一种采用改性硅藻土控制燃煤超细颗粒物生成的方法与流程

本发明属于煤燃烧污染物控制相关领域，更具体地，涉及一种采用改性硅藻土控制燃煤超细颗粒物生成的方法。

背景技术：

煤炭是我国的主体能源，在一次性能源消费结构中占据了60％左右。煤炭主要应用于电力与化工行业，其中又以燃煤发电最为广泛，我国每年消耗的煤炭中大约有55％用做了燃煤发电。煤在燃烧过程中会产生许多污染物，如SO_x、NO_x、CO₂以及颗粒物等，同时会引起温室效应、容易导致酸雨破坏农作物、污染大气环境以及威胁人体健康等。燃煤产生的颗粒物是大气污染物的重要组成部分，也是导致雾霾的主要源头之一，这部分颗粒物极易富集一些有机污染物以及微量元素，对人体健康有极大的威胁。此外，我国煤炭灰分普遍偏高，据统计，中国灰分小于10％的特低灰分煤仅占煤储量的17％，大部分煤炭的灰分为10％～30％，这对燃煤电厂控制粉尘等污染物的排放提出了较高的技术要求。

通常颗粒物粒径越小，其在空气中的分散程度越高，越难以聚合沉降，研究表明，细颗粒物可以在大气中停留大约7～30天。粒径在2.5μm以下的细颗粒物，直径相当于人类头发的1/10大小，不易被阻挡，被吸入人体后直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。

目前，国内外对燃煤颗粒物的减排大体有燃烧前控制、燃烧中抑制与燃烧后收集三种方式。燃烧前控制主要是对煤粉进行进一步优化，包括控制煤粉粒度、去除煤粉中特定矿物质等；燃烧中抑制主要是在燃烧过程加入添加剂，通过物理吸附或者复杂的化学反应使颗粒物向大粒径转移，常用的添加剂包括高岭土、石灰石等；燃烧后收集是目前我国电厂普遍采用的一种技术手段，通常有静电除尘、湿式除尘、电袋除尘等技术手段。然而，现有的除尘设备对超细颗粒物的脱除效率较低，成本较高。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种采用改性硅藻土控制燃煤超细颗粒物生成的方法，其基于超细颗粒物的生成机理，对硅藻土进行了改性设计。将改性硅藻土粉末与煤粉按照预定质量比例混合后填入锅炉内燃烧，燃烧过程中，所述改性硅藻土通过物理化学作用一方面可以抑制超细颗粒物的生成；另一方面可以吸附已经产生的超细颗粒物，使已经生成的超细颗粒物向大粒径转移，形成可以被除尘设备捕获的大颗粒，提高了超细颗粒物脱除率，有效的减少了超细颗粒物的排放。此外，硅藻土的储量丰富，价格便宜，无毒无害，运输储存方便，可以有效降低对超细颗粒物脱除的成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种采用改性硅藻土控制燃煤超细颗粒物生成的方法，其包括以下步骤：

(1)制备改性硅藻土粉末，所述改性硅藻土粉末包括盐酸改性硅藻土粉末和聚羟基铝改性硅藻土粉末；

(2)将所述改性硅藻土粉末与煤粉按照质量比3：100混合均匀；

(3)将混合均匀的所述改性硅藻土粉末及所述煤粉按照预定速度送入锅炉中燃烧，所述改性硅藻土粉末通过物理或者化学作用抑制超细颗粒物的生成，同时使已经生成的超细颗粒物向大粒径方向转移，以形成可以被除尘装置捕获的颗粒。

进一步的，所述盐酸改性硅藻土粉末的制备包括以下步骤：

(a)将原硅藻土放置于45℃的烘箱中烘烤3小时，以除去吸附水；

(b)按照固液比30g/L将对应量的所述原硅藻土加入摩尔浓度为1mol/L的HCL溶液，再放置于磁力搅拌器中，80℃下搅拌反应2小时；

(c)反应结束后进行多次洗涤及离心分离，获得盐酸改性硅藻土，将所述盐酸改性硅藻土在45℃下烘干后进行粉碎研磨，用筛网收集粒径为38.5μm-90μm的盐酸改性硅藻土粉末，密封保存以备使用。

