采用生命周期影响评价软件ReCiPe2016研究煤矸石和煤燃烧时As和Pb排放的环境效应

在煤和煤矸石燃烧的过程中，许多重金属污染物排放到大气中，从而造成严重的环境问题，因此研究煤燃烧过程中重金属排放的环境效应很有必要。本研究运用ReCiPe2016软件计算了煤矸石和煤在330 MW煤粉炉、50 kW循环流化床和实验室燃烧时As和Pb排放的环境影响值。结果表明当煤在330 MW煤粉炉燃烧的时候，底渣、飞灰、烟气中的As排放对环境的影响值分别是3.28×10^-6、2.68×10^-5、3.89×10^-3，底渣、飞灰、烟气中的Pb排放对环境的影响值分别是8.57×10^-6、6.00×10^-5、4.83×10^-2。底渣中的As和Pb排放对环境的影响比飞灰中低；As和Pb排放到大气对环境的影响比排放到土壤高。另外，当煤在50 kW循环流化床燃烧的时候，飞灰中的As和Pb排放对环境的影响值分别是3.26×10^-5和1.28×10^-4，底渣中的As和Pb排放对环境的影响值分别是1.16×10^-6和1.43×10^-5。本文的研究结果还表明当煤矸石在实验室燃烧的时候，随着燃烧温度的升高，As和Pb排放对环境的影响值升高。另外，As和Pb排放到大气对环境的影响占总环境的影响比例比排放到土壤高。此项研究还表明当煤在煤粉炉和循环流化床燃烧的时候，相同工况下Pb排放对环境的影响比As高。这项结果也为运用生命周期影响评价软件预测煤矸石在循环流化床燃烧As和Pb排放的环境影响提供基础数据。     

煤灰在高温下的流变特性研究

为了研究煤灰在高温下的流变特性,以陕西神木煤、内蒙纳林沟煤、宁夏羊肠湾煤和山东南屯煤四种煤灰为样品,利用高温旋转黏度计,研究了高温下煤灰渣黏度和剪切应力随剪切速率的变化。实验结果表明,当实验温度高于煤灰的液相线温度时,其流型表现为牛顿流体;当温度低于液相线温度时,其流型逐渐由牛顿流体转变为非牛顿流体。其中,陕西神木煤和宁夏羊肠湾煤的煤灰样品在高温下表现为剪切增稠,随着温度的降低,由牛顿流体转变为屈服涨塑性流体;内蒙纳林沟煤和山东南屯煤的煤灰样品在高温下表现为剪切变稀,随着温度的降低,由牛顿流体转变为屈服假塑性流体。另外,随着温度的降低,由于液态煤灰中晶体的不断析出,使屈服应力逐渐增大,降低了煤灰的流动性。     

高钙高铁煤灰熔融及黏温特性研究

以金鸡滩煤为原料,沙子为添加剂,研究不同比例添加剂下高钙高铁煤灰熔融及黏温特性变化;通过XRD、高温热台显微镜与扫描电镜-能谱等分析方法研究矿物质转变对其灰熔融及黏温特性影响。结果表明,煤灰熔点随添加剂量的增加先降低后升高,辉石类低温共熔物生成是其降低的主要原因;原煤熔渣黏度波动与钙铝黄长石生成有关,而含铁矿物质析出导致其黏度迅速增加;添加沙子后,煤灰熔渣临界温度显著下降,熔渣由结晶渣向玻璃渣转变。原煤熔渣中Fe、Ca元素分布不均匀,添加沙子后均匀程度明显改善,与黏温曲线测试结果吻合。实验结果表明,沙子是改善高钙高铁煤黏温特性的一种有效添加剂。     

