痕量元素在气化产物中分布规律的研究

采用氢化物发生器和原子荧光光谱法联用(HG-AFS)和电感耦合等离子发射光谱法(ICP-AES),测定了常压流化床煤气化产物中As、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、 Mg 、NiHg、Pb、V、Se、Sr、Zn 14种痕量元素含量,基于质量平衡原理,得到痕量元素在气化产物中的分布规律。研究结果表明:除Mg之外,几乎所有痕量元素在布袋低温焦中的含量均高于旋风高温焦; As、Hg、V、Se质量平衡率为75%~83%,Co、Cr、Cu、Pb、Sr、Zn质量平衡率为88%~105%,Cd、Mn、Mg、Ni质量平衡率为115%~118%;Hg、Se、As、Co、Cr、Cd、Cu、Zn在煤气中的份额依次减小;除Hg、Se、As外,其它元素在旋风高温焦中份额最大;旋风除尘器和布袋除尘器对Mn、Mg、Ni、Pb、V、Sr的捕集效率接近于除尘效率,对其它元素的捕集效率小于除尘效率,大小顺序为Zn>(Cd、Cr、Cu)>(Co、Se、As)>Hg。布袋除尘器对Zn、Cd、Cr、Cu、 Co、Se、As、Hg的捕集效率低于旋风除尘器。     

痕量元素在煤粉炉中排放特性的研究

该文分析了Cr、Pb、Mn、As、Se、Hg、Cd、Zn8种痕量元素在煤粉炉中的排放特性,得出表征痕量元素排放特性的6种数值。并根据这些数值,将元素分成3类：第1类元素：Hg;第2类元素：Pb、Zn和Cd;第3类元素：Mn;Se介于第1类元素和第2类元素之间,cr同时具有第1类和第3类元素性质。研究还发现：除Mn外,其它元素在飞灰中的富集程度随粒径减小而增加;Cr、Cd、Zn在飞灰中的相对富集程度与各自熔点成反比;Pb对烟气中活性原子Cl的亲和力大于Cd;飞灰对各痕量元素吸附机理不同;痕量元素主要分布于电除尘器飞灰和气相中;烟气中Mn和Cr含量均超过我国和欧盟关于垃圾焚烧控制标准。     

不同煤燃烧源排放的PM10形态及重金属分布的对比研究

对3种煤燃烧源(煤粉炉、水煤浆炉和CFB炉) 形成的飞灰颗粒直接进行了烟道源环境采样，使用8级Andersen撞击器按空气动力学粒径分级采集样品。分级的样品进行SEM(扫描电镜)和ICP-AES(电感耦合等离子原子发射光谱仪)分析，获得颗粒物的微观形态和8种元素(As、Pb、Cr、Cd、Ni、Co、Cu、Zn)在不同粒径飞灰上的分布富集数据。结果显示，煤粉炉和水煤浆炉的PM10微观形态以球形颗粒为主，数量超过90%，但CFB炉中则以不规则、片状和絮状颗粒为主。煤燃烧中元素富集特性的强弱结果为：As>Pb>Cd、Zn>Ni>Co>Cu、Cr。煤粉炉和水煤浆炉中，元素随粒径减小以成倍速度富集，最末级(粒径最小)上As的相对富集因子分别为30、23，Pb的相对富集因子为16和13，Ni、Co、Cu、Cr也有4~8倍的富集；CFB炉中元素无明显富集现象，燃烧温度是主要影响因素。     

燃煤锅炉颗粒物粒径分布和痕量元素富集特性实验研究

文中用基于空气动力学直径分级的8级Andersen撞击器对煤粉锅炉排放的飞灰进行了现场采样,给出了电除尘器入口和出口的气溶胶颗粒物粒径分布.使用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）,测定了不同粒径颗粒物上8种痕量元素As、Pb、Cr、Cd、Ni、Co、Cu、Zn的含量.结果表明,电除尘器入口烟气中飞灰粒径在0.7～17.5μm范围内呈单峰分布,峰值在7.48～10.97μm,而除尘器出口排放的颗粒物在1～10μm之间分布则比较平缓,PM2.5的质量份额明显增加.上述痕量元素在小粒径的飞灰上有明显的富集,同一粒径上的富集程度正相关于它们的挥发性,Cu、Cr、Co、Ni的相对富集倍数为4～6倍,挥发性最强的As的相对富集倍数接近30倍.此外,痕量元素的质量粒径频度分布在1～10μm有细微的双峰.     

