粉煤灰是燃煤電廠的副產(chǎn)物，為了控制SO2的排放，大部分電廠均實行了脫硫技術；但硫等元素被固化在粉煤灰中并排放在貯灰場后，在堆放甚至利用過程中，仍再次釋放到環(huán)境中，造成環(huán)境風險。本文依托Europe-Asia Link項目，以徐州地區(qū)主要的燃煤電廠的脫硫粉煤灰為研究對象，充分利用掃描電子顯微鏡/能量色散儀、X射線衍射儀、電感耦合等離子質譜儀等現(xiàn)代分析測試技術，全面地研究了脫硫灰渣的理化性質、釋放規(guī)律和環(huán)境風險；為了減少粉煤灰中硫等元素再次釋放的風險，進行穩(wěn)定化試驗研究，建立了穩(wěn)定化動力學模型。 研究工作與成果如下： (1)各電廠脫硫粉煤灰粒徑分布總體上相似，以煤粉爐燃煤的電廠形成的粉煤灰顆粒粒徑較均勻，以循環(huán)流化床鍋爐燃煤的電廠形成的粉煤灰顆粒粒徑差異較大；微觀形態(tài)上，煤粉爐高溫燃燒產(chǎn)生的粉煤灰，主要以規(guī)則的圓球形、表面附著晶體的球形顆粒、多孔的球形顆粒和不呈規(guī)則圓球形的顆粒四種形態(tài)存在，而煤粉在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)屬中溫燃燒，產(chǎn)生的粉煤灰多為不規(guī)則顆粒。由于脫硫工藝的影響，循環(huán)流化床粉煤灰中可以見到脫硫產(chǎn)物，主要為石膏晶體。所有的脫硫粉煤灰樣品中均含有一定量的不同燃燒程度的殘?zhí)�，殘�(zhí)汲示W(wǎng)狀、層狀、球狀等多種外形。 (2)各電廠灰渣中主要的結晶礦物有石英、莫來石，另外還含有一些伊利石、長石、方解石、石膏、赤鐵礦等礦物。硅、鋁和鐵的氧化物是構成燃煤灰渣的主要化學成分，含量超過80%�；以泻卸喾N微量元素，它們在不同電廠產(chǎn)生的灰渣中的含量具有明顯的差異性，多數(shù)元素在粉煤灰中的含量高于底渣中的含量，元素在粉煤灰中具有富集的趨勢。 (3)燃煤電廠脫硫粉煤灰的顆粒物排放因子比較接近，研究結果表明使用煤粉爐的燃煤電廠產(chǎn)生的粉煤灰的顆粒物排放因子較使用循環(huán)流化床鍋爐的電廠要高；同時研究的脫硫粉煤灰中10種元素的排放因子，以Mn元素的排放因子最大，Cd元素的排放因子最小；建立了在已知煤中元素含量、灰分和相應的顆粒物排放因子的情況下相應元素排放因子的函數(shù)關系：，指數(shù)b的取值范圍分別是：煤粉爐為0.26-1.51，循環(huán)流化床鍋爐為0.23-1.52。 (4)利用Meij提出的相對富集因子()揭示了反應不同元素在脫硫粉煤灰上的富集特征，并根據(jù)其數(shù)值大小確定元素揮發(fā)性的難易程度：相對富集因子數(shù)值大的元素揮發(fā)性較差，相對富集因子數(shù)值小的元素屬于易揮發(fā)性元素。采用質量平衡法獲得了燃燒產(chǎn)物中各元素在粉煤灰、底渣和煙氣中的分配比例，大部分元素燃燒后主要以脫硫粉煤灰和底渣的形式存在，但是部分元素(如V和Cu)在煙氣中所占的比例較大。 (5)為了揭示脫硫粉煤灰中元素的釋放特征，進行了靜態(tài)浸出實驗和動態(tài)淋濾實驗。在兩種釋放實驗中，都以Mo元素的釋放濃度為最高，Hg和Mn元素最低。各元素的釋放特征有一定的差異，動態(tài)淋濾實驗更接近粉煤灰自然狀態(tài)下接觸降水或其他液體的情況，其釋放規(guī)律更具有參考價值。釋放實驗后脫硫粉煤灰的微觀形態(tài)和礦物組成都發(fā)生了一定的改變，顆粒粒徑在一定程度上有所變小，球形顆粒表面多發(fā)現(xiàn)粘連晶體或者出現(xiàn)小孔，部分樣品中方解石含量有所增加。 (6)對動態(tài)淋濾實驗相關元素的累積含量進行非線性回歸擬合，得到元素的釋放動力學方程：，其中d是與脫硫粉煤灰樣品表面積、體積、其中某一元素含量和淋出液體積有關的一個常數(shù)。經(jīng)過驗證，該方程可以很好的模擬粉煤灰中元素向水體釋放的動力學過程。 (7)脫硫粉煤灰浸出毒性評價確定了采樣電廠粉煤灰并不是具有浸出毒性的危險廢物，但是對通過食入、皮膚接觸和吸入三種暴露途徑進入人體的粉煤灰進行健康風險評價表明，華美和徐塘兩家電廠都存在潛在的風險危害，所以在粉煤灰的再利用之前需要做相應的處理，以降低粉煤灰對環(huán)境和人體健康的危害作用。 (8)為了減少粉煤灰中元素再次釋放的風險，進行了穩(wěn)定化實驗，建立了元素在穩(wěn)定化實驗過程中的動力學方程：′，其中[X]是溶液中元素濃度，′是反應速率常數(shù)，SP是脫硫粉煤灰比表面積，m是脫硫粉煤灰質量，t是反應時間，f表示反應的最終狀態(tài)。
【學位單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2012
【中圖分類】：X773
【部分圖文】：

