2015年12月 CIESC Journal
December 2015第
66卷 第12期 化 工 学 报 V ol.66 No.12
富氧燃烧方式下煤中砷的挥发行为
刘慧敏1，王春波1，黄星智1，张月1，孙鑫2
（1华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北 保定 071003；2华北理工大学冶金与能源学院，河北 唐山 063009） 摘要：选取SJS 烟煤，利用高温管式炉模拟富氧燃烧，在600~1400℃温度范围内研究了O 2浓度、CO 2浓度及温度对砷挥发的影响，并进行了空气燃烧模式下的对比实验。对不同工况下的灰样进行FTIR 表征并结合化学热力学软件模拟进行分析，结果表明：富氧气氛和空气气氛下煤中砷的挥发比例均随温度升高不断增大，并在低温区间（<900℃）和高温区间（>900℃）分别出现了砷的剧烈失重，但O 2浓度和CO 2浓度影响了不同气氛下砷的具体挥发行为。低温下（<900℃）O 2浓度是影响砷挥发的主要因素，O 2浓度越高，砷的挥发比例越大；相同O 2浓度下，CO 2浓度越高，砷的挥发比例越低，CO 2的存在抑制了煤中砷的挥发。高温下（>900℃）CO 2浓度是影响砷挥发的主要因素，富氧气氛下高CO 2浓度对热量的阻碍导致相同条件下砷酸盐发生分解需要更高的温度，因此富氧气氛下砷的挥发较空气模式滞后；此外CO 2在煤颗粒表面形成还原性气氛，高价态砷化合物向不稳定的低价态砷化合物转变，低价态砷化合物的快速分解导致高温下富氧气氛中砷的挥发速率较常规空气模式快。 关键词：富氧燃烧；砷挥发；温度；O 2浓度；CO 2浓度 DOI ：10.11949/j.issn.0438-1157.20151166
中图分类号：X 511 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2015）12—5079—09
Volatilization of arsenic in coal during oxy-fuel combustion
LIU Huimin 1, WANG Chunbo 1, HUANG Xingzhi 1, ZHANG Yue 1, SUN Xin 2
(1Department of Energy Power ＆Mechanical Engineering , North China Electric Power University , Baoding 071003, Hebei , China ;
2
College of Metallurgy and Energy , North China University of Science and Technology , Tangshan 063009, Hebei , China )
Abstract : Arsenic volatilization characteristics of SJS bituminous coal were carried out on the high-temperature tube furnace from 600℃ to 1400℃ at different oxy-fuel atmospheres. Combined with FTIR analysis and thermodynamic analysis, and taking air condition into consideration, the effects of O 2, CO 2 and temperature on arsenic volatilization were studied. Results showed that the releasing proportion of arsenic increased with increasing temperature both in oxy-fuel and air combustion. Two arsenic mass loss peaks were observed at ＜900℃ and ＞900℃ stages, separately. At temperature lower than 900℃ oxygen content was the major fact. The more O 2 ratio, the larger volatile proportion of arsenic. But at the same O 2 ratio condition, the higher CO 2 concentration brought down the emission of arsenic and thus the volatile proportion was decreased. At temperature higher than 900℃ the content of carbon dioxide was the major fact, The higher CO 2 concentration in oxy-fuel atmosphere hindered heat transfer, and thus higher temperature was needed for the decomposition of arsenates under the same conditions, which led to the delay of the intensive emission of arsenic compared to air condition. Besides, high CO 2 content in oxy-fuel condition resulted in the reductive atmosphere around coal particles, which caused arsenic
2015-07-21收到初稿，2015-09-09收到修改稿。
联系人及第一作者：刘慧敏（1990—），女，博士研究生。 基金项目：国家高技术研究发展计划项目(2013AA065404)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(2015XS115)。
Received date : 2015-07-21.
Corresponding author : LIU Huimin, liuhuimin0309@https://www.doczj.com/doc/2d10571256.html, Foundation item : supported by the National High Technology Research and Development Program of China (2013AA065404) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (2015XS115).
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compounds with high chemical valence being reduced to compounds with lower chemical valence, while the arsenic compounds with lower chemical valence were unstable and their fast decomposition led to the higher mass loss rate of arsenic in oxy-fuel condition than to the air condition.
Key words: oxy-fuel combustion; arsenic volatilization; temperature; O2 concentration; CO2 concentration
引言
燃煤发电是我国电力生产的主要途径，同时煤燃烧带来的环境问题不容忽视，除产生CO2、SO2、NO x和颗粒物（PM2.5）以外，煤中的有毒痕量元素如汞、砷、铅等也在燃烧过程中随灰渣和烟气排放到环境中[1]。其中砷由于其毒性和致癌性受到了广泛关注，几乎所有的砷化合物均有毒，且+3价砷的毒性比+5价砷高约50倍[2]，研究燃煤过程中砷的挥发特性显得尤为重要。而煤中砷的挥发行为受到很多因素的影响[3-7]，除了煤种、煤中砷含量、砷的赋存形态、燃烧温度以及压力以外，砷的挥发特性还和燃烧气氛密切相关。
富氧燃烧技术(O2/CO2燃烧技术)作为一种新型的燃烧方式，不仅NO x排放量比常规空气气氛下燃烧减少1/3左右，同时还可以控制SO2排放并回收CO2，因此该技术有可能实现大气污染物的近零排放，是一种技术上可行、经济上具有竞争力的CO2减排方法[8]。富氧燃烧技术用CO2替代N2，大量的CO2与碳颗粒反应生成CO气体，使碳粒表面形成短暂的还原性气氛，这和空气气氛的燃烧有较大区别，因此煤中砷的挥发和迁移也会受到影响。Yan 等[9]利用软件模拟了400～1800 K，0.6～1.2的过量空气系数下痕量元素的迁移规律，发现还原性气氛下大部分痕量元素容易生成易挥发的次氧化物、痕量元素硫化物等不稳定化合物；而王泉海等[10]在400～1800 K下的软件模拟结果表明，与空气（20O2/80N2）相比，富氧（20O2/80CO2）气氛下高浓度的CO2抑制了痕量元素的挥发；卢骏营等[11]在750～950℃下的管式炉实验表明，高浓度的CO2在一定程度上抑制了更易挥发的次氧化物或单质痕量元素的生成，而根本原因则是富氧气氛降低了颗粒表面温度，他们认为温度的影响大于气氛的影响；王超等[12]在1500℃高温沉降炉中研究砷和铅的分布规律，发现与O2/N2相比，O2/CO2气氛中细微颗粒物中砷的浓度较高，富氧气氛一定程度上提高了烟气中的砷浓度；Low等[13]将富氧沉降炉实验结合XANES技术分析，得到27O2/73CO2气氛下砷的挥发比例略高于空气下；而Contreras等[14]利用HSC 6.1软件模拟了富氧燃烧下痕量元素的分布规律，发
现850℃、30O2/70CO2气氛下砷的挥发比例与空气
气氛相比无明显变化。
总结前人的研究成果可知，关于富氧气氛下砷的
挥发特性目前主要还集中在热力学模拟上，实验方
面的结果较少，且富氧气氛下CO2对砷挥发的影响
是促进还是抑制存在分歧，CO2的存在对砷的挥发有
无影响还不得而知。此外，低温（750～950℃）和高
温（1500℃）下得到的富氧实验结果也存在明显差异。
为了明确富氧气氛下砷的挥发特性与空气气
氛下的差异，进一步探究不同温度、不同气氛对砷
的挥发行为造成的影响，本文在高温水平管式炉上
进行了SJS烟煤的燃烧实验，选取空气气氛、常规
烟气气氛、富氧气氛和富氧烟气气氛4个气氛在600～1400℃的温度范围内进行对比研究，分析O2
浓度、CO2浓度和温度对砷挥发的影响。
1 实验部分
1.1 实验样品和装置
依据中国煤中砷的平均含量（4 μg·g?1）以及
煤中砷的主要赋存形态（硫化物结合态），本文选取
具有代表性的SJS烟煤进行燃烧实验，煤中砷的含
量为 4.26 μg·g?1，硫化物结合态砷所占比例为42%。研磨筛分至粒径范围100～150 μm。煤样的
元素分析、工业分析、灰分矿物组成、砷含量和砷
的赋存形态如表1所示。
表1 煤样的基本性质
Table 1 Properties of coal sample
Ultimate analysis w ad①/%Proximate analysis w ad/%
C H O②N S M V A FC
60.07 4.319.780.630.49 1.06 22.51 24.7251.71
Ash composition/%
Al2O3CaO Fe2O3K2O Na2O MgO MnO SiO2
21.09 6.24 7.92 3.75 1.55 1.62 0.11 49.87
Mode of occurrence of arsenic in coal/% Arsenic in
coal/μg·g?1Exchangeable Organic Sulfide Residual
4.26 0 31 42 27
① ad—air dry.
② By difference.
