一種可用于減少燃煤細(xì)顆粒物pm2.5生成的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可在爐內(nèi)減少燃煤細(xì)顆粒物PM2.5生成的方法，通過(guò)向煤中添加鈉鋁硅酸鹽或鉀鋁硅酸鹽可以有效控制燃煤過(guò)程中細(xì)微顆粒物的生成，進(jìn)而可以減少燃煤過(guò)程向大氣中排放的PM2.5量，降低PM2.5對(duì)環(huán)境的污染及人體健康的傷害，具體是，將含有堿金屬Na或K的鹽與高嶺土充分混合并在900～1200℃溫度下灼燒1-3小時(shí)，以制成鈉鋁硅酸鹽或鉀鋁硅酸鹽；再將鈉鋁硅酸鹽或鉀鋁硅酸鹽研磨后與煤粉進(jìn)行混合燃燒，由于鋁硅酸鹽在高溫下易發(fā)生熔融而在表面形成液相層，煤燃燒中形在的細(xì)顆粒物與其碰撞后，可有效地被后者捕獲進(jìn)而遷移到粗顆粒上，從而達(dá)到減少細(xì)顆粒物在爐內(nèi)的生成的目的。該方法可以有效減少燃煤過(guò)程中20%～45%的細(xì)顆粒物PM2.5生成，具有工藝簡(jiǎn)單、便于操作等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種可用于減少燃煤細(xì)顆粒物PM2.5生成的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤粉的潔凈燃燒及污染物排放控制技術(shù)，具體涉及的是制備一種添加劑并將其噴入爐內(nèi)，以減少細(xì)顆粒物PM2.5生成的方法。
【背景技術(shù)】[0002]中國(guó)的能源格局中，煤是主要的能源之一，其在一次能源中的占比達(dá)到70%左右，并且這種以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都不會(huì)發(fā)生改變。在煤燃燒過(guò)程中，伴隨著大量諸如顆粒物、SOx, NOx等污染物產(chǎn)生，其中空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于或等于2.5μπι的顆粒物即為ΡΜ2.5。一方面這些細(xì)微顆粒物容易富集Pb、Cd、As、Se等有毒重金屬以及PAHs等有機(jī)污染物，而另一方面除塵器對(duì)這部分細(xì)微顆粒物，特別是空氣動(dòng)力學(xué)直徑介于0.1-1 μ m的顆粒物PMaη，并不能有效地捕集，因此，這部分顆粒物大量被排放到環(huán)境中去，并能夠在空氣中懸浮數(shù)天到數(shù)月且傳輸數(shù)百到數(shù)千公里，從而對(duì)人體健康以及城市空氣質(zhì)量造成不利影響。對(duì)pm2.5的源解析表明，煤燃燒是城市PM2.5的重要來(lái)源。
[0003]在對(duì)傳統(tǒng)的除塵設(shè)備，如電除塵器以及布袋除塵器進(jìn)行優(yōu)化的同時(shí)，爐內(nèi)噴入添加劑亦是一種有效的燃燒中減少細(xì)顆粒物生成的方法。采用爐內(nèi)噴添加劑方式，并不用對(duì)燃燒條件進(jìn)行改變，其本身也對(duì)燃燒的影響不大，因此不會(huì)對(duì)鍋爐運(yùn)行的安全性造成影響。并且采用合適的添加劑有助于改善顆粒物的團(tuán)聚能力，增加除塵器對(duì)細(xì)微顆粒物的捕集效率。
[0004]爐內(nèi)噴添加劑控制細(xì)顆粒物是一種高溫控制，該控制方式與PM2.5的生成機(jī)理密切相關(guān)。從形成機(jī)理來(lái)看，燃煤PM2.5應(yīng)包含PMa5以及PMa 5_2.5兩部分，這兩部分分別對(duì)應(yīng)為超細(xì)模態(tài)顆粒物及中間模態(tài)顆粒物。前者主要由氣化凝結(jié)機(jī)理形成，而后者主要由礦物直接轉(zhuǎn)化、煤焦破碎及異相凝結(jié)等作用產(chǎn)生。爐內(nèi)噴添加劑控制PM2.5的機(jī)理可以進(jìn)一步分為表面反應(yīng)機(jī)理及熔融機(jī)理。