进一步的，聚羟基铝改性硅藻土粉末的制备包括以下步骤：

(11)将摩尔浓度为0.3mol/L的NaOH溶液放入逐滴滴入摩尔浓度为0.4mol/L的AlCl₃溶液中得到羟基铝组成液，滴加完成后机械搅拌2小时，室温下陈化三天；

(12)将原硅藻土放置于45℃的烘箱内烘烤3小时，除去吸附水；

(13)按照固液比20g/L将对应质量的原硅藻土加入到陈化后的羟基铝组成液中，机械搅拌2小时；

(14)反应结束后进行多次离心分离和洗涤，获得聚羟基铝改性硅藻土；将所述聚羟基铝改性硅藻土在45℃下烘干后进行粉碎研磨，并用筛网收集粒径为38.5μm-90μm的聚羟基铝改性硅藻土粉末，密封保存以备使用。

进一步的，所述预定速度为0.15g/min。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，采用本发明提供的采用改性硅藻土控制燃煤颗粒物生成的方法，将改性硅藻土粉末与煤粉按照预定质量比例混合后填入锅炉内燃烧，燃烧过程中，所述改性硅藻土通过物理化学作用一方面可以抑制超细颗粒物的生成；另一方面可以吸附已经产生的超细颗粒物，使已经生成的超细颗粒物向大粒径转移，形成可以被除尘设备捕获的大颗粒，提高了超细颗粒物脱除率，有效的减少了超细颗粒物的排放。此外，硅藻土的储量丰富，价格便宜，无毒无害，运输储存方便，可以有效降低对超细颗粒物脱除的成本。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的采用改性硅藻土控制燃煤超细颗粒物生成的流程图。

图2是图1中的采用改性硅藻土控制燃煤超细颗粒物生成的方法中涉及的改性硅藻土减排PM_0.2的效果示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1及图2，本发明第一实施方式提供的采用改性硅藻土控制燃煤超细颗粒物生成的方法，其包括下步骤：

步骤一，制备改性硅藻土粉末。本实施方式中，所述改性硅藻土粉末为盐酸改性硅藻土，所述盐酸改性硅藻土粉末的制备包括以下步骤：

(1)将原硅藻土放置于45℃的烘箱中烘烤3小时，以除去吸附水；

(2)配制摩尔浓度为1mol/L的HCL溶液，按照固液比30g/L将对应量的所述原硅藻土加入所述HCL溶液后，再放置于磁力搅拌器中，80℃下搅拌反应2小时；

(3)反应结束后进行多次洗涤及离心分离，获得盐酸改性硅藻土，将所述盐酸改性硅藻土在45℃下烘干后进行粉碎研磨，用筛网收集粒径为38.5μm-90μm的盐酸改性硅藻土粉末，并密封保存以备使用。

步骤二，将所述盐酸改性硅藻土粉末与煤粉按照质量比3：100混合均匀。具体地，取1000克无烟煤，粒径范围为45μm-90μm；再取30克盐酸改性硅藻土粉末，粒径范围为38.5μm-90μm；之后，将所述无烟煤及所述盐酸改性硅藻土粉末混合均匀后放置于45℃的烤箱中烘烤3小时，以备使用。

步骤三，将所述无烟煤及所述盐酸改性硅藻土粉末组成的混合物按照预定的速度送入锅炉中燃烧，所述改性硅藻土粉末通过物理或者化学作用，捕获煤粉燃烧产生的超细颗粒物。具体地，所述混合物以0.15g/min的恒定速率送入1500℃高温沉降炉的炉膛内进行燃烧，气氛为空气气氛，煤粉燃烧后产生的颗粒物随烟气流经旋风分离器，过滤掉烟气中的动力学直径大于10μm的颗粒，剩余的小颗粒随烟气进入低压撞击器，所述低压撞击器分为13级，可以分层收集各个粒径段的颗粒物，收集时间为4min。

