本发明涉及一种炉内喷射黏土悬浊液减排固体燃料燃烧pm2.5、so2及no2的方法，属于环境污染防治与洁净燃料燃烧技术领域。
背景技术：
固体燃料如煤、生物质等燃烧为我们提供热能和电力，而固体废弃物的焚烧处理，一方面资源化利用了相应能量，减少废弃物填埋、堆放等环境压力，与此同时，也产生大量的细颗粒物以及气态污染物如so2，nox等。电厂现有的除尘设备对占质量份额较大的粒径大于2.5微米的颗粒捕集效率很高，但是对烟气中数量份额较大而粒径小于等于2.5微米(pm2.5)的颗粒捕集效率并不高，尤其对pm1的收集效率则更低，导致大量细颗粒进入到环境中。电厂尤其是掺烧煤矸石、固体废弃物等电厂排入大气的pm2.5富集着有毒的有机污染物和各种痕量元素，不仅会提高人类发病率和死亡率，严重影响人们的健康，而且还会诱发全球气候变化、大气能见度降低、灰霾天气等重大事件。因此，减排固体燃料燃烧的pm2.5排放并协同脱除烟气中的so2及nox等气态污染物具有十分重要的意义。
现有对pm2.5排放的控制技术主要有电团聚、声团聚、磁团聚、热团聚、湍流(边界层)流动团聚和化学团聚等。其中，使用固体吸附剂捕获亚微米颗粒的方法称为化学团聚，其团聚机理主要是物理吸附和化学反应。目前，国内外对燃煤细颗粒物的化学团聚研究主要集中在使用高岭石、铝土矿等常用吸附剂对颗粒物团聚的影响及其对一种或几种重金属的脱除作用，使用新型团聚剂进行化学团聚捕集的研究并不多。寻找经济有效的团聚剂是化学团聚法促使颗粒物团聚捕集的关键。凹凸棒黏土别名绿凹凸棒石、坡缕缟石，是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐稀有黏土矿物，其较大的比较面积及其表面存在的吸附中心使其具有控制燃料燃烧pm2.5、协同降低so2和no2排放的巨大潜力。
技术实现要素：
技术问题：本发明提供一种减排固体燃料燃烧pm2.5、so2及no2的方法，可以解决烟气中细颗粒含量大，难以被后续除尘设备捕集的问题，实现炉内喷射黏土悬浊液减排燃料燃烧烟气中pm2.5并协同脱除烟气中so2和no2的方法。
技术方案：本发明的一种减排固体燃料燃烧pm2.5、so2及no2的方法，采用炉内喷射黏土悬浊液的方法，该方法包括以下步骤：
1)将凹凸棒黏土磨制成粒径为200-400目筛的颗粒，以0.1～1％的质量百分比浓度添加到水或含表面活性剂的水溶液中形成悬浊液，采用酸液调节悬浊液ph值为5～7，不断搅拌形成凹凸棒黏土悬浊液；
2)按烟气体积流量的0.01％～0.05％，泵入所述步骤1)得到的悬浊液，按照空气与凹凸棒黏土悬浊液的质量比为0.25～0.5，经由双流体喷嘴将所述悬浊液雾化为20～50μm的雾滴后，喷入固体燃料燃烧锅炉密相区或稀相区送风口下方，所述雾滴与炉内烟气混合碰撞，促使细颗粒物团聚长大，易于被后续常规除尘设备捕集；与此同时，雾滴或凹凸棒土颗粒也易于吸附烟气中的so2和no2，使其随颗粒一块被捕集下来，因此大大减少烟气中so2、no2以及pm2.5的排放量，降低后续污染物排放控制系统的运行成本。
其中，
所述步骤1)中，凹凸棒黏土添加到水中或含表面活性剂的水溶液中形成悬浊液，所述表面活性剂为木素黄酸钙、木素黄酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
所述表面活性剂，其添加量为0.5g/l。
所述步骤1)中，调节悬浊液ph值的物质为磷酸、盐酸、硫酸或三者的混合物。
所述步骤2)固体燃料为煤、煤矸石、固体废弃物或生物质及其上述燃料的混合物。
所述步骤2)中的锅炉包括鼓泡流化床，循环流化床，快速流化床。
