燃煤可吸入颗粒的物理化学特性及形成机理.pdf

书书书 第５ ７卷 第７期 化 工 学 报 Ｖ ｏ ｌ ． ５ ７ Ｎ ｏ ． ７ ２ ０ ０ ６年７月 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ （Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） Ｊ ｕ ｌ ｙ ２ ０ ０ ６ 檭檭檭檭檭 檭檭 檭檭檭檭檭 檭檭 殐 殐 殐 殐 研究论文燃煤可吸入颗粒的物理化学特性及形成机理 隋建才，徐明厚，丘纪华，俞 云，夏勇俊，高翔鹏 （ 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，湖北 武汉４ ３ ０ ０ ７ ４） 摘要应用低压撞击器分别对某１ ０ ０ＭＷ和５ ０ＭＷ燃煤机组锅炉的除尘器前后飞灰颗粒进行采样，研究了除尘 器前后ＰＭ１ ０的物理化学特性，探讨了颗粒物可能的形成机理．结果表明，两台锅炉产生ＰＭ１ ０的质量粒径均呈 双峰分布，峰值分别在０ ． １μｍ和４μｍ左右．粒径小于０ ． ３ ７ ７μｍ的颗粒可能为气化凝结机理形成，超微米颗 粒则可能是通过亚微米颗粒凝聚、聚结和矿物质熔融、破碎、聚结形成．亚微米颗粒中碱金属和碱土金属的氧 化物或硫化物为其主要成分，而超微米颗粒中主要成分为难熔性氧化物． 关键词煤燃烧；颗粒物；形成机理 中图分类号Ｔ Ｋ１ ６ 文献标识码Ａ文章编号０ ４ ３ ８－１ １ ５ ７（２ ０ ０ ６）０ ７－１ ６ ６ ４－０ ７ 犘 犺 狔 狊 犻 狅 犮 犺 犲 犿 犻 犮 犪 犾 犮 犺 犪 狉 犪 犮 狋 犲 狉 犻 狊 狋 犻 犮 狊犪 狀 犱犳 狅 狉 犿 犪 狋 犻 狅 狀犿 犲 犮 犺 犪 狀 犻 狊 犿狅 犳 犻 狀 犺 犪 犾 犪 犫 犾 犲狆 犪 狉 狋 犻 犮 狌 犾 犪 狋 犲犿 犪 狋 狋 犲 狉 犻 狀犮 狅 犪 犾 犮 狅 犿 犫 狌 狊 狋 犻 狅 狀狆 狉 狅 犮 犲 狊 狊 犛 犝 犐犑 犻 犪 狀 犮 犪 犻，犡 犝 犕 犻 狀 犵 犺 狅 狌，犙 犐 犝犑 犻 犺 狌 犪，犢 犝犢 狌 狀，犡 犐 犃犢 狅 狀 犵 犼 狌 狀，犌 犃 犗犡 犻 犪 狀 犵 狆 犲 狀 犵 （犛 狋 犪 狋 犲犓 犲 狔犔 犪 犫 狅 狉 犪 狋 狅 狉 狔狅 犳犆 狅 犪 犾犆 狅 犿 犫 狌 狊 狋 犻 狅 狀，犎 狌 犪 狕 犺 狅 狀 犵犝 狀 犻 狏 犲 狉 狊 犻 狋 狔狅 犳犛 犮 犻 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燃煤电站的主体，煤粉燃烧为人们提供必需的热源 和电力资源的同时，会带来严重的颗粒物污染．据 犚 犲 犮 犲 犻 狏 犲 犱犱 犪 狋 犲２ ０ ０ ５－０ ６－０ ６． 犆 狅 狉 狉 犲 狊 狆 狅 狀 犱 犻 狀 犵犪 狌 狋 犺 狅 狉Ｐ ｒ ｏ ｆ ．ＸＵ Ｍ ｉ ｎ ｇ ｈ ｏ ｕ．犈－犿 犪 犻 犾ｍ ｈ ｘ ｕ＠ ｍ ａ ｉ ｌ ． ｈ ｕ ｓ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 犉 狅 狌 狀 犱 犪 狋 犻 狅 狀犻 狋 犲 犿ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙｔ ｈ ｅ Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌＢ ａ ｓ ｉ ｃ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ（２ ０ ０ ２ Ｃ Ｂ ２ １ １ ６ ０ ２）ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅＦ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆＣ ｈ ｉ ｎ ａ（５ ０ ３ ２ ５ ６ ２ １）． 资料显示，２ ０ ０ ３年全国燃煤电站的颗粒物排放量 占工业排放的３ ３％［ １］，燃煤飞灰颗粒已经成为我 国大气颗粒物的主要来源之一．由于这些颗粒通 常富集着 有机 污 染 物 和 各种有 毒 金 属 元 素，而 且在大气 中可 以 长 时 间 停留及 远 距 离 飘 浮，会 对气 候、空 气 质 量、生 态 环 境、历 史 文 物 及 人 体健康产生更严重的危害［ ２  ３］．