本实施方式中，针对粒径小于0.2μm(空气动力学直径小于或者等于0.2μm的颗粒物，即超细颗粒物，PM_0.2)的颗粒物进行分析，通过对比原煤及加入盐酸改性硅藻土粉末的煤粉燃烧后的超细颗粒物的质量发现，所述盐酸改性硅藻土粉末对PM_0.2(相对于原煤燃烧而言)的脱除效率为28.77％；硅藻土原矿粉末对PM_0.2(相对于原煤燃烧而言)的脱除效率为19.76％，所述盐酸改性硅藻土粉末对PM_0.2的脱除效率有明显的提高。

本发明第二实施方式提供的采用改性硅藻土控制燃煤超细颗粒物生成的方法，其包括下步骤：

第一步，制备改性硅藻土粉末。本实施方式中，所述改性硅藻土粉末为聚羟基铝改性硅藻土粉末，所述聚羟基铝改性硅藻土粉末的制备包括以下步骤：

(1)氯化铝溶液水解得到羟基铝组成液：将960mL、摩尔浓度为0.3mol/L的NaOH溶液逐滴滴入300mL、摩尔浓度为0.4mol/L的AlCl₃溶液中，滴加完成后机械搅拌2小时，室温下陈化三天；为了避免生成氢氧化铝沉淀，滴加过程应缓慢进行；得到羟基铝组成液中的OH^-与A⁺³数量之比为12:5。

(2)将原硅藻土放置于45℃的烘箱内烘烤3小时，除去吸附水；

(3)按照固液比20g/L，将对应质量的原硅藻土加入到陈化后的羟基铝组成液中，机械搅拌2小时；

(4)反应结束后进行多次离心分离和洗涤，获得聚羟基铝改性硅藻土；将所述聚羟基铝改性硅藻土在45℃下烘干后进行粉碎研磨，并用筛网收集粒径为38.5μm-90μm的聚羟基铝改性硅藻土粉末，并密封保存以备使用。

第二步，将所述聚羟基铝改性硅藻土粉末与煤粉按照质量比3：100混合均匀。具体地，取1000克无烟煤，粒径范围为45μm-90μm；再取30克聚羟基铝改性硅藻土粉末，粒径范围为38.5μm-90μm；之后，将所述无烟煤及所述聚羟基铝改性硅藻土混合均匀后放置于45℃的烤箱中烘烤3小时以上，以备使用。

第三步，将所述无烟煤及所述聚羟基铝改性硅藻土粉末组成的混合物按照预定的速度送入锅炉中燃烧，所述改性硅藻土粉末通过物理或者化学作用，捕获煤粉燃烧产生的超细颗粒物。具体地，所述混合物以0.15g/min的恒定速率送入1500℃高温沉降炉的炉膛内进行燃烧，气氛为空气气氛，煤粉燃烧后产生的颗粒物随烟气流经旋风分离器，过滤掉烟气中的空气动力学直径大于10μm的颗粒，剩余的小颗粒随烟气进入低压撞击器，所述低压撞击器分为13级，可以分层收集各个粒径段的颗粒物，收集时间为4min。

本实施方式中，针对粒径小于0.2μm(空气动力学直径小于或者等于0.2μm的颗粒物，即超细颗粒物，PM_0.2)的颗粒物进行分析，通过对比原煤及加入聚羟基铝改性硅藻土粉末的煤粉燃烧后的超细颗粒物的质量发现，所述聚羟基铝改性硅藻土粉末对PM_0.2(相对于原煤燃烧而言)的脱除效率为30.32％。

可以理解，在其他实施方式中，所述改性硅藻土粉末还可以为其他组分的改性硅藻土粉末，如所述盐酸硅藻土粉末与所述羟基铝硅藻土粉末的混合物。

采用本发明提供的采用改性硅藻土控制燃煤颗粒物生成的方法，将改性硅藻土粉末与煤粉按照预定质量比例混合后填入锅炉内燃烧，燃烧过程中，所述改性硅藻土粉末通过物理化学作用一方面可以抑制超细颗粒物的生成；另一方面可以吸附已经产生的超细颗粒物，使已经生成的超细颗粒物向大粒径转移，形成可以被除尘设备捕获的大颗粒，提高了超细颗粒物脱除率，有效的减少了超细颗粒物的排放。此外，硅藻土的储量丰富，价格便宜，无毒无害，运输储存方便，可以有效降低对超细颗粒物脱除的成本。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。