CN107537310B - 一种燃烧过程中减少重金属铬排放的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃烧过程中减少重金属Cr排放的方法。在燃烧装置的高温(800℃‑1100℃)尾部烟气中喷入1g/Nm3‑20g/Nm3的以Fe基或Mg基矿物为主的吸附剂。所述吸附剂为固体粉末，粒径在5μm‑100μm。通过化学反应和物理吸附作用，烟气中的Cr被吸附，在高温下就可以转化为空气动力学粒径>2.5μm的固体颗粒物，从而能够被除尘装置轻易脱除，同时抑制灰中剧毒六价铬化合物的生成。气态的有毒有害物质被转化为大颗粒的不溶于水的固体，有利于捕集与无害化、资源化处理。
Description
技术领域
本发明属于燃烧污染物排放控制技术，具体涉及一种在燃烧过程中减少重金属Cr排放的方法。
背景技术
Cr的存在价态主要有三价和六价，摄入过量的三价铬会导致人体抗氧化系统疾病，例如高血压、糖尿病等等。六价铬剧毒，毒性约为三价铬的100倍到1000倍，极易被人体吸收，可以通过消化道、呼吸道以及皮肤黏膜等被人体吸收，进而导致咽喉炎、支气管炎、皮肤炎等疾病，当摄入过量时则会引起胃溃疡、肠道溃疡以及肾脏和肝脏功能损伤，导致癌症。
煤燃烧、垃圾以及污泥焚烧是造成环境污染的主要原因之一。我国能源结构以煤为主，每年燃烧20亿吨煤的基数所造成的重金属污染不可忽视。另外，随着经济的迅速发展、城市化进程的加快和污水处理率的提高，城市垃圾以及污泥产量日益增加，“垃圾及污泥围城”形势严峻，焚烧发电是减量化、无害化、资源化处置垃圾及污泥的最佳方式，焚烧导致的重金属排放及污染也是亟待解决的关键问题之一。在燃烧过程中，存在于煤、垃圾以及污泥中的重金属Cr随温度升高而蒸发，又在尾部烟道冷却过程中成核凝结富集于细微颗粒中。因除尘器性能的极限，燃烧过程中产生的细微颗粒不可避免部分穿透除尘器而扩散到大气中，这些细微颗粒会直接进入人的呼吸系统从而引发各种疾病。重金属Cr经过自然界的物理化学过程后富集于有机物质而进入食物链，对人类的生存造成极大危害。
迄今为止关于燃烧烟气中重金属Cr的控制技术仅有少量的相关报道。1997年，曾汉才等采用浮选法来减少煤中重金属Cr的排放，这种方法在减少某些煤种入炉重金属铬总量方面取得了很好的效果，但因为燃烧过程中重金属铬在微细颗粒物富集，而大气污染装置对微细颗粒物捕集效率很低，所以大气污染装置出口烟气中的重金属铬的浓度并未以相应的比例减少，某些情况下甚至变化不大。2014年，吴沛东等通过添加膨润土、沸石、氧化钙以及氧化铝来控制固体废弃物焚烧过程中重金属Cr的排放，但控制效果不理想，而且氧化钙会导致固体灰中剧毒六价铬的大量生成，六价铬在飞灰利用过程中容易浸出污染水体及土壤。目前对于燃烧烟气中重金属Cr的控制缺乏有效的措施。
喻德忠等《纳米级氧化铁的合成及其对六价铬的吸附性能研究》以纳米级氧化铁为吸附剂对溶液中的Cr(VI)离子进行吸附，但其主要利用合成的纳米级氧化铁具有发达的比表面积，丰富的微孔径的特点进行物理吸附，与高温烟气中的气固吸附原理不同。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供一种燃烧过程中减少重金属Cr排放的方法，该方法应用有效的吸附剂高温吸附重金属Cr使其富集在固态灰中，减少向大气的排放量，并降低其在灰中的浸出毒性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种燃烧过程中减少重金属铬排放的方法，包括：