O2/CO2气氛下痕量元素的赋存和迁移特性

在管式炉中进行徐州烟煤的燃烧实验。通过改变燃烧气氛,用电感耦合质谱分析仪(inductively coupled plasma- mass spectrometry,ICP-MS)研究O2/CO2燃烧方式下O2含量及温度对煤中As、Cr、Pb等痕量元素赋存、迁移特性的影响,并在相同的氧浓度下研究CO2浓度对痕量元素排放的影响。结果表明：痕量元素及其化合物的熔点、沸点等物理性质对元素挥发影响很大;较之常规燃烧方式,O2含量的变化并没有改变As、Cr、Pb、Ni等痕量元素在底灰中的含量随温度升高而降低的总体规律;随着燃烧气氛中O2含量的升高,Cr、Ni在底灰中的含量有所降低,而As、Pb在底灰中明显富集;随着温度升高,燃烧气氛对As在底灰中富集的影响逐渐减弱;此外,在相同的O2含量下,CO2含量越高,As在底灰中的含量越低,因为高浓度的CO2在一定程度上抑制了更易挥发的次氧化物或单质的生成。     

燃用水煤浆锅炉排放物中痕量元素的分布

测定了燃用水煤浆锅炉的水煤浆样、炉渣及飞灰中Mn、Pb、Cr、Ni、Cu、Cd、Zn等痕量元素的含量。结果表明,制浆过程中洗煤、煤浆颗粒的较大体积和燃烧温度较低等对燃烧过程中痕量元素的排放具有一定的抑制作用。痕量元素在飞灰中的富集,随飞灰粒径减小而增加。飞灰对痕量元素吸附机理不同。     

燃煤电厂痕量元素协同脱除及排放

为了研究痕量元素在电厂排放物中的分布、富集以及常规污染物净化设施（脱硝装置（SCR）、电除尘器（ESP）、湿法烟气脱硫装置（WFGD）、湿式电除尘器（WESP））对痕量元素的协同脱除效果,采用美国环境保护署（USEPA）方法29,对某350 MW典型燃煤机组烟气及各污染物净化设施排放物中11种痕量元素（Be、Cr、Mn、Co、Ni、As、Se、Cd、Sb、Pb、Hg）浓度进行了测试。结果表明,煤粉燃烧后释放的痕量元素主要富集在ESP飞灰和石膏中,而在炉渣和烟囱入口烟气中分布较少;富集在ESP飞灰和石膏中的痕量元素分别占痕量元素排放总量的54.51%~97.58%和1.61%～38.08%;常规污染物净化设施对烟气中痕量元素的综合脱除效率为91.98%~99.98%,烟囱入口排放的痕量元素质量浓度为0.02~9.23 μg/m³,其中Mn、As、Se、Pb等元素质量浓度高于美国EPA颁布的火电厂环保标准中新建燃煤机组排放限值。     

气氛对焚烧飞灰熔融过程中重金属行为的影响

在小型熔融炉上将焚烧飞灰进行熔融处理实验,系统地研究了不同气氛对几种重金属固溶、挥发行为的影响,并用扫描电镜对试样微观结构进行了分析。结果表明,在氧化性气氛下重金属Cr、Ni、Cu、As的固溶率与其熔沸点呈正相关,固溶率依次为:Cr>Ni>Cu>As;低沸点重金属Pb、Cd、Hg等在熔融过程中均有很高的挥发性,由于熔融时Zn易形成Zn2SiO4、ZnSiO3和ZnAl2O4等不易挥发的化合物,故其挥发率较低。还原性气氛有利于Ni、Cr、Cu和As的固溶,有助于Hg、Cd、Zn的挥发,但对Pb的挥发却有抑制作用,Pb的挥发率在1100~1400℃范围均小于50%。还原性气氛下飞灰的熔融效果明显优于氧化性气氛,低沸点重金属的挥发率也高于氧化条件,熔渣断面气孔基本消失,且表面平整光滑,结构致密紧凑。     

添加剂对焚烧飞灰旋风熔融过程中重金属固溶率的影响

采用自行设计的旋风熔融炉对焚烧飞灰进行熔融试验,研究了不同种类的添加剂对熔融过程中重金属行为的影响。结果表明,CaO的添加对Cr、Cu、Mn的固溶有抑制作用,As、Zn、Pb的固溶率亦随CaO添加量的升高而减小。焚烧飞灰中添加SiO2有利于提高重金属的固溶率。随飞灰试样中SiO2添加量的增长,Ni、Cr的固溶率略有增加,而Cu、Co、Mn的固溶率明显提高;As、Cd、Zn、Pb的固溶率随SiO2添加比例的增大亦呈显著上升趋势。除了Hg外,随着飞灰中MgO添加量的增加,Ni、Cr、Cu、Co、Mn的固溶率均有所提高,Zn、As、Cd、Pb的固溶率提高更为显著。3种添加剂对重金属的固溶效果由高到低依次为MgO、SiO2、CaO。     