表面反應(yīng)控制機(jī)理主要是指煤中易氣化元素能夠在添加劑表面與添加劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而被添加劑吸附，從而阻止這些易氣化元素形成超細(xì)微顆粒物，例如，高嶺土以及石灰石在高溫下可以分別吸附易于氣化的金屬(Na、K及Pb等)以及硫，進(jìn)而阻止這些物質(zhì)凝結(jié)形成超細(xì)模態(tài)顆粒物；熔融機(jī)理是指增加礦物表面液相的含量，從而促進(jìn)顆粒間聚合，使得超細(xì)微顆粒物朝著細(xì)微顆粒物轉(zhuǎn)變，例如，在煤中添加Mg(OH)2,Mg(CH3COO)2等Mg基添加劑能與煤中的礦物形成諸如Mg-Al-Si等的鋁硅酸鹽，這些鋁硅酸鹽在高溫下容易熔融并形成液相，從而可以加強(qiáng)細(xì)微顆粒物與粗顆粒的聚合，達(dá)到減少PM2.5的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要是提供一種可用于減少燃煤細(xì)顆粒物PM2.5生成的方法，該方法配合傳統(tǒng)的電塵除器或布袋除塵器，可以有效地降低燃煤PM2.5的排放，進(jìn)而減少PM2.5在大氣中的濃度，降低對(duì)環(huán)境的污染以及對(duì)人體健康的傷害。
[0006]本發(fā)明主要是通過(guò)制備一種添加劑，將該添加劑與煤粉混合燃燒后，可以有效地減少pm2.5的生成，具體的步驟為:
[0007](1)將含有堿金屬Na或K的鹽按摩爾比Na (K) /Al=0.25:1~0.5:1與高嶺土充分混合；
[0008](2)將上述混有堿金屬鹽的高嶺土在900~1200°C溫度下灼燒1_3小時(shí)，以制成鈉鋁硅酸鹽或鉀鋁硅酸鹽，將制成的上述鋁硅酸鹽充分研磨至粒徑5-45 μ m ；
[0009](3)按照煤粉灰基質(zhì)量的10~30wt%與煤粉一并送入磨煤機(jī)，使得二者充分混合；
[0010](4)將混有鋁硅酸鹽的煤粉隨一次風(fēng)進(jìn)入爐膛，在燃燒中，鋁硅酸鹽捕獲細(xì)顆粒物，并隨后進(jìn)入煙道被電除塵器或布袋除塵器捕集。
[0011]其中，所述含堿金屬鹽包括Na20、NaOH, Na2CO3^ CH3COONa 以及 K20、Κ0Η、K2CO3>CH3COOK。
[0012]其中，所述燃燒爐膛可為電站鍋爐、工業(yè)鍋爐或流化床等燃燒煤粉的設(shè)備。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:該工藝主要是針對(duì)含堿金屬較低的煤種，具有流程簡(jiǎn)單及便于操用等優(yōu)點(diǎn)。該工藝主要通過(guò)制備鈉鋁硅酸鹽以及鉀鋁硅酸鹽，以得到在高溫下易于熔融的物質(zhì)。并且由于鋁硅酸鹽穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，其結(jié)合的鈉鉀等并不會(huì)析出以加重爐內(nèi)結(jié)渣沾污以及超細(xì)顆粒物形成等。制得的鋁硅酸鹽在高溫下發(fā)生熔融，在表面形成液相層，而在煤燃燒中形成的細(xì)顆粒物在布朗運(yùn)動(dòng)、凝并、氣氛擴(kuò)散以及慣性力的作用下，與該液相層相接觸，進(jìn)而被較大粒徑的鋁硅酸鹽顆粒所捕獲，減少細(xì)顆粒物在爐內(nèi)的生成?？偟谜f(shuō)來(lái)，該工藝可以使得ρμ2.5向較大粒徑的顆粒遷移，進(jìn)而更易被除塵設(shè)備所捕集，達(dá)到控制ρμ2.5的目的。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是CH3COONa與高嶺土按摩爾比Na/Al=0.3制備的鈉鋁硅酸鹽對(duì)燃煤PM2.5的控制效果示意圖；
