CN103540382A - 一种减排细微颗粒物与重金属的燃煤添加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减排燃煤细微颗粒物与重金属的燃煤添加剂，该燃煤添加剂的组分按质量百分比分配如下：石灰石10～25份，高岭土20～40份，蒙脱石：30～55份，硅藻土15～30份，本发明还公开了一种燃煤添加剂的制备方法，包括以下步骤：选取原料：取石灰石10～25份，高岭土20～40份，蒙脱石30～55份，硅藻土15～30份，将选取的原料进行粉碎，并碾磨至过150-300目筛，将过筛后的原料粉末放入粉末混合机械中混合均匀。本发明的添加剂组分功能稳定，能够有效地减少煤燃烧过程中细微颗粒物的生成量，并且能够显著降低重金属在细微颗粒物中的总量和浓度。

Description

一种减排细微颗粒物与重金属的燃煤添加剂及其制备方法

技术领域

本发明属于燃煤污染物控制领域，更具体地，涉及一种减排细微颗粒物与重金属的燃煤添加剂及其制备方法。 

背景技术

基于我国多煤、贫油、少气的能源结构，煤炭将在未来很长一段时间内成为我国最主要的能源。煤在燃烧过程中会产生许多的污染物，对环境和人体造成极大的损害。比如燃煤产生的大量二氧化碳进入大气会加剧温室效应，进而破坏地球的大气与生态环境，恶化人类的生存空间；燃煤产生的硫氧化物和氮氧化物进入大气极易形成酸雨，从而腐蚀建筑，致农作物减产或死亡，以及降低人体免疫力，致慢性咽炎、支气管哮喘发病率增加等。除上述几种常见的污染物之外，燃煤产生的颗粒物在现今已得到人们越来越多的重视，这主要是由于这种污染物对人体的危害更为直接和严重。 

对于燃煤颗粒物，其粒径越小就越难以被脱除，这些细微的颗粒物进入大气中极易被人体呼入。其中，空气动力学直径小于10μm的被称为可吸入颗粒物，它们可由呼吸系统进入人体；小于2.5μm的被称为可入肺颗粒物，这类颗粒物可以穿过呼吸道进入人体肺部；而小于1.0μm的被称为可入血管颗粒物，这类颗粒物可进入人体的血液循环系统，其上物质更容易被人体吸收，从而危害最为巨大。颗粒物粒径的大小不仅决定了其脱除效率的高低，更关系到有毒物质的含量。通常燃煤颗粒物中的有毒物质除了Ca、Fe、S这类主要的矿物元素外，还有某些含量较低（通常低于100μg/g）但更具毒性的元素，它们通常被称作重金属元素。比如：As元素的氧化物 As₂O₃就是人们熟知的砒霜，是一种剧毒性的无机物；重金属Pb容易在人类的牙床累积，当到达一定量可致人腹痛以及神经错乱；重金属Cd的化合物具有相当的毒性，并且可在人体内累积，进而引起大家熟知的“骨痛病”以及其他常见病症。 

目前，针对中小型工业锅炉常用的除尘设备有重力沉降式除尘器、旋风除尘器、冲击式除尘器、离心式水膜除尘器等。这些除尘设备价格低廉，除尘效率较低，尤其是颗粒物的脱除效率。而对于大型工业锅炉或者电厂锅炉所采用的除尘设备多为静电除尘器、布袋除尘器以及电袋复合式除尘器。这几种除尘设备的除尘效率相对较高，可达99%以上，但是其对于颗粒物，尤其是细微颗粒物的脱除效率却不高。例如，限于静电除尘器的工作原理，相当一部分粒径在0.1～1.0μm的颗粒物会逃逸；虽然布袋除尘器的效率相较于静电除尘器略高，但还是有相当一部分细微颗粒物（<1.0μm）能够穿透布袋场。鉴于燃煤细微颗粒物的毒性以及难以捕获的特性，如何能够减少细微颗粒物的排放量以及其上重金属的总量和浓度是一个亟待解决的问题。 

