[发明专利]一种利用凹凸棒石降低燃烧源颗粒物的方法

说明书

技术领域

本发明属于燃烧烟气净化处理技术领域，更具体地，涉及一种利用凹凸棒石降低燃烧源颗粒物的方法。

背景技术

化石燃料(煤、石油、天然气)是当今社会的主要能源，然而化石燃料燃烧会产生大量的颗粒物，这是造成恶劣雾霾天气发生的重要因素。细颗粒物PM_2.5和重金属是大气颗粒物的重要组成部分，由于粒径小，容易突破呼吸道的过滤作用，深入人体内部，对人及动物体的呼吸系统、心血管系统及神经系统等产生各种损害。鉴于此，实现燃烧过程中细颗粒和重金属的减排是减轻我国大气颗粒物污染的重要技术路径。

实现燃烧源细颗粒物和超细颗粒物的减排有两种技术策略。一种技术策略为生成后控制，即通过各种除尘设备对脱出已经生成的颗粒物，而不考虑颗粒物的生成过程；另一种技术策略为生成过程中控制，即通过技术方法对颗粒物的生成过程进行调控，通过对过程条件进行控制减少颗粒物的生成量。两种技术各有优缺点，既可以独立使用，又可以综合使用两种技术方法获得更高的颗粒物脱出效率。

现行工业锅炉、电站锅炉等燃烧设备应用的除尘技术以电除尘、布袋除尘技术为主，总体除尘效率达到98％以上。但静电除尘技术对0.1～1μm粒径段颗粒物存在“穿透”窗口，不能有效捕集产生的该粒径段的细颗粒物及超细颗粒物。若单纯通过增加电场或提升运行参数等手段来提高该粒径段的脱出效率，以满足日益严格的灰尘排放浓度要求，则经济性较低。而布袋除尘技术应用成本偏高，使用寿命短。因此，研究者基于颗粒物的生成过程提出了通过向燃烧室添加吸附剂的燃烧中颗粒物减排技术，用以补充、增强或替代现有除尘技术。

简而言之，燃料燃烧过程中颗粒温度升高，部分煤中携带的矿物随即发生气化或先通过各种反应形成中间产物然后再气化形成Na、S、Si等矿物蒸气。气化形成的矿物蒸气在降温过程中，一部分通过均相凝结成核，形成超细颗粒物，一部分在已有颗粒表面发生异相凝结，使颗粒逐渐长大。通过向燃烧过程添加吸附剂吸附固定矿物质蒸汽，达到减少吸附颗粒物和气态重金属生成的目的。美国犹他大学Wendt等(2000)研究指出高岭土可以捕获燃烧过程中形成的碱金属及重金属蒸气，减少该类物质向细颗粒物的迁移。日本中部大学的Ninomiya等(2009)研究开发了一种Mg基吸附剂，并在试验中表现出良好的作用效果。Chen等(2011)、Si等(2014)经研究指出，通过向燃烧过程添加Ca基、Si基吸附剂可以捕获燃烧形成的Na等碱金属蒸气，达到减少颗粒物生成量的目的。赵长遂等(2010)研究和报道了使用Fe基吸附剂控制控制燃煤颗粒物的方法。屈成锐等(2006)研究报道了使用Mn基和Ba基吸附剂控制燃煤超细颗粒物的方法。尹无忌(2013)也报道了一种蒙脱石-硅溶胶改性膨润土制备PM_2.5捕集剂的制备及使用方法。然而，目前已研发的燃煤吸附剂种类仍十分有限，存在作用效率低、吸附剂利用率低、价格昂贵、副产物有毒难以处理等缺点，不能充分满足使用要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种利用凹凸棒石降低燃烧源颗粒物的方法，通过向煤/油燃烧室中添加以凹凸棒石为主要活性成分的吸附剂可有效控制燃料燃烧产生的细颗粒物和重金属的排放，减轻PM2.5和重金属污染。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种利用凹凸棒石降低燃烧源颗粒物的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将凹凸棒石与钙盐混合形成混合物，并且混合物中，按摩尔比Ca/Al＝0.15：1～0.35：1；

(2)将上述混合物在分散剂中润洗和搅拌混合，再在100℃～150℃温度下脱水干燥，然后研磨制成平均粒径小于45μm的颗粒，则形成吸附剂粉末；

(3)将步骤(2)获得的吸附剂粉末与燃料混合并且让两者在燃烧室内燃烧，其中吸附剂粉末与燃料的质量比为1：1000～1：10，则吸附剂粉末与燃烧源颗粒物反应，从而减少燃烧源颗粒物的生成；

(4)反应后的一部分吸附剂粉末随烟气排出燃烧室后经过除尘器分离和捕集。

优选地，所述凹凸棒石为天然凹凸棒石，或者，所述凹凸棒石为经酸、碱、煅烧或插层改性处理后的凹凸棒石。

优选地，所述吸附剂粉末在进入燃烧室前与燃料混合，或者单独喷射进入燃烧室，在燃烧室内与燃料混合。

优选地，所述钙盐为碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、乙酸钙、甲酸钙、丙酸钙、酒石酸钙中的一种或多种。

优选地，所述分散剂为水或乙醇，以实现凹凸棒石与钙盐的充分混合及疏通凹凸棒石与钙盐内部通道并实现表面活化。