[0015]圖2是鋁硅酸鹽減少燃煤細(xì)顆粒PM2.5生成的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面通過(guò)借助以下實(shí)施例將更加詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，且以下實(shí)施例僅是說(shuō)明性的，本發(fā)明并不受該實(shí)施例的限制。本實(shí)例在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，具體的實(shí)施步驟如下:
[0017](I)選用分析純的CH3COONa粉末按摩爾比Na/Al=0.3與化學(xué)純的高嶺粉末(Santer平均粒徑為5.78 μ m)充分混合；
[0018](2)將CH3COONa與高嶺土的混合粉末在馬弗爐中以1100°C的高溫灼燒2小時(shí)，以制得鈉鋁硅酸鹽，并將該鈉鋁硅酸鹽充分粉碎；
[0019](3)將充分粉碎的鈉鋁硅酸鹽(Santer平均粒徑為7.56 μ m)按煤灰基質(zhì)量的10wt%與一種低鈉煤(粒徑范圍為45-100 μ m)充分混合；
[0020](4)在21%02/79%N2vol氣氛中，將低鈉煤以及低鈉煤與高嶺土的混合物分別在沉降爐中燃燒，實(shí)驗(yàn)溫度為1500°C，給粉速率為以煤粉質(zhì)量為基準(zhǔn)，統(tǒng)一為0.2g/min，燃燒后分級(jí)收集兩種情況下顆粒物的含量，并進(jìn)行對(duì)比。
[0021]顆粒物是通過(guò)承重撞擊儀DGI來(lái)收集的，該收集裝置在進(jìn)氣量為70NL/min條件下，可以將空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于10 μ m的顆粒物分級(jí)成0.2-0.5 μ m、0.5-1 μ m、1-2.5 μ m以及2.5-10 μ m四級(jí)。按照PM2.5的生成機(jī)理，將收集到的0.2-0.5 μ m標(biāo)記為ΡΜα2_α 5，代表超細(xì)模態(tài)顆粒物；將0.5-1μπι及1-2.5μπι合并標(biāo)記為ΡΜα5_2.5，代表中間模態(tài)顆粒物。將收集的ΡΜα2-α5及PMtl.5_2.5利用百萬(wàn)分之一天平(精度為:1 μ g)稱樣，比較煤粉添加所制得鈉鋁硅酸鹽前后所生成的顆粒量，可以得到按上述工藝制得的鈉鋁硅酸鹽對(duì)燃煤細(xì)顆粒物控制能力。
[0022]鋁硅酸鹽對(duì)細(xì)顆粒物生成的控制效果Qr定義為:
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種可用于減少燃煤細(xì)顆粒物PM2.5生成的方法，包括如下步驟:(1)將含有堿金屬Na或K的鹽按摩爾比Na(K)/Al=0.25:1~0.5:1與高嶺土充分混合； (2)將上述混有堿金屬鹽的高嶺土在900~1200°C溫度下灼燒1-3小時(shí)，以制成鈉鋁硅酸鹽或鉀鋁硅酸鹽，將制成的上述鋁硅酸鹽充分研磨至粒徑5-45 μ m ； (3)按照煤粉灰基質(zhì)量的10~30wt%與煤粉一并送入磨煤機(jī)，使得二者充分混合； (4)將混有鋁硅酸鹽的煤粉隨一次風(fēng)進(jìn)入爐膛，在燃燒中，鋁硅酸鹽捕獲細(xì)顆粒物，并隨后進(jìn)入煙道被電除塵器或布袋除塵器捕集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的方法，其中所述含堿金屬鹽包括Na20、NaOH,Na2CO3^CH3COONa 以及 K20、Κ0Η、K2CO3> CH3C00K。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的所述的方法，其中所述燃燒爐膛可為電站鍋爐、工業(yè)鍋爐或流化床等燃燒煤粉的設(shè)備 。
【文檔編號(hào)】C10L9/10GK103540383SQ201310478381
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】斯俊平, 劉小偉, 王超, 趙波, 吳望晨, 李冬, 徐明厚 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)