燃烧火焰中硒的迁移转化及富集颗粒物特性研究-环境工程专业毕作业论文.docx

摘要 摘 要 煤燃烧过程是全球最大的人为硒排放源。由于硒几乎都以气态形式直接排 放，或富集于细飞灰颗粒物中进入大气环境，并以其生物累积效应对人体健康及 生态环境造成很大影响，因此这～典型挥发性痕量元素己受到世界范围内的普遍 关切，对燃烧过程硒的迁移转化与排放控制措施的研究已成为新兴且前沿的领 域。 目前国内外大量关于硒的迁移转化及富集特性的研究，几乎都集中在于大型 燃煤电站锅炉或其他煤燃烧设备中进行试验，缺乏单独对硒在燃烧火焰中的迁移 转化行为所进行的研究。基于上述情况，本课题于燃烧火焰中进行了直接的关于 硒的迁移转化行为与富集颗粒物特性的实验研究，排除煤燃烧过程中其他干扰因 素对硒迁移转化的影响，并通过量子化学计算方法对硒在燃烧火焰中发生反应的 微观机理进行了初探性的研究。 首先创新性地搭建了以反扩散火焰燃烧器为主体的实验系统，以乙烯为燃 料，在模拟锅炉还原性氛围的条件下，将硒以蒸气形式载入燃烧火焰中。采用美 国EPAmethod 29方法对火焰中不同形态的硒进行采样，通过氢化物发生．原子荧 光光谱法(HG枷s)对采集样品进行测定与分析，探索反应过程中可能存在的 迁移转化与富集机理。实验结果表明，硒主要以气态的形式从火焰中释放进入环 境，气态硒是硒在燃烧过程中主要的迁移转化方式。火焰温度越高，颗粒态与气 态硒的浓度越大，即高温有利于硒的释放。同时在实验中，硒倾向于富集在尺寸 较细、比表面积较大的微细颗粒物中。 在实际燃烧过程中，空燃比即燃料的氧化程度是影响燃烧结果的重要因素， 并且真实燃烧环境下存在的其他气氛如二氧化硫等可能会对硒的形态转化造成 影响。因此实验依次调节空燃比、向燃烧气氛中添加不同浓度的二氧化硫气体， 对不同条件下硒的形态分布进行比较，分析空燃比的改变、二氧化硫气氛等因素 对硒的迁移转化与富集颗粒物特性的影响。在不同空燃比、二氧化硫浓度条件下， 气态硒仍是硒从火焰中释放出来的主要形式。调节空燃比的实验结果表明，空燃 比增大，颗粒态硒与气态硒的生成速率均增大；提高燃烧温度、采用较大的空燃 比能增大颗粒态硒的浓度，进一步提高燃烧后处理过程硒的脱除效率。调节二氧 化硫浓度的实验结果表明，低浓度的二氧化硫气氛会同时增大颗粒态硒与气态硒 的浓度，对硒的释放起促进作用，但较高浓度的二氧化硫反而会减小硒的释放量。 获得硒在燃烧火焰中发生反应的微观机理并借此预测硒在燃烧后的排放形 态，有助于针对性地提出燃烧过程痕量元素硒的排放控制措施。因此基于硒燃烧 万方数据  华北电力大学硕士学位论文 过程化学反应机理不甚明确、相应的反应动力学参数(活化能、指前因子、反应 速率常数等)比较缺乏的实际，利用量子化学从头计算法研究了燃烧火焰中硒与 氧发生的三个反应的微观机理。应用MP2／GEN方法与基组对各化学反应的反应 物、过渡态、中间体、产物进行了几何构型的优化。在同一水平上计算了能量， 同时进行零点能校正，计算出了反应的活化能、指前因子、不同温度下的速率常 数等动力学参数。所得微观机理与动力学计算参数值可为其他研究者的工作起一 定参考作用。 关键词：燃烧火焰；痕量元素；硒；形态分布；迁移转化；富集特性 II 万方数据  Abstract Abstract Coal combustion process has been the largest anthropogenic emission source of selenium in the world．After being burned，almost all the selenium would be emitted directly into the atmospheric envirolmaent in vapor phase，or show enrichment behaviour in fine particulate matters．Since the bio—accumulative effect of selenium could have great negative impact to human health and ecological environment，this kind of typical volatile trace element has attracted increasing worldwide attention，and study on transformation and emission control measures of selenium in combustion process has become an emerging and frontier area． At present，most study OD trans