CN102517126A - 添加Zn基脱除剂控制燃煤PM2.5排放的方法 - Google Patents

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屈成锐
徐斌
王学涛
刘建新
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添加Zn基脱除剂控制燃煤PM2.5排放的方法，步骤为：将Zn基脱除剂与燃煤混合，Zn基脱除剂的加入量是燃煤量的3-6wt%，所述的Zn基脱除剂为ZnO、Zn(OH)2或ZnCO3，粒径为50-100μm；将Zn基脱除剂与燃煤一同送入磨煤机，将煤磨成粉，并使煤粉与Zn基脱除剂混合均匀；将磨制好的煤粉和Zn基脱除剂的混合物送入锅炉炉膛内燃烧，燃烧所需的空气由送风机送入锅炉炉膛；燃烧后的烟气进入除尘器过滤后排放。该工艺流程简单、可以有效控制燃煤PM2.5的排放；脱除剂脱除PM2.5的同时还可以脱除烟气中的有害重金属元素；脱除剂价格较低，可以有效降低投资和运行成本。

Description

添加Zn基脱除剂控制燃煤PM2.5排放的方法
技术领域
    本发明涉及燃煤烟气治理技术，具体地说是一种添加Zn基脱除剂控制燃煤PM2.5排放的方法。
背景技术
煤粉燃烧为我们提供必需的热源和电力资源，同时，也产生了严重的环境污染。尽管电厂都安装了高效除尘设备，它们对占质量份额较大的大粒径颗粒有很高的收集效率，但是对于飞灰中数目众多的PM2.5的收集效率却不高，特别对亚微米颗粒的收集效率会更低，导致大量PM2.5直接排入大气中。燃煤PM2.5已经成为我国大气颗粒物的主要来源之一。大量研究表明，这些PM2.5有较大的数量和比表面积，易于富集有毒重金属、酸性氧化物、有机污染物、细菌和病毒，在大气中，它们主要以气溶胶的形式存在，不容易沉降，在一定条件下能够转化为毒性更大的金属有机化合物，对生态环境造成严重污染，最重要的是它们还吸附其他化学组成，随人类呼吸进入人体，从而对人体造成直接伤害。PM2.5进入呼吸系统内表面后，与肺组织相互作用，一部分可以被排除体外或被消除掉，有一部分可能长期滞留肺组织中，在肺间质形成病灶，而且某些颗粒或组分通过肺的内呼吸换气进入血液循环，再通过扩散作用到达其他内脏器官。PM2.5对人体健康的危害主要表现在“三致作用”：致癌、致畸、致突变。主要原因在于这些PM2.5上通常富集各种重金属（如As、Se、Pb、Cr等）、PAHs（多环芳烃类）和PCDD/Fs（二恶英类）等有机污染物，这些多为致癌物质和基因毒性诱变物质，危害极大，其主要来源是矿物燃料的燃烧所致。国外大量的研究资料表明，其浓度上升与疾病的发病率、死亡率等密切相关，尤其是呼吸系统及心肺疾病，所有的健康研究都表明PM2.5与呼吸道和心脏血管疾病之间具有统计关系。电站煤粉燃烧中PM2.5的排放是大气总悬浮颗粒物的重要来源，由于目前除尘技术的局限性，对这些颗粒捕集效率不甚理想。基于此，许多国家已经制定了相关的政策和法规限制PM2.5的排放，例如：美国、日本和澳大利亚等国已经将PM2.5的排放标准纳入国家大气排放标准。我国尚未制订PM2.5标准，但是对PM2.5的控制越来越重视，燃烧源PM2.5的脱除已被列为国家重点基础研究发展计划的研究内容之一。
目前，工业应用的除尘方法有湿法和干法两大类。
1．湿法除尘。采用水洗的方式洗涤含尘烟气，将颗粒物分离出来。该方法存在物料难以回收、易造成污染转移以及高温环境下会造成能量浪费等缺点。
2．干法除尘主要包括旋风除尘器、布袋除尘器、多管除尘器和静电除尘器。布袋除尘和静电除尘属于高效除尘器，但是布袋除尘器的阻力较大，滤料抗腐蚀性差，需定期清洁和更换，维护成本高，在我国应用不多。静电除尘器除尘效果不但和颗粒粒径有关，而且还和颗粒的比电阻有关，比电阻过高和过低都不利于颗粒的清除。旋风除尘器由于其结构简单、造价低廉、维护管理方便且适用面宽而在各工业领域被普遍使用。由于其分离机理基于惯性分离，对于粒径较大的颗粒分离效率较高，但对于微米级和亚微米级粒子，其分离能力很低。
