内蒙古乌兰察布褐煤为例，中国北方
刘淑琴 a,⁎, 王改红 a, 张尚军 a, 梁杰 a, 陈峰 b, 赵柯 a
a 中国矿业大学和科技(北京), 化学和环境工程 北京100083,中国
b国家重点实验室的燃煤的碳能源,廊坊065001,中国
摘要
煤田火灾是危害环境和人类健康结果的释放多环芳烃化合物。在实验室用管式炉模拟中国北方内蒙古乌兰察布煤田的褐煤在不完全燃烧过程，以及16名美国环境保护机构的优先污染物多环芳烃的烟气进行吸收和分析。结果表明，在与其他燃烧方法PAH排放明显增加，燃烧不完全的结果：这是归因于两个和三个苯环的物种形成，如萘，苊，和苊。苯并[a]芘，二苯并[a，h]蒽，和二苯并（a, n）蒽做出大的贡献的毒性当量（TEQ），虽然他们占PAHs的一小部分。随温度增加，总的PAH产量的峰值出现在800°C在1立方米/公斤空气/煤比的产量为92 3.41毫克/公斤。当空气/煤比的增加，多环芳烃的量随氧含量变化。在2立方米/公斤，486.07毫克/公斤的最小的PAH产量发生在800°C的最大浓度最有毒的物种，苯并[a]芘，二苯并[a，h]蒽，被发现。提高煤粒从0.25到20毫米的结果无论在产量和的PAH物种的毒性当量显著增长量 。
关键词： 多环芳香烃 不完全燃烧 褐煤 煤田火灾 毒性当量值
1 介绍
中国仍然是一个最大的煤炭生产商和用户在世界（Dai等人。，2011）。高的煤炭生产量
在中国煤炭的使用导致了对大量的关注煤的燃烧和使用有毒物质释放（傣族任，2006；戴等人，2011）。煤田火灾是重大灾害中国。每年，在煤田煤层自燃火灾不仅造成煤炭资源的巨大损失，而且给引发许多环境问题，包括空气污染，水质量恶化，生态灾害（elick奥基夫，2011；等人。，2011；席尔瓦等人，2011）。
煤田火灾有很大的不良影响空气污染,和影响空气变得严重一旦火灾成为表面火灾。破碎地层作为烟囱,污染气体的排放到环境中。从煤田火灾释放的污染物主要由气体如CO、CO2
、SO2、NOx、饱和和不饱和碳氢化合物、氢硫化物和其他光敏氧化剂和悬浮粉尘的重要问题（豪尔等人，2011；元和史密斯，2011)。
悬浮颗粒物来自煤炭燃烧或煤的形成植物冷杉可能包含一些有毒的微量元素，矿物质，或有毒的有机化合物，在上述的阈值限制水平这对人类的健康造成不良影响（Dai等人，2005；pone et al等人。2007；stracher和泰勒，2004；田等人，2008）。火灾区域有高硫酸化和降尘率。在冬季燃煤形成烟雾和微粒影响能见度。煤田火灾的大量由于燃烧煤排放CO和CO2（卡拉等人，2009；豪尔等人，2011；kuenzer等人，2007；奥基夫等人，2011）。由于穷人住宅区取暖的不完全燃烧煤产生的CO，有毒气体具有停留时间长和高扩散性。如CO，H2，乙烯气体的生产，和丙烯在很大程度上取决于燃烧温度，和这些气体可以作为在一个煤矿火灾状态指示器。二氧化硫和三氧化硫硫氧化物的排放占主导地位从火灾区。产生有害硫氧化物，对结合颗粒湿度有影响。SO2的释放量取决于煤的硫含量，一般是较高的地区火灾增加了黄铁矿氧化而比火灾的。SO2具有低停留时间和可能有助于经典的烟雾酸雨的形成。氮氧化物形成的煤的高温氧化。在所有的氮氧化物，90–95%是没有，这是相当稳定，但能在空气中够与碳氢化合物的光化学反应自由基，形成1 -（2-吡啶偶氮）-2-萘酚（PAN）和烟雾。另外，不可与空气中的湿气反应形成硝酸。