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种减排细微颗粒物与重金属的燃煤添加剂及其制备方法，其目的在于解决目前采用的除尘设备对于燃煤细微颗粒物脱除效率低以及细微颗粒物上重金属含量高的技术问题。 

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种减排燃煤细微颗粒物与重金属的燃煤添加剂，该燃煤添加剂的组分按质量百分比分配如下： 

石灰石：10～25份； 

高岭土：20～40份； 

蒙脱石：30～55份； 

硅藻土：15～30份。 

按照本发明的另一方面，提供了一种减排燃煤细微颗粒物与重金属的燃煤添加剂的制备方法，包括以下步骤： 

（1）选取原料：取石灰石10～25份，高岭土20～40份，蒙脱石30～55份，硅藻土15～30份； 

（2）将选取的原料进行粉碎，并碾磨至过150-300目筛； 

（3）将过筛后的原料粉末放入粉末混合机械中混合均匀。 

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，能够取得下列有益效果： 

1、添加剂中的石灰石在煤粉燃烧过程中首先分解成为CaO，CaO一方面可有效吸附SOx，由于硫酸盐也是细微颗粒物中的重要成分，所以这可以减少细微颗粒物的生成量。另一方面CaO可以吸附某些痕量的重金属元素，例如As、Se、Pb、Cr等，而其在吸附大量SOx的同时不会明显影响对于重金属的吸附，这就可以降低细微颗粒物中总金属总量和浓度。 

2、添加剂中的高岭土主要成分为硅铝氧化物以及结合水。在煤粉燃烧产生的高温条件下，高岭土可与Na、K、Ca、Mg等碱金属和碱土金属反应生成硅铝酸盐，由于Na、Ca、Mg等是组成细微颗粒物的主要成分，所以其可以抑制细微颗粒物的生成。与此同时，高岭土可吸附多种重金属元素，例如Pb、Cd、Cr、Ni、Zn等，当高岭土吸附大量碱金属时，不会明显抑制其对重金属元素的吸附，甚至Cd还能促进高岭土对于Na和Pb的吸附，所以高岭土可以降低细微颗粒物中重金属总量和浓度。 

3、添加剂中的蒙脱土主要成分为硅铝酸盐，具有较高的比表面积及热稳定性，另外，其具有很强的吸附性及阳离子交换能力。在高温条件下，蒙脱土的作用与高岭土类似，可吸附碱金属、碱土金属与重金属成分。蒙脱土较高的比表面积可提供更多吸附位点，提升吸附速率；好的热稳定性可以很好保证原有的晶格结构，防止熔融堵塞现象的发生；蒙脱土还具有 很强的吸附性，可将阳离子吸附到颗粒表面，一部分物理吸附的阳离子还可与蒙脱发生化学吸附反应；另外，蒙脱土中的阳离子具有很强的交换能力，比如Al³⁺常被Mg²⁺、Na⁺、Fe²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Li⁺等阳离子取代，Al是难挥发成分，对于细微颗粒物的贡献极小，当其取代上述阳离子后可明显减少细微颗粒物的生成以及细微颗粒物中重金属的总量和浓度。 

4、添加剂中的硅藻土主要成分为SiO₂（>70%），并含有少量的Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO和MgO。SiO₂可很好地吸附Na、Mg、K、Pb、Cd等，并形成难以挥发的硅酸盐。另外，硅藻土具有密度低，孔隙结构发达，吸附性强，热稳定性好的特点，这都有助于其对碱金属、碱土金属和重金属的吸附。上述特征都可以减少细微颗粒物的生成以及细微颗粒物中重金属的总量和浓度。 

综上所述，该吸附剂制作方便，便于存储运输，且组分功能稳定，无毒无害。该吸附剂能够有效地吸附碱金属、碱土金属以及SOx等绝大部分细微颗粒物的成分，显著降低细微颗粒物的生成量。与此同时，该吸附还能大量吸附重金属组分，抑制其挥发，进而降低细微颗粒物中重金属浓度。 

