燃煤锅炉可吸入颗粒物排放特性及其形成机理的试验研究_高翔鹏

第27卷第17期中国电机工程学报V ol.27 No.17 Jun. 2007 2007年6月Proceedings of the CSEE ©2007 Chin.Soc.for Elec.Eng.

文章编号：0258-8013 (2007) 17-0011-07 中图分类号：TK228 文献标识码：A 学科分类号：470⋅40

燃煤锅炉可吸入颗粒物排放特性及其

形成机理的试验研究

高翔鹏1，徐明厚1，姚洪1，韩旭2，李雄浩2，隋建才1，刘小伟1 (1．华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，湖北省武汉市430074；

2．武汉凯迪电力环保有限公司，湖北省武汉市430223)

Experimental Study on Emission Characteristics and Formation Mechanisms of

PM10 From a Coal-fired Boiler

GAO Xiang-peng1, XU Ming-hou1, YAO Hong1, HAN Xu2, LI Xiong-hao2, SUI Jian-cai1, LIU Xiao-wei1

(1. State Key Laboratory of Coal Combustion, Huazhong University of Sci. & Tech, Wuhan 430074, Hubei Province, China;

2. Wuhan Kaidi Electric Power Environmental Protection Co., Ltd ,Wuhan 430223, Hubei Province, China)

ABSTRACT: By using low pressure impactor(LPI), fly ash was sampled at the inlet and outlet of dust cleaning equipments in a 50MW and a 300MW utility boiler. The emission characteristics, elemental size distribution, morphology and formation mechanisms of inhalerable particulate matter (PM10) were studied. The results show that PM10 of the two boilers has a similar bimodel distribution, in which the small and large mode are formed at 0.1um and 4.0um respectively; The efficiency of dust cleaning equipments decreases with the ash size decreasing; The elemental size distribution is also bimodal which is similar with the PM10 mass distribution. Mn、Cr、Cu and Zn obvious enrichment in submicron ash. The formation of submicron PM is suggested via vaporization and subsequent condensation of inorganic matter, while the supermicron ash is formed via char fragmentation, excluded mineral fragmentation and included mineral coalescence.

KEY WORDS:inhalerable particulate matter; formation mechanisms; fly ash

摘要：采用低压撞击器(LPI)对某燃煤电厂的1台50MW和1台300MW燃煤锅炉除尘器前后的飞灰颗粒进行采样，研究可吸入颗粒物(PM10)的排放特性、元素分布特性以及形貌特征，并探讨其形成机理。研究表明，2台锅炉产生的PM10均呈双峰分布，其峰值分别在0.1µm和4µm左右；2台除

基金项目：国家自然科学基金项目(50325621)；国家重点基础研究专项经费项目(2002CB211602)。

Project Supported by National Natural Science Foundation of China (50325621); Project Supported by Special Fund of the National Priority Basic Research of China (2002CB211602). 尘器的除尘效率随着颗粒粒径的减小而降低，静电除尘器对小颗粒的脱除效率要明显优于文丘里水膜除尘器；PM10中元素的质量粒径也呈双峰分布，元素Mn、Cr、Cu、Zn在亚微米颗粒中有明显的富集趋势；亚微米颗粒可能是通过煤中矿物质的气化–凝结形成的，而超微米颗粒可能是通过煤焦和矿物质的破碎以及内部矿物质的聚合形成的。

关键词：可吸入颗粒物；形成机理；飞灰

0 引言

煤炭是我国电力的主要来源，燃煤电站在发电的同时，也向大气中排放了大量的可吸入颗粒物(PM10)，据1996年的统计资料显示，全国功率大于6MW的所有燃煤机组向大气中排放的颗粒物总量为 3.97Mt，占各种颗粒物源排放总量(14.4Mt)的28%[1]。这些颗粒物可以长时间停留在大气中，它们不仅影响气候和空气质量、破坏生态环境，而且严重危害人体健康[2-4]，特别是其中的亚微米颗粒物(PM1.0)，由于其比表面积很大，所以其表面富集了大量有毒的重金属元素(如铅、锑、镉等)，它们很容易通过肺部吸入人体，引起人体神经和呼吸系统的严重疾病。据研究表明，人类的各种癌症都与之有关[5]。因此，燃煤过程中可吸入颗粒物特别是亚微米颗粒物的排放特性及其形成机理已经成为当前研究的热点。

早在20世纪80年代，国外学者就进行了这方面的研究，认为煤燃烧过程中形成的颗粒物是以下4种机理联合作用的结果：①内在矿物质的聚结；