静电除尘和布袋除尘对PM2.5清除效率相对较低，而正是这些PM2.5，虽然其粒径很小，但是其数量浓度较高而且比表面积较大，易于吸附和富集大量有毒的重金属元素，对环境和人体会造成巨大的危害。因此，要从源头上控制燃煤PM2.5的排放，必须采用新的控制方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种添加Zn基脱除剂控制燃煤PM2.5排放的方法，该方法能有效控制燃煤PM2.5的排放，降低对环境的污染，减小对人体健康的危害，提高传统除尘装置对燃煤PM2.5的脱除效率。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：添加Zn基脱除剂控制燃煤PM2.5排放的方法，步骤为：
（1）、将Zn基脱除剂与燃煤混合，Zn基脱除剂的加入量是燃煤量的3-6wt%，所述的Zn基脱除剂为ZnO、Zn(OH)2或ZnCO3，粒径为50-100μm；
（2）、将Zn基脱除剂与燃煤一同送入磨煤机，将煤磨成粉，并使煤粉与Zn基脱除剂混合均匀；
（3）、将磨制好的煤粉和Zn基脱除剂的混合物送入锅炉炉膛内燃烧，燃烧所需的空气由送风机送入锅炉炉膛；
（4）、燃烧后混有Zn基脱除剂的烟气进入除尘器过滤后排放。
所述的除尘器为静电除尘器、布袋除尘器、多管除尘器或旋风除尘器。
煤粉和Zn基脱除剂在固态排渣煤粉锅炉、流化床锅炉或者炉排锅炉内燃烧。
燃烧气氛可以是空气气氛，也可以是O2/CO2气氛。
本发明的有益效果是：该工艺流程简单，采用将吸附剂与燃煤混合燃烧的方法，使吸附剂在燃烧过程中同步扩散到烟尘中，在布朗扩散和范德华力的作用下在烟尘中与PM2.5颗粒接触粘连碰撞，使PM2.5颗粒附着和沉积到吸附剂的内表面和外表面上，从而使颗粒逐渐增大能被除尘器脱出的大小，可以有效控制燃煤PM2.5的排放；脱除剂脱除PM2.5的同时还可以脱除烟气中的有害重金属元素；脱除剂价格较低，可以有效降低投资和运行成本。
具体实施方式
本发明的燃煤PM2.5排放控制方法是将脱除剂和燃煤按比例混合，同时送入磨煤机内进行研磨，研磨程度按照通常锅炉燃烧的煤粉粒度进行；然后送入锅炉炉膛燃烧；燃烧后的烟气进入除尘器后，所携带的飞灰和脱除剂将被脱除。添加的脱除剂可采用ZnO、Zn(OH)2或ZnCO3。
脱除剂的添加量根据除尘器后烟气中飞灰浓度来调整，添加量一般占燃煤量的3-6wt%，优选为5-6%。
本发明通过在燃煤过程中添加吸附剂减少细颗粒物的排放，其机理是吸附剂具有较大的表面积，在燃烧过程中易挥发物质的蒸气扩散到吸附剂表面被吸附剂吸附或发生化学反应，同时吸附剂也为温度下降后均相凝结生成固态颗粒提供了附着的场所，减少和降低了亚微米核态粒子形成的机会和数量，另外大量的PM2.5颗粒在布朗扩散和范德华力的作用下与吸附剂接触粘连碰撞凝并附着和沉积到吸附剂的内表面和外表面上，使得小颗粒物的数量减少而粒度增大，从而抑制了细颗粒物的生成。脱除剂的粒径可选范围50-100μm，优选为70-90μm。脱除剂粒度可以影响其在烟气中的分布和扩散，从而影响其与PM2.5颗粒的碰撞结合效率。
所述除尘器可采用静电除尘器或布袋除尘器或多管除尘器或旋风除尘器。
所述锅炉可采用固态排渣煤粉锅炉、流化床锅炉或者炉排锅炉。
所述燃烧气氛是空气气氛或O2/CO2气氛。
采用空气气氛燃烧时，首先将煤和脱除剂送入磨煤机内进行粉碎，然后再将磨制好的煤粉和脱除剂的混合物送入锅炉炉膛内燃烧，燃烧所需的空气由送风机直接送入锅炉炉膛，脱除剂会吸附大量的极细小颗粒，脱除剂粒径增大，携带飞灰和脱除剂的烟气进入除尘器内，大量的飞灰和脱除剂被除尘器所脱除，烟气经除尘后直接通过烟囱排入大气。
采用O2/CO2气氛燃烧时，将煤和脱除剂送入磨煤机内进行粉碎，然后再将磨制好的煤粉和脱除剂的混合物送入锅炉炉膛内燃烧，燃烧所需的O2由空分设备制备，然后将所制备的O2和一部分再循环烟气混合后送入锅炉炉膛，另外一部分烟气通过烟囱排入大气，脱除剂可以吸附大量的极细小颗粒，其粒径增大，飞灰和脱除剂由烟气携带进入除尘器并被除尘器所脱除。
PM2.5脱除效果的测试：
从同一批燃煤中选取等量的4组燃煤进行试验，其中3组燃煤中分别添加ZnO、Zn(OH)2和ZnCO3作为脱除剂，另外一组燃煤不添加脱除剂。将各组磨制好的煤粉和脱除剂的混合物分别送入流化床中进行燃烧，燃烧过程中床温为850-900℃左右，选用石英砂作床料，实验中在布袋除尘器后水平段烟道中利用低压撞击器（DLPI）采集PM2.5，采样点烟气温度为150℃左右。实验结果列于下表中：
Figure 838101DEST_PATH_IMAGE001
结果表明：添加Zn基脱除剂对PM2.5有较好的脱除效果，脱出效率可达90%左右，ZnO、Zn(OH)2和ZnCO3三种添加剂中，ZnCO3对PM2.5的脱除效果最佳，其次是ZnO，最后是Zn(OH)2。

