燃煤过程中微量元素形态转化的热力学模拟

燃 烧 是 一 个 包 含 热 解 、 发 分 燃 烧 和 焦 炭 燃 烬 等 十 挥 分 复 杂 的 过 程 ， 该 过 程 中存 在许 多 均 相 、 相 化 学 在 多
反 应 ． 目前 为 止 ， 们 对 煤 燃 烧 过 程 中微 量 污 染 物 到 人 的 生 成 、 化 、 徙 、 集 和 防 治 的机 理 和 内在 规 律 转 迁 富 的 认 识 还 很 肤 浅 ． 关 有 毒 微 量 元 素 排 放 的研 究 工 有 作 ， 在 还 主 要 限 于 微 量 元 素 的 物 理 分 布 变 化规 律 ， 现
Ｎ
种 十 分 重 要 的 分 析 工 具 ， 以 分 析 作 为 燃 烧 体 系 可
温 度 、 力 和 总 组 成 函数 的 微 量 元 素 热 力 学 稳 定 的 压
＞： ・ Ｂ ｂ ＾一 ＾一 ０
（） ２
化学 组成及物理相 ． 目前 ， 国 际上 应 用 最 广 的 热 力 在
式 中 ： 表示混合物 中 ｉ 分的摩尔数． 组 所 谓 体 系 的 Ｇｉ ｂ ｂ ｓ自 由 能 最 小 就 是 在 一 定 温
度求 ｚ 使 其 束 条 件 为质 量 守 恒 及 总 的摩 尔数 守 恒 ， ： 即
・
国 家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ０ ６ １ ） 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 规 划 项 目 （ ９ ９ ２ ２ ２ 和 东 南 大 学 洁 净 煤 发 电 和 燃 烧 技 术 教 育 部 重 ５１ ０９ 、 ７ Ｇ１ ９ ｏ ２ １ ）
点 实验室 访 问学者 基金 资助项 目） ． １ ）博 士 生 ； ）博 士 、 教 授 ； ）博 士 、 授 、 士 生 导 师 ， 中科 技 大 学 煤 燃 烧 国 家 重 点 实 验 室 ，３ ０ ４武 汉 ； ）硕 士 研 究 生 ， 京 理 工 大 学 ２ 副 ３ 教 博 华 ４０ ７ ４ 南 化 工 学 院 ， １ ０ ４南 京 ． ２０ ９ 收 稿 日期 ： ０ ２ ０ － ０ ２ ０ — ３３
相 平 衡 且 相 际 间 可 能 发 生 化 学 反 应 ， 力 学 平 衡 方 热 法 在 评 价 煤 燃 烧 过 程 中微 量 元 素 的 转 化 形 态 方 面 是
一
对 一 个 含 有 人 个 化 学形 态 的气 相 体 系 ， 自由 ， 总
能 （ 可 表 示 为 ： Ｇ）
（ ） ． ： Ｇ （ ， ， ， ） ｉ一 １ ２， ， （ ） 丁Ｐ １ ２ … ， … Ｎ １
具 ． 绍 了最 常 用 的 热 力 学 模 拟 方 法—— Ｇｉｂ 自由 能 最 小 法 （ 介 ｂｓ ＧＥＡ） 内容 包括 基 本 原 理 和 常 ，
用 算 法 —— Ｌ ｇ ａ ｇ ａ ｒ ｎ ｅ乘 因 子 法 、 用 的软 件 包 、 力 学 数 据 的 来 源 及 数 据 库 等 ， 述 了热 力 学 常 热 概 模 拟 方 法 在 煤 燃 烧 过 程 中微 量 元 素 转 化 形 态方 面 的 应 用 ， 最后 对 模 拟 方 法 的优 点 和 局 限性 进 行
原 理 的 表 达 式 也 有 很 多 种 ． 面 介 绍 常 见 的 下
Ｌ ｇａ ｇ ａ ｒ ｎ ｅ乘 因 子 法 ．
研 究 在 一 定 的宏 观 条 件 下 整 个 体 系 所 发 生 的 过 程 （ 反应 ） 或 的方 向 、 度 及 能 量 变 化 ， 限 为科 研 工 作 者 提 供 指 导 性 思 路 ． 元 、 相 化 学 平 衡 与 相 平 衡 共 存 现 多 多 象 在 煤 燃 烧 体 系 中 广 泛 存 在 ， 学 平 衡 和 相 平 衡 共 化 存 的 复 杂 性 在 于 体 系 除 复 杂 的 化 学 平 衡 外 ， 存 在 还
摘 要 煤 燃 烧 过 程 中微 量 元 素 的 形 态 转 化 是 一 种 多元 多相 化 学 平衡 与 相 平 衡 共 存 的 复 杂 过 程 ， 力 学 模 拟 在 评 价 煤 燃 烧 过 程 中微 量 元 素 的 转 化 形 态 方 面 是 一 种 十 分 重 要 的 分 析 工 热
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第 ２ ５卷
第 ３期
煤 炭 转 化
ＣＯＡＬ ＣＯＮＶＥＲＳ ＯＮ Ｉ
Ｖｏ１ ２５ Ｎ ｏ．３ ．
２０ ０ ２年 ７月
Ｊ １２ ０ ｕ．０ ２
燃 煤 过 程 中 微 量 元 素 形 态转 化 的热 力学 模 拟 ’
孟 韵 ¨ 张 军 营 郑 楚 光 。 钟 秦 。 刘 海 明
使 用 最 久 的 化 学 平 衡 与 相 平 衡 同 时 求 解 的 计 算 方
法．
１ Ｇｉｂ 自 由 能 最 小 法 （ ｂｓ ＧＥＡ） 基 本 的
原 理
ＧＥＡ 法 是 以 平 衡 摩 尔 数 或 反 应 度 为 变 量 求 出
平 衡 时 体 系 的 Ｇｉｂ 自 由 能 ， 据 平 衡 时 体 系 的 ｂｓ 根 Ｇｉｂ ｂ ｓ自由 能 最 小 原 则 求 出平 衡 的 组 成 ． 今 为 止 ， 迄
如 各 种 微 量 元 素 在 煤 中分 布 状 态 和 存 在 形 式 ， 不 在 同 粒 径 的飞 灰 上 的 分 布 和 富 集 规 律 等 ．
热 力 学 方 法 是 物 理 化 学 的 主 要 研 究 方 法 ， 以 用
已 有 许 多 计 算 方 法 和 热 力 学 数 据 库 用 于 ＧＥ 计 Ａ 算 ． 应不 同的处理 体 系 自由能 的方法 ， 对 ＧＥＡ 基 本
了评 价 ．
关 键 词 热 力 学 模 拟 ， 量 元 素 ， 化 形 态 ， 燃 烧 微 转 煤
中 图分 类 号 ＴＱ５ ４ ３
学 平 衡 方 法 是 Ｇｉｂ ｂ ｓ自由 能 最 小 化 法 （ Ａ） 这 是 ＧＥ ，
０ 引 言
有 毒 微 量 元 素 排 放 已 成 为 燃 煤 污 染 中 的 ～ 个 前 沿 的研 究 领 域 ， 愈来 愈 受 到 国 内外 研 究 者 的关 注 ． 煤