宁东煤灰层/熔渣界面煤焦气化反应特性原位研究

以典型宁东煤-羊场湾煤为气化原料,采用热重分析仪和高温热台显微镜原位研究了1100、1200、1300℃下煤焦颗粒及其在灰层界面和熔渣界面的气化反应。结果表明,不同气化温度下灰层界面和熔渣界面的形态变化是影响煤焦颗粒气化反应性的主要因素。气化温度为1100℃,灰层在高温下收缩并包裹在煤焦颗粒表面,阻碍气化剂与煤焦颗粒的接触,使煤焦颗粒气化反应速率降低,而熔渣界面未发生明显变化,其界面处煤焦气化反应速率不变。气化温度为1300℃,灰层界面与熔渣界面均转变为液态,在表面张力作用下煤焦颗粒破碎,有效反应面积变大,传热速率增大,进而提高了煤焦的气化反应速率。     

山西“两高”煤灰分对石灰石助熔机制影响的研究

以山西"两高"煤为研究对象,考察了洗选改变灰分对添加助熔剂Ca CO3的影响。研究发现,随着洗煤灰分的降低,煤灰中二氧化硅含量及硅铝比(Si/Al)降低,煤灰流动温度降低至液态排渣气流床气化所需温度时,Ca CO3的添加比例与洗煤高温下生成的矿物质种类及其含量相关,经过洗选降低灰分后的FH与SH洗煤,通过添加一定比例的助熔剂Ca CO3,高温下煤灰渣类型由结晶渣变为玻璃体渣,排渣温度范围宽,能够很好地满足气流床气化液态排渣的要求,洗选与添加Ca CO3助熔剂配合使用的方式,可以有效调控山西"两高"煤灰流动性质。     

含V和Ni灰高温流动性的调控研究

以三种含V和Ni灰为研究对象,探索通过添加助剂和配煤两种途径来调控含V和Ni灰的流动性,利用XRD、SEMEDX和三元相图等分析方法,探究了两种方法调控含V和Ni灰流动性的机理。结果表明,灰中V和Ni在高温下形成难熔物钒氧矿和单质镍,配煤和添加CaO降低了V和Ni的含量,同时可降低除V和Ni以外灰组成的液相温度,进而降低灰的熔融温度。当灰中V和Ni的总含量低于30%时,配入助熔剂CaO可明显降低灰的熔融温度,但其黏温曲线转变为结晶渣类型。当灰中V和Ni含量高于30%时,需通过配入低熔点煤灰降低熔融温度,在满足气流床排渣要求的煤灰中配入5%的该灰后,其黏温特性仍满足气流床液态排渣的要求,但配比达到10%时,降温过程中析出大量的富钒尖晶石,使灰渣黏温曲线转变为结晶渣类型,其不再适合气流床液态排渣的要求。     

配煤灰渣中矿物质在高温中转变的定量分析及其对结渣的影响

利用沉降炉系统对榆林和平朔的配煤进行结渣特性实验,测定不同实验温度下煤的结渣指数,并利用X射线衍射分析(XRD)对灰渣中矿物质组成进行了定量分析。结果表明,灰渣中主要存在四种结晶矿物质分别为氧化铁、钙长石、莫来石、氧化硅,以及无定形的玻璃体。其中,灰中氧化铁含量和灰渣中钙长石、莫来石含量对燃煤的结渣倾向性起显著性影响;灰中氧化铁和灰渣中钙长石含量越高、灰渣中的莫来石含量越低,煤燃烧的结渣倾向性越大。通过配煤可以降低煤灰中的氧化铁含量,并降低灰渣中的钙长石生成量和提高灰渣中的莫来石生成量,从而显著降低神木类煤的结渣倾向性。     

铅同位素在示踪城市环境污染源研究中的应用

在分析铅同位素示踪环境铅污染源理论的基础上,以成都市为例,对成都市城市环境（土壤、大气降尘、主要水系沉积物）铅污染的主要来源进行了研究.结果表明,成都市城市环境污染主要来自于燃煤扬尘和汽车尾气排放.铅同位素示踪理论应用于城市环境污染源的研究,能够取得比较理想的结果.     