因此，研究燃煤 过程中颗粒 物 的 生 成 与 控制已成了一项非常 紧 迫的任务． 伴随着煤粉的燃烧，煤中无机组分在锅炉内高 温热动力条件下，经过一系列复杂的物理化学变化 形成煤灰颗粒．国外２ ０世纪８ ０年代初就开始了煤 灰颗粒形成机理方面的研究，并认为主要有以下途 径（ １）内在矿物质聚结；（２）焦炭破碎； （３）外 在矿物质破碎；（ ４）无机矿物质的气化凝结，通过 这些机理形成的颗粒质量粒径分布呈双峰分布，即 亚微米和超微米模式．通常将前３个机理形成的颗 粒称为超微米颗粒，将气化凝结机理形成的颗粒 称为亚微米颗粒［ ４  ６］．在我国，燃煤过程中矿物质 转化机理、金属元素在不同粒径飞灰上的分布特性 及颗粒形貌特征等研究已有相当积累［ ７  １ ０］，燃煤过 程中不 同 工况 对 颗 粒 物 排 放的 影 响 也 有 一 定 研 究［ １ １］，而对燃煤过程中煤灰颗粒形成的研究却尚 鲜见报道． 本文应用低压撞击器 （Ｌ Ｐ Ｉ）对某１ ０ ０ＭＷ和 ５ ０ＭＷ燃煤机组锅炉除尘器前后的飞灰进行取样， 并对不同粒径范围的飞灰进行质量、形貌及成分测 定，获得除尘器前后ＰＭ１ ０（ 空气动力学直径≤１ ０ μｍ的颗粒）的质量粒径分布、不同粒径颗粒的物 理化学特性，进而对燃煤过程中颗粒物形成机理进 行探讨，为其抑制提供理论基础． １ 实 验 １  １ 锅炉特性及实验工况 实验分别在某１ ０ ０ＭＷ和５ ０ＭＷ燃煤机组锅 炉上进行，两锅炉分别燃用四川烟煤和河南烟煤， 煤的工业分析和元素分析见表１，其灰的化学成分 分析见表２．１ ０ ０ＭＷ锅炉系武汉锅炉厂设计制造 的ＷＧ ４ １ ０／９ ． ８  ６型单汽包自然循环、固态排渣锅 炉，呈Π型布置，采用水平浓淡稳燃腔煤粉燃烧 器，四角切圆布置，制粉系统采用中间储仓热风送 粉系统，除 尘 装 置 采 用 三 电 场 静 电 除 尘 器．５ ０ ＭＷ锅炉系哈尔滨锅炉厂设计制造的３ ２ １  ２ ３ ０  １ ０ ０ 型单汽包自然循环、固态排渣锅炉，呈Π型布置， 采用轴向可调旋流燃烧器，Π型布置，即侧墙各布 置３个、前墙布置２个，制粉系统采用中间储仓热 风送粉系统，除尘装置采用麻石文丘里水膜式除尘 器．整个实验过程基本在恒定负荷下进行，实验过 程中一些运行参数见表３． 犜 犪 犫 犾 犲１ 犘 狉 狅 狓 犻 犿 犪 狋 犲犪 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊犪 狀 犱狌 犾 狋 犻 犿 犪 狋 犲犪 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊狅 犳 狊 狋 狌 犱 犻 犲 犱犮 狅 犪 犾 Ｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ ｓ Ｐ ｒ ｏ ｘ ｉ ｍ ａ ｔ ｅａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ／％（ｍ ａ ｓ ｓ，ａ ｓ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｄ） ｍ ｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅａ ｓ ｈ ｖ ｏ ｌ ａ ｔ ｉ ｌ ｅ ｍ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｆ ｉ ｘ ｅ ｄ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ Ｕ ｌ ｔ ｉ ｍ ａ ｔ ｅａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ／％（ｍ ａ ｓ ｓ，ａ ｄ） ＣＨＮＳ ５ ０ＭＷ１ ． １ ２３ ８ ． １ ６１ ９ ． ５ ０４ ２ ． ３ ４５ １ ． ０ ６２ ． ２ ６０ ． ７ ７２ ． ４ ６ １ ０ ０ＭＷ０ ． 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制其温度在１ ５ ０℃左右．