燃煤過(guò)程中鉻鉛去向分析論文
摘 要：對煤炭燃燒后其中的鉛、鉻等危害環(huán)境的重金屬元素的轉化、遷移方向進(jìn)行了分析研究，為電廠(chǎng)的環(huán)保工作提供了技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：鉛、鉻元素；化學(xué)提��；分布規律
0 前言
煤炭中含有眾多的微量元素，由于消耗量巨大，微量元素通過(guò)燃燒途徑的遷移、轉化，已成為其地球化學(xué)循環(huán)的重要分支之一。目前，我國煤炭消耗的大戶(hù)是火電廠(chǎng)。煤炭及燃燒后灰渣中微量元素含量對環(huán)境影響巨大，而有關(guān)煤中痕量重金屬在燃燒過(guò)程中的遷移轉化規律，特別是在燃燒產(chǎn)物中的分布、形態(tài)分配以及環(huán)境穩定性的系統研究更少。
1 化學(xué)逐級提取法
本文采用的化學(xué)逐級提取法：將樣品研磨過(guò)100目篩，稱(chēng)樣品1.0g（準確至0.0001g），放入聚乙烯離心管，同時(shí)做平行樣，進(jìn)行逐級分離試驗。逐級提取的樣品經(jīng)離心分離后取上清液測定，殘渣消化后測定，同時(shí)對樣品中各元素總量進(jìn)行測定，以驗證形態(tài)分離數據的合理性。
2 燃煤過(guò)程中微量重金屬鉻、鉛的遷移轉化規律研究
灰渣中微量元素的含量高低與燃用煤種、燃燒方式、燃燒溫度、燃燒氣氛、煤粉細度、元素存在形態(tài)等均有緊密的關(guān)系，影響因素復雜。
本次研究以河南省某電廠(chǎng)為實(shí)例，該廠(chǎng)總裝機容量6×200MW，主要燃用山西煤，全廠(chǎng)采用靜電除塵、灰渣分除、干除濕排的除灰渣方式。
2.1 入爐原煤、煤粉中鉻、鉛元素形態(tài)分析
由于元素的化學(xué)性質(zhì)及在煤中存在形式不同，導致它們在燃燒中的行為也有所不同。以硫化物和有機物形式結合的元素以及在燃燒溫度下易揮發(fā)的元素，易于在細微顆粒表面富集，而在燃燒溫度下不易揮發(fā)的元素，易于留在較大顆粒中。只有深入了解煤中痕量元素的分布形式及化學(xué)親和性，才能對煤燃燒產(chǎn)物中痕量元素的分布做出正確判斷。
對采集的入爐原煤、煤粉用化學(xué)逐級提取法進(jìn)行鉻、鉛的元素形態(tài)分析。結果顯示，煤中Cr 、Pb均主要以穩定的殘渣態(tài)存在。其中：
Cr主要以殘渣態(tài)（80~93%）、鐵錳氧化物結合態(tài)（5~12%）、有機結合態(tài)（2~6%）為主，碳酸鹽結合態(tài)約0.2~1.2%。不同浸取狀態(tài)百分含量高低順序為：殘渣態(tài)>鐵錳氧化物結合態(tài)>有機結合態(tài)>碳酸鹽結合態(tài)>>水溶態(tài)、可交換態(tài)。
Pb主要以殘渣態(tài)（60~69%）、碳酸鹽結合態(tài)（13~23%）、鐵錳氧化物結合態(tài)（15~20%）為主，有機結合態(tài)約2~5%。不同浸取狀態(tài)百分含量高低順序為：殘渣態(tài)>碳酸鹽結合態(tài)>鐵錳氧化物結合態(tài)>有機結合態(tài)>水溶態(tài)、可交換態(tài)。
2.2 燃煤過(guò)程中鉻、鉛在燃燒產(chǎn)物中的分布規律
入爐原煤、煤粉、灰、渣樣中鉻、鉛含量分析結果表明：
