煤燃烧超细颗粒物及其重金属生成与分布特征研究-范海燕.docx
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1、硕士学位论文 煤燃烧超细颗粒物及其重金属生成与分布特征研究 姓名:范海燕 申请学位级别:硕士 专业:热能工程 指导教师:刘建忠 ;赵翔 20040201 摘要 中国是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国,也是世界上唯一以煤炭为主 要能源的大国,且这种能源结构在今后相当长的时期内不会改变 11,因此我国目 前的大气污染总体上还是煤烟型污染。煤燃烧产生三大污染物:烟尘、 S02、 NOx 一直是全球主要的大气污染源,一直被追踪。随着对环境质量要求不断提髙,原 先对污染物的研究深度已不能满足新的要求,如粒度方面,我国在 1996年把可 吸入颗粒物 PMiO (IP)浓度列入十种大气环境质量标准之一 同
2、时也不只研 究颗粒物对大气的影响,而且深入到颗粒物成分、粒径和浓度对人体危害,即可 吸入颗粒物及其所含的重金属和有机物(主要是多环芳烃)对人体呼吸系统、肺 功能、血液循环系统、人体免疫功能的危害和影响。而美国 EPA于 1997年就制 定了 PM2.5的大气环境质量标准已有众多的研究表明化石燃料的燃烧是大气 颗粒物主要排放源之一,因此进行小颗粒 PM2.5及其有害无机和有机微 量元素 在煤燃烧过程中形成、转换、析出研究已十分必要规律。 本文研究主要包括以下方面内容:对燃煤锅炉超细飞灰形成机理的探讨; 对锅炉除尘器前后飞灰的组成特性的研究;对用 WY 1型冲击式尘粒分级仪采 集到的分级飞灰中的重
3、金属含量的测定;探讨煤中灰分所含的有害重金属元素在 煤燃烧过程中在飞灰、炉渣和烟气之间的转换关系;对煤粉炉产生的飞灰进行浸 提实验的初步研究等。 首先,对煤中灰分在燃烧后形成超细飞灰的规律进行探讨: 其次,采用中国预防医学科学院研制的 WY 1型冲击式尘粒分级伩对除尘 器前后飞灰进行釆集,进 而研究旋风除尘器和静电除尘器对燃煤锅炉尾部飞灰特 别是小颗粒 PM2.5的捕集效率,探讨为了获得更高捕集小颗粒的除尘装置。 接着,对于从 WY 1型冲击式尘粒分级仪捕集下来的分级飞灰 PM10以及 更小颗粒中含有的重金属分布规律进行研究,釆用 AAS法测定其重金属的含量, 并讨论这些含量在飞灰尤其是小颗粒
4、 PM2.5上的富集规律,同时还利用扫描电 镜 SEM图片进行颗粒表面微观结构的分析 *探讨重金属含量与粒径之间的关系。 再次,对从煤粉炉尾部采集的飞灰进行筛分,按照粒径大小顺序分别研究其 所含重金属的规律;对煤中灰 分进行跟踪研究,讨论含在煤中的重金属在燃烧后 分别进入炉渣、飞灰以及释放到大气中比例进行初步研究。 最后,对由煤粉炉燃烧产生的飞灰进行浸提实验,获得液固比、 PH值变化 对飞灰中重金属的析出规律,结果表明这些经过浸出的飞灰析出的重金属含量对 比飞灰本身所含的量而言,析出量很少,不属于有毒固体废物。 关 键 词 煤 粉 炉 飞 灰 TP/ PM10/PM2 J重 金 属 痕 量 元
5、 素 富 集 煤 燃 烧 大气污染 除 尘 器 粒 径 Pb Cd Cu Zn Ni Cr AAS析出 ABSTRACT China is the largest country that produces and consumes coal. And it is also a large country that consumes coal far more than other forms of energy, which will not change in the long future. Now we can conclude that, at present, the atmosp
6、heric pollution in China is soot-type pollution in all. Three pollutants, which are NOx, S02 and TP are let out when coal is combusted, are the main pollution sources are tracked down all the time to carry studies on. Now with the requirement of high air quality, the previous researches cannot meet
7、the new demands. For instance, in the aspect of grain size, China has listed the concentration of PM 10 as one of the ten air quality standards in 1996. The studies on TP are not only concerned with the PMIO s effecting the atmosphere, but also the composition of TP, its grain size and concentration
8、 doing harm to man are paid enough attention as well, namely, the PM 10 and the heavy metals in it affecting mans respiratory system, lung fijnction, blood circulating system and immune system function. Whafs more, the US EPA has set the regulation of PM2.5 in 1997. Now many a study has shown that,
9、the pollutants from burning fossil fuel are one of the main air pollution sources. Therefore it easy to draw the conclusion that, carrying studies on the regulatory of PM2.5s forming and harmful inorganic and organic trace elements transforming and enriching in them while coal is burned are of great
10、 essence. The main contents of the dissertation include the following five aspects: firstly, exploring into the formation of fine fly ash from coal-fired boilers; Secondly, studies on the properties of composition of fly ash in the entrance and exit of the dust catcher of boilers by adopting WY-1 im
