一種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于安全與清潔能源利用領(lǐng)域，具體涉及一種采用擴(kuò)散火焰研究燃燒過程中汞元素形態(tài)轉(zhuǎn)化的方法。采用擴(kuò)散火焰燃燒器產(chǎn)生穩(wěn)定燃燒的火焰，汞以蒸氣形式由以氮?dú)庾鳛檩d氣將其微量供入燃燒器參與燃燒。汞在燃燒過程中，隨著火焰溫度、燃燒時(shí)間會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化。沿火焰軸向設(shè)置不同的點(diǎn)采樣，并對(duì)各采樣點(diǎn)采集的樣品中汞形態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和分析，得到不同火焰溫度、火焰位置處(對(duì)應(yīng)火焰軸向不同的采樣點(diǎn))汞的形態(tài)。利用此方法，可獲知燃燒過程中汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化的信息，能夠解決在鍋爐燃燒過程中采樣難、不能獲得汞形態(tài)轉(zhuǎn)化原始數(shù)據(jù)的問題。本方法同樣適用于對(duì)砷、鎘、鉛、鋅等其他痕量重金屬元素在燃燒過程中形態(tài)轉(zhuǎn)化的分析和研究。
【專利說(shuō)明】一種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于安全與清潔能源利用領(lǐng)域，具體涉及一種采用擴(kuò)散火焰研究燃燒過程中汞元素形態(tài)轉(zhuǎn)化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汞是化石燃料中最易揮發(fā)的痕量元素之一，也是美國(guó)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(lái)的。但目前對(duì)燃煤煙氣中汞的化學(xué)形態(tài)分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)還不夠深入，不同化學(xué)形態(tài)的汞具有不同的物理、化學(xué)及生物特性，認(rèn)識(shí)燃煤過程中汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律、富集規(guī)律等對(duì)于汞的形態(tài)分布、排放控制、毒性及汞污染評(píng)估等都有重要的意義。
[0003]就當(dāng)前所有對(duì)于汞在化石燃料燃燒中形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究報(bào)道來(lái)看，主要采用兩種方法進(jìn)行研究，包括:(I)在燃燒前對(duì)燃煤中汞的形態(tài)進(jìn)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(duì)汞形態(tài)進(jìn)行分析；(2)燃燒后對(duì)汞的形態(tài)進(jìn)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(cè)定。但因?yàn)榇嬖谌紵胁蓸永щy的問題，所以難以獲得汞在燃燒過程中形態(tài)轉(zhuǎn)化的信息，因此缺乏燃燒過程中對(duì)汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化方面的研究，也沒有相關(guān)的研究報(bào)道。
[0004]本發(fā)明以氣體擴(kuò)散火焰燃燒器生成火焰，火焰內(nèi)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(jìn)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(xiàn)出不同的溫度分布)采用美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)提供的標(biāo)準(zhǔn)方法OntarioHydro采樣，采集的汞的形態(tài)可以對(duì)應(yīng)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(tài)，解決了鍋爐燃燒中在線采樣難、不能在燃燒過程中對(duì)汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決鍋爐燃燒過程中在線采樣難、不能獲得汞形態(tài)轉(zhuǎn)化原始數(shù)據(jù)的問題，本發(fā)明提供了一種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究方法，以實(shí)現(xiàn)燃燒過程中汞的在線采樣及其形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究。
[0006]本發(fā)明的主要內(nèi)容包括:
[0007]1.一種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容:
[0008](I)以甲烷(或乙烯)為燃料、氧氣(或空氣)為氧化劑在擴(kuò)散火焰燃燒器中形成穩(wěn)定的擴(kuò)散火焰。
[0009](2)調(diào)節(jié)燃料、氧化劑的流量，測(cè)量并得到預(yù)期的、合理的火焰溫度分布。
[0010](3)以氮?dú)鉃檩d氣，將汞蒸氣發(fā)生器產(chǎn)生的汞定量挾帶至擴(kuò)散火焰參與燃燒。并根據(jù)需要，調(diào)節(jié)汞的摻入濃度。
[0011]2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究方法，其特征在于，沿燃燒火焰的軸向選擇并設(shè)置合適的采樣點(diǎn)，對(duì)燃燒過程中火焰不同位置處的汞進(jìn)行采樣。
[0012]3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)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(wěn)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(wěn)定的汞濃度分布，重復(fù)性好。
[0013]4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究方法，其特征在于，萊樣品的采集可采用美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)提供的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)其形態(tài)和濃度進(jìn)行檢測(cè)和分析。