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燃烧实验系统如图1所示。管式炉直径50 mm ，长1.2 m ，可调温度范围为600～1700℃，放置于水平光滑导轨上。每次称取0.5 g 左右的煤样平铺于长约97 mm ，内宽为11 mm 的船形刚玉舟内，形成一近单颗粒薄层。炉温达到指定温度并保温30 min 后，将管式炉沿导轨迅速推至设定位置，保证刚玉舟处于炉膛设定温度的恒温区，数据采集系统和计算机用于记录煤灰的质量变化，待煤灰质量恒定后取出，密封冷却待测。为了减小称量误差、气流波动、升温速率微小差异等因素造成的灰样质量变化，实验过程中相同工况重复3次，取3次灰样质量的平均值作为终值。燃烧实验工况和参数如表2所示，炉内所通混合气体总流量为0.14 m 3·h ?1，前期实验证明该流量可消除外扩散的影响[15-17]。
表2 燃烧实验工况和参数
Table 2 Experimental parameters of coal combustion
Experimental atmospheres
Oxy21
Flue gas based on oxy21
Air
Flue gas based on air
21O 2/79CO 2 5O 2/95CO 2 21O 2/79N 2 5O 2/16CO 2/79N 2
Experimental temperatures/℃
600 800 900 1100 1300 1400
1.2 样品分析和测试
利用德国Berghof 公司的SpeedWaveMWS-4型微波消解仪消解实验后的灰样，具体方法是称取0.2 g 固体灰样放入消解罐，依次加入5 ml 浓硝酸和2 ml 氢氟酸，按照仪器给定的煤灰消解程序进行消解，消解后加去离子水定容至100 ml ，待测。煤样的消解方法参照GB/T 3058—2008《煤中砷的测定方法》，将煤样与艾氏剂混合灼烧，用盐酸溶解灼烧后的样品，加去离子水定容至100 ml ，待测。
利用英国PSA 公司的PSA 10.055 Millennium
Excalibur 自动氢化物发生原子荧光光谱仪（原子荧光光谱法，通过测定待测元素的原子蒸气在辐射能激发下发出的荧光发射强度来进行元素定量分析）检测液体样品中的砷含量。为了确保砷含量测试结果的准确性，每组样品测试3次，相对偏差位于 ±10%以内认为数据有效；每隔5个样品测试一个已知浓度的标液，用于验证仪器的运行误差，标液测试结果位于±10%以内认为仪器运行良好，测试数据有效；同时每隔5个样品测试一个加标样品，用于验证样品中各组分对砷测试的干扰，加标回收率位于80%～120%认为无干扰，测试数据有效。本实验取3次有效测试数据的平均值作为测试结果。不做特殊说明，实验均使用去离子水；试剂均为优级纯。
此外，利用美国PE 公司的PerkinElmer Frontier P2红外光谱仪（FTIR ）表征燃烧后灰样中矿物质的演化行为。
1.3 实验结果的表征方式
燃烧前煤中砷的含量用m 0来表示，单位μg ·g ?1；燃烧后煤灰中砷的含量用1m ′来表示，单位μg ·g ?1，煤的成灰比例为η。为了计算的方便，统一将灰中砷的含量1m ′换算为原煤基下灰中砷的含量m 1，即：11m m η′=，单位μg ·g ?1。则原煤基下灰中砷的残留比例w 的表达式如下
1100
100%100%m m w m m η′=
×=×
(1)
砷的失重比例y 表示燃烧温度为T 时原煤基下砷的挥发比例，即
100%y w =? (2) 而砷的失重速率r (%·C ?1)表示在燃烧过程中煤中砷的失重比例随温度变化的快慢程度，计算公式如下
r 2
1
21
d(100%)d d d w w w w T T T T ??=
=?=??
(3)
图1 实验装置示意图
Fig.1 Experimental system of coal combustion
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2 结果与讨论
2.1煤中砷的挥发特性
SJS煤在高温管式炉上燃烧后灰的主要参数详见表3。
其中，不同温度和气氛下煤的成灰比例如图2所示。对比不同气氛下煤的成灰比例可以发现，21%O2气氛（21O2/79N2和21O2/79CO2）下煤的成灰比例明显低于5%O2气氛（5O2/16CO2/79N2和5O2/95CO2），这主要是因为O2浓度越高，煤燃烧越剧烈，加大了矿物质的分解和转化程度，从而降低了煤灰质量；而相同O2浓度下，富氧燃烧气氛得到的成灰比例要略高于空气气氛下的成灰比例，说明提高CO2浓度会减缓煤燃烧的剧烈程度。此外，从图2中O2浓度和CO2浓度对煤燃烧的影响来看，O2浓度不同造成的成灰比例差异大于CO2浓度不同造成的成灰比例差异，即O2浓度是影响煤燃烧剧烈程度的主要因素。
图2 不同气氛下煤的成灰比例
Fig.2 Ash proportion of SJS coal at different atmospheres
煤燃烧过程中砷的失重特性用砷失重曲线来表示，如图3所示。图3中散点表示实验点（原煤基下灰中砷的残留比例，如表3所示，25℃下为100%），通过B样条曲线拟合，得到砷的残留比例随温度的变化曲线。需要说明的是：由于砷在煤
表3不同温度和气氛下砷挥发的相关参数
Table 3 Volatile parameters of arsenic at different temperature and atmospheres
Temperature
/℃Atmosphere
Arsenic content in
ash/μg·g?1
Average ash
proportion/%
Arsenic content based on
initial coal/μg·g?1
Average residual
proportion of arsenic/%
Average volatile
proportion of arsenic/%
600 21O2/79N2 15.32 22.5 3.45 80.89 19.11 5O2/16CO2/79N2 16.48 22.78 3.75 88.12 11.88
21O2/79CO2 16.08 22.6 3.63 85.32 14.68 5O2/95CO2 16.73 22.85 3.82 89.76 10.24 800 21O2/79N2 12.13 22.5 3.45 63.46 36.54 5O2/16CO2/79N2 14.18 22.78 3.75 75.38 24.62
21O2/79CO2 13.97 22.6 3.63 73.26 26.74 5O2/95CO2 15.02 22.85 3.82 80.01 19.99 900 21O2/79N2 8.82 22.13 1.95 45.83 54.17 5O2/16CO2/79N2 10.42 22.53 2.35 55.13 44.87
21O2/79CO2 10.35 22.17 2.29 53.87 46.13 5O2/95CO2 10.92 22.6 2.47 57.93 42.07 1100 21O2/79N2 7.80 21.13 1.65 38.67 61.33 5O2/16CO2/79N2 9.38 21.52 2.02 47.4 52.60
21O2/79CO2 10.21 21.23 2.17 50.86 49.14 5O2/95CO2 10.49 21.61 2.27 53.2 46.80 1300 21O2/79N2 4.77 20.87 0.99 23.35 76.65 5O2/16CO2/79N2 3.43 21.42 0.73 17.23 82.77
21O2/79CO2 7.07 20.95 1.48 34.76 65.24 5O2/95CO2 7.53 21.57 1.62 38.11 61.89 1400 21O2/79N2 3.34 20.72 0.69 16.24 83.76 5O2/16CO2/79N2 2.21 21.4 0.47 11.12 88.88
21O2/79CO2 2.04 20.87 0.42 9.97 90.03 5O2/95CO2 2.45 21.52 0.53 12.36 87.64
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图3 不同气氛下砷的失重曲线
Fig.3 Mass loss curves of arsenic during oxy-fuel combustion
中的含量为痕量级（10?4～10?5），燃煤过程中砷的失重特性无法直接用热重分析仪器测试，这种情况下，本文通过对不同温度下砷的残留比例散点进行拟合得到砷失重曲线，以此来反映煤中砷的含量变化特性。
从图3中可以看出，随着燃烧温度的升高，4种工况下煤中砷的残留比例均不断降低，砷的挥发比例逐渐增大，1400℃下砷的挥发比例超过了83%。这是由于温度升高以后，煤中水分和挥发分的析出速率加快，砷在煤颗粒表面的蒸发速度加快，砷的固态有机化合物和无机化合物更易变成气态挥发出来，提高了砷的释放比例；其次，焦炭颗粒内部孔隙率增大，减少了砷在颗粒孔隙中的扩散阻力，所以释放出更多的砷化合物；此外，温度升高以后砷化合物分子从熔融体内部到熔融体表面的扩散系数增大，因此更多的砷随着煤的燃烧释放出来[18]。
