煤燃烧过程中铍的迁移特性及排放控制研究

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我国以煤炭为主的能源消费结构在相当长的时间内将难以发生变化。燃煤作为大气中有害痕量元素的主要排放途径之一,其危害已经普遍受到人们的关注与重视。本文以煤中铍作为研究重点,铍作为一种毒性元素,其无论是以粉尘、烟气或者蒸气形式被人体吸入时,都会引起上呼吸道系统以及肺部发生病变,严重者甚至直接导致死亡。中国煤中铍极易出现富集现象,燃烧富铍煤所造成铍的大量排放对生态环境有巨大危害。但是我国对于煤中铍的研究比较欠缺,燃煤过程中铍的排放控制方法更是处于空白阶段。燃煤作为大气中铍的主要排放来源,研究铍在燃煤过程中的迁移转化特性以及排放控制方法的意义十分重大。为了研究煤燃烧过程中铍的迁移特性,选取内蒙古乌兰图噶的富铍煤作为研究对象,使用热力学分析软件通过热力学平衡模拟计算煤燃烧过程中铍的形态转化,得到煤燃烧过程中影响铍的迁移转化的可能因素。根据模拟计算结果,采用高温真空管式炉进行含铍化合物与矿物的固固反应实验,以及富铍煤中加入添加剂的燃烧实验,通过X射线衍射仪(XRD)、X射线荧光探针(XRF)以及电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)揭示煤燃烧过程中铍的迁移转化规律,初步探索煤中铍的排放控制方法。研究结果表明,模拟计算发现铍主要与含铝化合物反应生成BeAl2O4和BeAl6O10。同时固固反应实验中铍与其它主要常见矿物基本不发生发应,只与含铝物质在1000℃以上发生反应,远高于模拟反应温度650℃,并且铝的不同存在形式导致升温过程中反应机理存在差异,从而与铍的反应温度也不相同。燃煤实验中,富铍煤在高温燃烧时,煤中铍会大量挥发;添加Al2O3的富铍煤在燃烧时,由于煤中铍与Al2O3反应温度最低,抑制作用最强,铍的释放率大幅降低,最高降低30%以上;添加了伊利石的富铍煤,由于伊利石与铍的反应温度高于Al2O3,且燃烧过程中并不是完全参与反应,其抑制作用弱于Al2O3;而高岭石由于与铍的反应温度过高,在高岭石与铍发生反应产生抑制效果之前,部分铍已经在燃烧过程中释放出去,因此抑制效果最差。
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