煤炭燃烧产生大量的饱和与不饱和碳氢化合物。在高温下，各种各样的碳氢化合物是由火灾所造成煤的蒸馏。释放的包括有挥发性的机化合物，如氧化的脂肪族和芳香族分子化合物；气相，如链烷烃，烯烃，醛，苯，甲苯；半挥发性有机化合物，和冷凝有机化合物，如多环有机化合物多环芳烃（PAHs）。
多环芳烃是环境污染物；他们是一个健康问题由于其潜在的致癌，诱变，和有毒的特点。这些化合物通常是引入环境通过燃烧，自然发生的，如煤田火灾，和人造的，如燃烧化石燃料（stracher和泰勒，2004；田等人，2008）。
在煤田火灾，不完全燃烧的煤往往发生，这是PAHS形成的重要源泉。统计在中国政府和欧盟1994的记录表明，在中国西北部的56个地区遭受了煤田火灾，随着17–20平方公里的燃烧区，和一个损失42.2亿吨煤。这些煤田火灾已造成成千上万的污染物如 No、Co和二氧化硫排放到大气，包括大量的多环芳烃和一定量的强致癌物苯并[a]芘（BaP）以及。煤田火灾不的唯一原因，煤矸石，而且破坏了当地的环境。PAH在煤田火灾的排放量是不可避免的由于不完整对煤的燃烧和热解。直到现在，对影响因素的研究影响PAH的形成和分布主要集中在表面燃烧（Jong等人，2003；麦克雷等人，1999；李希特.和霍华德，2000；
sciazko和库比卡，2002），而多环芳烃的研究在不完全燃烧形成在煤田火灾已经很少被报道。
从理论上讲，煤的高效热分解会大的有机分子的分解成更小的结构碳氢化合物，和完全燃烧的理想产品将CO2和H2O。然而，这种完全降解煤很少发生，特别是在不完全的过程，必然导致多环芳烃的形成。煤燃烧过程中多环芳烃的形成可以遵循一个复杂的途径，涉及两个主要机制，即热解合成（mastral等人，1998年，2000）。虽然煤燃烧过程中多环芳烃的结构形成的影响是不是很清楚，内部因素，如挥发性产量，固定碳，和摩尔氢碳比（H /C）已被考虑和分析（Bi等人，2008；史葛和.史蒂芬2008。）赵等人。（2000）从原煤中多环芳烃使用二氯甲烷，建立之间的关系大量的多环芳烃和煤的元素组成。它有被发现的最大的PASH含量发生时，碳含量超过84%的质量。他们还报告说，多环芳烃从煤燃烧释放可分为两类，基于它们的形成途径。推导出一类多环芳烃从复杂的化学反应和其他来自自由从原料煤转化的多环芳烃。对多环芳烃排放的外部效应，如燃烧温度，停留时间，过量空气比，煤，燃烧设备，也进行了研究（陈等人。，2004；莱德斯马等人。，2000；刘等人，2002；mastral等。铝，1996，1999；。pisupati等人。，2000；闫等人，2002）。刘等人。（2001）提出，从流化床多环芳烃的排放燃烧系统主要取决于燃烧
温度与空气过剩系数，不完全燃烧产生的四环以上PAHs。相反，高效燃烧导致在两个或三个环多环芳烃。一个更高的百分比空气过剩导致较少量的总多环芳烃排放（mastral等铝，1998年）。
这项工作的目的是调查的PAH形成不完整在煤田火灾过程，采用乌兰察布褐煤内蒙古，中国北部（图1），作为一个例子。在对比表在不完全燃烧，煤田火灾燃烧过程与煤的固定和空气通过模拟它。影响PAH的形成和分布的因素，如温度，空气/煤比，和颗粒尺寸，也被认为与研究了。在这项研究中获得的信息可能是不仅用于控制的不完全燃烧过程中多环芳烃煤层，但对煤田的影响也有帮助火灾环境。
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