从图3中可以发现，在低于900℃的温度区间内，煤中砷的残留比例由小到大依次为：21O2/79N2＜21O2/79CO2＜5O2/16CO2/79N2＜5O2/95CO2，即无论CO2浓度如何变化，21%O2浓度下砷的残留比例均小于5%O2浓度下，而相同O2浓度下，CO2浓度越高，砷的残留比例越大。这和不同气氛下成灰比例的变化规律是一致的，说明O2浓度是影响25～900℃区间砷挥发的主要原因。一般来说[19]，可交换态和有机物结合态砷容易随着煤的挥发分析出而释放出砷的氧化物；硫化物结合态砷一般附着在黄铁矿表面或以类质同像态形成FeAsS等[20]，可以在较低的温度下发生氧化/分解反应释放出砷的氧化物；而残渣态砷（主要是与矿物质结合的砷酸盐）的热稳定性非常好，只有在较高的温度下才能分解释放出砷。因此低温下煤中砷的挥发主要依靠有机态砷的挥发和硫化物结合态砷的氧化/分解，而高温下砷的挥发则依靠残渣态砷，主要是稳定性砷酸盐的分解。在＜900℃的温度范围内，有机态砷的挥发和硫化物结合态砷的氧化/分解是造成砷挥发的主要原因，气氛中O2浓度越高，煤颗粒燃烧越剧烈，则有机态砷的挥发程度和硫化物结合态砷吸热分解的程度也越大，同时较高的O2浓度也促进了硫化物结合态砷发生氧化反应释放出气相砷，因此原煤基下灰中砷的残留比例变小；而在相同的O2浓度下，富氧气氛利用CO2替代烟气中的N2，CO2的高比热容导致O2向煤颗粒表面扩散速率减缓，颗粒燃烧的剧烈程度降低。因此与空气气氛相比，富氧气氛下砷的挥发份额有所降低。
在高于900℃的温度区间内，不同气氛下煤中砷的挥发特性并没有严格按照25～900℃区间的规律进行，从表3中可以看出，1400℃下富氧气氛燃烧砷的挥发比例高达90.03%，高于空气气氛下的83.76%。高温下不同气氛中砷的挥发行为和低温下有明显差异。为了方便分析，对图3中砷的失重曲线求导，进一步得到了砷的失重速率曲线，如图4所示。
图4 不同气氛下砷的失重速率曲线
Fig.4 Mass loss rate of arsenic during oxy-fuel combustion
从图4中可以看出，不同温度下砷的失重速率相差较大，且无论是空气气氛还是富氧气氛，煤燃烧过程中均出现了两个明显的砷失重峰，其中第1个失重峰出现的温度均在800～900℃之间，由以往的工作[3]可知主要原因是硫化物结合态砷在800～900℃区间发生了剧烈的分解/氧化分解；第2个砷失重峰出现的温度在1200℃以上，主要原因是热稳定性高的残渣态砷在高温下逐渐达到其分解温度，从而释放出了气态的砷氧化物。但不同气氛下砷失重峰的出现温度和失重速率峰值各不相同，砷失重峰对应的温度和砷失重速率如表4所示。
化 工 学 报 第66卷
·5084· 表4 不同气氛下砷的失重峰特性 Table 4 Mass loss peak of arsenic during
oxy-fuel combustion
Peak one
Peak two
Atmosphere
/℃ rate/%·℃-1
/℃ rate/%·℃?1
21O 2/79N 2 829 0.13 1257 0.08 5O 2/16CO 2/79N 2 841
0.14 1234
0.13
21O 2/79CO 2 838 0.13 1355 0.19 5O 2/95CO 2 846 0.15 1362 0.20
不同气氛下第1个失重峰的差异并不明显，细
微的区别体现在21%O 2气氛下砷失重峰的出现温度稍低于5%O 2气氛下，这主要是由于O 2浓度升高以后，煤颗粒的破碎和燃烧程度更加剧烈，以硫化物结合态形式存在的砷更易挥发到气相中，因而导致砷的失重峰提前。富氧和空气气氛下砷的挥发特性差异主要体现在第2个砷失重峰上。从图4中可以看出，空气气氛（21O 2/79N 2）和常规烟气气氛下（5O 2/16CO 2/79N 2）砷失重峰的形状比较扁平，而富氧气氛21O 2/79CO 2和5O 2/95CO 2下砷的失重峰形比较尖锐。且从表4显示的数据来看，富氧条件下砷失重峰出现的平均温度为1358℃，高于常规空气/烟气气氛下的平均温度1245℃，富氧方式下砷的挥发行为较常规空气/烟气方式明显滞后；但对于砷的最大失重速率而言，空气气氛下只有0.08%·℃?1，富氧气氛下砷的最大失重速率高达0.20%·℃?1，是空气气氛下的2.5倍，高温下富氧气氛中砷的挥发更加剧烈。
2.2 煤中的矿物质演化
为了进一步分析高温下（＞900℃）不同气氛SJS 煤中砷的挥发特性差异，对SJS 煤在900～1400℃、
空气/富氧气氛下得到的灰样进行FTIR 表征，分析
高温下灰中的矿物质演化，结果如图5所示。
从图5中可以看到，SJS 煤灰的主要吸收峰为1087、460以及799和780 cm ?1形成的“W 形”峰，均为石英（SiO 2）的特征峰，其中460为Si O Si 的对称振动峰。随温度升高1087以及799、780 cm ?1形成的特征峰逐渐减小，说明石英含量随着温度的升高而减少；870 cm ?1是方解石（CaCO 3）的特征峰，证明900℃煤灰中存在方解石，但900℃以上该特征峰消失，主要原因是方解石受热分解为CaO ，见
反应式（4）[21]
；677、694和612、596 cm ?1两个“W 形”峰是硬石膏（CaSO 4）的特征峰，证明900℃煤灰中存在硬石膏，由于硬石膏1000℃左右开始分解生成CaO[反应式（5）[21]]，因此1100℃时硬石膏的特征峰明显减小，到1300℃时消失；562 cm ?1是钙长石（CaO ·Al 2O 3·2SiO 2）的特征峰，900℃以上随温度升高特征峰的强度明显增强，说明钙长石的含量逐渐增加。主要原因是900℃以上方解石和硬石膏分解生成的CaO 与灰中的Al 2O 3、SiO 2发生反应生成了钙长石[反应式（6）[21]]，其在高温下比较稳定，这也是石英含量大幅减少的原因之一；高温下煤灰中出现910、727 cm ?1特征峰，属于Si O Al 特征峰，说明硅铝酸盐是高温下煤灰的主要成分之一。另外，从1300℃开始，FTIR 图谱带变宽，特征峰大多数消失，说明矿物质的精细结构消失，可以判断此时矿物质已经开始熔融，硅铝酸盐转化为非晶体。
32CaCO CaO CO ??→+ (4) 43CaSO CaO SO ??→+ (5)
232232CaO Al O 2SiO CaO Al O 2SiO +??→i i i
(6)
图5 不同气氛下SJS 煤中矿物质随温度变化的FTIR 图
Fig.5 FTIR analysis of mineral matters at various temperatures and atmospheres
第12期刘慧敏等：富氧燃烧方式下煤中砷的挥发行为·5085·
对比不同气氛下的矿物质的FTIR谱图可以发现，空气燃烧模式下，随着温度由1100℃升高到1300℃，1087 cm?1特征峰的强度急剧降低，同时FTIR谱图变宽；而富氧燃烧方式下，1087 cm?1特征峰的急剧降低和FTIR谱图变宽发生在1300～1400℃之间。van Dyk等[22]利用高温X射线衍射（HTXRD）研究了空气燃烧煤中矿物质在升温熔融过程中的转化规律，发现1200～1300℃之间煤灰中矿物质的结晶度明显降低，因此可以推断空气气氛下SJS煤在1100～1300℃之间发生了熔融现象，部分硅酸盐晶体向非晶体转变。富氧气氛下高浓度和高比热容的CO2阻碍了热量的传播，使得矿物质发生熔融需要更高的燃烧温度[23]，因此与空气气氛相比，富氧气氛下矿物质的熔融现象滞后。与此同时，煤中热稳定性高的砷酸盐在高温下逐渐发生分解，生成气体砷氧化物，与空气相比，富氧气氛下高CO2浓度对热量的阻碍导致相同条件下砷酸盐发生分解需要更高的温度，因此富氧气氛下砷的挥发较空气模式滞后。
此外，从图5中还可以发现，1400℃下富氧燃烧的FTIR谱图明显比空气燃烧的FTIR谱图宽，特征峰基本消失，说明1400℃下富氧燃烧灰中矿物质的熔融程度反而高于空气气氛下，这主要是由高温下CO2与焦炭的气化反应导致的。富氧气氛下较多的CO2可以与焦炭反应生成CO形成还原性气氛，在<1300℃的温度区间，气化反应的进行程度较弱，还原性气氛有限，CO2的阻碍作用占主导地位；随着温度升高到1300℃，气化反应生成的CO明显增加（参考炼焦炉的标准操作温度，气化温度通常需要达到1300℃左右[24]），颗粒内部的还原气氛增强，有助于含Fe矿物质与Ca和Si形成熔点更低的低温共熔体（如二价铁低温共熔体），从而导致1400℃下富氧燃烧的煤灰熔融更严重[25]。与此同时，高温下富氧气氛中砷的挥发速率也比空气模式下高（如图4所示），而高温下砷的挥发主要是通过砷酸盐的分解，因此推测高温下还原性气氛促进了砷酸盐的分解和砷的挥发。
2.3热力学平衡模拟
为了进一步探究不同气氛下砷酸盐的分解和转化，利用HSC chemistry 6.0软件模拟了氧化性气氛和还原性气氛下砷酸钙[Ca3(AsO4)2]和砷酸铁（FeAsO4）的形态转变规律。模拟的温度范围为200～2000℃，其中氧化性气氛下O2/C摩尔比为1.2，还原性气氛下O2/C摩尔比为0.8，模拟结果如图6所示。
图6(a)、(b)为Ca3(AsO4)2在氧化性气氛和还原性气氛下的平衡组成；图6(c)、(d)为FeAsO4在对应气氛下的平衡组成。通过图6(a)和图6(c)可以发现，氧化性气氛下Ca3(AsO4)2超过1200℃才开始分解，分解产物主要是AsO(g)；FeAsO4在900℃以上开始分解为As4O6(g)，随着温度升高，分解产物向As2O3(g)转变，最后稳定为AsO(g)。氧化性气氛下+5价Ca3(AsO4)2和+5价FeAsO4是稳定的砷化合物形态，高温下分解产物主要是+2、+3价砷氧化物。
通过图6(b)和图6(d)可以发现，还原性气氛下Ca3(AsO4)2首先分解为Ca(AsO2)2，砷酸盐中砷的价态由+5价下降为+3价，Ca(AsO2)2的稳定性不及Ca3(AsO4)2，900℃以上开始分解为As2(g)，温度升高以后AsO(g)为稳定形态；FeAsO4在还原性气氛下先分解为FeAs2和FeAs，然后进一步分解为As4(g)和As2(g)，最后的稳定形态也是AsO(g)。还原性气氛下+3价Ca(AsO2)2和?1价FeAs2、?2价FeAs是主要的砷化合物形态，高温下分解产物主要是0价单质砷。
