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燃煤颗粒物是大气可吸入颗粒物的重要来源之一,危害人体健康。淮南是我国重要的能源电力基地之一,淮南煤作为高灰熔点煤的典型代表,深入研究其矿物分布特征及其在燃烧过程中的转化行为,探讨配煤、添加剂对淮南煤燃烧细微颗粒物生成的影响,对于研究高灰熔点煤燃烧细微颗粒物生成及排放控制具有重要意义。本文利用计算机控制扫描电镜(CCSEM)分析了高灰熔点煤(淮南煤)的矿物种类、含量、粒度分布,并对内在矿物和外在矿物进行了区分；在滴管炉中分别进行了高灰熔点煤(淮南煤)单煤燃烧、与低灰熔点煤配煤燃烧、淮南煤与添加剂的混合燃烧实验,产生的细微颗粒物用低压撞击器(LPI)进行收集,采用高分辨率透射电子显微镜(HRTEM-EDS)、CCSEM、扫描电子显微镜(SEM-EDS、X射线荧光光谱(XRF)等对收集的细微颗粒物进行分析,考查了高灰熔点煤(淮南煤)单一燃烧无机矿物向细微颗粒物的转化行为,分别探讨了低灰熔点煤配煤、添加剂对高灰熔点煤(淮南煤)燃烧细微颗粒物生成的影响；最后,利用合并-破碎模型,对高灰熔点煤(淮南煤)与添加剂混合燃烧细微颗粒物的粒度分布和化学组成进行了模拟计算。主要内容如下：高灰熔点煤(淮南煤)中矿物主要由高岭石、石英、蒙脱石、未知矿物(成分更为复杂的硅铝酸盐矿物)组成,粘土矿物和石英约占到矿物总量的85%以上,其灰熔融温度大于1500℃。淮南煤中内在高岭石和外在高岭石含量接近,内在石英和外在石英含量也接近；选用的配煤HT煤中高岭石、石英含量相对较少,高岭石和石英约占到矿物总量的60%,而方解石、白云石和黄铁矿含量较高,约占到矿物总量的21%,其灰熔融温度在1278℃左右。矿物颗粒的粒度对燃煤细微颗粒物的形成有重要的影响。淮南ZJ、XQ煤与低灰熔点煤HT煤中<1.0μm的外在矿物含量分别约为5.95%、2.00%、1.86%；淮南ZJ、XQ煤与HT煤中1.0μm-2.5μm的外在矿物含量分别约为15.09%、5.52%、4.44%；淮南ZJ、XQ煤与低灰熔点煤HT煤中<1.0μm的内在矿物含量分别约为3.67%、5.79%、6.20%；淮南ZJ、XQ煤与HT煤中1.0μm-2.5μm的内在矿物含量分别约为13.86%、14.52%、17.29%,矿物颗粒粒度分布的差异进一步表明了煤中不同的矿物分布特征。高灰熔点煤(淮南煤)单一燃烧排放的细微颗粒物有一个双峰分布,大约分别在0.05μm和2.5μm。高灰熔点煤(淮南煤)单一燃烧排放的PM1和PM2.5浓度均高于外地HT煤燃烧排放的PMl和PM2.5浓度,其中淮南ZJ煤燃烧排放的PM1和PM2.5浓度最高,这与淮南ZJ煤中<1.0μm和1.0μm-2.5μm的外在矿物颗粒含量最高有关,一部分细小外在矿物在燃烧过程中可直接转化形成细微颗粒物。高灰熔点煤(淮南煤)燃烧产生的PM1有两种典型的矿物学形态,一是大约由20nm的基本粒子分形聚合形成的粒径≤1.0μm的颗粒,富含易挥发性的元素包括S,P,碱金属元素和少量的难挥发性的元素Si,Fe,由蒸发-冷凝形成；另一种是粒径大约在0.1-0.2μm软化的含Si,A1的单颗粒,由淮南煤中<1.Oμm硅铝酸盐矿物颗粒在燃烧过程中熔融自由释放形成。同样,高灰熔点煤(淮南煤)中一部分1.0μm-2.5μm不纯净的硅铝酸盐矿物也熔融转化形成PN1-2.5。HT煤富含Ca和Fe,灰熔点较低,在燃烧过程中矿物间的融合降低了PM1和PM2.5的生成。与低灰熔点煤配煤燃烧能减少高灰熔点煤(淮南煤)PM1和PM2.5的生成。S,P,Si和Al从亚微米级颗粒转化到PM1+,减少了PM1排放。Ca、Fe、Al和Si从PM1-2.5转化到PM2.5+,减少了PM1-2.5排放。由于Ca和Fe在混煤中浓度较高,在燃烧过程中产生液相量增加,挥发的S,P更容易粘附到铝硅酸盐的粘性表面,形成超微米颗粒物,减少了PM,生成；液相量的增加,矿物颗粒在燃烧过程中碰撞熔融合并的几率增大,亚微米或微米颗粒的熔融合并生成粗颗粒的钙铝硅酸盐、铁铝硅酸盐和钙铁铝硅酸盐,这样Ca、Fe、Al和Si元素从PM2.5转化到PM2.5+,相应PM1和PM1-2.5排放减少。添加Ca基,Mg基,Fe基添加剂均能有效减少高灰熔点煤(淮南煤)煤PM1和PM2.5的生成。高灰熔点煤(淮南煤)与添加剂混合燃烧,导致矿物高温下熔融产生的液相量增加。在燃烧过程中,高灰熔点煤(淮南煤)中细小的Al-Si颗粒分别与添加的Ca基,Mg基,Fe基添加剂发生了反应,熔融形成相应的钙铝硅酸盐、镁铝硅酸盐和铁铝硅酸盐粗颗粒；同时,熔融的钙铝硅酸盐、镁铝硅酸盐和铁铝硅酸盐的颗粒,能捕获蒸发和冷凝形成的亚微米颗粒物,控制和减少了PM1和PM1-2.5的生成。高灰熔点煤(淮南煤)与添加剂混合燃烧显著影响了细微颗粒物的粒度分布。SiO2和Al2O3有一个单峰分布,可能由煤中难挥发性元素直接转化形成,固体-颗粒的模式控制着它们的转化。CaO在PM1中含量很低,表明Ca的蒸发很少,CaO主要与硅铝酸盐反应熔融进入PMl+；而MgO和Fe2O3呈现多峰分布,说明Fe元素的蒸发同Ca元素相比更高。Fe2O3的转化由两个模式控制,一部分与铝硅酸盐反应熔融进入PM1+,一部分经过蒸发、冷凝进入PM1。对于Mg元素,其存在PM1的原因可能是其蒸气吸附在亚微米颗粒上。基于高灰熔点煤(淮南煤)原煤、高灰熔点煤与添加剂混合样、以及燃烧产生细微颗粒物的CCSEM分析数据,利用合并-破碎模型,对高灰熔点煤(淮南煤)与添加剂混合燃烧细微颗粒物的粒度分布和化学组成进行了模拟计算。预测的结果与实验结果的一致性表明：由于添加剂与高灰熔点煤(淮南煤)混合燃烧,导致矿物高温下熔融产生的液相量增加,内在矿物的平均合并率也呈增加的趋势,从而有效减少高灰熔点煤燃烧细微颗粒物的生成。