[0014]5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究方法，其特征在于，對(duì)不同采樣點(diǎn)(即不同燃燒溫度及燃燒歷程)下的汞樣品進(jìn)行比較和分析，可研究并揭示燃燒過程中汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化特性及規(guī)律。
[0015]6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化研究的方法，其特征在于，同樣適用于對(duì)砷、鎘、鉛、鋅等其他痕量重金屬元素在燃燒過程中的形態(tài)轉(zhuǎn)化分析和研究。
[0016]有益效果:
[0017]本發(fā)明有以下創(chuàng)新點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn):
[0018]1.采用擴(kuò)散火焰研究燃燒過程中汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化，采集的汞的形態(tài)對(duì)應(yīng)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(tài)，解決了鍋爐燃燒中在線采樣難、不能在燃燒過程中對(duì)汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究的難題。
[0019]2.適用于對(duì)砷、鎘、鉛、鋅等其他痕量重金屬元素在燃燒過程中的形態(tài)轉(zhuǎn)化分析和研究。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0020]圖1為一種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化研究方法示意圖。圖中(a)所示的火焰采樣點(diǎn)網(wǎng)格根據(jù)溫度分布曲線進(jìn)行設(shè)置。圖中(b)所示擴(kuò)散火焰燃燒器由2層同心管組成，外層通以氧化劑，內(nèi)層通以燃料、汞蒸氣和載氣。采樣器由內(nèi)徑1_的陶瓷管和內(nèi)徑5_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(dòng)力。采樣器的采樣位置由三維移動(dòng)平臺(tái)精確定位。
[0021]具體實(shí)施過程:
[0022]1.打開氣體燃料的氣源，微量供以燃料，同時(shí)打開氧化劑氣源，點(diǎn)火形成小火焰。
[0023]2.調(diào)節(jié)氣體燃料和氧化劑流量至給定值，形成穩(wěn)定燃燒的火焰。
[0024]3.開啟汞蒸氣發(fā)生器，調(diào)整汞的給定量，打開載氣氣源，將汞挾帶至燃燒火焰中。
[0025]4.調(diào)整三維移動(dòng)平臺(tái)，將采樣器精確定位于預(yù)采樣點(diǎn)，打開真空泵采用OntarioHydro方法進(jìn)行采樣。
[0026]5.對(duì)所采集的樣品進(jìn)行汞的形態(tài)、含量分析。
[0027]6.如步驟4、5所述，調(diào)整三維移動(dòng)平臺(tái)在預(yù)設(shè)的所有采樣點(diǎn)處分別采樣并進(jìn)行汞的形態(tài)和含量測(cè)定。
[0028]7.總結(jié)和揭示燃燒過程中汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化特性及規(guī)律。
【權(quán)利要求】
1.一種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容: (1)以甲烷(或こ烯)為燃料、氧氣(或空氣)為氧化劑在擴(kuò)散火焰燃燒器中形成穩(wěn)定的擴(kuò)散火焰。 (2)調(diào)節(jié)燃料、氧化劑的流量，測(cè)量并得到預(yù)期的、合理的火焰溫度分布。 (3)以氮?dú)鉃檩d氣，將汞蒸氣發(fā)生器產(chǎn)生的汞定量挾帶至擴(kuò)散火焰參與燃燒。井根據(jù)需要，調(diào)節(jié)汞的摻入濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究方法，其特征在于，沿燃燒火焰的軸向選擇并設(shè)置合適的采樣點(diǎn)，對(duì)燃燒過程中火焰不同位置處的汞進(jìn)行采樣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)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(wěn)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(wěn)定的汞濃度分布，重復(fù)性好。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究方法，其特征在于，汞樣品的采集可采用美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)提供的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)其形態(tài)和濃度進(jìn)行檢測(cè)和分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究方法，其特征在于，對(duì)不同采樣點(diǎn)(即不同燃燒溫度及燃燒歷程)下的汞樣品進(jìn)行比較和分析，可研究并掲示燃燒過程中汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化特性及規(guī)律。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種燃燒過程中汞形態(tài)轉(zhuǎn)化研究的方法，其特征在干，同樣適用于對(duì)砷、鎘、鉛、鋅等其他痕量重金屬元素在燃燒過程中的形態(tài)轉(zhuǎn)化分析和研究。
【文檔編號(hào)】G01N21/31GK103592159SQ201310171437
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月22日
【發(fā)明者】呂建燚 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)（保定）