一种燃烧过程中汞形态转化的研究方法
【专利摘要】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。采用扩散火焰燃烧器产生稳定燃烧的火焰，汞以蒸气形式由以氮气作为载气将其微量供入燃烧器参与燃烧。汞在燃烧过程中，随着火焰温度、燃烧时间会发生转化。沿火焰轴向设置不同的点采样，并对各采样点采集的样品中汞形态进行检测和分析，得到不同火焰温度、火焰位置处(对应火焰轴向不同的采样点)汞的形态。利用此方法，可获知燃烧过程中汞的形态转化的信息，能够解决在锅炉燃烧过程中采样难、不能获得汞形态转化原始数据的问题。本方法同样适用于对砷、镉、铅、锌等其他痕量重金属元素在燃烧过程中形态转化的分析和研究。
【专利说明】一种燃烧过程中汞形态转化的研究方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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:(I)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。
[0004]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OntarioHydro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】
[0005]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。
[0006]本发明的主要内容包括:
[0007]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:
[0008](I)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。
[0009](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。
[0010](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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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，萊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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]有益效果:
[0017]本发明有以下创新点和优点:
[0018]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。
[0019]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。
【专利附图】
【附图说明】:
[0020]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1_的陶瓷管和内径5_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。
[0021]具体实施过程:
[0022]1.打开气体燃料的气源，微量供以燃料，同时打开氧化剂气源，点火形成小火焰。
[0023]2.调节气体燃料和氧化剂流量至给定值，形成稳定燃烧的火焰。
[0024]3.开启汞蒸气发生器，调整汞的给定量，打开载气气源，将汞挟带至燃烧火焰中。
[0025]4.调整三维移动平台，将采样器精确定位于预采样点，打开真空泵采用OntarioHydro方法进行采样。
[0026]5.对所采集的样品进行汞的形态、含量分析。
[0027]6.如步骤4、5所述，调整三维移动平台在预设的所有采样点处分别采样并进行汞的形态和含量测定。
[0028]7.总结和揭示燃烧过程中汞的形态转化特性及规律。
【权利要求】
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(或こ烯)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參与燃烧。井根据需要，调节汞的掺入浓度。
2.根据权利要求1所述的ー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所述的ー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所述的ー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所述的ー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，可研究并掲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所述的ー种燃烧过程中汞形态转化研究的方法，其特征在干，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。
【文档编号】G01N21/31GK103592159SQ201310171437
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年3月22日 优先权日:2013年3月22日
【发明者】吕建燚 申请人:华北电力大学（保定）