[发明专利]一种燃烧过程中汞形态转化的研究方法

说明书

技术领域

本发明属于安全与清洁能源利用领域，具体涉及一种采用扩散火焰研究燃烧过程中汞元素形态转化的方法。

背景技术

汞是化石燃料中最易挥发的痕量元素之一，也是美国清洁空气法修正案(CAAA)中划定的有毒空气污染物(HAPs)之一。大气中的汞主要是由化石燃料尤其是煤的燃烧和气化排放出来的。但目前对燃煤烟气中汞的化学形态分布规律的认识还不够深入，不同化学形态的汞具有不同的物理、化学及生物特性，认识燃煤过程中汞的形态转化规律、富集规律等对于汞的形态分布、排放控制、毒性及汞污染评估等都有重要的意义。

就当前所有对于汞在化石燃料燃烧中形态转化的研究报道来看，主要采用两种方法进行研究，包括：(1)在燃烧前对燃煤中汞的形态进行分析，如采用微波消化的方法消解样品后，采用冷原子荧光法(CVAFS)对汞形态进行分析；(2)燃烧后对汞的形态进行分析，一般采用液体吸收剂、固体吸附剂从烟气中采集样品，再将采集到的样品采用冷蒸气原子吸收光谱法(CVAAS)、中子活化分析法(INAA)等方法测定。但因为存在燃烧中采样困难的问题，所以难以获得汞在燃烧过程中形态转化的信息，因此缺乏燃烧过程中对汞的形态转化方面的研究，也没有相关的研究报道。

本发明以气体扩散火焰燃烧器生成火焰，火焰内部与燃煤锅炉有较相似的温度分布特征。将汞蒸气以载气定量挟带进入火焰参与燃烧过程，在火焰高度沿轴向不同位置处(火焰呈现出不同的温度分布)采用美国材料试验协会(ASTM)提供的标准方法Ontario Hydro采样，采集的汞的形态可以对应反映锅炉燃烧过程中不同燃烧温度、不同燃烧历程后汞的原始形态，解决了锅炉燃烧中在线采样难、不能在燃烧过程中对汞的形态转化进行研究的难题。

发明内容

为了解决锅炉燃烧过程中在线采样难、不能获得汞形态转化原始数据的问题，本发明提供了一种燃烧过程中汞形态转化的研究方法，以实现燃烧过程中汞的在线采样及其形态转化规律的研究。

本发明的主要内容包括：

1.一种燃烧过程中汞形态转化的研究方法，其特征在于，包括以下内容：

(1)以甲烷(或乙烯)为燃料、氧气(或空气)为氧化剂在扩散火焰燃烧器中形成稳定的扩散火焰。

(2)调节燃料、氧化剂的流量，测量并得到预期的、合理的火焰温度分布。

(3)以氮气为载气，将汞蒸气发生器产生的汞定量挟带至扩散火焰参与燃烧。并根据需要，调节汞的掺入浓度。

2.根据权利要求1所述的一种燃烧过程中汞形态转化的研究方法，其特征在于，沿燃烧火焰的轴向选择并设置合适的采样点，对燃烧过程中火焰不同位置处的汞进行采样。

3.根据权利要求1所述的一种燃烧过程中汞形态转化的研究方法，其特征在于，通过确定的燃料流量、氧化剂流量获得固定高度的稳定燃烧火焰和火焰温度分布，再精确定量汞的掺入浓度，能够得到火焰中稳定的汞浓度分布，重复性好。

4.根据权利要求2所述的一种燃烧过程中汞形态转化的研究方法，其特征在于，汞样品的采集可采用美国材料试验协会(ASTM)提供的标准方法Ontario Hydro采样，再采用冷蒸气原子吸收光谱法(CVAAS)、中子活化分析法(INAA)等方法对其形态和浓度进行检测和分析。

5.根据权利要求4所述的一种燃烧过程中汞形态转化的研究方法，其特征在于，对不同采样点(即不同燃烧温度及燃烧历程)下的汞样品进行比较和分析，可研究并揭示燃烧过程中汞的形态转化特性及规律。

6.根据权利要求1所述的一种燃烧过程中汞形态转化研究的方法，其特征在于，同样适用于对砷、镉、铅、锌等其他痕量重金属元素在燃烧过程中的形态转化分析和研究。

有益效果：

本发明有以下创新点和优点：

1.采用扩散火焰研究燃烧过程中汞的形态转化，采集的汞的形态对应反映锅炉燃烧过程中不同燃烧温度、不同燃烧历程后汞的原始形态，解决了锅炉燃烧中在线采样难、不能在燃烧过程中对汞的形态转化进行研究的难题。

2.适用于对砷、镉、铅、锌等其他痕量重金属元素在燃烧过程中的形态转化分析和研究。

附图说明：

图1为一种燃烧过程中汞形态转化研究方法示意图。图中(a)所示的火焰采样点网格根据温度分布曲线进行设置。图中(b)所示扩散火焰燃烧器由2层同心管组成，外层通以氧化剂，内层通以燃料、汞蒸气和载气。采样器由内径1mm的陶瓷管和内径5mm的铜管连接组成，然后再与Ontario Hydro采样系列相连接，尾部采样真空泵提供采样动力。采样器的采样位置由三维移动平台精确定位。