山西典型高铝煤灰熔融及黏温特性改性实验研究

以山西典型高铝煤为研究对象,研究了工业助熔剂石灰石、黏土以及两者的复合助熔剂对其灰熔融特性及黏温特性的影响。结果表明,随着助熔剂含量的增加,煤灰熔融流动温度下降;石灰石的助熔效果优于黏土,复合助熔剂效果优于单一助熔剂。添加石灰石使灰渣临界黏度温度tcv显著降低,添加黏土使其渣型向玻璃渣转变,复合助熔剂较单一助熔剂存在显著协同作用,即能同时实现tcv的降低和渣型的有利转变。对山西典型高铝煤两渡煤,在复合助熔剂添加量为4%(2%石灰石+2%黏土)时,不仅其渣型向玻璃渣转变,且tcv较单独添加石灰石(2%)降低133℃,较单独添加黏土(6%)降低222℃。矿物质分析结果证实了助熔剂的助熔原理。添加复合助熔剂改性的山西高铝煤可达到工业气流床气化对煤种的要求。     

水冷壁气流床气化炉灰渣结构分析

在管式电炉还原性气氛下,对煤灰进行1 300℃和1 400℃的高温热处理。同时,在小型膜式水冷壁气流床气化炉热模装置中进行煤气化实验。利用XRD、SEM和EDS等方法,考察了热处理后灰渣与煤气化所得炉渣的表面形态、内部微观结构、矿物组成等结构特性,并对管式电炉内进行灰渣热处理实验的可行性进行评估。结果表明,热处理温度和灰渣流动温度对灰渣的结构具有重大影响,热处理温度高于灰渣流动温度约10℃时,灰渣中含有大量矿物晶体且表面形态粗糙,内部微观结构凹凸不平,灰渣难于流动;热处理温度高于灰渣流动温度约100℃时,渣中大部分矿物晶体已变成无定形的玻璃体物质,灰渣表面及内部微观结构变得光滑均匀。采用管式电炉模拟气化炉内灰渣氛围,研究气化炉操作温度对灰渣结构的影响,具有一定的可行性。     

燃煤飞灰中铁质微珠的显微结构及其组成研究

选用我国三个典型燃煤煤种的电厂飞灰中铁质微珠,进行显微结构与物相组成等方面的研究。揭示出铁质微珠中存在空心微珠、子母珠和实心微珠三种显微颗粒类型,在这些显微颗粒表面可识别出以微粒状和八面体自形晶两种方式存在的赤铁矿和磁铁矿析晶;元素分析表明,燃烧褐煤电厂铁质微珠主要由Fe、Ca、Al、和Si元素组成,燃烧烟煤和无烟煤的电厂铁质微珠主要由Fe、Al和Si元素组成;物相分析发现,Fe在铁质微珠中以四种存在形式：Fe3O4、α-Fe2O3、γ-Fe2O3和Fe3+-玻璃相。这些物相在三个电厂飞灰中呈现出不同的分布特征,反映出不同的燃煤煤种在锅炉中燃烧温度的差异。随着温度的升高,Fe3O4先氧化为γ-Fe2O3,或γ-Fe2O3与Fe3O4的固熔体,然后再转变为α-Fe2O3,当温度超过 1 400 ℃时,Fe2O3又转化为Fe3O4。     

Instrumental neutron activation analysis of coal and its combustion residues from a power plant

A growing demand of electrical energy derived from coal combustion led to a significant increase of coal ash as residues. Approximately 70 % of the fly ashes are recycled, while most of the bottom ashes have been land-filled in the ash pond in Korea. In this work, to evaluate the potential impacts of the residues from a coal power plant on the environment, its inorganic elemental components were determined by INAA and PGAA. Coal ash samples were collected from the biggest power plant complex in Korea. These samples were analyzed by using the NAA facilities in the HANARO research reactor of the Korea Atomic Energy Research Institute. A total of 31 elements were analyzed in the samples, and certified reference materials were used for the analytical quality control. The enrichment status of a given metal in fuel coal and ashes was investigated by its concentration ratio. In order to assess the impact of the coal combustion residues on ecosystem, their concentrations determined for each respective type of the samples were compared to both reference data and nearby beach sand samples.     