圖 1-1 不同粉煤灰顆粒形態(tài)掃描電鏡圖[36,37]Figure 1-1 SEM photomicrographs of different fly asha-球形顆粒, b-殘?zhí)? c-金屬碎片, d-石英和長石, e,f-石膏晶體煤灰顆粒的粒徑大小不一，與鍋爐類型、燃燒情況、礦物組成、除有關，但基本上在 0.001-0.1mm 之間。煤粉燃燒不完全時，因為未孔玻璃體相對多些，粒徑會少許向偏大的方向波動。另外布袋除塵裝置相比更能捕獲較小的顆粒[38-40]。Meg M. Iannacone 等研究了煙顆粒物的粒度分布，顆粒物類型，粉煤灰粒徑結果均小于 80μm，粒徑多在 10-50μm，應用掃描電鏡，獲得了不同類型顆粒物的微觀劉錦子等用激光衍射粒度分析儀測試了粉煤灰的粒度分布，結果 的范圍內(nèi)分布曲線的變化最快，表明顆粒粒徑多集中在小于 40μmAlper Baba 經(jīng)過煤粉燃燒試驗證實，煤中鏡質組和穩(wěn)定組在快速加大量逸出，體積迅速膨脹，形成空心炭，燃燒在外部與內(nèi)部同時進質的燃盡，煤粒中各處的小灰球粘結在一起，形成熔融包殼，并在作用下成球，形成空心微珠[43]，之后的研究使人們對粉煤灰的認

博士學位論文百分含量分布也相似，這應該是和顆粒物循環(huán)燃燒有關，最終得到大小接近。脫硫粉煤灰的微觀形態(tài)(Microstructure)1 各電廠脫硫粉煤灰的總體概貌煤灰是煤顆粒在高溫煅燒條件下產(chǎn)生的，由于入爐煤的煤質、粒徑別，不同類型鍋爐燃燒工藝上的差別，再加上煙氣脫硫技術、除塵式的不同，燃燒形成的粉煤灰在顆粒組成、形態(tài)和大小上都有所不燃煤鍋爐類型和煙氣脫硫技術為條件，將所采得的脫硫粉煤灰樣品類是使用煤粉爐燃煤和石灰石-石膏干法煙氣脫硫技術所得的粉煤是使用循環(huán)流化床鍋爐燃煤和爐內(nèi)投加石灰石脫硫叔叔所得的粉別拍攝兩類樣品的總體概貌圖片(×300)，分別見圖 3-2 和圖 3-3。a b

3 燃煤電廠脫硫粉煤灰的微觀特征研究循環(huán)流化床鍋爐燃煤得到的脫硫粉煤灰顆粒，顆粒形狀以不規(guī)則塊雖然都是不規(guī)則塊狀顆粒，也表現(xiàn)出非常大的差異，它們的粉煤灰，幾乎未見球形顆粒(圖 3-3)。而形成不規(guī)則塊狀顆粒的主要原因鍋爐流化燃燒屬于中溫燃燒，溫度為 850℃-900℃，達不到使無機度要求，灰渣不會軟化和粘結，因此循環(huán)流化床鍋爐燃燒產(chǎn)生的脫留燃燒裂解后的形狀，即不規(guī)則的塊狀形態(tài)[54,138]。a b
【參考文獻】

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本文編號：2856441