高碱煤燃烧过程细颗粒物排放特性
【图文】：
煤炭学报2017年第42卷图1一维沉降炉实验系统Fig.1Systemschematicdiagramofthedrop-tubefurnace过SEM－EDS(日本电子株式会社JSM－6390A)获得，主要分析元素包括:Na，Mg，K，Ca，Al，Si，S，Fe等。2结果与讨论2.1PM10粒径分布图2为两种纯煤与两种混煤燃烧生成颗粒物的粒径分布曲线。图2纯煤与混煤燃烧PM10粒径分布曲线Fig.2ParticalsizedistributionofPM10fromcombu-stionofdifferentblendingcoals曲线总体上呈现双峰分布，ZD，9∶1，7∶3煤样的颗粒物细模态峰值位于空气动力学粒径0.16μm左右，ZN的细模态峰值不明显。4条曲线粗模态峰值位于空气动力学粒径2.5μm左右。单独燃烧ZD煤时生成的PM10含量最高，亚微米颗粒物生成量明显高于单独燃烧ZN煤时亚微米颗粒物的生成量。亚微米颗粒物的形成主要与气化矿物质的成核凝结过程有关，前人大量的研究表明［6－7，9，13］煤中碱金属、碱土金属元素是亚微米颗粒的主要成分。推测准东煤燃烧时，煤颗粒中易气化的碱金属首先(Na，K)挥发到气相里，较难气化的碱土金属(Ca，Mg)在煤焦颗粒内部的还原性气氛下以单质或氧化物的形式释放到煤焦表面［10－11］，同时，Fe，Si等难熔元素也会在还原性气氛下发生少量的气化。这些气相蒸气与向煤焦颗粒扩散的氧气发生反应，氧气含量降低的同时形成过饱和蒸汽，成核析出大量气溶胶［13］。这些气溶胶颗粒是亚微米颗粒物形成的主要前驱物。煤焦颗粒在挥发分释放、挥发分燃烧、焦炭颗粒燃烬过程中会发生不同程度的膨胀和破碎。单颗粒煤粉在燃烧过程中发生破碎形成数量不一的小颗粒，这些小颗粒主要形成超微米颗粒，组分与煤颗粒里矿物质成分接近。除此之外，高温下煤焦颗粒燃烬过程中矿物质熔融聚合形成的灰颗粒，
煤炭学报2017年第42卷图1一维沉降炉实验系统Fig.1Systemschematicdiagramofthedrop-tubefurnace过SEM－EDS(日本电子株式会社JSM－6390A)获得，主要分析元素包括:Na，Mg，K，Ca，Al，Si，S，Fe等。2结果与讨论2.1PM10粒径分布图2为两种纯煤与两种混煤燃烧生成颗粒物的粒径分布曲线。图2纯煤与混煤燃烧PM10粒径分布曲线Fig.2ParticalsizedistributionofPM10fromcombu-stionofdifferentblendingcoals曲线总体上呈现双峰分布，ZD，9∶1，7∶3煤样的颗粒物细模态峰值位于空气动力学粒径0.16μm左右，ZN的细模态峰值不明显。4条曲线粗模态峰值位于空气动力学粒径2.5μm左右。单独燃烧ZD煤时生成的PM10含量最高，亚微米颗粒物生成量明显高于单独燃烧ZN煤时亚微米颗粒物的生成量。亚微米颗粒物的形成主要与气化矿物质的成核凝结过程有关，前人大量的研究表明［6－7，9，13］煤中碱金属、碱土金属元素是亚微米颗粒的主要成分。推测准东煤燃烧时，煤颗粒中易气化的碱金属首先(Na，K)挥发到气相里，较难气化的碱土金属(Ca，Mg)在煤焦颗粒内部的还原性气氛下以单质或氧化物的形式释放到煤焦表面［10－11］，同时，Fe，Si等难熔元素也会在还原性气氛下发生少量的气化。这些气相蒸气与向煤焦颗粒扩散的氧气发生反应，氧气含量降低的同时形成过饱和蒸汽，成核析出大量气溶胶［13］。这些气溶胶颗粒是亚微米颗粒物形成的主要前驱物。煤焦颗粒在挥发分释放、挥发分燃烧、焦炭颗粒燃烬过程中会发生不同程度的膨胀和破碎。单颗粒煤粉在燃烧过程中发生破碎形成数量不一的小颗粒，这些小颗粒主要形成超微米颗粒，组分与煤颗粒里矿物质成分接近。除此之外，高温下煤焦颗粒燃烬过程中矿物质熔融聚合形成的灰颗粒，
1.7mg/gcoal。ZD煤钠含量约为ZN煤钠含量的2倍，但由图2可以看出，ZD煤燃烧生成的亚微米颗粒含量比ZN煤的高许多。说明还有其他因素影响了亚微米颗粒物的形成，ZD煤中硅铝含量是ZN煤硅铝含量的6倍，硅铝组分在燃烧过程中主要形成PM10+，煤中高含量的硅铝酸盐对碱金属气溶胶有明显的吸附作用［15］，导致ZN煤亚微米颗粒物的含量明显低于ZD煤。为了探讨混烧对PM10生成的影响，本文将2种配比混烧生成的PM10实验值与加权计算值(假定混烧时两种纯煤不发生相互作用的情况下颗粒物的生成浓度)作比较，结果如图3所示。图3不同配比混煤燃烧生成PM10的实验值与加权计算值Fig.3ExperimentalandcalculationalamountofPM10fromcombustionofdifferentblendingcoals混烧的加权计算值计算公式如下:PM10calculation=xPM10ZD+yPM10ZN式中，x，y对应混烧时ZD煤与ZN煤质量比，文中所采用的x，y取2组值:90%∶10%，70%∶30%;PM10calculation代表PM10的加权计算值;PM10ZD和PM10ZN分别表示燃烧ZD和ZN煤生成的PM10含量，结果如图3所示。1058
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