飞灰随着烟气流经取样枪 进入切割粒径为１ ０μｍ的旋风分离器，分离器的 主要作用是除掉粒径大于１ ０μｍ的颗粒，防止后 面低压撞击器每一级膜片上的颗粒超重；然后，飞 灰颗粒进入Ｌ Ｐ Ｉ并将飞灰颗粒按空气动力学直径 大小分 成１ ３级，其 切 割 粒 径 范 围 分 别 为０～ ０ ． ０ ２ ８ １、０ ． ０ ２ ８ １ ～ ０ ． ０ ５ ６ ５、０ ． ０ ５ ６ ５ ～ ０ ． ０ ９ ４ ４、 ０ ． ０ ９ ４ ４～０ ． １ ５ ４、０ ． １ ５ ４～０ ． ２ ５ ８、０ ． ２ ５ ８～０ ． ３ ７ ７、 ０ ． ３ ７ ７～０ ． ６ ０ ５、０ ． ６ ０ ５～０ ． ９ ３ ６、０ ． ９ ３ ６～１ ． ５ ８、 １ ． ５ ８～２ ． ３ ６、２ ． ３ ６～３ ． ９ ５、３ ． ９ ５～６ ． ６、６ ． ６～９ ． ８ μｍ．取样时末级膜片处压力维持１ ０ｋ Ｐ ａ左右，真 空泵抽气流量为１ ０Ｌｍ ｉ ｎ －１．取样之前，首先用 皮托管测量烟道流速，根据真空泵流量及烟道流速 选取取样枪喷嘴，以保证等速取样． Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍｏ ｆ ｓ ａ ｍ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ １  ３ 分析方法 实验中撞击器内的膜片采用有机膜，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 （Ａ ｐ ｉ ｅ ｚ ｏ ｎＬｖ ａ ｃ ｕ ｕ ｍｇ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ）．取样前的有 机膜及取样后载有颗粒的有机膜置于烘箱中１ ０ ５℃ 烘干１ｈ，在干燥器中冷却至室温，在灵敏度为 ０ ． ０ ０ １ｍ ｇ的分析天平上称重． 称重后的样品在华中科技大学分析测试中心 进行成分、形貌 测 定．本 文 采 用 美 国 伊 达 克 斯 有限公司 生 产 的Ｅ ＡＧ Ｌ Ｅ Ⅲ聚 焦 型 扫 描Ｘ射 线 荧光能 谱 仪 （Ｘ Ｒ Ｆ） 对 样 品 进 行 成 分 分 析，应 用Ｆ Ｅ Ｉ公司生产的Ｓ ｉ ｒ ｉ ｏ ｎ２ ０ ０ ０型场发射扫描电 镜 （Ｓ ＥＭ／Ｅ Ｄ Ｘ） 对 颗 粒 进 行 形 貌 和 微 区 成 分 分析． ２ 结果与讨论 ２  １ 除尘器入、出口犘犕１ ０的质量粒径分布 对Ｌ Ｐ Ｉ每一级膜片上的飞灰颗粒进行称重， 根据真空泵的抽气流量计算出不同粒径颗粒的质量 浓度，于是就可以得到除尘器前后ＰＭ１ ０的质量粒 径分布，见 图２和 图３．从 图 中 可 以 看 出，１ ０ ０ ＭＷ锅 炉 和５ ０ ＭＷ锅 炉 的 除 尘 器 入 口 和 出 口 ＰＭ１ ０的质量粒径呈双峰分布，其峰值分别在０ ． １ μｍ和４μｍ 左右．ＰＭ１ ０的双峰分布与许多文献报 道非常一 致［ ４  ６］，而 且 文 献 中 认 为 燃 煤 过 程 形 成 ＰＭ１ ０的这种分布是通过不同机理形成，即细颗粒 通过气化凝结机理形成，粗颗粒通过内在矿物质 聚结、焦炭和外在矿物质破碎形成．从图中还可以 看出，与粗颗粒质量浓度相比，细颗粒质量浓度要 小很多，即０ ． １μｍ左右的峰值并不明显，只有在 局部放大的小图中才能发现明显的峰值．这说明煤 粉在燃烧过程中主要是通过聚结、破碎机理形成超 Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｍ ａ ｓ ｓｓ ｉ ｚ ｅｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆＰＭ１ ０ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｃ ｌ ｅ ａ ｎ ｉ ｎ ｇｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｌ ｅ ｔ Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｍ ａ ｓ ｓｓ ｉ ｚ ｅｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆＰＭ１ ０ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｃ ｌ ｅ ａ ｎ ｉ ｎ ｇｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔｏ ｕ ｔ ｌ ｅ ｔ ６６６１ 