1414 工程科学学报，第42卷，第11期 通过选择适当的痕量元素化合物和蒸发温度，可 气体产物，特别是痕量元素的气态产物的含量，进 以在模拟烟气中产生不同化合形态或价态的气态 而计算理论痕量元素污染物浓度，为下一步应用 痕量元素污染物.但值得注意的是，蒸发过程本身 烟气中的痕量元素气态产物提供支持 可能会对气态痕量元素污染物的发生产生不可控 基于燃烧法，张小锋等②采用一维炉实验台 制的影响，如蒸发器加热不均匀、溶液蒸发不完 燃烧液化石油气产生含铅的烟气，并研究了铅元 全、化合物分解不完全等，且无法排除模拟烟气中 素的排放特性.Zhou等s)采用燃烧含砷烟煤产生 水蒸气对实验结果的影响.当溶液中化合物选用 高砷飞灰，用于研究煤中含砷化合物的化学性质 可溶的氯化物、硫酸盐或硝酸盐时，还应注意其阴 刘海彪5采用室内模拟燃烧方法研究不同煤种排 离子部分在蒸发及受热分解后的变化，以防止可 放As等痕量元素污染物的特征 能产生的HC1、SO2和NO,等副产物对模拟烟气 为尽可能地符合实际过程，实验室用于产生 组分的影响.此外，从在蒸气发生器中产生到最后 烟气的燃烧系统与燃煤电厂或其他工业设备的布 引出的过程中，气态痕量污染物会经历一段较长 置基本相同，首先将实验煤样进行磨制成粉，使其 的管内流动，在流动时可能会由于管壁温度低于 粒度与电厂实际煤粉基本一致，然后将磨制好的 蒸发温度而发生部分气体液化并附着于管壁的现 煤粉以固定速率经给料装置送入燃烧系统，燃烧 象，进而影响气态痕量污染物的产生速率及后续 产生含有痕量元素污染物的烟气和飞灰，用于相 其他实验的准确性，为了避免上述液化附着管壁 关的分析研究.一般而言，燃烧法产生的烟气流量 现象的发生，在实际实验时，可以根据实验需求和 没有固定范围，其随着送排气装置的尺寸、给煤速 气态痕量污染物的蒸发特性选择在管壁外侧增加 率、燃烧状况等影响因素的改变而改变.整个燃 加热带，以尽可能避免液化现象的发生.溶液蒸发 烧系统可通过控制装置实现对不同燃烧工况的调 法发生的气态痕量元素污染物与实际烟气中存在 整，燃烧法系统示意图（图2）由参考文献[55]中图2.3 的气态痕量元素污染物相比，无论是浓度还是化 简化得到 学形态，都可能存在较大差异，因此常用于与痕量 采用燃烧法可以获得最接近于真实情况的气 元素污染物迁移转化和吸附脱除方面的机理性研 态痕量污染物，但在实际应用过程中会在以下两 究或定性分析 个方面产生误差：第一，在实验前采用微波消解对 12燃烧法 实验煤样进行处理，再采用电感耦合等离子体质 燃烧法通过在实验室模拟燃烧装置中燃烧煤 谱法(ICP-MS)对消解样品中需要研究的痕量元 粉等实际燃料的方法，产生含有气态痕量元素污 素进行含量检测，在此过程中由于消解过程处理 染物的烟气，用以研究痕量元素污染物的生成释 时赶酸等操作使得部分痕量元素离开待测样品， 放和迁移转化规律50列.一般而言，在实验室中采 造成ICP-MS所检测痕量元素含量与真实值相比 用燃烧法获得所需模拟烟气前需要对实验煤样进 较低：第二，在实验煤样燃烧产生烟气的过程 行元素分析及其他检测，进行这些分析和检测的 中，由于管壁附着、FGD等设备处理吸附等原因 目的有以下两点：第一，获得理论空气量、生成氮 造成出口烟气的痕量元素痕量低于ICP-MS检测 气等气体理论容积及实际烟气容积，用以设计送 值5由于燃烧法系统的复杂性，在管壁外增加加 气和排气装置的尺寸和安装位置；第二，获得不同 热带的方法不适用，可以通过预实验建立痕量污 1000℃ ROCESSING M Post-treatment Grinding and screening system system Central control platform ESP.SCR and FGD Combustion system Control flow Pulverized coal and flue gas flow 图2燃烧法系统示意图5- Fig.2 Schematic ofa combustion system通过选择适当的痕量元素化合物和蒸发温度，可 以在模拟烟气中产生不同化合形态或价态的气态 痕量元素污染物. 