�。�1）原煤中微量元素含量及分布規律與成煤物質(zhì)和成煤過(guò)程有密切關(guān)系，與文獻資料相比，電廠(chǎng)煤中Cr含量高于植物低于土壤，而Pb均高，說(shuō)明Pb比Cr更易于富集在煤中。
�。�2）入爐煤粉與入爐原煤相比，Cr、Pb含量變化不大，Cr略有增加。電廠(chǎng)使用的鋼球屬低鉻合金鑄鐵鋼球，鉻含量為1.83~1.89%，襯瓦鉻含量為0.22~0.52%。
根據噸煤球耗121 g/t、煤本身的含鉻量10～13mg/kg以及沖灰用水中的總鉻約0.006mg/L計算，由沖灰用水帶入生產(chǎn)系統中的鉻約占生產(chǎn)系統的0.06～0.07%，由鋼球帶入生產(chǎn)系統中的鉻含量約占生產(chǎn)系統的14.5～18.1%（由于噸煤球耗包含鍋爐大小修和清理滾筒時(shí)棄去不用的鋼球，實(shí)際的鋼球消耗量更低）。因此，電廠(chǎng)燃用煤是生產(chǎn)過(guò)程中鉻主要來(lái)源。
�。�3）干灰、爐渣中Cr、Pb含量均較煤有明顯升高，說(shuō)明煤炭燃燒后，Cr、Pb都在干灰、爐渣中進(jìn)一步富集，Cr更易于在爐渣中富集，Pb更易在干灰中富集。
Cr、Pb屬親氧元素，Cr的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高于Pb（見(jiàn)表1）。熔點(diǎn)高，燃燒時(shí)不易揮發(fā)，排入大氣中少，而富集在灰渣中多；熔點(diǎn)低，燃燒時(shí)易揮發(fā)，當煙氣冷卻時(shí)，將發(fā)生凝聚和結核作用，導致其在細灰粒中有較高含量。結合前面元素形態(tài)分析的結果來(lái)看，原煤中Pb殘渣態(tài)含量低于Cr，而碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳氧化物結合態(tài)高于Cr，也說(shuō)明Pb比Cr更易于燃燒完全，富集在灰粒中。
比較灰、渣中的鉻和鉛含量與文獻值和國外公開(kāi)發(fā)表的有關(guān)飛灰、底灰中元素含量，鉻和鉛屬于該范圍內的低值區；與全國土壤水平相比，鉻含量與其相接近，鉛含量高于土壤水平；與農用粉煤灰中污染物控制標準（GB8173-87）相比，遠低于標準。
2.3 不同粒度灰樣中鉻、鉛的分布規律
在煤炭中微量元素向環(huán)境傳輸的過(guò)程中，微量元素在燃煤灰樣中的粒度分布是一個(gè)重要環(huán)節�；覙又形⒘吭氐牡厍蚧瘜W(xué)行為、歸宿以及對外環(huán)境的效應都與粒度分布有密切關(guān)系。 不同電場(chǎng)灰樣的粒度構成以及鉻、鉛元素在不同粒度范圍內的含量分布：
�。�1）#1爐<0.050mm粒子含量約50~75%，#6爐<0.050mm粒子含量約80~88%， #6爐灰較#1爐灰樣粒度細。
�。�2）不同電場(chǎng)，鉛、鉻含量呈現一定的變化趨勢，表現在：#1爐二三電場(chǎng)>#1爐一二電場(chǎng)、#6爐三電場(chǎng)>#6爐二電場(chǎng)>#6爐一電場(chǎng)。 Pb、Cr都更易在細粒徑上富集，大部分存在于<0.038~0.125mm灰粒上，最高值均在<0.050mm的顆粒級分，前3級分粒子中元素質(zhì)量百分含量之和基本均達90%以上，有的達100%。
�。�3）飛灰中元素含量及富集情況與鍋爐類(lèi)型、燃燒方式有密切關(guān)系，充分燃燒，更有利于重金屬元素在燃燒產(chǎn)物中富集。#6爐灰渣中的鉛、鉻含量高于#1爐灰渣，與#6爐燃燒更完全也有關(guān)。