燃煤耦合污泥发电过程重金属、砷和硒迁移转化试验研究

污泥成分复杂,其重金属等痕量元素的质量浓度普遍高于电厂入炉煤。为了解燃煤耦合污泥发电过程中重金属和As、Se的迁移转化行为,在某600 MW机组四角切圆锅炉上进行了污泥实炉掺烧试验,在未掺烧污泥和掺烧污泥2个工况下,通过对入炉煤粉、污泥、石灰粉、炉渣、飞灰、脱硫石膏、脱硫废水和烟囱气进行采样分析,得出各痕量元素在不同输入、输出物质中的质量浓度和质量分配,预测了由掺烧污泥引起的燃煤电厂重金属、As和Se的环境排放增加风险。结果表明:煤和污泥燃烧后绝大部分痕量元素转移至飞灰和炉渣中,挥发性元素Hg、Cd、Pb、As和Se在脱硫石膏中的富集比率明显高于非挥发性元素Zn、Ni、Co、Mn和V,挥发性最强的Hg约有30%被脱硫系统捕集;掺烧1%污泥没有显著影响10种重金属、As和Se在输出物质炉渣、飞灰、脱硫石膏和烟囱气中的质量浓度和质量分配比率,烟气中Hg的质量浓度满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—2011）的排放限值;在掺烧污泥过程中,应定期对入炉污泥、煤粉和烟囱气中的重金属、As和Se的质量浓度进行监测,以防止排放量大幅增加。     

碱性锌锰电池用锌粉中杂质元素的质谱分析

利用带八极杆碰撞/反应池(ORS)和屏蔽炬技术的电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析,测定碱性锌锰电池用锌粉中Mg、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、As、Mo、Cd、Sb和Hg等12种杂质元素的含量.向ORS中引入氢气和氦气,消除多原子离子的干扰,以50 μg/L的Sc、Ge、In及Tb为内标元素,校正基体干扰...     

煤燃烧温度对金属元素迁移的影响

通过控制煤不同燃烧温度,分析不同燃烧温度下底灰中Al、Fe、Ca、K、Mg、Ba、Sr、Pb、Cr、Cu、Cd、Mn 12种金属元素的含量,理论上求得每克原煤的烟气排放量。分析结果表明：Al、Ba、Cr、K在600—800℃温度范围内挥发较快;Fe、Sr、Mn、Ca在温度达到700℃后,保持持续的挥发性;Pb、Cd、Mg在300—1300℃温度内,挥发性随温度的变化不明显;除Ph、Cd、Cu、Cr外,大部分金属元素在800℃以后烟气排放量明显增加。     

熔融温度对城市生活垃圾焚烧飞灰旋风熔融试验特性的影响

采用自行设计的旋风熔融系统对焚烧飞灰进行熔融试验，研究了不同熔融温度条件下熔渣的微观形貌及熔融过程中重金属行为。结果表明，旋风熔融处理系统设计合理，系统能够协调稳定运行，使用方便；旋风熔融可有效地固溶焚烧飞灰中的重金属，易于焚烧飞灰的大规模处理。在较低熔融温度下(1250~1300℃)，试样仅发生烧结反应或部分熔融；较高的熔融温度(>1350℃)可使试样完全转化为玻璃态。在1250~1 400℃范围内，Ni、Cr、Cu、Co、Mn的固溶率随熔融温度的升高呈缓慢增长趋势，而熔融温度变化对As、Pb、Cd、Zn的固溶率影响显著。熔融产物中Zn、Cr、Pb、Cu、Cd、Hg等重金属浸出率均非常低，低于美国EPA标准限值。     

利用燃煤流化床飞灰固化垃圾焚烧飞灰的试验研究

为抑制垃圾焚烧飞灰中有害重金属的浸出,利用燃煤流化床飞灰作固化剂对其进行固化处理。试验结果表明：燃煤流化床飞灰对垃圾焚烧飞灰中重金属Ni、Cr、Pb、Cu、Zn的浸出有一定的抑制作用,而对Cd作用不大;随着燃煤硫化床飞灰掺混比例的增加以及固化体固化时间的延长,垃圾焚烧飞灰中重金属浸出率有所减少,其中Ni、Cr、Cu的减少较为明显。     

SiO_2添加剂对城市垃圾焚烧飞灰熔融特性的影响

在小型熔融实验台上,将不同比例的SiO2与焚烧飞灰均匀混合进行熔融处理实验,系统地研究了SiO2掺入量对熔融试样的重金属分布、浸出毒性等方面的影响。结果表明,飞灰SiO2掺入量对焚烧飞灰熔融特性有显著影响,SiO2添加剂可有效控制焚烧飞灰重金属污染物。当Cr,SiO2掺入量为15%时,Cr的固溶率达到最高,为106.3%;对于Ni,Cu和As,当SiO2的掺入量低于15%时,有利于它们的固溶率提高,但SiO2掺入量超过15%时,3种重金属的固溶率与SiO2掺入量成反比。对于Cd、Pb、Zn,三者的挥发率均随SiO2的添加量增加而减少,但SiO2对Zn的挥发抑制作用较明显,而对Pb,Cd的挥发有较弱影响;SiO2掺入量对Hg的挥发几乎没有影响。当SiO2掺入量超过20%时,熔渣断面平整且结构致密,呈细条纹状,表面无任何孔隙。随着SiO2掺入量的增加,试样收缩率趋于线性增长,熔渣密度则缓慢减小,熔融体中重金属的浸出率呈减少趋势。