向含Cr的高温烟气中加入Fe基或Mg基吸附剂，使二者混合均匀并反应。
本申请研究发现：与一般的烟气吸附剂(例如：高岭土、膨润土、沸石、氧化钙、氧化铝等)相比，Fe基或Mg基吸附剂可以在高温下与烟气中重金属Cr发生化学反应，高效捕获Cr蒸汽的同时，还能有效抑制燃烧后灰中六价Cr的生成，对实现燃烧烟气中重金属Cr的有效控制具有重要意义。
优选的，所述吸附剂喷入尾部烟气中的浓度为1g/Nm3-20g/Nm3。
优选的，所述烟气的温度为800℃-1100℃。
优选的，所述Fe基或Mg基吸附剂的粒径为5μm-100μm。
优选的，所述Fe基或Mg基吸附剂为菱铁矿、褐铁矿、赤铁矿、菱镁矿和高镁铁矿石中至少一种。
优选的，所述高温烟气为煤燃烧、垃圾以及污泥焚烧产生的烟气。
本发明还提供了Fe基或Mg基吸附剂在抑制燃烧后灰中六价Cr的生成中的应用。
本发明还提供了一种高温烟气金属铬脱除系统，包括：燃烧炉、烟气通道、吸附剂喷射器、除尘器，所述燃烧炉、烟气通道、除尘器依次设置，所述吸附剂喷射器设置在烟气通道中。
本发明的有益效果
(1)本发明实现了燃烧过程中重金属Cr的有效控制。
(2)本发明避免了燃烧后灰中剧毒六价Cr的大量生成。
(3)本发明处理方法简单、脱Cr效率高、实用性强，易于推广。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为不同吸附剂对燃煤烟气中重金属Cr的捕集效果示意图；
图2为添加吸附剂前后燃烧后灰中六价Cr的含量变化示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
一种燃烧过程中减少重金属Cr排放的方法，将颗粒状的菱铁矿、褐铁矿、赤铁矿、菱镁矿和高镁铁矿石中的任一种或任几种的混合物，喷入燃烧炉的高温尾部烟气中，实现对重金属Cr的有效捕集，进而易于被除尘器脱除。
本申请研究发现：菱铁矿、褐铁矿、赤铁矿、菱镁矿和高镁铁矿石中的任一种或任几种的混合物可以在高温下与烟气中重金属Cr发生化学反应，相比于高岭土、氧化铝等吸附剂其吸附效果有很大的提升。另一方面，添加CaO对捕获重金属Cr蒸汽有较好的效果，但是导致燃烧后灰中六价Cr的含量大大增加。本发明所用的Fe基或Mg基吸附剂不仅可以有效捕集固化重金属Cr，而且可以抑制燃烧后灰中六价Cr的生成。
本发明提供了一种燃烧过程中减少重金属Cr排放的方法，包括：
将Fe基或Mg基吸附剂喷入燃烧炉的高温尾部烟气中实现对重金属Cr的有效吸附及固化。本方法不仅可以提高重金属Cr的吸附效果，而且避免了燃烧后灰中六价Cr的大量生成。
其中，以Fe基或Mg基吸附剂中的任一种或任几种的混合物作为吸附剂。
优选的，所述吸附剂为菱铁矿、褐铁矿、赤铁矿、菱镁矿和高镁铁矿石中至少一种。
优选的，所述吸附剂为固体粉末，粒径为5μm-100μm。
优选的，所述吸附剂喷入尾部烟气中的浓度为1g/Nm3-20g/Nm3。
优选的，所述吸附剂喷入800℃-1100℃的尾部烟气中。
具体而言，本发明方法是在燃煤锅炉、垃圾焚烧炉及污泥焚烧炉高温尾部烟气中喷入1g/Nm3-20g/Nm3的以Fe基或Mg基矿物为主的吸附剂，通过化学反应和物理吸附，将烟气中气态的Cr转化为易于被除尘器脱除的大颗粒。在高温下就可以转化为空气动力学粒径>2.5μm的固体颗粒物，从而能够被除尘装置轻易脱除，同时大量降低重金属Cr向大气的排放量。气态的有毒有害物质被转化为大颗粒的不溶于水的固体，有利于捕集与无害化、资源化处理。