化 工 学 报 第５ ７卷 犜 犪 犫 犾 犲４ 犆 犺 犲 犿 犻 犮 犪 犾 犮 狅 犿 狆 狅 狊 犻 狋 犻 狅 狀狅 犳犪 狊 犺犮 狅 犾 犾 犲 犮 狋 犲 犱狅 狀狆 犾 犪 狋 犲 狊６犪 狀 犱７狅 犳犔 犘 犐／％ Ｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ ｓＳ ｉ ｚ ｅ／μｍＳ ｉ Ｏ２Ａ ｌ２Ｏ３Ｆ ｅ２Ｏ３Ｃ ａ ＯＭ ｇ ＯＮ ａ２ＯＫ２ＯＳ Ｏ３ ５ ０ＭＷ０ ． ３ ７ ７４ ． ３ ６５ ． ８ ６１ ． ９１ ． ２ ５７ ． ４ ７４ ３ ． ２ ２８ ． ５ ６２ ０ ． ６ ０ ０ ． ６ ０ ５５ ２ ． ７ ５２ ８ ． １ １１ ． ８ ３７ ． ６ ００ ． ８ ７２ ． ３ ３１ ． ０ ６３ ． ８ ４ １ ０ ０ＭＷ０ ． ３ ７ ７６ ． ０ ９５ ． ０ ５１ ． ５ ３２ ． ９８ ． ８ ５４ ２ ． ０ ９９ ． １ ６２ １ ． ９ ８ ０ ． ６ ０ ５４ ８ ． ８ ５２ ５ ． ４ ０１ ． ８ ３３ ． ６ ０１ ． ８ ８７ ． ５ ０１ ． ６ ９７ ． ８ ２ 微米颗粒，而通过气化凝结机理形成的亚微米颗 粒的量要少很多． ２  ２ 颗粒物形成机理及化学组成 通过Ｘ Ｒ Ｆ对Ｌ Ｐ Ｉ收集到的颗粒进行成分分析 后发现，粒径小于０ ． ３ ７ ７μｍ（Ｌ Ｐ Ｉ第６级）的颗 粒成分与大颗粒 （Ｌ Ｐ Ｉ第６级以后）的成分差别很 大，表４给出了Ｌ Ｐ Ｉ第６、７级膜片上颗粒 （ 粒径 分别为０ ． ３ ７ ７和０ ． ６ ０ ５μｍ）的化学组成分析结果． 由表可见，粒径为０ ． ３ ７ ７ μｍ 左右的颗粒的化学组 成与无机矿物质蒸气凝结、成核形成灰粒的组成特 性非常一致，即颗粒中富集着较易气化元素，如Ｓ 和Ｎ ａ等，而不易气化元素Ｓ ｉ和Ａ ｌ的含量很低； 而粒径为０ ． ６ ０ ５μｍ左右的颗粒与粒径为０ ． ３ ７ ７μｍ 左右的颗粒的化学组成差别很大，这一粒径范围颗 粒与总灰的化学组成基本一致 （ 见表２） ，它们之 间稍许的差别可能是由于气化元素在小颗粒上的富 集引起，这说明两种粒径的颗粒可能有不同的形成 机理．Ｔ ａ ｙ ｌ ｏ ｒ和Ｆ ｌ ａ ｇ ａ ｎ ［１ ２］对燃煤过程中生成颗粒 的粒径分布和化学组成进行了实验研究，实验中发 现颗粒的化学组成同样有类似的结果，他们认为粒 径小于０ ． １μｍ的颗粒与大颗粒的形成机理不同， 这些颗粒主要是通过气化、成核和凝结形成，大颗 粒可能是通过破碎、聚结等机理形成．根据他们的 结论，本文认为这两台锅炉产生的粒径小于０ ． ３ ７ ７ μｍ左右的颗粒是通过气化 凝结机理形成． 根据煤灰的成分特性，首先将煤灰中的成分分 为４类 （ １）难熔性氧化物，包括Ｓ ｉ Ｏ２、Ａ ｌ２Ｏ３、 Ｆ ｅ２Ｏ３和Ｃ ａ Ｏ； （２）碱金属氧化物，包括Ｋ２Ｏ和 Ｎ ａ２Ｏ； （３）Ｓ Ｏ３，假定以碱金属和碱土金属形式 存在；（ ４）其他，包括Ｍ ｇ Ｏ、Ｐ２Ｏ５．依据此分 类，图４给出了两台锅炉产生的亚微米颗粒和超微 米颗粒的化学组成．由图可见，５ ０ ＭＷ锅炉产生 的亚微米颗粒 ［ 见图４（ ａ） ］中，碱金属氧化物及 硫化物占７ ０％左右，难熔性氧化物只占１ ４ ． ５ ６％； 而在超微米颗粒中 ［ 见图４（ ｂ） ］ ，难熔性氧化物 为其主要成分，占９ ０％以上．１ ０ ０ ＭＷ锅炉产生 的亚微米颗粒 ［ 见图４（ ｃ） ］及超微米颗粒 ［ 见图 ４（ｄ） ］也有类似的结果．这说明亚微米颗粒中碱 金属和碱土金属的氧化物或硫化物为其主要成分， 是相应成分气化、成核和凝结的结果；而超微米颗 粒的主要成分则为难熔性氧化物，可能是煤中的石英 和硅铝酸盐等矿物质在高温下破碎、聚结的产物． ２  ３ 元素在犘犕１ ０中的分布 将Ｌ Ｐ Ｉ收 集 到 每 一 级 颗 粒 物 上 的 元 素 通 过 Ｘ Ｒ Ｆ测量，获得不同粒径范围颗粒上元素质量分 数，经过计算可以得到每级中元素的质量粒径分 布．限于文章篇幅，本文只对除尘器出口排入大气 ＰＭ１ ０的元素分布及化学成分进行探讨．１ ０ ０ ＭＷ 锅炉ＰＭ１ ０中次量元素 Ｍ ｇ 、Ｓ、Ｃ ａ、Ｆ ｅ、Ｎ ａ、Ｋ和 Ａ ｌ、Ｓ ｉ的质量粒径分布分别见图５（ａ） 、 （ｂ）．