对比两种气氛的结果发现，还原性气氛下高价态砷化合物易于向不稳定的低价态砷化合物转变，同时还原性体系容易生成低价的气体砷挥发物如As2(g)而非As2O3(g)。O2浓度相同的条件下，富氧气氛下CO2浓度较高，高浓度的CO2与碳颗粒反应生成还原性的CO气体，使碳颗粒表面处于还原性气氛。而还原性气氛下煤中稳定性较高的砷酸盐如Ca3(AsO4)2和FeAsO4易于被还原为Ca(AsO2)2和FeAs等低价态的固相砷化合物[9]，Ca(AsO2)2和FeAs等并不稳定，在高温条件下极易发生分解反应释放出气态砷单质[24]，造成砷的快速挥发，从而导致高温下富氧气氛中的砷失重峰高于常规空气/烟气条件下，使砷的失重速率曲线呈现出比较尖锐的形状。通过理论分析，推测可能涉及的反应如下：氧化性气氛
342
Ca(AsO)
232
3CaO As O(g)O(g)
++(7)
4
2FeAsO
23232
Fe O As O(g)O(g)
++(8) 还原性气氛
342
Ca (AsO)2CO(g)
+[9]
222
Ca(AsO)2CaO2CO(g)
++
(9)
22
Ca(AsO)3CO(g)
+
22
As(g)CaO3CO(g)
++(10)
4
6FeAsO20CO(g)
+[9]
2342
3FeAs Fe O20CO(g)
++(11)
234
3FeAs Fe O4CO(g)
++[9]
2
6FeAs4CO(g)
+(12)
4FeAs[26]
4
4Fe As(g)
+(13)
化 工 学 报 第66卷
·5086· 4As (g)
[26]22As (g) (14)
值得注意的是，常规烟气气氛下砷的第2个失重峰高于常规空气气氛下（图4），这主要是因为与常规空气气氛的21%氧浓度相比，常规烟气气氛中氧浓度只有5%，因此在燃烧过程中颗粒表面更容易由于缺氧而形成还原性气氛，导致生成不稳定的低价砷化合物，并很快分解出气态砷单质或化合物，使砷的失重速率较空气气氛增大。
3 结 论
选取SJS 煤在高温管式炉上进行燃烧实验，温度变化范围600～1400℃，燃烧气氛分别为空气气
氛（21O 2/79N 2）
、常规烟气气氛（5O 2/16CO 2/79N 2）、富氧气氛（21O 2/79CO 2）和富氧烟气气氛（5O 2/95CO 2），考察O 2浓度、CO 2浓度及温度对砷挥发的影响，得到的结论如下：
（1）无论是富氧气氛还是空气气氛，随着温度升高，煤中砷的残留比例不断减小，砷的挥发比
例逐渐增大，但不同温度下砷的失重速率相差较大，燃烧过程中低温段（＜900℃）和高温段（＞900℃）分别出现了砷的失重峰。
（2）低温下（＜900℃）O 2浓度是影响砷挥发比例的主要因素，无论CO 2浓度如何变化，高氧（21%O 2）浓度下砷的挥发比例均大于低氧（5%O 2）
浓度下。而在相同的O 2浓度下，
富氧气氛中砷的挥发比例小于空气气氛中砷的挥发比例。
（3）高温下（＞900℃）CO 2浓度是影响砷挥发比例的主要因素，较高的CO 2浓度使富氧方式下砷的挥发行为较常规空气/烟气方式滞后，主要表现为失重峰出现温度分别为1358和1245℃。但富氧方式下砷的挥发速率较常规空气/烟气方式快，1400℃下富氧燃烧砷的挥发比例达到90%，高于空气气氛下的84%。
（4）还原性气氛下高价态砷化合物易于向不稳定的低价态砷化合物转变。氧化性气氛下一般生成砷的氧化物如As 2O 3(g)
，而还原性气氛下更易生
图6 不同气氛下砷酸盐的平衡组成
Fig.6 Equilibrium composition of arsenates at oxidation and reduction atmospheres
第12期刘慧敏等：富氧燃烧方式下煤中砷的挥发行为·5087·
成低价态的气体砷单质如As2(g)。
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中科院研究生院硕士研究生入学考试 《环境化学》考试大纲 1．《环境化学》考试大纲适用于中国科学院研究生院环境科学专业硕士研究生入学考试。《环境化学》是环境科学与工程类专业的重要基础课程，包括了环境化学研究的内容、特点和发展动向，主要环境污染物的类别和它们在环境各圈层中的迁移转化过程，典型污染物在环境各圈层中的归趋和效应。本考试大纲侧重于环境污染化学，着重于各类有害物质在环境介质中的存在、行为、效应以及减少或消除其产生的理论和方法。主要内容包括水环境化学、大气环境化学、土壤环境化学及化学物质的生物效应与生态效应等经典内容。对其中有机污染物的归趋模式、金属离子的存在形态及生物效应、化学物质结构与毒性关系，污染物的生物效应和生物浓缩机制以及全球范围内的温室效应、酸雨、臭氧层破坏等环境问题需加以重点掌握。要求考生掌握基本概念、基本原理和计算方法，并具备综合运用所学知识分析和解决实际环境问题的能力。 考试内容： 环境化学发展及基本内容 1．环境化学基本概念、发展动向、研究内容及热点问题 水环境化学 2．天然水的基本特征组成； 3．水体无机污染物的迁移转化。着重配合作用、氧化-还原作用、沉淀和溶解、水体颗粒物的吸附作用等基本原理及其实际应用。 4．水体有机污染物的迁移转化：环境行为与归趋模式。着重分配作用、挥发作用、水解作用等典型机制与迁移转化模式。 5．水体的富营养化问题：水体富营养化；水体富营养化的机理；营养物质的来源；富营养化的影响因素；湖水的营养化程度；水体富营养化的危害及其防治对策。 大气环境化学 6．大气中污染物的特征； 7．大气中污染物的迁移和转化(温室效应；气相大气化学：光化学反应、光化学烟雾、臭氧层的形成与耗损化学； 液相大气化学：酸沉降化学、大气中液相反应；大气颗粒物化学)； 8．重要的大气环境化学问题：光化学烟雾的定义、特征及形成条件；光化学烟雾主要参与物质；光化学烟雾形成机理；光化学烟雾危害及防治；光化学烟雾与硫酸型烟雾的对比；太阳和地球辐射间的能量平衡；温室气体； 温室效应；全球变暖及防治对策；降水的化学组成；酸雨的形成；酸雨的影响因素；酸雨的危害及防治；大气平流层的组成；臭氧层的形成和耗损的化学反应；臭氧洞的危害；臭氧层破坏现状及防治。 土壤环境化学 9．土壤组成与性质(吸附、酸碱性、缓冲性及氧化还原性质)； 10．污染物在土壤-植物体系中的迁移及其机制(重金属、氮磷)； 11．土壤中农药的迁移(典型的迁移过程)。土壤中农药迁移的基本特性，扩散质体，流动吸附与分配作用，典型农药在土壤中的迁移转化，以及有机氯农药有机磷农药。 化学物质的生物效应与生态效应 12．污染物质在生物体内的转运及消除。物质透过细胞膜的形式；物质在生物体内的转运，生物转化及消除。13．污染物质的生物富集、放大和积累。生物蓄积，生物富集、生物放大和生物积累。 14．有机污染物的生物降解。耗氧（有机污染物）、有毒有机污染物的生物降解。 15．无机物质的生物转化。氮硫的微生物转化，重金属元素的微生物转化。 16．污染物质的毒性。典型污染物在环境各圈层中的转化效应；重金属元素在诸圈层中的转化效应有机污染物在诸圈层中的转化效应。 典型污染物在环境各圈层中的转归与效应 17．重金属元素(汞、砷)形态； 18．微生物对水环境中化学物质的作用； 19．有机污染物(有机卤代物、多环芳烃、表面活性剂)。 考试要求考生应全面系统地了解环境化学的研究内容、特点与发展动向，掌握大气污染物的迁移、转化，天然水
煤中灰分和挥发分的测定 一、目的 1、了解煤的工业分析方法。 2、了解煤中灰分、挥发分的测定意义。 3、了解xx和烘箱的构造及使用方法。 二、原理 水分测定： 称取一定量的一般分析试验煤样，置于（105～110）℃鼓风干燥箱内，于空气流中干燥到质量恒定。根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。 灰分测定： 将装有煤样的灰皿由炉外逐渐送入预先加热至（815±10）℃的马弗炉中灰化并灼烧至质量恒定。以残留物的质量占煤样质量的质量分数作为煤样的灰分。 挥发分测定： 称取一定量的一般分析试样煤样，放在带盖的瓷坩埚中，在（900±10）℃下，隔绝空气加热7min。以减少的质量占煤样的质量分数，减去该煤样的水分含量作为煤样的挥发分。 三、分析步骤 水分的测定： 在预先干燥并已称量过的称量瓶内称取粒度小于0.2mm的一般分析试验煤样（1±0.1）g，称准至0.0002g，平摊①在称量瓶中。 打开称量瓶盖，放入预先鼓风并已加热到（105～110）℃的干燥箱中。在一直鼓风②的条件下，烟煤干燥1h,无烟煤干燥1.5h。
从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖③，放入干燥器中冷却至室温（约20min）后称量。 进行检查性干燥④，每次30min，直到连续两次干燥煤样的质量减少不超过0.0010g或质量增加为止。在后一种情况下，采用质量增加前一次的质量为计算依据。 计算方法： m1 Mad=----×100 m 式中： Mad-------一般分析试验煤样水分的质量分数，% m---------称取的一般分析试验煤样的质量，单位为克（g） m1--------煤样干燥后失去的质量，单位为克（g）。 煤的快速灰化法： 在预先灼烧至质量恒定的灰皿中，称取粒度小于0.2mm的一般分析试验煤样（1±0.1）g，称准至0.0002g，均匀地摊平①在灰皿中，使其每平方厘米的质量不超过0.15g。将盛有煤样的灰皿预先分排放在耐热瓷板或灰皿架上。 将马弗炉⑤加热到850℃，打开炉门，将放有灰皿的耐热瓷板或灰皿架缓慢⑥地推入马弗炉中，先使第一排灰皿中的煤样灰化。待（5～10）min后煤样不再冒烟时，以每分钟不大于2cm的速度把其余各排灰皿顺序推入炉内炽热部分。 关上炉门并使炉门留有15min左右的缝隙⑦，在（815±10）℃温度下灼烧40min。
