專利名稱：燃燒過程中減少細微顆粒物及金屬排放的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃燒污染物排放控制技術(shù)，具體涉及一種在燃燒過程中減
少細微顆粒物(PM2.5)及金屬Na、 K、 Pb、 Cd污染物排放的方法。
背景技術(shù)：
煤燃燒和城市垃圾焚燒是造成環(huán)境污染的主要原因之一。在燃燒過程 中，存在于煤或垃圾中的重金屬(Pb,Cd等)會隨溫度升高而蒸發(fā)，又在尾 部煙道冷卻過程中富集于細微顆粒中。因除塵器性能的極限，燃燒過程中 產(chǎn)生的細微顆粒不可避免部分穿透除塵器而擴散到大氣中，這些細微顆粒 會直接進入人的呼吸系統(tǒng)從而引發(fā)各種疾病。另外， 一些重金屬經(jīng)過自然 界的物理化學(xué)過程能變成或富集于有機物質(zhì)而進入食物鏈，也會對人類的 生存造成極大的危害。煙氣中的Na、 K會造成高溫受熱而及燃氣輪機中葉 片的腐蝕。目前，人們對煤中硫元素污染物的形成機理匕有深入地研究， 并已有較成熟的控制技術(shù)。然而，對固體燃料燃燒煙氣中堿、重金屬及PM2.5
的減排技術(shù)還很不成熟。
雖然煤中重金屬的濃度較低，但我國能源結(jié)構(gòu)以煤為主，每年燃燒20 億噸煤的基數(shù)所造成的重金屬污染不可忽視。另外，隨著我國經(jīng)濟的迅速 的發(fā)展、城市化進程的加快和人民生活水平的提高，城市垃圾焚燒造成的 污染也越來越嚴(yán)重。重金屬離子排入環(huán)境后不易去除，而長期累積，對生 物和人體產(chǎn)生嚴(yán)重的毒性作用。含鉛的顆粒物擴散到大氣中，隨呼吸道進入 人體而影響身體健康。研究表明，鉛對人體神經(jīng)系統(tǒng)有明顯的損害作用，可 影響兒童智力的正常發(fā)育。母體接觸鉛污染后，后代可能出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育異常。小于lpm的含鉛顆粒物在肺內(nèi)沉積后，極易進入血液系統(tǒng)，大部分與 紅細胞結(jié)合，小部分形成鉛的磷酸鹽和甘油磷酸鹽，然后進入肝、腎、肺和 腦，幾周后進入骨內(nèi)，導(dǎo)致高級神經(jīng)系統(tǒng)紊亂和器官調(diào)解失能，表現(xiàn)為頭 疼、頭暈、嗜睡和狂躁嚴(yán)重的中毒性腦病。鎘工業(yè)區(qū)被污染的水源會造成 當(dāng)?shù)鼐用窆峭床?，含鎘工業(yè)廢水灌溉農(nóng)田，會使土壤受到嚴(yán)重的污染，日 本富山縣神通川流域"痛痛病"地區(qū)的水田土壤污染就是典型的一例。
PM2.5已成為大氣環(huán)境污染的突出問題，并日益引起世界各國的高度重 視。人們己經(jīng)認識到大氣可吸入顆粒物對人體健康的嚴(yán)重危害。由于PM^ 粒徑小、比表面積大，因而其吸附性很強，容易成為空氣中各種有毒物質(zhì) 的載體，特別是容易吸附多環(huán)芳烴(PAHs)、多環(huán)苯類和重金屬(如As、 Se、 Pb、 Cr等)及微量元素等，使得致癌、致畸、致基因突變的發(fā)病率明 顯升高。2002年美國紐約大學(xué)藥學(xué)院的研究表明，煙塵等細顆粒物和肺、 心臟病所導(dǎo)致的死亡有關(guān)，其所指的細顆粒物即為PM2.5。通過對1982年 至1998年期間所得到的50萬例數(shù)據(jù)分析表明空氣中的可吸入顆粒物每 增加10pg/m3，肺癌致死的危險就增加8%，心臟病死亡率則增加6%，總死 亡率增加4%，研究并沒有發(fā)現(xiàn)死亡率和總懸浮物以及粗顆粒相關(guān)。
1994年，David Akers采用傳統(tǒng)洗煤技術(shù)來減少砷、鉛，硒，鎳的排放。 2000年Senior提出用浮選法來控制燃煤中重金屬污染物排放。1996年喻秋 梅通過化學(xué)脫硫?qū)崿F(xiàn)對鎘、鈷、鉛、銅、砷等元素的控制。以上燃燒前脫 除重金屬的各種方法，減少某些煤種入爐重金屬總量方面取得了很好的效 果，但因為燃燒過程中重金屬和堿金屬在微細顆粒物富集，而大氣污染裝 置對微細顆粒物捕集效率很低，所以大氣污染裝置出口煙氣中的重金屬、 堿金屬和微細顆粒的濃度并以未相應(yīng)的比例減少，某些情況下甚至變化不 大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種燃燒過程中減少細
微顆粒物及金屬排放的方法，該方法可以減少細微顆粒物(PM2.5)及金屬 排放向環(huán)境大氣的排放量。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的燃燒過程中減少細微顆粒物及金屬 排放的方法，其特征在于在燃燒爐的高溫尾部煙氣中噴入顆粒狀的吸附
齊lj，吸附劑在尾部煙氣中的濃度為lg/Nm3~~20g/Nm3，吸附劑為Si-Al基和 Ca基吸附劑中的任一種或任幾種的混合物。