从 图中可以明显看出元素 Ｍ ｇ 、Ｓ、Ｃ ａ、Ｆ ｅ、Ｎ ａ和Ｋ 的质量粒径分布与ＰＭ１ ０的分布类似，在亚微米和 Ｆ ｉ ｇ ． ４ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓｏ ｆ ｓ ｕ ｂ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｎａ ｎ ｄｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｎＰＭｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄｆ ｒ ｏ ｍ５ ０ＭＷａ ｎ ｄ１ ０ ０ＭＷｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ ｓ ７６６１ 第７期 隋建才等燃煤可吸入颗粒的物理化学特性及形成机理 超微米粒径范围内均有一个峰值存在，但元素Ａ ｌ 和Ｓ ｉ在亚微米颗粒处没有明显峰值，基本上呈单 峰分布．５ ０ ＭＷ锅炉ＰＭ１ ０的元素也有类似分布 特性． （ａ）Ｍ ｇ，Ｓ，Ｃ ａ，Ｆ ｅ，Ｎ ａａ ｎ ｄＫ （ｂ）Ａ ｌ ａ ｎ ｄＳ ｉ Ｆ ｉ ｇ ． ５ Ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｓ ｉ ｚ ｅｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆＰＭ１ ０ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄｆ ｒ ｏ ｍ１ ０ ０ＭＷｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ 为了说明各元素在不同粒径颗粒上的分布特 性，定义相对富集系数为某元素在犼粒径飞灰颗粒 中的质量分数与在最大粒径颗粒中 （Ｌ Ｐ Ｉ第１ ３级） 的质量分数的比值 犚 犻 犼 ＝犆 犻 犼 ／犆 犻１ ３ （１） 其目的就是为了说明随着颗粒粒径变化各元素的变 化趋势，若该比值大于１，说明元素在犼粒径颗粒 中富集；反之，则没有富集趋势． 图６给出了１ ０ ０ＭＷ锅炉ＰＭ１ ０上各元素的相 对富集系数．由图可见，对于粒径小于１μｍ的颗 粒，随着粒径的减小，元素Ｎ ａ、 Ｍ ｇ 、Ｓ和Ｋ的相 对富集系数明显增加，元素Ａ ｌ、Ｓ ｉ、Ｃ ａ的相对富 集系数明显减小，而元素Ｆ ｅ有稍许增加．这说明 元素Ｎ ａ、 Ｍ ｇ 、Ｓ和Ｋ易于在小颗粒上富集，而 Ａ ｌ、Ｓ ｉ、Ｃ ａ等元素则相反．Ｆ ｉ ｎ ｋ ｅ ｌ ｍ ａ ｎ ［１ ３］认为，这 主要与元素在煤中的赋存状态有关，煤中易气化元 素通常与煤中的有机成分结合在一起，而Ａ ｌ、Ｓ ｉ 等元素则以内在矿物质的形式分散在煤粒中，煤粉 燃烧过程中，内在矿物质会聚结成复杂的玻璃体， 抑制元素的气化，而其他元素会以很高的气化速率 气化出来． （ａ） （ｂ） Ｆ ｉ ｇ ． ６ Ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅｅ ｎ ｒ ｉ ｃ ｈ ｍ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔｏ ｆＰＭ１ ０ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ１ ０ ０ＭＷｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ ２  ４ 犘犕１ ０的形貌特征 利用场发射扫描电镜对Ｌ Ｐ Ｉ收集到的煤灰颗 粒进行形貌分析，并对颗粒微区进行能谱分析，限 于篇幅，这里只对１ ０ ０ＭＷ锅炉产生的ＰＭ１ ０进行 讨论．研究发现亚微米颗粒主要由比较规则的球形 颗粒组成 ［ 见图７（ ａ） ］ ，同时也有少量不规则含 炭颗粒聚结在一起形成链状颗粒 ［ 见图７（ｂ） ］ ， 而超微米颗粒主要由球形颗粒组成 ［ 见图７（ ｃ） ］ ， 但也有部分不规则颗粒，如矿物质熔融形成块状玻 璃体 ［ 图７（ ｃ） ］和片状颗粒 ［ 图７（ｄ） ］．