煤的先进燃烧技术 化艺1101 苗蓓目前，在我国的能源消费结构中，煤炭是第一能源，以煤、石油、和天然气为主的化石燃料的使用也随之带来一系列的环境问题。煤是最重要的固体燃料，它是一种不均匀的有机燃料，主要由植物的部分分解和变质形成的，所以其形成要经历一段很长的时期，常常是处于高压覆盖层以及较高的温度条件。而在燃烧过程中，煤的发热量低，灰分含量高，含硫量虽然比重油低，但为获得同样热量所耗煤量要大的多，所以产生的硫氧化物反而可能更多。煤的含氮量约比重油高5倍，因而氮氧化物生成量也高于重油，此外煤的燃烧还会带来汞、砷等微量重金属类污染，氟、氯等卤素污染和低水平的放射性污染。因此，采用先进的燃烧技术可以使煤充分燃烧，产生的污染会随之减少。 控制NO x 排放的技术措施可以分为两类，一是所谓的源头控制，其特征是通过各种技术手段，控制燃烧过程中NO x 的生成反应，另一类是所谓的尾部控制，其特征是把已经生成的NO x 通过某种手段还原为N2，从而降低NO x 的排放量。低NO x 燃烧技术措施一直是应用最广泛的措施，即便为满足排放标准的要求不得不使用尾气净化装置，仍需采用它来降低净化装置入口的NO x浓度，已达到节省费用的目的。从20世纪50年代起，人们就开始了燃烧过程中氮氧化物生成机理和控制方法的研究，到70年代末和80年代，低NO x 燃烧技术的研究和开发达到高潮，开发出低NO x 燃烧器等。90年代后，已开发的低NO x 燃烧器经过大量改进和优化，日臻完善。 一、低NO x 燃烧技术 目前工业采用的低NO x 燃烧技术主要包括低氧技术、烟气循环燃烧、分段燃烧和浓淡燃烧技术等。 1、低氧燃烧技术 NO x 排放量随着炉内空气量的增加而增加，为了降低其含量，锅炉应在炉内空气量较低的工况下运行，一般来说，可以降低15%-20%。锅炉采用低空气过剩系数运行技术，不仅可以降低NO x ，还减少了锅炉排烟热损失，提高锅炉热效率。需要说明的是，由于采用低空气过剩系数会导致一氧化碳、碳氢化合物以及炭黑等污染物相应增多，飞灰中可燃物质也可能增加，从而使燃烧效率下降，故电站锅炉实际运行时的空气过剩系数不能做大幅度调整。因此，在低空气过剩系数燃烧时，必须同时满足过路盒燃烧效率较高、而一氧化氮等有害物质最少的要求。 我国燃用烟煤的电站锅炉多数设计在空气过剩系数为 1.17-1.20（氧含量为3.5%-4.0%）下运行，此时一氧化碳含量为（30-40）*10^-6；若氧含量降到3.0%以下，则一氧化碳含量将急剧增加，不仅导致化学不完全燃烧损失增大，而且会引起炉内的结渣和腐蚀。因此，以炉内含氧量3%以上或一氧化碳含量等于2*10…^-4作为最小空气过剩系数的选择依据。 2、降低助燃空气预热温度 在工业实际操作中，经常利用尾气的废热预热进入燃烧器的空气。虽然这样有助于节约能源和提高火焰温度，但也导致氮氧化物排放量增加。实验数据表明，当燃烧空气由27℃预热至315℃，NO排放量将会增加三倍。降低助燃空气预热温度可降低火眼去的温度峰值，从而减少热力型NO x 生成量。实践表明，这一措施不宜用于燃煤、燃油锅炉；对于燃气锅炉，则有明显降低NO x 排放的效果。
煤的挥发分的测定 一、测定原理及意义 煤的挥发分的侧定是把煤在隔绝空气的条件下，于一定的温度下加热一定时间，煤中分解 出来的液体(蒸汽状态)和气体产物减去煤中所含的水分，即为挥发分，剩下的焦渣为不挥发物。如测定条件不同，挥发分也不同。由此看来，煤的挥发分不是煤中固有的物质，而是在特定条 件下煤受热分解的产物，因此应称为煤的挥发分产率。 煤的挥发分测定是一种规范性很强的试验，其结果受加热温度、加热时间、加热方式、所 用坩埚的大小、形状、材质及坩埚盖的密封程度等影响。改变任何一种试验条件，都会对测定 结果带来影响。 挥发分产率是煤炭分类的主要指标，根据挥发分产率可以大致判断煤的煤化程度。根据煤 的挥发分产率和焦渣性状可初步判断煤的加工利用性质和热值的高低。所以，测定煤的挥发分产率在工业上和煤质研究方面都有重要意义。 二、测定方法 测定煤炭挥发分产率有复式法和单式法两种。目前，我国多采复式法。 1、方法要点 称取一定量的一般分析试验煤样，放在带盖的瓷坩埚中，在(900±10)oC下，隔绝空气加 热7min，以减少的质量占煤样质量的百分数，减去该煤样的水分含量作为煤样的挥发分。 2、仪器设备 挥发分坩埚：带有配合严密盖的瓷坩埚，形状和尺寸如图4所示。坩埚总质量为(15～20)g。 图4 挥发分坩埚 马弗炉：带有高温计和调温装置，能保持温度在(900±l0) oC，并有足够的(900±5) oC 的恒温区。炉子的热容量为当起始温度为920oC左右时，放入室温下的坩埚架和若干坩埚，关闭炉门后，在3min内恢复到(900±l0) oC炉后壁有一个排气孔和一个插热电偶的小孔。小孔 位置应使热电偶插入炉内后其热接点在坩埚底和炉底之间，距炉底(20～30)mm处。 马弗炉的恒温区应在关闭炉门下测定，并至少每年测定一次。高温计(包括毫伏计和 热电偶)至少每年校准一次。 坩埚架：用镍铬丝或其他耐热金属丝制成。其规格尺寸以能使所有的坩埚都在马弗 炉恒温区内，并且坩埚底部紧邻热电偶热接点上方(见图5)。 图5 坩埚架 坩埚架夹(见图6) 图6 坩埚架夹
煤的挥发分测定 一、实验原理 称取一定质量的一般分析试验煤样，放在带盖的瓷坩埚中，在（900±10）C 下，隔绝空气加热7min，以减少的质量占煤样质量的百分数，减去该煤样水分含量作为煤样的挥发分。 二、实验药品及仪器 挥发坩埚：带有配合严密盖的坩埚，坩埚总质量为（15~20）g; 马弗炉：带有高温计和调温装置，能保持温度在900± 10C，并有足够的900 ± 5C的恒温区。炉子的热容量为当起始温度为920r时，放入室内温下的坩埚 架和若干坩埚，关闭炉门后，在3min内恢复到（900± 10）r。炉后壁有一个排气孔和插热电偶的小孔。小孔的位置应使热电偶插入炉内后其热接点在坩埚底和炉底之间，距炉底（20~30）mm处； 坩埚架：用镍铬丝或其他耐热金属丝制成。其规格尺寸能使所有的坩埚都在 马弗炉恒温区内，并且坩埚底部紧邻热电偶接点上方； 干燥器：内装变色硅胶或粒状无水氯化钙； 电子天平：感量0.1mg； 压饼机：螺旋式或杠杆式压饼机，能压制直径约10mm的煤饼； 坩埚钳；秒表 三、实验装置图 图7坩埚钳
图1挥发坩埚 * 图2马弗炉图3干燥器图4分析天平图5坩埚架图6秒表
四、实验步骤 （1）检查天平：a天平开机前，应观察天平后部水平仪内的水泡是否位于圆环勺中央否贝通天平的地脚螺栓调节，左旋升高，右旋下降。 b、打开两侧玻璃门，空气流通，是天平室内达到空气干燥状态。 c 天平在初次接通电源或长时间断电后开机时，至少需要30分钟的预热时间。 d. 上边、左右两侧玻璃门关好； （2）检查煤样：看标签编号是否齐全； 看煤样瓶：样量是否在3/4、及瓶子密封情况； 看粒度是否符合小于0.2mm （3）坩埚：看坩埚盖能否盖严 取质量相近的坩埚进行试验 （4）称取煤样：称量前将硅胶取出 看标签上制样日期，如果是最近制的样则用水平搅拌法，如果较早则转动法。（水平搅拌法：瓶子与勺子方向相反转动，同时上下抽动勺子）对煤样进行充分搅拌混合1min o 注意多点取样，取样时不要碰到容器壁及容器底部。称取煤样（1±）.01g）（称准至0.0002g）,然后轻轻转动并上下振动坩埚，使煤样摊平，盖上盖。褐煤和长焰煤应预先压饼，并切成约3mm 的小块。 （4）放置煤样：平行煤样1、不同炉2、对角线摆放3、前后位置 （5）煤样放入前3看：烟囱、通风口、炉门15mm缝隙 （6）将马弗炉预先加热至920 E左右。打开炉门，迅速将放有坩埚的架子 送入恒温区，立即关上炉门并计时，准确加热7min。坩埚及架子放入后，要求 炉温在3min内恢复至（900±10）C，此后保持在（900±10）C，否则此次实验作废。加热时间包括温度恢复时间在内。 （7）从炉中取出坩埚，放在空气中冷却5min左右，移入干燥器中冷却至室温（约20min）后称量。 （8）a开启干燥器时，左手按住下部，右手按住盖子上的圆顶，沿水平方 向向左前方推开器盖。盖子取下后应放在桌上安全的地方（注意要磨口向上，圆顶朝下），用左手放入或取出物体，并及时盖好干燥器盖。
一、?煤碳的燃烧过程 ? 煤从进入炉膛到燃烧完毕，一般经历四个阶段：水分蒸发阶段，当温度达到105℃左右时，水分全部被蒸发；挥发物着火阶段，煤不断吸收热量后，温度继续上升，挥发物随之析出，当温度达到着火点时，挥发物开始燃烧。挥发物燃烧速度快，一般只占煤整个燃烧时间的1/10左右；焦碳燃烧阶段，煤中的挥发物着火燃烧后，余下的碳和灰组成的固体物便是焦碳。此时焦碳温度上升很快，固定碳剧烈燃烧，放出大量的热量，煤的燃烧速度和燃烬程度主要取决于这个阶段；燃烬阶段，这个阶段使灰渣中的焦碳尽量烧完，以降低不完全燃烧热损失，提高效率。 良好燃烧必须具备三个条件： 1、温度。温度越高，化学反应速度快，燃烧就愈快。层燃炉温度通常在1100~1300℃。 2、空气。空气冲刷碳表面的速度愈快，碳和氧接触越好，燃烧就愈快。 3、时间。要使煤在炉膛内有足够的燃烧时间。 碳燃烧时在其周围包上一层灰壳，碳燃烧形成的一氧化碳和二氧化碳往往透过灰壳向外四周扩散运动，其中一氧化碳遇到氧后又继续燃烧形成二氧化碳。也就是说，碳粒燃烧时，灰壳外包围着一氧化碳和二氧化碳两层气体，空气中的氧必须穿过外壳才能与碳接触。因此，加大送风，增加空气冲刷碳粒的速度，就容易把外包层的气体带走；同时加强机械拨动，就可破坏灰壳，促使氧气与碳直接接触，加快燃烧速度。如果氧气不充足，搅动不够，煤就烧不透，造成灰渣中有许多未参与燃烧的碳核，另外还会使一部分一氧化碳在炉膛中没有燃烧就随烟气排出。对于大块煤，必须有
