煤中揮發(fā)性微量元素Hg、As、Pb燃燒固化的熱力學模擬與實驗研究.pdf

1、煤燃燒所造成的大氣污染給人類健康帶來了極大的危害,特別是亞微米量級顆粒形式存在的重金屬及其化合物因為其相當大的毒性而備受人類關注。因而燃煤過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新的前沿領域。
　　本文以煤中易揮發(fā)元素Hg、As、Pb為研究對象,以焦作無煙煤和平頂山煙煤為原煤樣品,通過熱力學平衡模擬分析及實驗室燃燒試驗相結合的方法對其在添加添加劑前后遷移轉化、富集行為及添加劑機理進行了研究,為進一步研究控制煤中重金屬污

2、染奠定了基礎。
　　(1)本文首先應用了FactSage模擬分析了Hg、As、Pb等揮發(fā)性元素在燃燒中的遷移轉化及形態(tài)分布,考慮了硫,氯元素對其形態(tài)分布的影響。模擬結果表明在氧化性氣氛下產(chǎn)物固相范圍會更寬一些:單質汞是Hg的熱力學穩(wěn)定形式;砷元素在溫度升高到700K以后全部轉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有著很強的結合性,隨著Cl/S

3、比的升高,PbCl4存在的溫度范圍越寬;氯元素對的As的平衡分布基本沒什么影響,硫元素在還原性低溫氣氛與As有著很強的結合性;對于Hg元素,隨著S/Cl比的升高,單質汞的溫度范圍變寬,增強了單質汞的排放。
　　(2)再次應用了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的遷移轉化及形態(tài)分布。結果表明Al2O3與SiO2對Pb的揮發(fā)都有抑制作用,而Al2O3在400~1100K效果更好,同

4、時硫、氯元素對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到一個更好的吸附效果;而任何添加劑對Hg的形態(tài)分布的影響都不大;鈣質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時達到最大。
　　(3)采用高溫管式電爐在設定溫度下進行煤粉燃燒試驗,燃燒氣氛為氧化性氣氛,將底灰應用先進的微波消解

5、技術進行樣品預處理,應用ICP-MS及原子熒光光譜儀等測試手段,分析了加入添加劑前后Hg、As、Pb元素在底灰中的含量分布。結果表明:Hg元素極易揮發(fā),從化學角度講添加劑對Hg的控制沒有作用,這與模擬結果相符;Pb元素有在底灰中富集的趨勢,并隨溫度的升高,其富集趨勢減小;四種添加劑對Pb、As的吸附效果隨溫度、煤種、添加劑種類的不同而不同。模擬結果與實驗結果在對重金屬控制溫度上存在差異。
　　(4)結合模擬研究與試驗研究,從化學吸