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除尘器的颗粒形成机理及燃烧过程
煤是 电力的主要来源，燃煤发电过程不仅产生有用的电，还产生大量具有负面效应的颗粒物一飞灰。燃煤飞灰的粒径分布是 其重要的物理性质之一，对锅炉燃烧、烟气除尘效率及粉煤灰的综合利用有着重要的影响。较大粒径的飞灰容易在锅炉受热面发生沉积，从而引起结渣、沾污、积灰、腐蚀和磨损等问题， 锅炉布袋除尘器较小粒径的飞灰(0.01μm-5μm)不能被电站除尘系统有效捕集，随锅炉烟气进入大气。由于这些细微颗粒(尤其是 亚微米部分)易于富集有有害痕量元素和容易被人体吸入，已经并将继续对人类健康和生态环境造成重大危害。因此，对燃煤过程中颗粒物尤其是 微细颗粒形成机理的研究将可以为从源头对它们 进行控制提供理论和科学依据。
煤中矿物质通常以三种形式存在：固有矿物质、夹杂矿物质和外来矿物质。固有矿物质指的是 与煤基体有机结合的各种矿物质。尽管在成煤过程中渗透水的离子交换作用会使形成煤块的植物细胞中的无机元素一部分被置换掉，但一般认为固有矿物质主要来源于这些无机元素。大部分煤中固有矿物质占矿物质总量的5%~20%。一般的物理选矿方法不能将固有矿物质从煤中除去。夹杂矿物质以分散的微小体形式存在。这种矿物质是 在原煤成煤过程中与基体相结合的，另一方面，带有矿物质的水渗进煤层使矿物质沉积也会形成夹杂矿物质。通常情况下，煤中矿物质的60%-80%以夹杂矿物质的形式存在。外来矿物质指的是 煤开采过程中混入的土块或岩石块。这种矿物质一般占矿物质总量的5%-20%。大部分外来矿物质会在煤的预处理或制粉过程中被除去。即使通过了磨煤机，外来矿物质颗粒的粒径也会比煤中夹杂矿物质和固有矿物质的粒径大的多。因此，绝大部分外来矿物质将属于炉底灰渣，而不会对烟气中的飞灰形成起主要作用。所以，飞灰粒度分布的数学模型中可以忽略外来矿物质的影响。
煤粉经快速加热后有塑性，且膨胀，释出挥发分，形成中空的蜂窝状焦炭球粒。当焦炭烧掉l5%时，灰分杂质烧熔在一起；当烧掉90%时，含有灰分杂质的脆骨炭结构破裂，生成的碎片数取决于煤粒形成大灰粒数。固体燃料中含有的灰分，在燃烧过程中，一部分变成炉渣，一部分以飞灰的形式排入大气。以煤粉炉为例，大约有10%一15%的灰落入到冷灰斗和尾部烟道中，而其中85%-90%的灰分则以飞灰的形式进入 燃煤锅炉布袋除尘器。煤种不同，锅炉排烟中的烟尘浓度变化也较大。当燃用高灰分劣质煤时，粉尘浓度要比燃用低灰分煤高得多。
当煤粉由燃烧器喷入炉膛时，立即处于急剧的加热状态中，此时，煤中含有的挥发性有机物将迅速挥发，并在气相中着火和燃烧，生成CO2，H2O和少量的SO2，SO3和NOx。这一过程被称为挥发份释放过程。煤粉的挥发份释放过程产生了以碳粒形式存在的碳质剩余物。由于膨胀的作用，这些碳粒可能比较初的煤粉颗粒还要大些，碳粒中含有大量在挥发份释放过程中形成的内部微孔结构、裂纹和裂缝。此时，大部分矿物杂质仍以分散态存在于碳粒之中。
煤粉燃烧的下一阶段是 碳氧化和碳燃尽。这一阶段中，含碳的碳粒在其表面与氧气反应生成CO和CO2，从而在碳粒表面生成火焰烽面。碳粒表面耗氧反应的出现促使了碳粒周围的薄气体层内氧气浓度梯度的形成，燃烧速率由氧气通过该薄气体层的扩散情况所控制。对上述现象进行了研究，结果表明，即使在主体气相中氧化气氛占主要地位的情况下，碳粒的表面还存在还原气氛，还原气氛的存在是 难熔矿物质成分发生间接挥发的关键因素，对于后面将要讨论的气化一凝结机理具有重要的意义。
随着火焰烽面的收缩和碳粒的不断燃烧，矿物杂质从碳粒中暴露出来并开始熔化。熔融的灰滴将继续附着在碳质表面并跟随碳粒表面的收缩而移动，直到灰滴相互接触并凝结。也就是 说，随着燃烧的进行，碳粒直径不断减小，颗粒表面邻近的灰滴可能相互接触，聚合在一起生成更大的灰滴。如果焦碳颗粒在燃烧中不发生破碎，那么燃烧完成后，颗粒中所含矿物会聚合在一起，生成一颗10μm-20μm左右的飞灰。由此进一步推断，较初存在于煤粉颗粒中的所有矿物杂质将熔化到一起并形成一个灰颗粒。然而，在实际燃烧过程中，焦碳颗粒内部的热应力、水分和挥发分快速析出导致的压力、煤颗粒内各组分的消耗以及矿物质的演变引起的结构性破坏都会使焦炭颗粒发生破碎，生成许多大小不一的飞灰颗粒。
碳粒在燃尽时，将沿着脱挥发份阶段形成的裂纹和裂缝破碎，破碎发生的主要原因是 热应力、气体释放以及碳粒的内部氧化和热量释放等的综合作用。这就是 飞灰大颗粒形成的破碎机理。
锅炉布袋式除尘器对于飞灰小颗粒形成的气化一凝结机理指出，煤中存在的挥发性物质在火焰温度下进入气相之中。这里所说的挥发性物质不是 指前面提到的脱挥发份阶段的挥发性有机物，而是 指在火焰温度下会蒸发到气相的两类挥发物：一类是 煤中矿物质里原有的一些低沸点金属仁，由于挥发作用，这些金属将会在细微颗粒中以及颗粒表面上浓缩和富集。
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