较长的燃烧时间，停留时间过短，燃烧不完全。因此，实际运行中，一般采取供给充足的氧气，采用炉拱和二次风来加强扰动，提高燃烧温度，炉膛容积不宜过小等措施保证煤充分燃烧。 ? 二、链条炉排的燃烧特点 ? 链条炉排着火条件较差，主要依靠炉膛火焰和炉拱的辐射热。煤的上 面先着火，然后逐步向下燃烧，在炉排上就出现了明显的分层区域，如图共分五个区。燃料在新燃烧区1中预热干燥，在炉排上占有相当长的区域。在区域2中燃料释放出挥发分，并着火燃烧。燃烧进行得很激烈，来自炉排下部空气中的氧气在氧化区3中迅速耗尽，燃烧产物CO2和水蒸气上升到还原区4后，立即被只热的焦碳所还原。最后在链条炉排尾部形成灰渣区5。 在燃烧准备区1和燃烬区5都不需要很多空气，而在燃烧区2、3必须保证有足够的空气，否则则会出现空气在中部不足，而在炉膛前后过剩的现象。为改善以上燃烧状况，常常采用以下三个措施：合理布置炉拱；采取分段送风；增加二次风. ? 三、链条炉排对煤种的要求 ? 链条炉排对煤种有一定的选择性，以挥发分15%以上，灰熔点高于1250℃以上的弱黏结、粒度适中，热值在18800~21000kJ/kg以上的烟煤最为适宜。
总复习思考题及答案 (仅供参考) 一、选择题 1．国家标准的有效期是年。（ C ） A．三年B．四年C．五年D．六年 2．在标准代号与编号GB/T176-2008 水泥化学分析方法中“GB/T”是指（B ）。 A．强制性国家标准B．推荐性国家标准C．强制性化工部标准D．推荐性建材部标准3．硫在钢铁中是元素。（ B ） A．有益B．有害C．无作用D．少量有益、大量有害 4．普钙磷肥的主要有效成分为。（ C ） A．磷酸钙B．磷酸一氢钙C．磷酸二氢钙D．游离磷酸 5．测定水样化学需氧量，取水样100mL，空白滴定和反滴定时耗用的硫酸亚铁铵标准溶液分别为15.0 mL和5.0 mL，其浓度为0.10mol/L，该水样的化学需氧量为（ B ）。 A．40 mg/L B．160 mg/L C．80 mg/L D．8 mg/L 6．分析纯化学试剂标签颜色为。（ D ） A．绿色B．兰色C．棕色D．红色 7．直接法配制标准溶液必须使用试剂。（ A ） A．基准B．化学纯C．分析纯D．工业纯 8．使用碳酸钠和碳酸钾的混合溶剂熔融试样宜在坩埚中进行。（B ） A．瓷B．银C．铂D．金 9．试样的采取和制备必须保证所取试样具有充分的。（ A ） A．代表性B．唯一性C．针对性D．正确性 10．不属于钢铁检测中五大元素的是。（ B ） A．硫B．铁C．锰D．磷 11．下列元素中，哪个不是肥料的主要元素（ C ）。 A．氮B．磷C．硫D．钾 12．氟硅酸钾法测二氧化硅所用标准溶液是（ B ）。 A．Na2CO3 B．NaOH C．EDTA D．HCl 13．煤的挥发分测定时，盛装试样的器皿是（ B ）。 A．玻璃器皿B．一种带盖瓷坩埚C．灰皿D．称量瓶 14．容量法测定硅酸盐中钙、镁离子时所用标准溶液是（ C ）。 A．Na2CO3 B．NaOH C．EDTA D．HCl 15．水泥熟料中游离氧化钙测定时，所用标准溶液是（ C ）。 A．苯甲酸B．NaOH C．EDTA D．HCl 16．某溶液主要含有Ca2+、Mg2+及少量Al3+、Fe3+，在pH=10时加入三乙醇胺后，用EDTA 滴定，用铬黑T为指示剂，则测出的（ B ）的含量。 A．Mg2+ B．Ca2+、Mg2+ C．Al3+、Fe3+ D．Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+ 17．欲测定SiO2的正确含量，需将灼烧称重后的SiO2以HF处理，宜用下列何种坩埚（ B ）。A．瓷坩埚B．铂坩埚C．镍坩埚D．刚玉坩埚 18．优级纯、分析纯、化学纯试剂的瓶签颜色依次为（ A ）。 A．绿、红、蓝B．红、绿、蓝C．蓝、绿、红D．绿、蓝、红 19．优级纯、分析纯、化学纯试剂的代号依次为（A ）。
煤的清洁燃烧 第一章 1.储量：经过详查或勘探，达到控制或探明的程度，在进行了预可行性或可行性研究，扣除了设计和采矿损失，能实际采出的矿产资源数量。 2.能源的计量—标准煤当量（tce）。 3.中国能源储量结构—化石能源煤炭为主，石油储量偏低，天然气贫乏。 4.生物质能—从植物和其衍生物以及某些动物获得的能量。 5.环境—作用于人类的所有外界事物的总合。 6.生态系统—特定范围内，生物和非生物成分通过物质循环、能量流动等相互作用、演变制约形成动态平衡的功能体系。 7.环境污染—环境的化学组分和或物理状态发生变化，环境质量恶化，扰乱或破坏了原有的生态系统或正常的生产生活条件。 8.化石能源利用对环境的影响：煤炭和石油都会对环境造成污染和影响，天然气对环境友好，影响最小。 9.PM—空气中的有机、无机颗粒物。 10.霾—大气悬浮的细微烟、尘或盐类。 11.酸雨：降水pH<5.6 12.煤的清洁燃烧广义定义：煤炭从开采到利用的全过程中，为了减少排放和提高效率而进行的煤炭加工、燃烧、转化及污染控制等高新技术的总称。 第二章 1.煤燃烧的三种方式：煤粉燃烧、层燃、流化床燃烧 2.三种燃烧方式的特征：流化床燃烧特征①燃烧在整个燃烧室进行②气固之间大相对速度③气固高湍流度④横向混合⑤低温动力控制燃烧800~950℃ 第三章污染物控制（粉尘，NO X，SO X，重金属） 粉尘 1.颗粒密度—单颗粒粉尘单位体积（包含颗粒孔隙体积）粉尘的重量。 2.堆积密度—粉尘松散堆积状态下单位体积（包含颗粒孔隙体积和颗粒间体积）粉尘的重量。 3.粉尘的比电阻—截面积和长度均为1时粉尘颗粒的电阻值（Ω˙cm）。 比电阻怎么影响电除尘器的工作？ 粉尘比电阻—最适宜比电阻为104~5×1011Ωcm 比电阻ρ↓→感应正电荷→相斥→尘粒重新进入气流 比电阻ρ↑→较密负电荷→排斥荷电尘粒靠近收尘极板 4.活性—粉尘中的组分与其它物质在特定条件下化学反应的能力。
煤的水分、灰分、挥发分和发热量对燃烧性能的影响 煤的水分、灰分、挥发分和发热量对燃烧性能的影响 人们通常把开发煤炭资源的企业称作煤矿，把开采出来的煤矿产品称为煤炭。我国古代曾称煤炭为石涅，或称石炭。它是植物遗体埋藏在地下经过漫长复杂的生物化学、地球化学和物理化学作用转化而成的一种固体可燃矿产。它不仅是工农业和人民生活不可缺少的主要燃料，而且还是冶金、化工、医药等部门的重要原料。据统计，在我国能源生产和消费构成中，煤炭一直居于主导地位，1995年，生产占75.5%，消费占75.0%。在国民经济中，工业、农业、交通运输的发展都离不开煤炭。随着近代科学技术的发展和新工艺、新方法的应用，煤炭的用途和综合利用价值将会越来越大。可以预计，在未来相当长的时期内，煤炭在我国国民经济中都将占有相当重要的地位。 一、矿物原料特点 (一) 煤的物理性质 煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现。它是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化程度和风、氧化程度等因素所决定。包括颜色、光泽、粉色、比重和容重、硬度、脆度、断口及导电性等。其中，除了比重和导电性需要在实验室测定外，其他根据肉眼观察就可以确定。煤的物理性质可以作为初步评价煤质的依据，并用以研究煤的成因、变质机理和解决煤层对比等地质问题。 1.颜色 是指新鲜煤表面的自然色彩，是煤对不同波长的光波吸收的结果。呈褐色—黑色，一般随煤化程度的提高而逐渐加深。 2.光泽 是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈沥青、玻璃和金刚光泽。煤化程度越高，光泽越强；矿物质含量越多，光泽越暗；风、氧化程度越深，光泽越暗，直到完全消失。 3.粉色 指将煤研成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹，所以又称为条痕色。呈浅棕色—黑色。一般是煤化程度越高，粉色越深。 4.比重和容重 煤的比重又称煤的密度，它是不包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重又称煤的体重或假比重，它是包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重是计算煤层储量的重要指标。褐煤的容重一般为1.05～1.2，烟煤为1.2～1.4，无烟煤变化范围较大，可由1.35～1.8。煤岩组成、煤化程度、煤中矿物质的成分和含量是影响比重和容重的主要因素。在矿物质含量相同的情况下，煤的比重随煤化程度的加深而增大。 5.硬度 是指煤抵抗外来机械作用的能力。根据外来机械力作用方式的不同，可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三类。煤的硬度与煤化程度有关，褐煤和焦煤的硬度最小，约2～2.5；无烟煤的硬度最大，接近4。 6.脆度 是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物质、煤岩成分、煤化程度等都对煤的脆度有影响。在不同变质程度的煤中，长焰煤和气煤的脆度较小，肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大，无烟煤的脆度最小。 7.断口 是指煤受外力打击后形成的断面的形状。在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口等。煤的原始物质组成和煤化程度不同，断口形状各异。 8.导电性 是指煤传导电流的能力，通常用电阻率来表示。褐煤电阻率低。褐煤向烟煤过渡时，电阻率剧增。烟煤是不良导体，随着煤化程度增高，电阻率减小，至无烟煤时急剧下降，而具良好的导电性。 (二) 煤的化学组成
