[发明专利]一种可用于减少燃煤细颗粒物PM2.5生成的方法

说明书

技术领域

本发明属于煤粉的洁净燃烧及污染物排放控制技术，具体涉及的是制备一种添加剂并将其喷入炉内，以减少细颗粒物PM_2.5生成的方法。

背景技术

中国的能源格局中，煤是主要的能源之一，其在一次能源中的占比达到70%左右，并且这种以煤为主的能源结构在今后相当长的时间内都不会发生改变。在煤燃烧过程中，伴随着大量诸如颗粒物、SOx、NOx等污染物产生，其中空气动力学直径小于或等于2.5μm的颗粒物即为PM_2.5。一方面这些细微颗粒物容易富集Pb、Cd、As、Se等有毒重金属以及PAHs等有机污染物，而另一方面除尘器对这部分细微颗粒物，特别是空气动力学直径介于0.1-1μm的颗粒物PM_0.1-1，并不能有效地捕集，因此，这部分颗粒物大量被排放到环境中去，并能够在空气中悬浮数天到数月且传输数百到数千公里，从而对人体健康以及城市空气质量造成不利影响。对PM_2.5的源解析表明，煤燃烧是城市PM_2.5的重要来源。

在对传统的除尘设备，如电除尘器以及布袋除尘器进行优化的同时，炉内喷入添加剂亦是一种有效的燃烧中减少细颗粒物生成的方法。采用炉内喷添加剂方式，并不用对燃烧条件进行改变，其本身也对燃烧的影响不大，因此不会对锅炉运行的安全性造成影响。并且采用合适的添加剂有助于改善颗粒物的团聚能力，增加除尘器对细微颗粒物的捕集效率。

炉内喷添加剂控制细颗粒物是一种高温控制，该控制方式与PM_2.5的生成机理密切相关。从形成机理来看，燃煤PM_2.5应包含PM_0.5以及PM_0.5-2.5两部分，这两部分分别对应为超细模态颗粒物及中间模态颗粒物。前者主要由气化凝结机理形成，而后者主要由矿物直接转化、煤焦破碎及异相凝结等作用产生。炉内喷添加剂控制PM_2.5的机理可以进一步分为表面反应机理及熔融机理。表面反应控制机理主要是指煤中易气化元素能够在添加剂表面与添加剂发生化学反应，进而被添加剂吸附，从而阻止这些易气化元素形成超细微颗粒物，例如，高岭土以及石灰石在高温下可以分别吸附易于气化的金属（Na、K及Pb等）以及硫，进而阻止这些物质凝结形成超细模态颗粒物；熔融机理是指增加矿物表面液相的含量，从而促进颗粒间聚合，使得超细微颗粒物朝着细微颗粒物转变，例如，在煤中添加Mg(OH)₂，Mg(CH₃COO)₂等Mg基添加剂能与煤中的矿物形成诸如Mg-Al-Si等的铝硅酸盐，这些铝硅酸盐在高温下容易熔融并形成液相，从而可以加强细微颗粒物与粗颗粒的聚合，达到减少PM_2.5的目的。

发明内容

本发明主要是提供一种可用于减少燃煤细颗粒物PM_2.5生成的方法，该方法配合传统的电尘除器或布袋除尘器，可以有效地降低燃煤PM_2.5的排放，进而减少PM_2.5在大气中的浓度，降低对环境的污染以及对人体健康的伤害。

本发明主要是通过制备一种添加剂，将该添加剂与煤粉混合燃烧后，可以有效地减少PM_2.5的生成，具体的步骤为：

(1)将含有碱金属Na或K的盐按摩尔比Na(K)/Al=0.25:1～0.5:1与高岭土充分混合；

(2)将上述混有碱金属盐的高岭土在900～1200℃温度下灼烧1-3小时，以制成钠铝硅酸盐或钾铝硅酸盐，将制成的上述铝硅酸盐充分研磨至粒径5-45μm；

(3)按照煤粉灰基质量的10～30wt%与煤粉一并送入磨煤机，使得二者充分混合；

(4)将混有铝硅酸盐的煤粉随一次风进入炉膛，在燃烧中，铝硅酸盐捕获细颗粒物，并随后进入烟道被电除尘器或布袋除尘器捕集。

其中，所述含碱金属盐包括Na₂O、NaOH、Na₂CO₃、CH₃COONa以及K₂O、KOH、K₂CO₃、CH₃COOK。

其中，所述燃烧炉膛可为电站锅炉、工业锅炉或流化床等燃烧煤粉的设备。