Claims (4)

1.添加Zn基脱除剂控制燃煤PM2.5排放的方法，其特征在于：步骤为：
（1）、将Zn基脱除剂与燃煤混合，Zn基脱除剂的加入量是燃煤量的3-6wt%，所述的Zn基脱除剂为ZnO、Zn(OH)2或ZnCO3，粒径为50-100μm；
（2）、将Zn基脱除剂与燃煤一同送入磨煤机，将煤磨成粉，并使煤粉与Zn基脱除剂混合均匀；
（3）、将磨制好的煤粉和Zn基脱除剂的混合物送入锅炉炉膛内燃烧，燃烧所需的空气由送风机送入锅炉炉膛；
（4）、燃烧后混有Zn基脱除剂的烟气进入除尘器过滤后排放。
2.如权利要求1所述的添加Zn基脱除剂控制燃煤PM2.5排放的方法，其特征在于：所述的除尘器为静电除尘器、布袋除尘器、多管除尘器或旋风除尘器。
3.如权利要求1所述的添加Zn基脱除剂控制燃煤PM2.5排放的方法，其特征在于：煤粉和Zn基脱除剂在固态排渣煤粉锅炉、流化床锅炉或者炉排锅炉内燃烧。
4.如权利要求1所述的添加Zn基脱除剂控制燃煤PM2.5排放的方法，其特征在于：燃烧气氛可以是空气气氛，也可以是O2/CO2气氛。
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