燃煤過程中鈉對焦特性及細顆粒物控制的影響.pdf

1、煤在中國的一次能源中占主導地位，但其在燃燒中將不可避免地產(chǎn)生大量的細顆粒物以及CO2。燃煤產(chǎn)生的細顆粒物PM2.5（空氣動力學直徑小于2.5μm的顆粒物）能夠部分穿透除塵設(shè)備而逃逸到大氣中去，進而傷害人體和環(huán)境；O2/CO2富氧燃燒是正在興起的燃燒中減排CO2、有望緩解氣候變暖的新型燃燒方式，由于CO2與N2在性質(zhì)上的巨大差異，對比研究常規(guī)空氣燃燒與O2/CO2燃燒兩種燃燒方式下煤焦的特性及PM2.5的生成與控制，可以為現(xiàn)有電廠向O2/

2、CO2燃燒方式改造提供指導。
　　鈉的存在對煤焦的性質(zhì)及PM2.5的生成具有重要影響，而不同形態(tài)的鈉對高嶺土控制PM2.5的影響有可能不同。鈉在煤中主要以三種形態(tài)存在：水溶態(tài)（如NaCl）、有機態(tài)（如羧酸態(tài)鈉）以及不溶的硅酸態(tài)及鋁硅酸態(tài)（如 Na-Al-Si）。本文主要研究了煤燃燒過程中鈉對煤焦特性及細顆粒物PM2.5生成與控制的影響。
　　論文首先針對低鈉煤及有機鈉煤，在沉降爐中分別在N2和CO2氣氛下制焦，通過對比各種焦

3、在物理孔隙結(jié)構(gòu)、化學碳微晶結(jié)構(gòu)以及鈉含量上的差異，討論了影響焦反應(yīng)性的因素。研究結(jié)果表明，煤中鈉在焦形成中對焦特性的影響與煤種及制焦氣氛密切相關(guān)。鈉對煙煤焦結(jié)構(gòu)的影響較弱，而煙煤N2焦及CO2焦的反應(yīng)性也僅隨煤中鈉的加入而小幅變化；相比之下，鈉對褐煤焦的特性具有顯著影響，并且這種影響對CO2焦更為突出，褐煤CO2焦在鈉強烈的催化作用下表現(xiàn)出極高的反應(yīng)性；褐煤焦的碳微晶結(jié)構(gòu)與制焦中煤的揮發(fā)率緊密相關(guān)，煤的揮發(fā)率越大，殘留在焦中的活性物質(zhì)越

4、少，焦的結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，有序度越大；Na等礦物質(zhì)的催化作用會影響到焦的化學微晶結(jié)構(gòu)，并且焦的有序度與其反應(yīng)性之間的關(guān)聯(lián)性會隨之被破壞，在研究的溫度范圍內(nèi)，焦的反應(yīng)性受焦化學結(jié)構(gòu)的影響很小，其主要由焦的物理孔隙結(jié)構(gòu)和焦中Na的含量來確定。
　　論文隨后探討了在O2/N2和O2/CO2燃燒氣氛下，氯化態(tài)鈉及羧酸態(tài)鈉與高嶺土作用時轉(zhuǎn)化成鈉鋁硅酸鹽的能力以及對礦物顆粒結(jié)構(gòu)的影響，并且借助熱處理后樣品在特性上的變化，進一步討論了不同形式鈉與高嶺

5、土的相互作用對燃煤中PM2.5控制的可能影響。結(jié)果表明，礦物的聚合與熔融密切相關(guān)，羧酸態(tài)鈉在與高嶺土作用時轉(zhuǎn)化成鈉鋁硅酸鹽的能力要強于氯化態(tài)鈉，并且生成的Na-Al-Si在結(jié)構(gòu)上亦表現(xiàn)得更傾向于熔融，這兩個因素共同促使高嶺土與羧酸態(tài)鈉作用后的礦物顆粒聚合更為明顯；礦物孔隙結(jié)構(gòu)會隨熔融的發(fā)生而被破壞，熔融越強，礦物的BET表面積及孔體積減小越明顯，并且熔融對中孔的破壞程度最為顯著；氯化鈉與高嶺土作用后礦物顆粒的結(jié)構(gòu)不受氣氛變化影響，而羧酸

6、鈉在O2/N2氣氛下與高嶺土作用后，礦物顆粒的熔融聚合程度要強于在O2/CO2氣氛下，這主要是由于高濃度的CO2會減緩羧酸鈉的分解，進而改變形成的鈉鋁硅酸鹽的結(jié)構(gòu)，降低熔融，減小礦物聚合。
　　論文最后研究了煤中鈉的賦存形態(tài)對高嶺土控制PM2.5的影響。實驗中，通過比較低鈉煤在添加鈉鋁硅酸鹽前后PM2.5的生成量研究了鈉鋁硅酸鹽的熔融對PM2.5的影響。進一步地將富含氯化態(tài)鈉的煤以及富含羧酸態(tài)鈉的煤分別與高嶺土混燒，以研究不同形態(tài)

7、鈉在煤燃燒過程中對高嶺土控制PM2.5效果的影響。同時考慮到O2/N2燃燒與O2/CO2燃燒存在差異，亦就氣氛對這一過程的影響進行了闡述。研究結(jié)果表明，高嶺土可以通過表面化學反應(yīng)吸附鈉等金屬蒸氣來減少PM2.5中超細模態(tài)顆粒物的生成，同時，在吸附過程中所產(chǎn)生的鈉鋁硅酸鹽等在高溫下會發(fā)生熔融、通過液相捕集的方式減少中間模態(tài)顆粒物的生成；煤中的鈉在以有機羧酸態(tài)為主時，高嶺土對燃煤超細模態(tài)顆粒物的控制效果要強于煤中的鈉以氯化態(tài)為主時，并且高嶺