但值得注意的是，蒸发过程本身 可能会对气态痕量元素污染物的发生产生不可控 制的影响，如蒸发器加热不均匀、溶液蒸发不完 全、化合物分解不完全等，且无法排除模拟烟气中 水蒸气对实验结果的影响. 当溶液中化合物选用 可溶的氯化物、硫酸盐或硝酸盐时，还应注意其阴 离子部分在蒸发及受热分解后的变化，以防止可 能产生的 HCl、SO2 和 NOx 等副产物对模拟烟气 组分的影响. 此外，从在蒸气发生器中产生到最后 引出的过程中，气态痕量污染物会经历一段较长 的管内流动，在流动时可能会由于管壁温度低于 蒸发温度而发生部分气体液化并附着于管壁的现 象，进而影响气态痕量污染物的产生速率及后续 其他实验的准确性，为了避免上述液化附着管壁 现象的发生，在实际实验时，可以根据实验需求和 气态痕量污染物的蒸发特性选择在管壁外侧增加 加热带，以尽可能避免液化现象的发生. 溶液蒸发 法发生的气态痕量元素污染物与实际烟气中存在 的气态痕量元素污染物相比，无论是浓度还是化 学形态，都可能存在较大差异，因此常用于与痕量 元素污染物迁移转化和吸附脱除方面的机理性研 究或定性分析. 1.2    燃烧法 燃烧法通过在实验室模拟燃烧装置中燃烧煤 粉等实际燃料的方法，产生含有气态痕量元素污 染物的烟气，用以研究痕量元素污染物的生成释 放和迁移转化规律[50−51] . 一般而言，在实验室中采 用燃烧法获得所需模拟烟气前需要对实验煤样进 行元素分析及其他检测，进行这些分析和检测的 目的有以下两点：第一，获得理论空气量、生成氮 气等气体理论容积及实际烟气容积，用以设计送 气和排气装置的尺寸和安装位置；第二，获得不同 气体产物，特别是痕量元素的气态产物的含量，进 而计算理论痕量元素污染物浓度，为下一步应用 烟气中的痕量元素气态产物提供支持. 基于燃烧法，张小锋等[52] 采用一维炉实验台 燃烧液化石油气产生含铅的烟气，并研究了铅元 素的排放特性. Zhou 等[53] 采用燃烧含砷烟煤产生 高砷飞灰，用于研究煤中含砷化合物的化学性质. 刘海彪[54] 采用室内模拟燃烧方法研究不同煤种排 放 As 等痕量元素污染物的特征. 为尽可能地符合实际过程，实验室用于产生 烟气的燃烧系统与燃煤电厂或其他工业设备的布 置基本相同，首先将实验煤样进行磨制成粉，使其 粒度与电厂实际煤粉基本一致，然后将磨制好的 煤粉以固定速率经给料装置送入燃烧系统，燃烧 产生含有痕量元素污染物的烟气和飞灰，用于相 关的分析研究. 一般而言，燃烧法产生的烟气流量 没有固定范围，其随着送排气装置的尺寸、给煤速 率、燃烧状况等影响因素的改变而改变. 整个燃 烧系统可通过控制装置实现对不同燃烧工况的调 整，燃烧法系统示意图（图 2）由参考文献 [55] 中图 2.3 简化得到. 采用燃烧法可以获得最接近于真实情况的气 态痕量污染物，但在实际应用过程中会在以下两 个方面产生误差：第一，在实验前采用微波消解对 实验煤样进行处理，再采用电感耦合等离子体质 谱法（ICP−MS）对消解样品中需要研究的痕量元 素进行含量检测，在此过程中由于消解过程处理 时赶酸等操作使得部分痕量元素离开待测样品， 造成 ICP−MS 所检测痕量元素含量与真实值相比 较低[57] ；第二，在实验煤样燃烧产生烟气的过程 中，由于管壁附着、FGD 等设备处理吸附等原因 造成出口烟气的痕量元素痕量低于 ICP−MS 检测 值[58] ，由于燃烧法系统的复杂性，在管壁外增加加 热带的方法不适用，可以通过预实验建立痕量污 Combustion system 1000 ℃ PROCESSING M ESP, SCR and FGD Grinding and screening system Control flow Pulverized coal and flue gas flow Central control platform Post-treatment system 图 2    燃烧法系统示意图[55−56] Fig.2    Schematic of a combustion system[55−56] · 1414 · 工程科学学报，第 42 卷，第 11 期