通过形 貌分析，认为超微米颗粒有以下形成途径亚微米 颗粒凝聚成超微米颗粒；亚微米颗粒黏附在超微米 颗粒上；超微米颗粒聚结成更大颗粒；矿物质破 碎、熔融形成超微米颗粒． ８６６１ 化 工 学 报 第５ ７卷 （ａ） （ｂ） （ｃ） （ｄ） Ｆ ｉ ｇ ． ７ Ｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌｍ ｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙＰＭ１ ０ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄｆ ｒ ｏ ｍ１ ０ ０ＭＷｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ ３ 结 论 本文采用Ｌ Ｐ Ｉ在某１ ０ ０ＭＷ和５ ０ＭＷ两台燃 煤机组锅炉的静电除尘器入口、出口对飞灰颗粒进 行取样，通过对每一级颗粒的质量、化学组成及形 貌进行测量和分析，得到了以下一些结论 （ １）两台锅炉产生ＰＭ１ ０的质量粒径均呈双峰 分布，峰值分别在０ ． １μｍ和４μｍ左右．通过对 Ｌ Ｐ Ｉ第６、７级膜片上颗粒进行成分分析，认为粒 径小 于０ ． ３ ７ ７μｍ的 颗 粒 可 能 为 气 化凝 结 机 理 形成． （ ２）ＰＭ１ ０中元素的质量粒径分布与ＰＭ１ ０的分 布类似，在亚微米和超微米粒径范围内均有一个峰 值存在．亚微米颗粒中碱金属和碱土金属的氧化物 或硫化物为其主要成分，而超微米颗粒中主要成分 为难熔性氧化物． （ ３）燃煤产生的ＰＭ１ ０主要由球形颗粒组成， 同时也有少量不规则颗粒，通过形貌分析，认为亚 微米颗粒凝聚、聚结及矿物质熔融、破碎、聚结是 形成超微米颗粒的主要途径． 符 号 说 明 犆 犻 犼 犻元 素 在犼粒 径 飞 灰 颗 粒 中 的 质 量 分 数， μｇｇ －１ 犆犻１ ３ 犻元 素 在Ｌ Ｐ Ｉ第１ ３级 颗 粒 中 的 质 量 分 数， μｇｇ －１ 犚 犻 犼 犻元素在犼粒径飞灰颗粒中的相对富集系数 犚 犲 犳 犲 狉 犲 狀 犮 犲 狊 ［１］ Ｍ ｉ Ｊ ｉ ａ ｎ ｈ ｕ ａ（ 米建华）．Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓｏ ｎｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅｕ ｓ ｅ ｉ ｎｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ．犆 犺 犻 狀 犪 犘 狅 狑 犲 狉 犈 狀 狋 犲 狉 狆 狉 犻 狊 犲 犕 犪 狀 犪 犵 犲 犿 犲 狀 狋（ 中国电力企业管理） ，２ ０ ０ ５（２） ３ ２  ３ ４ ［２］ Ｄ ａ ｉＨ ａ ｉ ｘ ｉ ａ（ 戴海夏） ，Ｓ ｏ ｎ ｇ Ｗ ｅ ｉ ｍ ｉ ｎ（ 宋伟民）．Ｈ ｅ ａ ｌ ｔ ｈ ｙ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔｏ ｆＰＭ２ ． ５ｉ ｎａ ｔ ｍ ｏ ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｅ ．犉 狅 狉 犲 犻 犵 狀犕 犲 犱 犻 犮 犪 犾犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲 狊 犛 犲 犮 狋 犻 狅 狀犎 狔 犵 犻 犲 狀 犲（ 国外医学卫生学分册） ，２ ０ ０ １，２ ８（５） ２ ９ ９  ３ ０ ３ ［３］ Ａ ｒ ｔＦ ｅ ｒ ｍ ｅ ｎ ｄ ｅ ｚ，Ｊ ｏ ｓ ｔＯＬ Ｗ ｅ ｎ ｄ ｔ，Ｋ ｌ ａ ｕ ｓＲＧ Ｈ ｅ ｉ ｎ，Ｗ ａ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ｊ ｕ ｎ，Ｍ ａ ｒ ｋＬ Ｗ ｉ ｔ ｔ ｅ ｎ． Ｉ ｎ ｈ ａ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｈ ｅ ａ ｌ ｔ ｈｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓｏ ｆ ｆ ｉ ｎ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍｔ ｈ ｅｃ ｏ  ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆｃ ｏ ａ ｌａ ｎ ｄｒ ｅ ｆ ｕ ｓ ｅｄ ｅ ｒ ｉ ｖ ｅ ｄ ｆ ｕ ｅ ｌ ．犆 犺 犲 犿 狅 狊 狆 犺 犲 狉 犲，２ ０ ０ ３，５ １１ １ ２ ９  １ １ ３ ７ ［４］ Ｙ ａ ｎＬ，Ｇ ｕ ｐ ｔ ａＲ，Ｗ ａ ｌ ｌＴ Ｆ．