为进一步提高本发明方法的效果，可以在燃煤锅炉、垃圾焚烧炉及污泥焚烧炉800℃-1100℃尾部烟气中喷入吸附剂，并且吸附剂的粒径最好为5μm-100μm。
吸附剂采用Fe基吸附剂和Mg基吸附剂，采用菱铁矿、褐铁矿、赤铁矿、菱镁矿、高镁铁矿石的效果较好，这些吸附剂可以单独使用，也可以任意混合使用。
实施例1，对某一低阶煤进行燃烧实验，调整给煤机给煤速率为5g/min(通过控制给煤速率和吸附剂喷入速率，可以有效保障Cr的脱附效率，避免原料浪费)，在尾部烟气为1000℃的地方，以0.25g/min的速率喷入粒径为5μm-75μm的Fe2O3颗粒，实验40min。收集实验后灰样消解测量其Cr含量及形态，Fe2O3对Cr的捕集率达到88％，并且燃烧后灰中六价Cr减少52％。
实施例2，对某一低阶煤进行燃烧实验，调整给煤机给煤速率为5g/min，在尾部烟气为1000℃的地方，以0.25g/min的速率喷入粒径为5μm-75μm的MgO吸附剂，实验40min。收集实验后灰样消解测量其Cr含量及形态，MgO对Cr的捕集率达到73％，燃烧后灰中六价Cr减少49％。
实施例3，对某一低阶煤进行燃烧实验，调整给煤机给煤速率为5g/min，在尾部烟气为1000℃的地方，以0.25g/min的速率喷入粒径为5μm-75μm的CaO吸附剂，实验40min。收集实验后灰样消解测量其Cr含量及形态，尽管CaO对Cr的捕集率达到86％，但是燃烧后灰中剧毒六价Cr增加了近4倍。
实施例4，对某一低阶煤进行燃烧实验，调整给煤机给煤速率为5g/min，在尾部烟气为1000℃的地方，以0.25g/min的速率分别喷入粒径为5μm-75μm的氧化铝、高岭土、石灰石吸附剂，实验40min。分别收集实验后灰样，消解测量Cr含量，氧化铝、高岭土、石灰石对Cr的捕集效率分别为14％、16％、43％，Cr脱除效果不理想。
上述在低阶煤燃烧实验中添加各种吸附剂后重金属Cr的脱除效果见图1，燃烧后粗灰和细灰中六价铬占总铬的百分比见图2。
图1结果表明燃烧过程中添加Fe2O3(Fe基)、MgO(Mg基)和CaO高温下对捕集重金属Cr有非常好的效果，减少其向细微颗粒的富集，使铬向大粒径灰中转移，进而被除尘器捕获下来。吸附剂添加位置在烟气温度为1000℃的地方。
图2结果表明尽管添加CaO对捕获重金属Cr蒸汽有较好的效果，但是导致燃烧后灰中剧毒六价铬的含量大大增加，生成的六价铬化合物CaCrO4容易从灰中浸出进而污染地下水及土壤，因此Ca基矿物不适合作为捕集重金属Cr的吸附剂。Fe2O3(Fe基)和MgO(Mg基)添加剂有效捕获铬蒸汽并抑制六价铬化合物的生成，对控制烟气中铬的排放和浸出毒性有非常好的效果。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (1)
1.Mg基吸附剂在燃烧过程中减少重金属铬排放和抑制燃烧后灰中六价Cr的生成中的应用，其特征在于，应用方法为：
向含Cr的高温烟气中加入Mg基吸附剂，使二者混合均匀并反应；
所述吸附剂喷入高温烟气中的浓度为1g/Nm3-20 g/Nm3；
所述高温烟气的温度为800℃-1100℃；
所述Mg基吸附剂的粒径为5μm-100μm；
所述Mg基吸附剂为菱镁矿和高镁铁矿石中至少一种；
所述高温烟气为煤燃烧、垃圾以及污泥焚烧产生的烟气。
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