所述步骤2)中炉内烟气为固体燃料在空气气氛或o2和co2混合物气氛下燃烧产生的烟气。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1)炉内喷射黏土悬浊液减排固体燃料燃烧pm2.5协同脱除so2和no2的方法，由于凹凸棒黏土具有较大的比表面积，表面存在多种吸附中心，使得其分子链以架桥的形式将烟气中分散的颗粒物连接在一起，颗粒间的团聚得到强化。烟气中so2、no2以及细颗粒物吸附在凹凸棒黏土表面，降低了烟气中so2、no2的排放浓度，以及pm2.5的数量密度和质量浓度，颗粒粒径有从亚微米向超微米转移的趋势，有效降低燃料燃烧细颗粒物、so2以及no2的排放量，本方法较其他添加高岭石等常用添加剂的方法对细颗粒物的脱除率较高，对细颗粒物pm2.5减排率可达80％以上，对pm0.1减排率达85％以上；与尾部烟道喷射悬浊液的方法相比，本方法更方便，无需增加团聚室，且可协同减排烟气中so2和no2，甚至是易挥发的重金属。
2)凹凸棒黏土以0.1～1％的质量百分比浓度添加到水中或含表面活性剂的水溶液中形成悬浊液。经测试，凹凸棒黏土的质量百分比浓度小于0.1％的悬浊液对固体燃料燃烧pm2.5的减排效果不理想，而质量百分比浓度大于1％时效果好但不经济；向水溶液中添加表面活性剂有利于强化黏土悬浊液在润湿、吸附颗粒物的作用，获得较好的细颗粒物捕集效果，并发挥脱除so2和no2的作用。
3)悬浊液喷入流化床密相区或稀相区，悬浊液有充足的时间与烟气混合，益于悬浊液与细颗粒物的碰撞、促进细颗粒物的团聚长大以及吸附烟气中的so2、no2。
4)雾化空气与凹凸棒粘土悬浊液的质量比为0.25-0.5。试验证明若质量比小于0.25，则雾化效果不佳，影响本方法对细颗粒物的捕集率，质量比大于0.5后，虽然雾化更加均匀，但能耗增加，经济性不具优势。
5)凹凸棒黏土来源广泛，价格经济，环境友好，团聚工艺流程简单，易操作，不污染环境，本方法较其他添加氧化钛等添加剂的方法经济性较高。
附图说明
图1为炉内喷射黏土悬浊液减排固体燃料燃烧pm2.5、so2及no2的装置系统图；
图中有：1-cfb炉膛本体；2-给料系统；3-冷却水；4-风室；5-除油除湿器；6-缓冲罐；7-流量计；8-密相区喷射口；9-稀相区喷射口；10-尾部烟道；11-尾部烟道监测点控制阀；12-烟气出口阀门；13-蠕动泵；14-悬浊液。
图2为稀相区喷射黏土悬浊液减排pm2.5的性能图，其中图2a为数量密度分布，图2b为pm2.5的捕集率。
图3为密相区喷射黏土悬浊液减排pm2.5、so2及no2的性能图，其中图3a为数量密度分布，图3b为pm2.5的捕集率；图3c为so2和no2减排率。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明的优选方案中，将凹凸棒粘土磨制成粒径200-400目筛的颗粒，以0.1～1％的质量百分比浓度添加到水中或含有表面活性剂的水溶液中形成悬浊液，采用酸液调节悬浊液ph值为5～7，不断搅拌悬浊液。由液体泵按悬浊液体积流量占烟气流量体积百分比为0.01％～0.05％，将悬浊液泵入锅炉密相区或稀相区送风口下方，雾化空气与凹凸棒黏土悬浊液的质量比为0.25～0.5，双流体喷嘴将悬浊液雾化为20～50μm的雾滴，所述雾滴与固体燃料燃烧烟气混合，一方面雾滴与so2和no2接触并将其吸附在表面，另一方面雾滴使烟气中的细颗粒物团聚长大，有利于后续常规除尘设备捕集，大大减少烟气中pm2.5的排放量，并协同脱除烟气中的so2和no2，有利于固体燃料燃烧烟气的清洁排放。
所述的凹凸棒黏土为天然矿物质，比表面积大，每克土可达350㎡以上，吸水性强，一般可达150％以上，化学性质较稳定。其巨大的比较面积及其表面存在的吸附中心使其在燃料燃烧pm2.5减排、so2和no2协同控制方面具有很大潜力。凹凸棒黏土悬浊液经过喷嘴雾化与烟气混合后将so2、no2吸附脱除，使细颗粒物团聚长大的过程表现为：凹凸棒黏土悬浊液被雾化为细小液滴，在炉膛内与烟气中so2、no2以及颗粒物尤其是亚微米、纳米级颗粒物碰撞并将其润湿，使其易于吸附在液滴表面，而后颗粒表面的液滴被高温蒸发，颗粒物在吸附架桥作用下团聚长大。其原理是凹凸棒黏土分子链以架桥的形式将分散的颗粒物连接在一起，形成团状或链状，随着悬浊液的蒸发，颗粒间的液桥力逐渐转化为固桥力，颗粒间的团聚力得到加强。产生架桥的主要原因是凹凸棒黏土悬浊液具有的吸附絮凝性。此外，由于燃煤细颗粒中主要的可溶性离子cl2-、so42-的水化自由能低，细颗粒物被湿润后优先转入水中，阳离子将停留于颗粒表面提高了颗粒的表面电位，也有利于细颗粒物团聚。
