焦作市某电厂燃煤利用过程中微量元素迁移转化行为研究

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燃煤电厂微量元素,特别是有毒微量元素As,Hg,Pb,Cd的排放问题已经成为国内外专家学者研究的热点。大部分微量元素在燃煤过程中易于挥发,且不易被除尘装置捕获,直接或间接地排入大气中,是大气环境重要的污染源之一。燃煤电厂微量元素排放已对环境及人体健康构成直接或潜在的危害。  本文选取焦作市某电厂为研究对象,对其锅炉用煤,炉渣,预除尘飞灰,脱硫除尘飞灰、煤泥等样品进行研究,采用X射线衍射仪,ICP-MS,冷原子测汞仪等仪器对样品的矿物成分和微量元素含量进行测定,探讨电厂燃煤过程中煤及燃煤产物中微量元素Mn,Co,Ni,Cu,As,Cd,Pb,Hg的富集规律、富集因子及分布特征;微量元素Mn,Co,Ni,Cu,As,Cd,Pb在燃煤产物预除尘飞灰及脱硫除尘飞灰中的形态分布等,并在此基础上进一步探讨了电厂燃煤As元素排放量、排放率及环境影响效应等方面。结果表明:  (1)脱硫除尘飞灰微量元素含量变化主要受以下两种因素影响:1、脱硫除尘工艺造成的烟气飞灰中微量元素不同形态的迁移;尤其是水溶态和碳酸盐结合态微量元素从飞灰到脱硫剂新生成的钙盐废渣的迁移程度;2、脱硫除尘飞灰与预除尘飞灰相比,较小粒径飞灰所占比例增大,易挥发微量元素在小粒径飞灰上趋于富集。  当第一种因素占主导作用时,预除尘飞灰微量元素含量大于脱硫除尘飞灰;当第二种因素占主导作用时,脱硫除尘飞灰微量元素含量大于预除尘飞灰。  (2)微量元素 Mn,Co,Ni,Cu,As,Cd,Pb,Hg在煤及燃煤产物中的分布特征如下:As:2NFH>TLF﹥2BFH﹥1BFH﹥1NFH﹥MN﹥M﹥2LZ>1LZ,Hg:2NF>1NF>2BF>1BF>TLF>1LZ>2LZ,Mn、Co、Cu:LZ>FH>TL>M,Ni:LZ>TLF>FH>M,Cd:LZ>FH>M>TLF,Pb:FH>TLF>M>LZ。在电厂燃煤过程中As趋于在飞灰中富集,在炉渣中亏损;Mn,Co,Cu主要残留在炉渣中;Ni,Cd趋于平均分配到燃煤产物中;Pb趋于在飞灰中高度富集。  (3)预除尘飞灰中微量元素Mn,Co,Ni,Cu,As,Cd,Pb赋存形态的分布特征如下:As:残渣态>铁锰氧化物结合态>碳酸盐结合态>硫化物结合态>水溶态和可交换态>有机结合态,Mn,Co,Ni,Cu,Cd,Pb大体上为:残渣态>硫化物结合态>铁锰氧化物结合态及碳酸盐结合态>水溶态和可交换态>有机结合态;脱硫除尘飞灰中微量元素Mn,Co,Ni,Cu,As,Cd,Pb赋存形态的分布特征如下:As:残渣态>铁锰氧化物结合态>硫化物结合态>碳酸盐结合态>水溶态和可交换态>有机结合态,Mn,Co,Ni,Cu,Cd,Pb大体上为:残渣态>铁锰结合态>硫化物结合态>碳酸盐结合态>水溶态和可交换态>有机结合态。预除尘飞灰与脱硫除尘飞灰微量元素Mn,Co,Ni,Cu,Cd,Pb6种赋存形态含量水平也存在着不同程度的差异。  (4)该电厂每年预除尘飞灰及脱硫除尘飞灰As排放量分别为1.003t、0.776t,排放率分别为16.821%、13.032%;焦作市2005~2010电力、热力生产和供应As排放量逐年递减,整个河南省As排放量呈递增趋势;每年预除尘飞灰及脱硫除尘飞灰Hg排放量分别为0.018t,0.022t;排放率分别为77.493%,96.806%;微量元素 Ni,Cu,Mn,Co,Pb,Cd排放量,排放率由小到大依次是:Ni<Cu<Mn<Co<Pb<Cd,其中Ni,Cu排放率为负。  (5)近地表降尘As含量与电厂盛行季风下风向距离在0.05水平呈显著正相关关系,相关系数为0.958;电厂下风向距离电厂最远的采样点3近地表降尘 As含量均值最高为38.088ug/g;粉煤灰及粉煤灰回用土壤As含量范围值在100.240~169.550ug/g之间;该电厂每年预除尘及脱硫除尘水溶态和可交换态As潜在排放量分别为0.958t,0.0394t;2005~2010间,焦作市水溶态和可交换态微量元素潜在排放量呈逐年递减趋势,河南省水溶态和可交换态微量元素潜在排放量呈逐年递增趋势;经脱硫除尘后飞灰微量元素潜在排放量显著降低。  (6)煤及煤泥中矿物成分主要以高岭土、方解石、石英为主;炉渣与煤及煤泥的矿物成分有较明显的差异,炉渣中方解石的含量仅为4%,远远低于煤及煤泥方解石的含量;预除尘飞灰矿物成分主要有硅铝合金,HT石英,a石英,alpha-Fe2O3;脱硫除尘飞灰矿物成分主要有方解石,硅铝合金,石英,氢氧钙石及beta、HT石英。
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