燃煤过程中添加吸附剂抑制超细颗粒物生成的机理研究

Fine particulate matters (PM2.5) in the atmosphere has been a focus of the whole society in China. Coal combustion contribute a lot to these fine PMs in atmospheric environment. Therefore, the controlling of fine PM emission during coal combustion is of great significance and is becoming more and more urgent at present. Additive injection during the coal combustion is one of the most promising ways to reduce the emission of the fine PM. And in the present study, we try to modify the natural kaolinite to improve its reduction performance of the fine and ultrafine PM. And we also try to screen/synthesis new additive(s) to get a more effective reduction of the ultrafine PMs. Moreover, to provide a theoretical foundation for the further large-scale commercial applications, parameters like the maximum reduction efficiency, the optimal reaction temperature and the optimal ratio, as well as possible effects of H2O/SO2/HCl in the flue gas on the PM reduction reactions of the additives will be studied as well.

中国雾霾问题已经引起全社会的持续高度关注，燃煤过程中的细颗粒物排放是大气细颗粒物的重要来源之一。如何对燃煤过程中形成的细颗粒物进行控制迫在眉睫，并具有十分重要的意义。在燃烧过程中添加吸附剂来抑制超细颗粒物的生成是减少燃煤颗粒物排放的最佳方法之一，本项目拟通过改性传统吸附剂高岭土来提高其脱除超细颗粒物的效率。筛选或制备新型吸附剂以进一步提高吸附剂对超细颗粒物生成的抑制效果，并分析吸附剂的最高脱除效率、最佳反应温度、最优添加比例及烟气中H2O/ SO2/Hcl等成分对吸附剂抑制超细颗粒物生成的影响规律，从而为煤燃烧过程中控制超细颗粒物的规模化商业应用奠定理论基础。

燃煤过程中的细颗粒物排放是大气细颗粒物的重要来源之一。在燃烧过程中添加吸附剂来抑制超细颗粒物的生成是减少燃煤颗粒物排放的最佳方法之一。本项目利用盐酸锰酸钾的强酸性和强氧化性、氢氧化钠的强碱性，改变高岭土的物理化学特性，研究分析了以上高岭土改性方法提高其捕获超细颗粒物效率的影响及机理。从材料的物理化学性质出发，选取了6种黏土矿物、1种火山灰和1种金属氧化物，进行了煤中添加各种矿物的燃烧实验，研究了添加各矿物材料对煤燃烧中超细颗粒物生成的影响，深入分析了新型黏土类吸附剂自身物理化学特性及其对典型碱金属的捕获机理。分别针对硅铝基黏土矿物蒙脱石和硅基黏土矿物，采用盐酸溶液和聚合羟基铝溶液两种方法进行改性处理，以优化其物理和化学特性，研究了新型黏土类吸附剂对超细颗粒物生成的抑制作用。进行了高岭土对于富氧燃煤颗粒物的脱除实验以及高岭土在富氧燃烧气氛中对碱金属蒸气的吸附实验，并结合热力学软件HSC对Na元素形态分布进行了模拟计算，系统分析了燃烧气氛中H2O和HCl对高岭土吸附Na的相关影响机理，探讨了燃烧过程中吸附剂的最佳反应条件及煤种适应性分析。在1000 MW超超临界机组上开展炉内添加高岭土减排颗粒物试验研究，分析了电站锅炉真实运行条件对PM2.5脱除与排放的影响，进行了添加剂优化路径分析。. 本项目研究内容严格按照项目计划书执行，各研究目标均顺利实现。建立了提高传统吸附剂对燃煤过程中超细颗粒物抑制作用的改性方法；筛选获得了新型吸附剂，获得比传统吸附剂更优的超细颗粒物脱除效果；共发表高质量论文（SCI/EI 收录）30篇，其中国际刊物SCI 收录论文17篇，国内期刊论文（EI 收录）13 篇。参加国际会议累积9人次，参加国内会议累积16人次。本项目执行期间，项目负责人获评“万人计划”青年拔尖人才，培养博士研究生4名，硕士研究生4名。