本發(fā)明通過化學(xué)反應(yīng)和物理吸附作用，煙氣中的Na、 K、 Pb、 Cd等與 PM2.5被吸附劑所吸附，在高溫下就可以轉(zhuǎn)化為空氣動力學(xué)粒徑〉2.5(im的固 體顆粒物，易于被除塵器脫除。這樣可以大量降低金屬Na、 K、 Pb、 Cd等 向環(huán)境大氣的排放量，PM2,5的排放量可降低50%。氣態(tài)的以及氣溶膠態(tài)的 有毒有害物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為大顆粒的不溶于水的固體，有利于捕集與無害化、 資源化處理，從而減少向環(huán)境大氣的排放量。
圖1為各種吸附劑對燃煤煙氣中重金屬的捕集效果示意圖2為添加吸附劑前后燃煤煙氣中顆粒物的粒徑分布變化示意圖。
具體實施例方式
下面通過借助以下實施例將更加詳細說明本發(fā)明，且以下實施例僅是 說明性的，本發(fā)明并不受這些實施例的限制。
本發(fā)明方法是在燃煤鍋爐及垃圾焚燒爐高溫尾部煙氣噴入 lg/Nm3—20g/Nm3的吸附劑，通過化學(xué)反應(yīng)和物理吸附，將煙氣中氣態(tài)的 Na、 K、 Pb、 Cd等與PM2.5轉(zhuǎn)化為易于被除塵器脫除的大顆粒。在高溫下就可以轉(zhuǎn)化為空氣動力學(xué)粒徑".5iim的固體顆粒物，從而能 夠被除塵裝置輕易脫除，同時大量降低Na、 K、 Pb、 Cd等與PM2.5向環(huán)境 大氣的排放量。氣態(tài)的以及氣溶膠態(tài)的有毒有害物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為大顆粒的小 溶于水的固體，有利于捕集與無害化、資源化處理。
為進一步提高本發(fā)明方法的效果，可以在燃煤鍋爐及垃圾焚燒爐80CTC —110(TC尾部煙氣中噴入的吸附劑，并且吸附劑的粒徑最好為5拜一73,。 吸附劑可以采用Si-Al基吸附劑和Ca基吸附劑，但采用高嶺土、沸石、 石灰石或貝殼的效果更好，這些吸附劑可以單獨使用，也可以任意混合使 用。
在煤燃燒實驗中添加各種吸附劑后重金屬Pb、 Cd的脫除效果見圖1， ]/[2.5的效果見圖2.圖1結(jié)果表明添加不同的吸附劑都可以在高溫下吸附 重金屬，高嶺土對Pb、 Cd的脫除效果最好。吸附劑添加位置在煙氣溫度為 IIO(TC的地方。
圖2結(jié)果表明高嶺土的添加使細微顆粒物向大顆粒團聚，亞微米顆粒 物大大減少，大顆粒有所增加，從而提高顆粒物的凈化效率。因為Na、 K 堿金屬主要在細微顆粒物里面富集，降低小顆粒物比例的同時也就減少了 堿金屬在大氣污染控制裝置里的穿透率。
權(quán)利要求
1、一種燃燒過程中減少細微顆粒物及金屬排放的方法，其特征在于在燃燒爐的高溫尾部煙氣中噴入顆粒狀的吸附劑，吸附劑在尾部煙氣中的濃度為1g/Nm3—20g/Nm3，吸附劑為Si-Al基和Ca基吸附劑中的任一種或任幾種的混合物。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述吸附劑噴入80(TC一iiocrc的尾部煙氣中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于吸附劑的粒徑為5^im 一73(jJTl。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于吸附劑為高嶺土、沸石、石灰石和貝殼中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃燒過程中減少細微顆粒物(PM<sub>2.5</sub>)及金屬排放的方法。在燃燒裝置的高溫(800℃-1100℃)尾部煙氣噴入1g/Nm<sup>3</sup>-20g/Nm<sup>3</sup>的以高嶺土為主的吸附劑。所述添加劑為固體粉末，粒徑在5μm-73μm。通過化學(xué)反應(yīng)和物理吸附作用，煙氣中的Na、K、Pb、Cd等與PM<sub>2.5</sub>被吸附劑所吸附，在高溫下就可以轉(zhuǎn)化為空氣動力學(xué)粒徑＞2.5μm的固體顆粒物，從而能夠被除塵裝置輕易脫除，同時大量降低Na、K、Pb、Cd等與PM<sub>2.5</sub>向環(huán)境大氣的排放量。氣態(tài)的以及氣溶膠態(tài)的有毒有害物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為大顆粒的不溶于水的固體，有利于捕集與無害化、資源化處理。能夠降低Na、K 80％，Pb、Cd 50％，PM<sub>2.5</sub>排放降低50％。
文檔編號C10L10/00GK101445758SQ20081023690
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者于敦喜, 洪 姚, 徐明厚, 羅光前, 娟 陳 申請人:華中科技大學(xué)