煤灰在不同耐火砖表面的润湿性与侵蚀性研究

通过观察煤灰柱在耐火材料表面随温度升高的形态变化和接触角的变化,来判断煤灰在耐火材料表面的润湿性;用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等方法对煅烧煤灰过程中煤灰对耐火材料的侵蚀和渗透进行了观察测试,就渣样的形貌、耐火材料横断面的扫描图像及其元素变化进行了分析。结果表明,温度是影响煤灰在耐火材料表面润湿性和侵蚀性的重要因素;不同耐火材料的抗煤灰侵蚀不同,主要取决于耐火材料的组成和结构,其中结构致密度尤其重要;煤灰对耐火材料的侵蚀其实就是煤灰与耐火材料中各矿物元素互相侵蚀与渗透的结果,在侵蚀过程中还伴随着各种化学反应来抑制或促进侵蚀;煤灰在耐火材料表面的润湿性与煤灰对耐火材料的侵蚀性基本上表现出一致性。     

A study of the chemical forms or species of manganese found in coal fly ash and soil

The chemical speciation of manganese of environmental and toxicological interest was undertaken in coal fly ash and soil. Hard coal used in combustion creates considerable quantities of waste ash. The greatest quantities of industrial ashes are stored in the form of waste-heaps, which create a serious problem as the source of inorganic pollution. It is necessary to identify physical and chemical properties of ash, especially when analyzing the pollution of soil by trace metals, which are potentially mobile in environment. In this work, a new analytical method has been developed and used successfully for identification and determination of chemical forms of manganese in coal fly ash and soil. The basic chemical forms of metals contained in the environmental samples (fly ash and soil) can be described by using sequential extraction method. To identify Mn ions, the UV-VIS spectrophotometric method was used by means of comparative analysis of spectrophotometric spectra of appropriate Mn ions in the standard solutions and solutions obtained after extraction. The concentration of manganese in all solutions was determined by the Flame Atomic Absorption method. The experimental approach and analytical method developed in this study appear adequate for this purpose and can therefore be used for similar research.     

Vertical distribution of uranium concentrations and 235U/238U atom ratios in the coastal water off Aomori, Japan: A survey prior to the operation of a nuclear fuel reprocessing facility

Summary From the viewpoint of environmental radioactivity monitoring, the determination of uranium and its isotope ratio is important for identifying and assessing the environmental impact of any unexpected release from nuclear facilities. In this work, a survey was conducted to determine ²³⁸U concentrations and ²³⁵U/²³⁸U atom ratios in coastal waters off Rokkasho Village, Aomori, Japan, where several uranium-related nuclear facilities have been operating since 1992, and a newly constructed nuclear fuel reprocessing plant is scheduled to be commissioned in 2006. Seawater samples were analyzed directly after a 10-fold dilution using isotope dilution sector-field ICP-MS. Based on the results, we concluded that there is no observable uranium contamination in the investigated sites. In addition, for the first time, a correlation between uranium concentration and salinity was established in coastal waters using the SF-ICP-MS technique.     