11、pact seven - stage classification dust sampler to sample fly ash; Thirdly determination the contents of six harmful heavy metals Pb, Cd, Cu, Zn, Ni and Cr in ttie sampled classified fly ash by AAS (Atomic Absorption. Spectrometry); Fourthly, carrying out some preliminary researches on how the heavy
12、metals in coal are transformed between the outcomes of coal-fired boilers, which are slag, fly ash and flue gas; And finally, doing some elementary studies on the leaching of fly ash by imposing TCLP (Toxicity Characteristics Leaching Procedure), KEY WORDS: atmospheric pollution, pollutants, NOx, S0
13、2. coal combustion, coal-fired boiler, dust catcher, grain size, fly ash, TP / PM10/ PM2.5, heavy metals), Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Cr, trace elements, enriching, AAS leaching, TCLP 第一章绪论 随着人口的激增,社会的进步,全球经济的快速增长,人类耐以生存的生态 环境己成为全球瞩目的焦点。随着国民环保意识以及对环境质量要求的不断提 高,环境污染问题变得越来越突出。但是我们不能因为为了保护环境而不求经济 增长,同时也不能以破坏环
14、境的方式来取得经济的发展。人类应该有一个光明的 未来,应寻求一条经济增长与环境协调发展的道路,与自然共同存在共同发展。 人类只有一个地球,于是环境保护就成为跨越国境的全人类共同关心的课题。从 1987年世界环境与发展委员会 ( WCED)发表的我们共同的未来到 1992年 世界环境与发展大会通过的 21世纪议程和气候变化框架条约,都提出了 可持续发展( Sustainable Development)的概念,其核心在于协调人类与自然的 关系,走 洁净生产 和 绿色技术 的道路,强调运用科技力量保护环境 41。 中国早在 1978年就把 保护环境和自然资源,防止污染和其他公害 作为一项 基本国策
15、在中华人民共和国宪法中确定下来。并于 1989年 12月 26 F1七届 全国人大常委会十一次会议正式通过了中华人民共和国环境保护法。 能源与环境是人类赖以生存和发展的基本条件。化石燃料(煤和石油)的大 规模生产和利用标志着人类的第一次产业革命和第二次产业革命,但是同时也给 环境带来了巨大影响,全球性大气环境污染成为人类面临的最为严重的危机。 大气在人类生存环境中特别重要,因为空气是地球表面一切有生命的物质赖 以生存的基本条件, -个成年人每次呼吸空气量为 .5L59, 每分钟 16次,每天 需要 10 12m3空气,约为 13 15kg,这个数值是每天需要饮水量的 10倍。人 可以一周多不吃
16、饭, 5天不喝水,但是空气断绝 5min就会死亡。人的一生大 约 要呼吸 5亿次 58,没有空气,人类就无法生存。在国外的八大公害事件中,有五 件是属于大气污染的公害事件 51他们是 1930年比利时发生的马斯河谷烟雾事 件; 1948年美国发生的多诺拉烟雾事件; 1952年伦敦发生的伦敦烟雾事件; 1946 年美国洛杉矶发生的光化学烟雾事件; 1955年日本发生的四日市二氧化硫污染 事件。以伦敦烟雾事件而言,大气中烟尘最高浓度达 4.46 mg /m3,二氧化硫曰 均浓度达 1.34 ppm,持续时间达 4、 5天,死亡人数达 4000多人。 1930年 12月 1-5日,比利时马斯河谷工
17、业区内 13个工厂排放的大量烟雾弥漫在河谷上空无法 扩散,使河谷工业区有上千人发生胸疼、咳嗽、流泪、咽痛、呼吸困难等,一周 内有 60多人死亡,许多家畜也纷纷死去,这是 20世纪最早记录下的大气污染事 件。 1952年 12月 5-8日,伦敦城市上空高压,大雾笼罩,连日无风。而当时正值 冬季大量燃煤取暖期,煤烟粉尘和湿气积聚在大气中,使许多城市居民都感到呼 吸困难、眼暗刺痛,仅四天时间内死亡了 4000多人,在之后的两个月时间内, 又有 8000人陆续死亡。这是20世纪世界上最大的由燃煤引发的城市烟雾事件。 从 20世纪 40年代起,已拥有大量汽车的美国洛杉矶城上空开始出现由光化学烟 雾造成的
18、黄色烟幕。它刺激人的眼睛、灼伤喉咙和肺部、引起胸闷等,还使楦物 大面积受害,松林枯死,柑橘减产。 1955年,洛杉矶因光化学烟雾引起的呼吸 系统衰竭死亡的人数达到 400多人,这是最早出现的由汽车尾气造成的大气污染 事件。 1948年 10月 26-31日,美国宾夕法尼亚州多诺拉镇持续雾天,而这里却 是硫酸厂、钢铁厂、炼锌厂的集中地,工厂排放的烟雾被封锁在山谷中,使 6000 人突然发生眼痛、咽喉痛、流鼻涕 、头痛、胸闷等不适,其中 20人很快死亡。 这次烟雾事件主要由二氧化硫等有毒有害物质和金属微粒附着在悬浮颗粒物上, 人们在短时间内大量吸入了这些有害气体,以致酿成大灾。 19世纪 80年代
19、,日 本富山县平原神通川上游的神冈矿山实现现代化经营,成为从事铅、锌矿的开釆、 精炼及硫酸生产的大型矿山企业。然而在釆矿过程及堆积的矿渣中产生的含有镉 等重金属的废水却直接长期流入周围的环境中,在当地的水田土壤、河流底泥中 产生了镉等重金属的沉淀堆积。镉通过稻米进入人体,首先引起肾脏障碍,逐渐 导致软骨症,在妇女妊娠、哺乳、内分 泌不协调、营养性钙不足等诱发原因存在 的情况下,使妇女得上一种浑身剧烈疼痛的病,叫痛痛病,也叫骨痛病,重者全 身多处骨折,在痛苦中死亡。从 1931年到 1968年,神通川平原地区被确诊患此 病的人数为 258人,其中死亡 128人,至 977年 12月又死亡 79人
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- 关 键 词:
- 燃烧 颗粒 及其 重金属 生成 分布 特征 研究 海燕
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