燃煤过程中Ti、Fe、Ba等重金属元素主导的PM2.5生成机理与逃逸特性研究

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基本信息

  • 批准号:
    51876162
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0604.燃烧学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The coal consumption is large in China and the fine particulates generated from coal combustion could easily escape from the flue gas treatment system. These fine particles rich in heavy metals are harmful to human. The applicant sampled fine particulate matter at chimney inlet from several ultra-low emission power plants. In addition to the major elements such as Si, Al in fine particles, heavy metals in PM2.5 such as Ti, Fe, Ba which are trace elements in coal have also been found. The particles rich in heavy metals have obvious reflection characteristic under the electron microscope. There are some researches on the transformation behavior of Si, Al, Na, but few studies are concerned of fine particles formation mechanism and escape characteristic of heavy metals such as Ti, Fe, Ba. This project aims at synthesizing a kind of ‘simulated coal’. The release, nucleation, coagulation of heavy metal under high temperature will be studied through ‘simulated coal’ combustion and the transformation kinetic model of Ti, Fe, Ba into PM2.5 will be verified by real coal combustion. A flue gas treatment based on similarity simulation principle will be used to get the capture and escape mechanism of PM2.5 rich in heavy metals including Ti, Fe, Ba. This project aims at determining the amount and size distribution of PM2.5 rich in heavy metals and providing theoretical basis for particulate emission control.
我国煤炭消耗很大,燃煤排放的富含重金属的微细颗粒物对人体健康危害较大。申请人在多个超低排放电厂烟囱入口收集的PM2.5中除了发现较多的Si、Al外,还发现煤中本身含量较少的Ti、Fe、Ba等重金属元素为主体的微细颗粒占有相当比例,且在电镜下有明显的反光特征。目前对Ti、Fe、Ba等重金属元素向微细颗粒物转化机理及逃逸机制研究较少。本项目将首先探讨一种合成“成分可控模拟煤粉”的方法,再通过模拟煤粉燃烧试验得到Ti、Fe、Ba等重金属元素的高温气化释放、成核和团聚生长机制,获得Ti、Fe、Ba等元素向PM2.5转化的动力学计算模型,并通过真实煤粉燃烧试验对该模型进行验证。搭建超低排放烟气处理系统,研究Ti、Fe、Ba等元素主导的PM2.5在烟气处理设备中的捕集逃逸机制,最终为燃煤排放富含重金属PM2.5数量和粒径分布的精确确定和控制提供理论依据。

结项摘要

我国煤炭消耗很大,燃煤排放的微细颗粒物对人体健康危害较大。本项目针对燃煤排放的微细颗粒物,重点研究了:成分可控模拟煤粉的制备和应用、煤粉燃烧过程中无机元素的气粒转化特性、烟气处理系统中细颗粒物的逃逸特性。主要成果如下:.1.获得了一种成分可控的模拟煤粉的制备方法,并通过研究无机元素向细颗粒物的转化特性,验证了其用于煤粉燃烧细颗粒物研究的可行性。.2.在沉降炉系统中,研究了炉膛温度、燃烧气氛对准东煤细颗粒物生成特性的影响,及后燃烧区内细颗粒物的演化过程。在900℃至1300℃范围内,随着炉膛温度的升高,由于无机蒸汽的产生与去除机制之间的相互竞争,PM0.4的质量产率先降低后升高。O2浓度在30%~40%之间,富氧气氛下燃烧强度与空气气氛相当。在后燃烧区,在烟气温度从1000℃降至200℃的过程中,团聚、成核、冷凝、表面化学反应对PM0.4-10的质量浓度粒径分布和元素组成的影响较小。团聚机制主导了PM0.4的演变。.3.在超低排放燃煤工业锅炉、燃煤电厂上进行了颗粒物现场测试。获得了细颗粒物在不同烟气处理设备中的逃逸特性。对于燃煤工业锅炉:工业循环流化床(CFB)锅炉出口颗粒物浓度明显高于工业链条炉(CGB),CGB产生的颗粒物以PM2.5居多,占PM10的79.5%。布袋除尘器对CFB锅炉微细颗粒物的脱除效率可达98.12~99.56%,但是由于CGB炉膛出口微细颗粒物浓度较低,对应链条炉的脱除效率仅为90.0~93.6%。脱硫塔和湿式电除尘对微细颗粒物的联合脱除效率约为50~60%。两台锅炉PM2.5和PM1的排放因子分别为0.025~0.028kg/t和0.014~0.017kg/t。对于燃煤电站:SCR可以使PM1的质量浓度增加52.11%。低低温省煤器提高了ESP对于0.1μm~1μm粒径范围内颗粒的脱除效率。WFGD能有效脱除超微米颗粒,但会使PM1的质量浓度增加59.41%。WESP对PM1、PM2.5、PM10的脱除效率为55.77%~71.92%。在80%BMCR下,最终的PM10排放浓度为2.04mg/Nm3。.以上研究结果揭示了燃煤源微细颗粒物的生成特性及其在烟气处理设备中的逃逸特性。有助于煤炭清洁高效利用技术的进步。

