煤炭作为目前我国最重要的常规能源,在燃烧过程中放出热量的同时,也向环境中排放了大量的污染物。在这些污染物中,除了SOx、NOx、重金属之外,细微颗粒物的排放也逐渐受到了国内外学者的关注。研究表明,燃煤生成的细微颗粒物是大气中可吸入颗粒物的重要来源,通常这些颗粒富集大量有机污染物和各种有毒重金属元素,会对人类的健康和生态环境产生严重的危害。燃煤颗粒物形成机理和排放规律的研究是进行PM危害评价、法规制定和排放控制的重要基础,因此开展这方面的研究具有重要的科学和实际意义。　　本文系统综述了国内外煤燃烧过程中可吸入颗粒形成、排放与模拟等方面的研究现状。并搭建了沉降炉实验系统。然后从煤粉特性和燃烧工况对可吸入颗粒物形成的影响方面提出了本文的研究思路。主要研究内容如下:　　首先研究了煤粉特性对可吸入颗粒物形成的影响。实验结果发现,随着煤粉粒径的减小,亚微米颗粒物和超微米颗粒物排放量明显增加,煤种不同,其影响也不同。煤中灰分含量越高,超微米颗粒物排放浓度越大,两者具有正相关性。同时超微米颗粒物元素构成与原煤灰成分紧密关联,灰中某元素含量决定超微米颗粒物中该元素含量的多少。但是,亚微米颗粒物的元素构成与原煤灰成分几乎没有相关性。利用浮沉实验将煤粉分为高、中和低三个密度段,并分别在沉降炉中燃烧,研究其对可吸入颗粒物形成和排放的影响。实验结果发现,低密度原煤对可吸入颗粒物形成的贡献最大,中密度次之,高密度最小。对于三种不同密度原煤燃烧后的亚微米颗粒物进行成分测量,实验结果发现,难熔元素Si在低密度原煤燃烧后形成的颗粒物中含量最多,中密度次之,高密度最少。这证明了低密度原煤燃烧过程更剧烈,有利于难熔元素的气化。　　其次研究了钠元素赋存形态对其气化特征和亚微米颗粒物形成的影响。通过化学提取实验和浸溶实验对原煤进行预处理,化学提取实验后的煤中钠元素主要以硅铝酸盐形式存在,浸溶实验后的煤中钠元素主要以有机形式存在,热解实验结果证明以有机结合态存在于煤中的钠元素非常易气化,而以硅酸盐形式存在于煤中的元素Na则很难气化。Na元素赋存形态对其燃烧过程中气化有重要影响,最终表现在亚微米颗粒物中的含量上。浸溶实验后的煤样中,Na元素大部分以羧酸(COO-Na)的形式存在,燃烧后大同煤中亚微米颗粒物中Na元素的含量增加到约为14％,小龙谭煤中亚微米颗粒物中Na元素的含量增加到约为30%。　　然后研究了燃烧工况对可吸入颗粒物形成的影响。实验结果发现,随着炉膛温度的升高和燃烧过程中氧含量的增加,生成的亚微米颗粒物和超微米颗粒物占总灰的质量百分比都呈现快速增加趋势。不仅如此,燃烧过程中氧含量的增加对于形成的颗粒物元素构成也有很大影响。在亚微米颗粒物(PM1)中,其主要构成元素 S随氧含量增加而显著减小,元素Fe、Si和Al随氧含量增加而显著增加,其中Si元素增加幅度最大;亚微米颗粒物和超微米颗粒物的元素构成有很大不同。亚微米颗粒物中以S、Na、K等易气化元素为主,是相应成分气化、成核和凝结的结果;超微米颗粒物主要以Si、Al、Ca和Fe等难熔元素为主,是煤中矿物质在高温下聚合、熔融和破碎的产物。　　电厂锅炉机组中可吸入颗粒物的生成和排放特性是很重要的研究点。对两个电厂四台锅炉机组的采样结果发现,在ESP的入口,PM1最多占到总颗粒浓度的1.15%, PM2.5占总颗粒浓度的2%-7%,PM10占总颗粒浓度的4%-19%。而在ESP的出口,PM1、PM2.5和 PM10占总颗粒浓度的质量百分比大比例升高,PM10占总颗粒浓度甚至可达90%以上。随着灰颗粒粒径的减小,其对除尘器的穿透率总的趋势是上升的,但在粒径为0.1-1μm的区间有一个峰值即颗粒的穿透率最高。就目前的采样数据而言,降低锅炉运行负荷,可以减少颗粒物的生成量;采用分级燃烧技术的燃烧器与普通燃烧器相比较,其排放的颗粒物占总灰质量的百分比增加;当使用炉内喷钙脱硫技术时,其中一部分石灰石可能会发生复杂的物理和化学变化,最终形成细微粒子,并且烟气中碱性钙的出现会使得静电除尘器中的烟气击穿电压下降,降低除尘效率,石灰石形成的这些细微粒子穿透除尘器,可能增加了可吸入颗粒物的排放。