燃煤过程中有毒重金属痕量元素(如砷、铬等)的排放带来了严重的环境问题。本文首先论述了燃煤飞灰颗粒的排放对人类及环境所造成的严重危害,说明了研究飞灰颗粒形成机理和控制方法的重要性和必要性。本文从对燃煤过程中飞灰颗粒的形成机理研究入手,系统综述了国内外在数值模拟和实验研究方面所开展的各项工作,分析和比较相关的实验和模拟研究的优势和不足。为了更深入的研究探讨燃煤飞灰颗粒富集As、Cr等痕量重金属的机理,本文首先对国内外关于燃煤飞灰颗粒与痕量元素的模型进行总结和比较,通过研究不同条件下燃煤飞灰颗粒与痕量元素的物理吸附及反应过程中颗粒物粒度与痕量元素浓度的关系,考虑飞灰颗粒与沉积层密度差异、飞灰颗粒粒径、沉积速率等参数的相互关系和变化规律,推导完善了燃煤飞灰颗粒富集痕量元素的模型。通过沉降炉实验的方式研究探讨重金属痕量元素在燃煤飞灰中的质量分布和富集行为。通过比较分析不同煤样、不同实验工况的实验数据,得知不同煤种燃烧产生的飞灰颗粒分布及其对痕量元素的富集规律存在明显差异。燃烧条件以及在煤中的赋存形态是影响砷在飞灰中富集行为的主要因素,砷的高挥发性使得其在各种颗粒物粒径范围内都存在富集行为,而砷在煤中的含量与赋存形态直接影响了砷主要富集的粒径范围。铬的分布规律主要取决于其赋存形态,煤中有机态铬含量越高,就越容易在较细颗粒上富集。特别研究了沈北煤中痕量元素Cr、Zn、Ni在不同燃烧条件产生飞灰中的形态转化和含量分布,发现沈北煤飞灰中Cr主要以Cr2O3和单质Cr的形态存在,且燃烧温度和气氛的改变均对Cr的形态和含量的变化产生影响,而沈北煤中Cr的有机形态决定了痕量Cr的形态转化与富集规律,这也是与其他煤种的主要区别。另外,通过研究痕量元素浓度与飞灰颗粒粒径的关系,实验结果也证实了新近提出的“三模态”分布理论,即从0.0281μm到9.8μm的粒径范围内,颗粒物及痕量元素均可呈现出“三峰”分布,即分别在0.03μm～0.7μm粒径的亚微米粒级、0.7μm～3.0μm粒径的细颗粒以及3.0μm粒径以上的粗颗粒三种模态均发生较明显的富集行为。“三模态”理论贯穿于本文,重点分析比较了飞灰颗粒物与痕量As、Cr“三模态”分布的形成原因、各自规律及相互影响,是对飞灰颗粒富集痕量元素行为更进一步认识。其中,研究重金属在中间模态的富集行为,对深入探讨燃煤飞灰颗粒富集重金属机理有着重要意义,也将成为今后工作的重点。