项目成果

期刊论文数量(30)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Investigation on ash fusion temperature and slagging characteristic of Zhundong coal blends, Part 1: The effect of two solid wastes from calcium carbide production
准东混煤灰熔融温度及结渣特性研究第1部分:电石生产中两种固体废物的影响
  • DOI:
    10.1016/j.fuproc.2021.107138
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Fuel Processing Technology
  • 影响因子:
    7.5
  • 作者:
    Yibin Wang;Liangyu Li;Qiwei An;Houzhang Tan;Meng Wang;Lihai He;Rui Sun;Guang He;Jianwei Yang
  • 通讯作者:
    Jianwei Yang
Investigation of Zn- and Pb-rich deposits on water-wall tubes in three coal-fired boilers
三台燃煤锅炉水冷壁管富锌、富铅沉积物的调查
  • DOI:
    10.1016/j.fuproc.2020.106607
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    FUEL PROCESSING TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    7.5
  • 作者:
    Wang Yibin;Wang Meng;Tan Houzhang;Lin Guohui;Sheng Hu;Wang Chengliang;Yang Zuwang;Zhang Sicong
  • 通讯作者:
    Zhang Sicong
Effect of calcined kaolin on PM0.4 formation from combustion of Zhundong lignite
煅烧高岭土对准东褐煤燃烧PM0.4生成的影响
  • DOI:
    10.1177/02632764211025709
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Fuel
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Renhui Ruan;Qiwei An;Houzhang Tan;Shiyao Jia;Xuebin Wang;Jianghua Peng;Peng Li
  • 通讯作者:
    Peng Li
Effect of Ca3(PO4)2 additive on the slagging behavior during the cofiring of high‑sodium coal and iron-rich coal
Ca3(PO4)2添加剂对高钠煤与富铁煤混烧造渣行为的影响
  • DOI:
    10.1016/j.fuproc.2021.106965
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Fuel Processing Technology
  • 影响因子:
    7.5
  • 作者:
    Yibin Wang;Liangyu Li;Qiwei An;Meng Wang;Houzhang Tan;Peng Li;Jianghua Peng
  • 通讯作者:
    Jianghua Peng
Emission Characteristics of Particulate Matter from Two Ultralow-Emission Coal-Fired Industrial Boilers in Xi’an, China
中国西安两台超低排放燃煤工业锅炉颗粒物排放特征
  • DOI:
    10.1021/acs.energyfuels.8b04069
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Energy & Fuels
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Renhui Ruan;Xinwei Xu;Houzhang Tan;Sicong Zhang;Xuchao Lu;Peng Zhang;Ruiwu Han;Xiaohe Xiong
  • 通讯作者:
    Xiaohe Xiong

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其他文献

440 t/h燃煤锅炉低氮燃烧模式下水冷壁高温腐蚀分析
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    徐通模
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    工 程 热 物 理 学 报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡中发;王学斌;王毅斌;邓双辉;李智锋;谭厚章
  • 通讯作者:
    谭厚章

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AI技术路线图

谭厚章的其他基金

燃煤源微细颗粒物的生成机理及排放因子研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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