环境化学试题集 一、填空题（10分，每空1分） 环境化学：主要研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的 化学原理和方法。 温室效应：大气中的CO 2等气体吸收了地球辐射出来的红外光，将能量截留于大气中，从而 使大气温度升高的现象，叫做温室效应。 酸沉降：大气中的酸性物质通过干、湿沉降两种途径迁移到地表的过程。 光化学烟雾：所谓光化学烟雾是指含有NO X 和HC 等一次污染物的大气，在阳光照射下发生 光化学反应而产生二次污染物，这种由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染 现象，称为光化学烟雾。 大气中一氧化碳的去除由两种途径：土壤吸收和与HO 反应。 目前人们对于大气颗粒物的研究更侧重于，其中是指D p ≤μm 。 对于碳酸平衡，pH=时，体系中的碳酸的主要形态是HCO 3-。 在高pE 值的天然水中（pH=5~9），铁以Fe(OH)3形态存在。 二、简答题（35分，每题5分） 1、环境化学的研究内容：有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态；有害物质的 来源，以及在环境介质中的环境化学行为；有害物质对环境和生态系统及人体健康产生效应的机制和风险性；有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。 2、环境化学的研究特点研究的综合性；环境样品的低浓度性；环境样品的复杂性。 2、大气组分按停留时间分为哪几类，有什么意义 大气组成按停留时间分类：准永久性气体、可变化组分、强可变组分；其中属于环境化学研 究中关注的是可变化组分和强可变组分。 3、简述对流层大气的特点。.对流层温度随高度增加而降低，空气存在强烈的对流运动,绝大多数天气现象均发生在此层；密度大,占空气总质量的3/4；污染物的迁移转化均 发生在此层。 4、简述CFCs 在对流层中可以稳定存在的原因及其在平流层中的危害。解：CFCs 在对流层中可以稳定存在的原因：对波长λ〉290nm 的光不易吸收，不发生光解；不与HO 等反应，不易被氧化；不溶于水，不易随降水从大气中消失。平流层中危害：发生光化学反应，破坏臭氧层温室效应二氧化碳高得多。 4、大气中CO 的去除方式主要有土壤吸收和与HO 反应。（参考教材P31） 5、简述大气中HO 自由基的主要来源。解：清洁大气中， HO O O H O hv 2223+?→?+ 污染大气中，NO HO hv HNO +→+2 ，HO hv O H 222?→? + 6、简述大气中NO 向NO 2转化的各种途径。解：NO 向NO 2转化的主要途径有： 与O 3反应 NO+O 3NO 2+O 2 与氧化性自由基反应 NO+RO 2RO+NO 2 与NO 3反应 NO+NO 32NO 2 7、列出大气中RCHO 和RH 可能的反应途径。 解：参考教材P94图2-38 8、列出大气中由C 2H 6生成PAN 的反应途径。
第一章绪论 一、名词解释： 环境问题环境污染环境污染物环境效应污染物的迁移污染物的转化 二、选择题 1.属于环境物理效应的是ABD 。 A.热岛效应 B.温室效应 C.土壤的盐碱化 D.噪声 2.五十年代日本出现的痛痛病是由__A___污染水体后引起的。 A. Cd B.Hg C.Pb D .As 3.五十年代日本出现的水俣病是由__B____污染水体后引起的。 A.Cd B. Hg C.Pb D.As 4.属于环境化学效应的是ABC 。 A.光化学烟雾 B. 臭氧层破坏 C. 酸雨 D. 温室效应 5.联合国已将每年的__C__定为“世界水日”，提醒人们注意水资源的开发、管理和保护。 A. 4.22 B. 3.28 C. 3.22 D. 6.22 三、填空题 1.世界环境日为6月5日，国际保护O3层日为9月16日。 2.环境化学主要包括环境分析化学、环境污染化学、污染控制化学。 3.世界上曾发生过的八大公害事件是比利时马斯河谷烟雾事件、美国洛杉矶光化学烟 雾事件、美国多诺拉烟雾事件、英国伦敦烟雾事件、日本四日市哮喘事件、日本痛痛病事件、日本水俣事件、日本米糠油事件。 4.当今世界上最引人瞩目的几个环境问题酸雨、温室效应、臭氧层破坏等是由大气污染所引起的。 5.造成环境污染的因素有物理、化学和生物的三方面，其中化学物质引起的约占80—90% 。。 6.环境中污染物的迁移主要有机械迁移、物理化学迁移和生物迁移三种方式。 7.人为污染源可分为工业、农业、交通运输和生活。 8.环境效应按污染物引起的环境变化的性质可分为环境物理效应、环境化学效应和环 境生物效应。 9. 海湾战争是迄今历史上最大的石油火灾及海洋石油污染事故，也是人类历史上最 严重的一次环境污染。 10. 污染物的性质和环境化学行为取决于它们的化学结构和在环境中的存在状 态。 四、问答题 1.当前人类生存面临的主要环境问题有哪些？ 2.环境化学的概念、内容和任务各是什么？ 第二章大气环境化学 一、名词解释： 热岛环流光化学反应光化学烟雾硫酸烟雾温室效应二次污染物 二、填空 1.大气中的NO2可以转化成HNO3 、NO3和N2O5。 2.碳氢化合物是大气中的重要污染物，是形成光化学烟雾的主要参与者。 3.大气颗粒物的去除与颗粒物的粒度和化学性质有关，去除方式有干沉降和湿沉降。 4.导致降水酸性的主要物质是硫酸，其次是硝酸，还有有机酸等其他酸类。 5.许多大气污染事件都与逆温现象有关，逆温可分为辐射逆温、平流逆温、地形逆温、下沉逆温、锋面逆温。 6.SO2的催化氧化速度与溶液中S(IV)和Fe(III)的浓度、pH，离子强度和温度有关。 7.SO42-、NO3-、Cl-、HCO3-。 8.大气中最重要的自由基为HO·和HO2·。 9.能引起温室效应的物质主要有CO2、CH4、N2O、CFC。 10.气团在大气中的稳定性与气温垂直递减率和干绝热减温率两个因素有关。 11.造成大气环境污染的人为因素主要包括：燃料燃烧、工业排放、固体废弃物焚烧 和农业排放。 12.按污染成因分，气溶胶可分为分散性气溶胶和凝聚性气溶胶。 13.根据温度垂直分布可将大气圈分为对流层、平流层、中间层、热层和逃逸层。 14.大气中的主要碳氢化合物有烷烃、烯烃、环烷烃和芳香烃。它们是光化 学烟雾形成的重要一次污染物。 15.伦敦烟雾事件是由燃煤而排放出来的二氧化硫、颗粒物以及二氧化硫氧化所形成 硫酸盐颗粒物引起的。 16.SO42-、Ca2+、NH4+3种。 17.近海地区的降水中通常含有较多的Na、Cl和SO42-；而在远离海洋的森林草原 地区，降水中含HCO3-、SO42-、Ca2+和有机成分；在工业区和城市，降水中则含SO42-、NO3-和NH4+较多。 18. Whitby等依据大气颗粒物按表面积和粒径分布的关系得到三种不同的粒度膜，即 爱根核膜、积聚膜和粗粒子膜。 19.温室效应产生的最主要的原因是二氧化碳的过多排放。 20.大气颗粒物按粒径大小可分为总悬浮颗粒物(TSP)、飘尘、降尘、可吸入粒子(IP)。 21.为了防止酸雨的危害，关键是要控制NO x和SO2等致酸物质的排放。 22.燃烧过程中NO的生成量主要与燃烧温度和空燃比有关。 23.污染物在大气中的扩散能力主要受风和大气湍流的影响。 24.氟氯烃类化合物既可以破坏臭氧层也可以导致温室效应。 三、选择题 1、由污染源排放到大气中的污染物在迁移过程中受到ABCD 的影响。 A、风 B、湍流 C、天气形势 D、地理地势 2、大气中HO·自由基的来源有ACD 的光离解。 A、O3 B、H2CO C H2O2 D HNO2 3、烷烃与大气中的HO·自由基发生氢原子摘除反应，生成BC 。 A、RO B、R自由基 C、H2O D、HO2 4、酸雨是指pH C 的雨、雪或其它形式的降水。 A、<6.0 B、<7.0 C、<5.6 D、<5.0 5、辐射一定时间产生的 A 量可以衡量光化学烟雾的严重程度。 A、O3 B、NO2 C、碳氢化合物 D、SO2 6、大气逆温现象主要出现在 D 。 A、寒冷的夜间 B、多云的冬季 C、寒冷而晴朗的冬天 D、寒冷而晴朗的夜间 7、下列物质中属于温室气体的有ABCD 。 A、二氧化碳 B、甲烷 C、氟氯烃 D、一氧化二氮 8、硫酸型烟雾污染多发生于 D 季节。 A. 春季 B. 夏季 C. 秋季 D. 冬季 9、根据Whittby的三模态模型，粒径小于 A um的粒子称为爱根核模。 A、0.05 B、0.1 C、1 D、2 10、保护地球生命屏障的臭氧层位于大气圈的 B 中。 A. 对流层 B. 平流层 C. 中间层 D. 电离层 11、大气颗粒物中粒径 D um的颗粒，称为飘尘。 A、>10 B、<5 C、>15 D、<10 12、下列属于二次污染物的是CD 。 A、CO B、SO2 C、NO2 D、SO3 13、光化学烟雾一般发生在大气湿度较低、气温为24～32℃的夏季晴天，污染高峰出现在 C 。 A、早晨 B、傍晚 C、中午或稍后 D、夜间 14、洛杉矶烟雾属于 A 。 A.氧化型烟雾 B. 还原型烟雾 C. 煤炭型烟雾 D. 硫酸型烟雾 15、随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率（Γ），对于逆温气层的大气垂直递减率 C 。 A. Γ > 0 B. Γ= 0 C.Γ< 0 D.Γ≠0 16、大气中HO2·的主要来源是ACD 。 A、HCHO B、O3 C、CH3ONO2 D、H2O2 四、问答题 1、试述酸雨的主要成分、形成、影响因素及对生态环境的影响。 2、写出光化学烟雾的链反应机制。 3、试述温室气体造成的主要原因及其危害、防治措施。 4、试比较伦敦烟雾和洛杉矶光化学烟雾的区别。 5、说明臭氧层破坏的原因和机理。 3.