Ｆ ｒ ａ ｇ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒｏ ｆ ｐ ｙ ｒ ｉ ｔ ｅａ ｎ ｄｃ ａ ｌ ｃ ｉ ｔ ｅｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇｈ ｉ ｇ ｈ  ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇａ ｎ ｄ ｍ ａ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ．犈 狀 犲 狉 犵 狔＆犉 狌 犲 犾 狊，２ ０ ０ １，１ ５ ３ ８ ９  ３ ９ ４ ［５］ Ｑ ｕ ａ ｎ ｎ Ｒ Ｊ，Ｎ ｅ ｖ ｉ ｌ ｌ ｅ Ｍ，Ｊ ａ ｎ ｇ ｈ ｏ ｒ ｂ ａ ｎ ｌ Ｍ，Ｍ ｉ ｍ ｓ Ｃ Ａ， Ｓ ａ ｒ ｏ ｆ ｉ ｍＦ．Ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌｍ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ａ ｃ ｅ  ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ａｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ  ｐ ｕ ｌ ｖ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄｃ ｏ ａ ｌｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． ９６６１ 第７期 隋建才等燃煤可吸入颗粒的物理化学特性及形成机理 犈 狀 狏 犻 狉 狅 狀 犿 犲 狀 狋 犪 犾 犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔，１ ９ ８ ２，１ ６７ ７ ６  ７ ８ １ ［６］ Ｈ ｅ ｌ ｂ ｌ ｅＪＪ ． Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｓ ｏ ｆａ ｓ ｈ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｇ ｒ ｏ ｗ ｔ ｈｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇｐ ｕ ｌ ｖ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｃ ｏ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ［Ｄ］． Ｃ ａ ｍ ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ，ＭＡＭ ａ ｓ ｓ ａ ｃ ｈ ｕ ｓ ｅ ｔ ｔ ｓＩ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，１ ９ ８ ７ ［７］ Ｑ ｉＬ ｉ ｑ ｉ ａ ｎ ｇ（ 齐 立 强 ） ，Ｙ ｕ ａ ｎ Ｙ ｏ ｎ ｇ ｔ ａ ｏ（ 原 永 涛 ） ，Ｊ ｉ Ｙ ｕ ａ ｎ ｘ ｕ ｎ（ 纪元勋）．Ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙｏ ｎｔ ｈ ｅｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｗｏ ｆｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎｉ ｎｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔｓ ｉ ｚ ｅｆ ｌ ｙａ ｓ ｈ ．犆 狅 犪 犾 犆 狅 狀 狏 犲 狉 狊 犻 狅 狀（ 煤炭转化） ，２ ０ ０ ３，２ ６（２） ８ ７  ９ ０ ［８］ Ｗ ａ ｎ ｇＱ ｕ ａ ｎ ｈ ａ ｉ（ 王泉海） ，Ｑ ｉ ｕＪ ｉ ａ ｎ ｒ ｏ ｎ ｇ（ 邱建荣） ，Ｌ ｉＦ ａ ｎ （ 李帆） ，Ｌ ｉ ｕＹ ｉ ｎ ｇ ｈ ｕ ｉ（ 刘迎辉） ，Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇＣ ｈ ｕ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ（ 郑楚 光）．