[發明專利]一種燃燒過程中汞形態轉化的研究方法

無效

• 申請號: 201310171437.7
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN103592159A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 呂建燚
• 申請（專利權）人: 華北電力大學(保定)
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N21/31
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于安全與清潔能源利用領域，具體涉及一種采用擴散火焰研究燃燒過程中汞元素形態轉化的方法。

背景技術

汞是化石燃料中最易揮發的痕量元素之一，也是美國清潔空氣法修正案(CAAA)中劃定的有毒空氣污染物(HAPs)之一。大氣中的汞主要是由化石燃料尤其是煤的燃燒和氣化排放出來的。但目前對燃煤煙氣中汞的化學形態分布規律的認識還不夠深入，不同化學形態的汞具有不同的物理、化學及生物特性，認識燃煤過程中汞的形態轉化規律、富集規律等對于汞的形態分布、排放控制、毒性及汞污染評估等都有重要的意義。

就當前所有對于汞在化石燃料燃燒中形態轉化的研究報道來看，主要采用兩種方法進行研究，包括：(1)在燃燒前對燃煤中汞的形態進行分析，如采用微波消化的方法消解樣品后，采用冷原子熒光法(CVAFS)對汞形態進行分析；(2)燃燒后對汞的形態進行分析，一般采用液體吸收劑、固體吸附劑從煙氣中采集樣品，再將采集到的樣品采用冷蒸氣原子吸收光譜法(CVAAS)、中子活化分析法(INAA)等方法測定。但因為存在燃燒中采樣困難的問題，所以難以獲得汞在燃燒過程中形態轉化的信息，因此缺乏燃燒過程中對汞的形態轉化方面的研究，也沒有相關的研究報道。

本發明以氣體擴散火焰燃燒器生成火焰，火焰內部與燃煤鍋爐有較相似的溫度分布特征。將汞蒸氣以載氣定量挾帶進入火焰參與燃燒過程，在火焰高度沿軸向不同位置處(火焰呈現出不同的溫度分布)采用美國材料試驗協會(ASTM)提供的標準方法Ontario?Hydro采樣，采集的汞的形態可以對應反映鍋爐燃燒過程中不同燃燒溫度、不同燃燒歷程后汞的原始形態，解決了鍋爐燃燒中在線采樣難、不能在燃燒過程中對汞的形態轉化進行研究的難題。

發明內容

為了解決鍋爐燃燒過程中在線采樣難、不能獲得汞形態轉化原始數據的問題，本發明提供了一種燃燒過程中汞形態轉化的研究方法，以實現燃燒過程中汞的在線采樣及其形態轉化規律的研究。

本發明的主要內容包括：

1.一種燃燒過程中汞形態轉化的研究方法，其特征在于，包括以下內容：

(1)以甲烷(或乙烯)為燃料、氧氣(或空氣)為氧化劑在擴散火焰燃燒器中形成穩定的擴散火焰。

(2)調節燃料、氧化劑的流量，測量并得到預期的、合理的火焰溫度分布。

(3)以氮氣為載氣，將汞蒸氣發生器產生的汞定量挾帶至擴散火焰參與燃燒。并根據需要，調節汞的摻入濃度。

2.根據權利要求1所述的一種燃燒過程中汞形態轉化的研究方法，其特征在于，沿燃燒火焰的軸向選擇并設置合適的采樣點，對燃燒過程中火焰不同位置處的汞進行采樣。

3.根據權利要求1所述的一種燃燒過程中汞形態轉化的研究方法，其特征在于，通過確定的燃料流量、氧化劑流量獲得固定高度的穩定燃燒火焰和火焰溫度分布，再精確定量汞的摻入濃度，能夠得到火焰中穩定的汞濃度分布，重復性好。

4.根據權利要求2所述的一種燃燒過程中汞形態轉化的研究方法，其特征在于，汞樣品的采集可采用美國材料試驗協會(ASTM)提供的標準方法Ontario?Hydro采樣，再采用冷蒸氣原子吸收光譜法(CVAAS)、中子活化分析法(INAA)等方法對其形態和濃度進行檢測和分析。

5.根據權利要求4所述的一種燃燒過程中汞形態轉化的研究方法，其特征在于，對不同采樣點(即不同燃燒溫度及燃燒歷程)下的汞樣品進行比較和分析，可研究并揭示燃燒過程中汞的形態轉化特性及規律。

6.根據權利要求1所述的一種燃燒過程中汞形態轉化研究的方法，其特征在于，同樣適用于對砷、鎘、鉛、鋅等其他痕量重金屬元素在燃燒過程中的形態轉化分析和研究。

有益效果：

本發明有以下創新點和優點：

1.采用擴散火焰研究燃燒過程中汞的形態轉化，采集的汞的形態對應反映鍋爐燃燒過程中不同燃燒溫度、不同燃燒歷程后汞的原始形態，解決了鍋爐燃燒中在線采樣難、不能在燃燒過程中對汞的形態轉化進行研究的難題。

2.適用于對砷、鎘、鉛、鋅等其他痕量重金屬元素在燃燒過程中的形態轉化分析和研究。

附圖說明：

圖1為一種燃燒過程中汞形態轉化研究方法示意圖。圖中(a)所示的火焰采樣點網格根據溫度分布曲線進行設置。圖中(b)所示擴散火焰燃燒器由2層同心管組成，外層通以氧化劑，內層通以燃料、汞蒸氣和載氣。采樣器由內徑1mm的陶瓷管和內徑5mm的銅管連接組成，然后再與Ontario?Hydro采樣系列相連接，尾部采樣真空泵提供采樣動力。采樣器的采樣位置由三維移動平臺精確定位。