燃煤发电是煤炭消费最为重要的方式,而燃煤过程中所释放出的重金属,因具有持久危害性、生物不可降解性以及可积累性,对生态环境和人类健康构成极大地威胁。因此,本文以煤中Pb、Cd为研究对象,对它们在燃煤过程中的释放行为、迁移转化特征及富集机制进行较为系统全面的研究工作。本论文以不同煤种及不同燃煤电厂系列样品(原煤、底灰、飞灰、烟气细颗粒物)为主要研究对象,辅以室内煤燃烧模拟实验,结合微量元素地球化学、煤岩学、矿物学、燃烧学、环境化学等理论知识,利用热重分析、扫描电镜-能谱、透射电镜-能谱、激光粒度分析仪、X射线衍射、X射线荧光光谱、电感耦合等离子体质谱等技术手段,较为系统地研究了电厂燃煤过程中典型重金属(Pb和Cd)的含量分布、迁移特征、形态转化及富集机制。取得的主要结果如下:(1)通过对不同煤种及碳酸钙矿物掺烧的烟煤进行室内可控气氛程序升温管式炉煤燃烧模拟实验,得出无烟煤中Pb和Cd的挥发率最先达到稳定点及挥发率大小顺序为无烟煤>褐煤>烟煤;发现煤中与碳酸盐、硫化物和有机物相结合的Pb和Cd较易在燃烧过程中气化释放出来,而与硅酸盐结合的部分会留存于燃烧残渣中;揭示了碳酸钙矿物在800℃~900℃温度范围内对Pb的捕集机制为表面化学吸附,而对Cd为物理吸附。(2)通过对不同燃煤电厂原煤及其燃烧固体产物(底灰和飞灰、细灰和粗灰)中矿物组成、化学成分、微观形貌、Pb和Cd的含量及赋存形态的研究,发现循环流化床锅炉灰颗粒形貌主要为不规则熔融态,含有大量方解石和硬石膏矿物,而煤粉炉锅炉灰颗粒多为规则实心球状,矿物组成主要为石英和莫来石;得出了 Pb和Cd在燃煤过程中易富集于飞灰中,粒径越小,富集程度越高;发现煤中有机结合态、硫化物结合态以及碳酸盐结合态的Pb和Cd在高温燃烧条件下向硅酸盐结合态进行转化。(3)通过对循环流化床燃煤电厂烟气中分级颗粒物(<10μm)的形貌、矿物组成、化学成分包括Pb及尺寸分布的研究,发现Si和Si-Al是构成粒径小于0.7 μm亚微米颗粒的主要化学相;得出了炉内脱硫石灰石添加剂的破碎和新生的硫酸钙是粒径介于5.8-0.7μm细颗粒物的重要来源途径;发现了分级颗粒物的质量尺寸分布呈单峰模式,其Pb组分呈双峰模式;揭示了 Pb在超微米颗粒表面的富集机制为化学吸附,亚微米颗粒表面上是异相冷凝。(4)通过对煤粉炉燃煤电厂原煤及其燃烧产物(底灰、飞灰、PM10、PM2.5、PM1.0)的形貌、矿物组成、化学成分、重金属(Cd和Ti)的含量分布及赋存形态研究,得出原煤中高岭石、黄铁矿会在高温燃烧条件下转化为底灰和飞灰中的莫来石、赤铁矿、铁尖晶石和磁铁矿;发现粒径小于2.5 μm的颗粒中分布有大量的富Ti颗粒并阐明了其形成机制;发现了 Cd与富Ti细颗粒的共生富集;揭示了细颗粒中Ti组分对气态单质Cd的富集机制为高温条件下化学吸附,低温条件下物理吸附和异相冷凝。