Ｃ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｈ ａ ｓ ｅｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｓ ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ａ ｌ ｂ ｌ ｅ ｎ ｄ ｓ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ．犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾 狅 犳 犆 犺 犲 犿 犻 犮 犪 犾 犐 狀 犱 狌 狊 狋 狉 狔犪 狀 犱犈 狀 犵 犻 狀 犲 犲 狉 犻 狀 犵（犆 犺 犻 狀 犪） （ 化工学报） ， ２ ０ ０ ０，５ １（６） ８ ４ ０  ８ ４ ３ ［９］ Ｓ ｕ ｉ Ｊ ｉ ａ ｎ ｃ ａ ｉ，Ｘ ｕＭ ｉ ｎ ｇ ｈ ｏ ｕ，Ｑ ｉ ｕＪ ｉ ｈ ｕ ａ，Ｙ ｕＱ ｉ ａ ｏ，Ｙ ｕＹ ｕ ｎ， Ｌ ｉ ｕＸ ｉ ａ ｏ ｗ ｅ ｉ，Ｇ ａ ｏＸ ｉ ａ ｎ ｇ ｐ ｅ ｎ ｇ ．Ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆａ ｓ ｈ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｐ ｕ ｌ ｖ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｃ ｏ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ  ｓ ｃ ａ ｌ ｅｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ  ｂ ｕ ｒ ｎ ｅ ｒｆ ｕ ｒ ｎ ａ ｃ ｅ ．犈 狀 犲 狉 犵 狔＆犉 狌 犲 犾 狊， ２ ０ ０ ５，１ ９１ ５ ３ ６  １ ５ ４ １ ［１ ０］ Ｚ ｈ ａ ｏＣ ｈ ｅ ｎ ｇ ｍ ｅ ｉ（ 赵承美） ，Ｓ ｕ ｎＪ ｕ ｎ ｍ ｉ ｎ（ 孙俊民） ，Ｄ ｅ ｎ ｇ Ｙ ｉ ｎ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ（ 邓 寅 生 ） ，Ｌ ｕ Ｊ ｉ ｎ ｇ （ 鲁 静 ）．Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃｏ ｆ ｆ ｉ ｎ ｅｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ（ＰＭ２ ． ５）ｉ ｎｆ ｌ ｙａ ｓ ｈｆ ｒ ｏ ｍｃ ｏ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ．犚 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺狅 犳犈 狀 狏 犻 狉 狅 狀 犿 犲 狀 狋 犪 犾犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲 狊（ 环境科 学研究） ，２ ０ ０ ４，１ ７（２） ７ １  ７ ３ ［１ １］ Ｌ ｉ ｕＪ ｉ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ（ 刘 建 忠） ，Ｆ ａ ｎ Ｈ ａ ｉ ｙ ａ ｎ（ 范 海 燕） ，Ｚ ｈ ｏ ｕ Ｊ ｕ ｎ ｈ ｕ（ 周俊虎） ，Ｃ ａ ｏＸ ｉ ｎ ｙ ｕ（ 曹欣玉） ，Ｃ ｅ ｎＫ ｅ ｆ ａ（ 岑可 法）．Ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓｏ ｎｔ ｈ ｅｅ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎｏ ｆＰＭ１ ０ａ ｎ ｄ ＰＭ２ ． ５ｆ ｒ ｏ ｍｃ ｏ ａ ｌ  ｆ ｉ ｒ ｅ ｄｂ ｏ