2.4 燃煤灰渣中鉻、鉛形態(tài)分布的研究
環(huán)境顆粒物中不同化學(xué)形態(tài)的金屬具有不同的化學(xué)活性和生物可利用性，因此，環(huán)境顆粒物中金屬元素的形態(tài)分配研究受到人們關(guān)注。目前，對土壤、底泥等顆粒物中痕量金屬的形態(tài)分析研究較多，而從污染源角度出發(fā)，對煤燃燒排放顆粒物（灰渣）中痕量重金屬的形態(tài)分配研究甚少。
從前面的研究可看出，鉻易富集在灰渣中，鉛易富集在干灰中，不同粒徑的顆粒具有不同的元素含量，它們均有在細粒子中富集的顯著(zhù)傾向。為研究它們在沖灰過(guò)程中以及環(huán)境中的釋放和遷移，我們用化學(xué)逐級提取法研究了不同電場(chǎng)灰粒中六價(jià)鉻、總鉻與總鉛的形態(tài)分布，從而對其在環(huán)境中的行為有一定的了解，為開(kāi)展污染預防治理提供理論依據。
(1)試驗結果。
試驗方法同表1，結果見(jiàn)表2。
(2)結果分析。
�、贌o(wú)論是干灰還是爐渣，Cr、Pb均主要以穩定的殘渣態(tài)存在，這部分元素在環(huán)境中表現出高的穩定性，隨著(zhù)電廠(chǎng)沖灰過(guò)程，仍以顆粒物的形式向土壤或底泥遷移。
�、谒軕B(tài)、可交換態(tài)一般認為是由于吸附-解吸作用的顆粒物表面的離子形態(tài)，是環(huán)境中具較高遷移性的形態(tài)。從以上分析可看出，經(jīng)高溫燃燒后，干灰、爐渣中的Cr雖不主要以吸附作用存在于顆粒物中，但其水溶態(tài)、可交換態(tài)含量均比原煤中含量增加，環(huán)境穩定性降低。Pb在干灰、爐渣中的水溶態(tài)、可交換態(tài)含量基本為0，環(huán)境穩定性高。
�、鄹苫抑辛鶅r(jià)鉻、Cr的水溶態(tài)、可交換態(tài)含量高于爐渣，環(huán)境穩定性低于爐渣。
�、�#6爐干灰樣中Cr6+、Cr的水溶態(tài)、可交換態(tài)含量比#1爐高，#6爐灰樣中Cr6+、Cr更易遷移到環(huán)境中。這與#6爐燃燒更完全有一定的關(guān)系，與實(shí)際沖灰過(guò)程的結果相符。
3 結論
當煤粉進(jìn)入煤粉爐經(jīng)高溫燃燒后，鉻、鉛以與原來(lái)不同的比例分配在爐渣和除塵器下干灰中，它們在灰渣中進(jìn)一步富集，由于元素本身及其化合物的物理化學(xué)特性差異，鉻易于富集在爐渣中，鉛則在干灰中的含量更高；鉻、鉛更易于在細灰粒中進(jìn)一步富集，大部分存在于<0.038~0.125mm灰粒上，其含量隨電場(chǎng)不同的變化趨勢均為：三電場(chǎng)>二電場(chǎng)>一電場(chǎng)；充分燃燒，更有利于重金屬元素在燃燒產(chǎn)物中的富集。
干灰和爐渣中的Cr、Pb均主要以穩定的殘渣態(tài)存在，這部分元素在環(huán)境中表現出高的穩定性，隨著(zhù)電廠(chǎng)沖灰過(guò)程，仍以顆粒物的形式向土壤或底泥遷移；但干灰中的六價(jià)鉻、Cr在水溶態(tài)、可交換態(tài)含量增加，環(huán)境穩定性降低，變得易在環(huán)境中遷移，而Pb的水溶態(tài)、可交換態(tài)含量基本為0，環(huán)境穩定性高。
參考文獻
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