燃煤电厂3种固体废物对水环境影响的研究

以某电厂灰渣作为研究对象,分别对锅炉渣、粉煤灰和烟道灰3种材料对水环境的影响进行了试验,全面分析了灰渣的物理性质和化学成分。分别做了灰渣的浸出毒性试验、浸出剂的pH值对粉煤灰重金属浸出毒性试验,灰渣的腐蚀性、灰渣的淋溶、灰渣的沉降试验,从而得出燃煤电厂固体废物对水环境潜在的毒性影响。     

煤灰对玉米秸秆焦气化过程中固钾及其灰熔融性的研究

在管式炉中,研究了煤灰对玉米秸秆焦在不同气化条件下钾的固留率和灰渣熔融性的影响。采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)以及灰熔点测定仪等检测表征手段对气化灰渣中的钾元素含量、矿物质组成以及其熔融点进行了分析。实验以高岭土为参考,研究发现,煤灰如同高岭土具有一定的固钾能力,且随着添加量的增加钾固留率呈现增加的趋势,同时灰渣熔点也得到了提升。灰渣产物的XRD组成分析表明,挥发至气相中的钾以及灰渣中以熔融态存在的钾盐与煤灰中的硅铝化合物反应生成了高熔点的KAlSi_3O_8、KAlSi_2O_6和KAlSiO_4,从而达到固钾的效果并提升了灰渣的熔点。     

Improvement of the radiological environmental situation due to remedial actions at a coal-fired power plant

An assessment of the radiological situation in the area of a coal-fired power plant is made in order to determine their possible impact of a waste landfill located close to the sea and to a rather populated area. The studies carried out over the past decades and repeated radioactivity measurements of slag and ash have shown that the concentration of ²³⁸U and ²³²Th decay series cannot be considered negligible. The aim of this paper was to analyse data collected in the period prior the restoration plan and compare them with the most recent data when in situ restoration measures are in progress.This revised version was published online in November 2005 with corrections to the Cover Date.     

酸洗污泥与煤共燃烧过程中重金属的迁移分布研究

采用高温管式炉系统进行酸洗污泥与煤共燃烧实验。对共燃烧后As、Cr、Ni、Cd、Cu、Mn、Pb、Zn、Sb、Se重金属元素在烟气、飞灰及炉渣中的分配率进行分析。结果表明,Cd、Se、Zn是易挥发重金属,主要分布在烟气和飞灰中。Cd在烟气中的最大分配率为61%;Se在烟气中的分配率为38.58%~94.612%;Zn在低、高温段分别主要分布在烟气和飞灰中。As、Cu、Pb、Sb是半挥发重金属,Pb在炉渣中的分配率较稳定,分配率为42.67%~64.76%,在烟气和飞灰中的分配率波动较大,其分配率分别是14.176%~45.79%和9.78%~32.55%;Sb在烟气中的最大分配率为37.64%;温度升高反而会抑制As、Cu挥发,这与高温下As、Cu易与矿物质反应生成络合物有关。Ni、Cr、Mn属于难挥发重金属,绝大部分残留在炉渣中,且分配率对温度变化不敏感。赋存于炉渣中的Cr、Ni分别超过95%和97%;随着温度升高,Mn在炉渣中的分配率由71.46%增加到96.89%。     

蛭石对高钠高钙准东煤结渣特性影响研究

采用一维沉降炉,辅以灰熔点仪的实验方法,将蛭石与高钠高钙准东煤掺混燃烧,研究其对高钠高钙准东煤结渣特性的影响。结果表明,随着蛭石掺烧量的提高,灰熔点温度呈现先降低后升高的趋势,当掺烧量为6%时灰熔点温度最低;蛭石掺烧量越高,高钠高钙准东煤结渣情况改善越明显,当掺烧量达到4%时,渣样变得疏松多孔,质地变脆,渣样与沉积探针之间的黏附性较弱,极易通过吹灰除去,建议蛭石掺烧量为4%;煤灰中原始矿物质以石英、钙铝黄长石或钙黄长石以及辉石类的低熔点矿物质为主,掺烧蛭石后,含钠的绿辉石矿物质被转化为韭闪石,含铁的斜辉石、赤铁矿等矿物质被转化为铁橄榄石,渣样中的矿物质均以高熔点的镁橄榄石为主;蛭石具有固钠的作用,取样温度越低,蛭石掺混量越高,其固钠效果越明显。