悬浊液为中性，利用磷酸或盐酸或硫酸或其混合物来调节其ph值，使其处于酸性环境有利于进一步降低pm2.5排放量，其主要原因是酸性环境有利于去除黏土中的杂质，使黏土在水中的表面电荷和结构电荷发生改变，从而改变其带电性，分散聚集态的晶束，溶解八面体阳离子，扩大微孔孔道等以纯化凹凸棒石黏土和提高离子交换能力，与此同时，提高其比表面积以强化其物理吸附性能。
图1所示为炉内喷射黏土悬浊液减排固体燃料燃烧pm2.5、so2及no2装置系统图，主要由循环流化床本体、送风系统、给料系统、返料系统、电控系统、喷雾系统等部分组成。实验用燃料为徐州烟煤，入炉煤粒径为0.6-1.6mm。实验过程中控制燃烧温度为900℃，实验在空气气氛下进行，将1kg/h徐州烟煤由螺旋加料器送入炉内，空压机向炉膛提供一二次风助燃料充分燃烧。未燃尽煤颗粒经旋风分离器、料腿、返料器返回炉膛继续燃烧。采用烟气分析仪在线检测烟气中o2、co、co2、so2、no、no2等成分，辅助监测燃料燃烧情况，以及分析喷射悬浊液对烟气中so2及no2等排放影响。将凹凸棒黏土磨制成粒径200-400目筛的颗粒，按1％的质量百分比浓度添加到水中形成悬浊液，悬浊液ph值为7，不断搅拌悬浊液，按悬浊液体积流量占烟气流量体积百分比为0.01％～0.05％，将悬浊液泵入流化床锅炉密相区或稀相区，雾化空气与凹凸棒黏土悬浊液的质量比为0.5，双流体喷嘴将悬浊液雾化为20～50μm的雾滴，所述雾滴与炉内燃料燃烧烟气混合并吸附烟气中so2、no2，同时促进细颗粒物团聚长大，有利于后续常规除尘设备的捕集，从而减少烟气中so2、no2以及pm2.5的排放量。尾部烟气经过切割粒径为10μm的旋风分离器后由荷电低压冲击器(elpi)对烟气中的颗粒物粒径与数量浓度分布等进行监测，基于elpi在线检测数据可获得烟气中pm2.5的数量与质量分布，采用烟气分析仪对烟气主要成分进行在线监测以分析喷射悬浊液对烟气中气态污染物如so2、no2等的排放影响。
实验结果如图2所示，稀相区喷射黏土悬浊液后，烟气中颗粒物数量密度呈现下降趋势。如图2a，当稀相区喷射悬浊液后，pm2.5的数量密度大幅减小，随着流量的增加，pm2.5的数量密度在各粒径范围下均大幅下降；如图2b，与原始烟气相比，稀相区喷射9.5ml/min悬浊液对pm2.5，pm1以及pm0.1的捕集效率分别达39.7％，39.8％和60.2％；当流量增加到38ml/min时，pm2.5，pm1以及pm0.1的捕集效率均分别增加到85.5％，85.7％和92.2％。图3所示为在密相区中喷入悬浊液的对减排pm2.5、so2及no2的影响结果，图3a可示随着悬浊液流量的增加，pm2.5在各粒径范围的数量密度基本呈下降趋势，如图3b，悬浊液流量为9.5ml/min时，烟气中pm0.1、pm1以及pm2.5数量密度分别降低84.1％，79.1％和79％；当悬浊液流量为38ml/min时，烟气中pm0.1、pm1以及pm2.5数量密度分别降低了93.7％，93.5％和93.6％；如图3c，喷射悬浊液后，烟气中的so2和no2排放浓度均下降，在密相区喷射38ml/min时so2和no2排放浓度分别下降了60％和55％；而在稀相区喷射相同流量悬浊液时二者则分别下降了48％和70％。由此可见，炉内喷射悬浊液既可促进细颗粒物的团聚长大，有利于其被后续除尘设备捕集，也有利于协同脱除烟气中so2和no2等气态污染物，从而实现大幅减排细颗粒物以及so2等污染物，大大降低后续烟气污染控制装置的运行成本，实现固体燃料燃烧烟气的清洁排放。
以上实施例仅是对本发明方案的进一步具体说明，在阅读了本发明实施例之后，本领域普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对本发明权利要求的各种等同形式的修改和替换后的技术方案，均属于本发明申请权利要求所限定的保护范围。