简述环境化学的特点。 4.环境中主要的化学污染物有哪些？ 第三章水环境化学 一、名词解释： 亨利定律水体富营养化分配定律辛醇-水分配系数吸附等温线分配系数 生长代谢赤潮共代谢水解速率直接光解间接光解生物浓缩因子 二、填空 1、天然水中的总碱度= [HCO3-] +2 [CO32-] + [OH-] - [H+] 。 2、水中污染物大体可分为8类：①耗氧污染物，②致病污染物，③合成有机物，④植物营养物，⑤无机物与矿物质，⑥由土壤、岩石等冲刷下来的沉积物，⑦放射性物质， ⑧热污染。 3、水循环过程通常由蒸发、水汽输送、凝结降水、径流4个环节组成。 4、水环境中胶体颗粒物的吸附作用有表面吸附、离子交换吸附和专性吸附等。 5、天然水的PE随水中溶解氧的减少而降低，因而表层水呈氧化性环境。 6、有机污染物一般通过吸附作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和降解等过程进行迁移转化。 7、一般天然水体的决定电位是溶解氧，而有机污染物积累的厌氧体系中决定电位是有机物。 8、腐殖质与环境有机物之间的作用主要涉及吸附效应、溶解效应、对水解反应的催化作用、对微生物过程的影响以及光敏效应和猝灭效应等。 9、水体呈富营养状态时，水面藻类增殖，成片成团地覆盖水体表面。这种现象发生在湖面上称为水华或湖靛，而发生在海湾或河口区域则称为赤潮。 10、海水以Cl- 和Na+离子为主。 11、天然水中常见的八大离子是K+，Na+，Ca2+，Mg2+，HCO3-，NO3-，Cl-，SO42-。 12、天然水体中最重要的无机配位体是OH-和Cl-，其次是HCO3-和SO42-等。 13、水体中常见的吸附等温线有Henry型、Langmuir型和Freundlich型三种 14、有机化合物在土壤(沉积物)中的吸着存在着二种主要机理：分配作用和吸附作用。 15、辛醇-水分配系数常用k ow表示，反映了化合物在水相和有机相之间的迁移能力，它与化合物的水溶性、土壤吸咐常数和生物浓缩因子密切相关。 16、水体中典型的自养生物是藻类，自养生物的C、N、P源分别是CO2、NO3-、PO43-。 17、影响生物降解的因素是有机化合物本身的化学结构和微生物的种类，此外，温度、pH、反应体系的溶解氧等也能影响生物降解有机物的速率。 18、水中无机污染物进入水体，主要是通过沉淀－溶解、氧化－还原、配合作用、
煤的挥发分测定 一、实验目的 煤的挥发分参数是煤的重要物理指标之一，测定煤的挥发分为煤层的自燃倾向鉴定提供数据支持。 二、实验原理 称取一定质量的一般分析试验煤样，放在带盖的瓷坩埚中，在（900±10）℃下，隔绝空气加热7min，以减少的质量占煤样质量的百分数，减去该煤样水分含量作为煤样的挥发分。 三、实验药品及仪器 挥发坩埚：带有配合严密盖的坩埚，坩埚总质量为（15~20）g； 马弗炉：带有高温计和调温装置，能保持温度在900±10℃，并有足够的900±5℃的恒温区。炉子的热容量为当起始温度为920℃时，放入室内温下的坩埚架和若干坩埚，关闭炉门后，在3min内恢复到（900±10）℃。炉后壁有一个排气孔和插热电偶的小孔。小孔的位置应使热电偶插入炉内后其热接点在坩埚底和炉底之间，距炉底（20~30）mm处； 坩埚架：用镍铬丝或其他耐热金属丝制成。其规格尺寸能使所有的坩埚都在马弗炉恒温区内，并且坩埚底部紧邻热电偶接点上方； 干燥器：干燥器：内装变色硅胶或粒状无水氯化钙； 电子天平：感量0.1mg； 压饼机：螺旋式或杠杆式压饼机，能压制直径约10mm的煤饼； 坩埚钳；秒表。 四、实验步骤 （1）在预先于900℃温度灼烧至质量恒定的带盖瓷坩埚中，称取粒度小于0.2mm的一般分析试验煤样（1±0.01g）（称准至0.0002g），然后轻轻振动坩埚，使煤样摊平，盖上盖，放在坩埚架上。 褐煤和长焰煤应预先压饼，并切成约3mm的小块。
（2）将马弗炉预先加热至920℃左右。打开炉门，迅速将放有坩埚的架子送入恒温区，立即光上炉门并计时，准确加热7min 。坩埚及架子放入后，要求炉温在3min 内恢复至（900±10）℃，此后保持在（900±10）℃，否则此次实验作废。加热时间包括温度恢复时间在内。 （3）从炉中取出坩埚，放在空气中冷却5min 左右，移入干燥器中冷却至室温（约20min ）后称量。 （4）分析计算 空气干燥煤样的挥发份按式（3）计算： ad ad M m m V -?= 1001 （1） 式中：V ad —空气干燥基的挥发份，单位为百分数（%）； m —一般分析试验煤样的质量，单位为克（g ）； m 1—煤样加热后减少的质量，单位为克（g ）； M ad —空气干燥煤样的水分，单位为百分数（%）。 （5）挥发份测定的精密度 挥发份测定的重复性和再现性如表1规定： 表1 挥发份测定的精确度 挥发分 % 重复性限 V ad /% 再现性临界差 V d /% <20.00 0.30 0.50 20.00~40.00 0.50 1.00 >40.00 0.80 1.50 五、注意事项 （1）进行煤的挥发分测定时所需煤样一般不能少于2.0Kg 。 （2）在实验中必须使用同一台分析天平称重，不能在实验过程中随意更换称重仪器。
火电厂煤粉燃烧系统 火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，它的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水生成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。今天我的课题是煤粉燃烧系统。 一、煤粉的制备及预热 用火车或汽车、轮船等将煤运至电厂的煤场后，经初步筛选处理，用输煤皮带送到锅炉的原煤仓。煤从原煤仓落入煤斗，由给煤机送入磨煤机磨成煤粉，并经空气预热器来的一次风干燥并带至粗粉分离器。在粗粉分离器中将不合格的粗粉分离返回磨煤机再行磨制，合格的细煤粉被一次风带入旋风分离器，使煤粉与空气分离后进入煤粉仓。 二、煤粉气流的着火和燃烧 (一)煤粉气流的着火 煤粉空气混合物经燃烧器以射流方式被喷入炉膛后，经过湍流扩散和回流，卷吸周围的高温烟气，同时又受到炉膛四周高温火焰的辐射，被迅速加热，热量到达一定温度后就开始着火。有实验表明，煤粉气流的着火温度要比煤的着火温度高一些。因此，煤粉空气混合物较难着火，这是煤粉燃烧的特点之一。 在锅炉燃烧中，希望煤粉气流离开燃烧器喷口不远处就能稳定地着火，如果着火过早可能使燃烧器喷口因过热被烧坏，也易使喷口附近结渣；如果着火太迟，就会推迟整个燃烧过程，使煤粉来不及烧完就离开炉膛，增大机械不完全燃烧损失。另外着火推迟还会使火焰中心上移，造成炉膛出口处的受热面结渣。 煤粉气流着火后就开始燃烧，形成火炬，着火以前是吸热阶段，需要从周围介质中吸收一定的热量来提高煤粉气流的温度，着火以后才是放热过程。将煤粉气流加热到着火温度所需的热量称为着火热。它包括加热煤粉及空气（一次风），并使煤粉中水分加热、蒸发、过热所需热量。 (二)煤粉燃烧的三个阶段 煤粉同空气以射流的方式经喷燃器喷入炉膛，在悬浮状态下燃烧，从燃烧器出口，煤粉的燃烧过程大致可分为以下三个阶段： 1．着火前的准备阶段 煤粉气流喷人炉内至着火这一阶段为着火前的准备阶段。着火前的准备阶段是吸热阶段。在此阶段内，煤粉气流被烟气不断加热，温度逐渐升高。煤粉受热后，首先是水分蒸发，接着干燥的煤粉进行热分解并析出挥发分。挥发分析出的数量和成分取决于煤的特性、加热温度和速度。着火前煤粉只发生缓慢氧化，氧浓度和飞灰含碳量的变化不大。一般认为，从煤粉中析出的挥发分先着火燃烧。挥发分燃烧放出的热量又加热炭粒，炭粒温度迅速升高，当炭粒加热至一定温度并有氧补充到炭粒表面时，炭粒着火燃烧。 2．燃烧阶段 煤粉着火以后进入燃烧阶段。燃烧阶段是一个强烈的放热阶段。煤粉颗粒的着火燃烧，首先从局部开始，然后迅速扩展到整个表面。煤粉气流一旦着火燃烧，
《环境化学》 第一章绪论 一、填空 1、造成环境污染的因素有物理、化学和生物的三方面，其中化学物质引起的约占________。 2、污染物的性质和环境化学行为取决于它们的和在环境中的。 3、环境中污染物的迁移主要有、和三种方式。 4、人为污染源可分为____________、____________、____________、和____________。 二、选择题 1、属于环境化学效应的是 A热岛效应 B温室效应 C土壤的盐碱化 D噪声 2、五十年代日本出现的痛痛病是由______污染水体后引起的。 A Cd B Hg C Pb D As 3、五十年代日本出现的水俣病是由______污染水体后引起的。 A Cd B Hg C Pb D As 三、问答题 1、环境中主要的化学污染物有哪些？ 2、举例简述污染物在环境各圈的迁移转化过程。 第二章大气环境化学 一、填空 1、大气中的NO2可以转化成、和。 2、碳氢化合物是大气中的重要污染物，是形成烟雾的主要参与者。 3、大气颗粒物的去除与颗粒物的和有关，去除方式有 和。 4、当今世界上最引人瞩目的几个环境问题_________、__________、__________等是由大气 污染所引起的。 5、许多大气污染事件都与逆温现象有关，逆温可分为________、________、________。 6、大气中的重要自由基有、、、、等。 7、温室气体主要包括、、、、、等，其中 对温室效应贡献最大的是。 8、大气的扩散能力主要受__________和__________的影响。 9、污染物在大气中扩散取决于三个因素，即、、。 10、根据温度垂直分布可将大气圈分为对流层、平流层、________、热层和逃逸层。 11、硫酸型烟雾为型烟雾，而光化学烟雾为型烟雾。 12、大气中CH4主要来自________、________、_________的排放。