O2-CO2气氛下O2浓度对燃煤PM2.5形成的影响

第41卷第3期2013年3月燃料化学学报JournalofFuelChemistryandTechnologyV01．41No．3Mar．2013文章编号：0253-2409(2013)03-0356-0502／C02气氛下02浓度对燃煤PM2．5形成的影响屈成锐，徐斌，吴健，刘建新，王学涛(河南科技大学车辆与动力工程学院，河南洛阳471003)摘要：采用管式炉和荷电低压撞击器(electricallowpressure—impactor，ELPI)研究了徐州烟煤在02／C02条件下燃烧后生成的PM：，排放特性。结果表明，在O：／CO：气氛下，煤粉在不同0：浓度燃烧所产生的PM：，质量浓度均呈双峰分布，峰值分别在0．1和2．0pm左右；随着氧含量的增加，PM2，的质量浓度增加；S、K和№在亚微米颗粒上明显富集，而si和ca未在亚微米颗粒上富集；通过对颗粒物的粒径分布、元素分析和形貌观察，认为亚微米颗粒主要是矿物质蒸发一凝结机制形成的，而超微米颗粒主要是煤焦与外部矿物质的破碎以及内在矿物质聚合形成的。关键词：02／C02；煤燃烧；PM25；形成机理；O：浓度中图分类号：TKl6文献标识码：AEffectofoxygenconcentrationonPM2．5formationduringcoalcombustionunder02／C02atmosphereQUCheng—rui，XUBin，WUJian，LIUJian．xin，WANGXue．tao(CollegeofVehicle&MotivePowerEngineering，HenanUniversityofScienceandTechnology，Luoyang471003，China)Abstract：PulverizedcoalswereburnedinatubefurnaceunderO，／CO，atmosphere，andanelectricallowpressure．impactor(ELPI)wasusedtocollectthePM，。．TheresultsshowthatabimodaldistributionofPM，Eappears，whichislocatedat0．1p．rnand2．0pan，respectively．nemassconcentrationsofPM2．5increasewithenhancingtheO，concentraion．TheenrichmentofS．NaandKonthesub．micronparticlesisobserved．butthatofSiandCaisnotobserved。Itisproposedthatsub—micronparticlesareformedvia也emechanismofvaporizationandcondensation，andthesuper—micronparticlesareformedbythefragmentationofcoalcharandthecoalescenceofinherentmineralmatterbasedontheanalysesofparticlesizedistribution。elementsdistributionandmorphologyofPM，；．Keywords：02／C02；coalcombustion；PM2．5；formationmechanism；02concentration目前，根据颗粒物空气动力学直径的大小，将粒径小于等于2．5jam的颗粒物定义为PM：．，，PM：．5可以进入人的肺泡，沉积在肺中，被称为可吸人肺颗粒物，常规的除尘设备对其捕集效率很低。PM：．，表面易于富集大量有毒有害重金属元素，对人体健康具有极大危害，并对环境造成严重污染，现已成为人们关注和重点研究的对象。20世纪80年代初世界各国就开始了燃煤颗粒物形成机制方面的研究，从已有文献来看，大部分学者认为其形成主要有几个途径：第一，内在矿物的凝聚和聚结¨'2J，当碳颗粒燃烧时，其内部温度很高，使内在矿物质熔融凝并形成相对较大的颗粒，其直径一般大于1gm；第二，焦炭破碎【3，4J，焦炭破碎与其本身的孔隙结构密切相关。孔隙结构的存在是引起焦炭破碎的主要原因，颗粒孔隙率越大，发生破碎的概率越大；第三，外在矿物质破碎¨娟J，破碎主要是分解气体产物的快速释放以及高温热应力的结果，破碎产生的颗粒直径一般大于1um；第四，矿物质的蒸发．凝结∽卅1。，在高温燃烧环境中，煤中部分无机物首先发生气化，气化产物不断向外扩散，在焦炭边界区域遇氧发生反应，随后，无机蒸气达到过饱和状态时，会通过均相成核形成许多细小微粒。O：／CO：燃烧技术采用烟气再循环的方式，用空气分离获得的纯