 45 230 178 1090 3.5 300MW25091115010135.41.2 灰样采集飞灰采样位置分别设在除尘器入口和出口烟道，见图1。
试验时除尘器入口和出口各分2次采样。
取样系统主要由取样枪、旋风分离器、低压撞击器及真空泵组成，见图2。
为防止烟气中的水蒸汽在取样系统内凝结，沿取样管路缠绕电加热带，并控制其温度在150℃左右。
为防止水蒸汽在真空泵内冷凝，在真空泵前加冷却瓶冷凝水蒸汽。
在LPI 前面接切割粒径为10µm 的旋风分离器，旋风分离器的主要作用是除掉粒径大于10µm 的颗粒，防止LPI 每级样品质量超重。
飞灰颗粒随着烟气流经取样枪进入旋风分离器，然后进入LPI 并将飞灰颗粒按空气动力学直径大小分成13级，其粒径范围分别为：0~0.0281，0.0281~0.0565，0.0565~0.0944，0.0944~0.154，0.154~0.258， 0.258~0.377，0.377~0.605，0.605~0.936，0.936~1.58， 1.58~2.36，2.36~3.95，3.95~6.6，6.6~9.8µm 。
取样时末级膜片处压力维持在10kPa 左右，真空泵流量为10L/min 。
取样前用皮托管测量烟气流速，然后根据真空泵流量及烟气流速选择取样枪喷嘴，以保证等速取样。
溢流槽联样位置 至大气联样位置 文丘里管烟气脱水器至沉淀池 (a)50MW图1 锅炉飞灰的取样位置Fig. 1 Sample election position of boiler玻璃瓶真空泵旋风分离器烟道LPI图2 取样系统示意图Fig. 2 Schematic diagram of sampling system第17期 高翔鹏等： 燃煤锅炉可吸入颗粒物排放特性及其形成机理的试验研究 131.3 分析方法试验中LPI 内的膜片为有机膜，为了防止颗粒反弹，在有机膜上涂上用四氯化碳稀释后的阿匹松油。