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大气可吸入颗粒物(PM1o)对环境和人体都有较大危害。煤的燃烧是大气可吸入颗粒物污染的重要来源。通过高温沉降炉上的煤粉燃烧实验,研究燃煤飞灰细颗粒的磁特性及其铁相物质形成机理,为利用燃煤飞灰细颗粒的磁特性脱除燃煤可吸入颗粒物提供理论基础,具有重要的理论与现实意义。
本论文通过采用热力工况与实际煤粉炉相近的沉降炉实验装置,制备了三种煤样在不同燃烧温度和燃烧气氛下的燃煤飞灰细颗粒样品。在研究过程中,采用XRD定性分析燃煤飞灰细颗粒中的矿物晶体相;运用穆斯堡尔谱仪定性和定量分析燃煤飞灰细颗粒中含铁物相存在形式及其相对含量的变化规律,探讨煤种、燃烧温度和燃烧气氛对含铁物相相对含量的影响规律;并通过振动样品磁强计(VSM)测试其磁特性,系统研究燃煤飞灰细颗粒的磁特性与其磁性当量铁相对含量及燃烧条件的关系。
XRD分析研究表明,燃煤飞灰细颗粒主要是由Si02、Al6Si2013、CaO、a-Fe203、r-Fe203, Fe304.K20、Na20、和MgO等组成。原灰中铁元素主要存在形态为赤铁矿、磁铁矿和磁赤铁矿。燃烧温度的上升并没有改变燃煤飞灰细颗粒中矿物晶体相的成分,只是改变了其相对含量,其中赤铁矿的含量随温度的升高增加较为明显。模拟空气气氛和模拟低氧气氛下生成的主要晶体相也没有变化,各种主要晶相的差异非常小,02浓度的降低没有影响煤中主要矿物质的转化机理。与模拟空气气氛燃烧相比,02/C02燃烧气氛对燃煤飞灰细颗粒中主要矿物晶体相的生成没有影响,只是改变了其相对含量。
穆斯堡尔谱分析研究表明,煤粉燃烧后,煤中的含铁矿物质基本转化为含铁硅酸盐玻璃体以及o,-Fe203、r-Fe2o3和Fe304等铁氧化物存在于燃煤飞灰细颗粒中,其中r.Fe203和Fe304是铁磁性物质。煤种、温度和燃烧气氛对燃煤飞灰细颗粒中含铁物相的种类没有影响,而对含铁物相的含铁量占总铁的百分含量(以下简称为铁的相对含量)有一定的影响,其中所含磁性铁相成分也有所不同。在模拟空气气氛下,当燃烧温度升高时,燃煤飞灰细颗粒中a-Fe203中铁的相对含量逐渐增加,磁性铁相r-Fe203和Fe304中铁的相对含量的变化趋势较为复杂,硅酸盐玻璃体中的铁的相对含量增减趋势和煤种类型有关。与模拟空气气氛燃烧相比,当氧浓度降低时,a-Fe203和含铁硅酸盐玻璃体中铁的相对含量趋势增减趋势和煤种类型有关,r-Fe203中铁的相对含量有所上升,Fc304中铁的相对含量变化比较复杂。与模拟空气气氛燃烧相比,02/C02燃烧气氛下,a-Fe203和含铁硅酸盐玻璃体中铁的相对含量增减趋势也和煤种类型有关,Fe304中铁的相对含量稍有降低,r-Fe203中铁的相对含量变化比较复杂。
VSM分析研究表明,随着燃烧温度的上升,燃煤飞灰细颗粒的饱和磁化强度在保证煤粒充分燃烧温度范围内有逐渐降低的趋势。氧浓度的降低导致三种燃煤飞灰细颗粒的饱和磁化强度均有不同程度的增加,而在02/C02气氛燃烧条件下,燃煤燃煤飞灰细颗粒的饱和磁化强度与煤种相关,可能会表现出不同的增减趋势。结合穆斯堡尔谱分析结果表明:燃煤飞灰细颗粒的饱和磁化强度与其中的磁性当量铁相对含蕈存在明显的正相关性。