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。 

本发明减排燃煤细微颗粒物与重金属的燃煤添加剂的组分按质量百分 比分配如下： 

本发明减排燃煤细微颗粒物与重金属的燃煤添加剂的制备方法包括以下步骤： 

（1）选取原料：取石灰石10～25份，高岭土20～40份，蒙脱石30～55份，硅藻土15～30份； 

（2）将选取的原料进行粉碎，并碾磨至过150-300目筛； 

（3）将过筛后的原料粉末放入粉末混合机械中混合均匀。 

实施例1： 

首先，按照如下的质量比选取燃煤添加剂的成分： 

石灰石10kg，高岭土20kg，蒙脱石55kg，硅藻土25kg。 

然后，将选取的配料进行粉碎，并碾磨至过200目筛。 

最后，将过筛后的原料粉末放入混合机械中混合均匀，即得到燃煤添加剂成品。 

实施例2： 

首先，按照如下的质量比选取燃煤添加剂的成分： 

石灰石10kg，高岭土20kg，蒙脱石40kg，硅藻土30kg。 

然后，将选取的配料进行粉碎，并碾磨至过200目筛。 

最后，将过筛后的原料粉末放入混合机械中混合均匀，即得到燃煤添加剂成品。 

实施例3： 

首先，按照如下的质量比选取燃煤添加剂的成分： 

石灰石10kg，高岭土40kg，蒙脱石30kg，硅藻土20kg。 

然后，将选取的配料进行粉碎，并碾磨至过200目筛。 

最后，将过筛后的原料粉末放入混合机械中混合均匀，即得到燃煤添加剂成品。 

实施例4： 

首先，按照如下的质量比选取燃煤添加剂的成分： 

石灰石25kg，高岭土20kg，蒙脱石30kg，硅藻土25kg。 

然后，将选取的配料进行粉碎，并碾磨至过200目筛。 

最后，将过筛后的原料粉末放入混合机械中混合均匀，即得到燃煤添加剂成品。 

实施例5： 

首先，按照如下的质量比选取燃煤添加剂的成分： 

石灰石25kg，高岭土30kg，蒙脱石30kg，硅藻土15kg。 

然后，将选取的配料进行粉碎，并碾磨至过200目筛。 

最后，将过筛后的原料粉末放入混合机械中混合均匀，即得到燃煤添加剂成品。 

实施例6： 

首先，按照如下的质量比选取燃煤添加剂的成分： 

石灰石25kg，高岭土20kg，蒙脱石40kg，硅藻土15kg。 

然后，将选取的配料进行粉碎，并碾磨至过200目筛。 

最后，将过筛后的原料粉末放入混合机械中混合均匀，即得到燃煤添加剂成品。 

按照上述方法配置的燃煤添加剂可放置5年不变质，按上述方法配置的燃煤添加剂掺入煤粉中对煤粉的保质期无影响。 

以上6个实施例针对细微颗粒物（<1.0μm）和主要重金属（As、Cd、Pb和Cr）的脱除效率为： 

通过以上表格可以看出，采用该种燃煤添加剂不会对煤粉的燃烧造成不利影响，并且能够促使燃煤产生的细微颗粒物（<1.0μm）减少30～65%，对于重金属元素，该添加剂可显著减少其在细微颗粒物中的总量和浓度，其总量减少可达35～85%，浓度减少可达10～30%。 

本发明解决了目前颗粒物脱除设备对细微颗粒物脱除效率低以及细微颗粒物上重金属含量高的难题，提出了一种制作方便，便于存储与运输的燃煤吸附剂。该吸附剂可有效的较低细微颗粒物的生成量以及重金属元素在细微颗粒物中的总量和浓度，对于环境保护与人体健康都有极大益处。 

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。 

Claims (2)

1.一种减排燃煤细微颗粒物与重金属的燃煤添加剂，其特征在于，该燃煤添加剂的组分按质量百分比分配如下：

石灰石：10～25份；

高岭土：20～40份；

蒙脱石：30～55份；

硅藻土：15～30份。

2.根据权利要求1所述燃煤添加剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）选取原料：取石灰石10～25份，高岭土20～40份，蒙脱石30～55份，硅藻土15～30份；

（2）将选取的原料进行粉碎，并碾磨至过150-300目筛；

（3）将过筛后的原料粉末放入粉末混合机械中混合均匀。。