本發(fā)明屬于煤燃燒污染物控制相關(guān)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種采用改性硅藻土控制燃煤超細(xì)顆粒物生成的方法。

背景技術(shù)：

煤炭是我國的主體能源，在一次性能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占據(jù)了60％左右。煤炭主要應(yīng)用于電力與化工行業(yè)，其中又以燃煤發(fā)電最為廣泛，我國每年消耗的煤炭中大約有55％用做了燃煤發(fā)電。煤在燃燒過程中會產(chǎn)生許多污染物，如SO_x、NO_x、CO₂以及顆粒物等，同時會引起溫室效應(yīng)、容易導(dǎo)致酸雨破壞農(nóng)作物、污染大氣環(huán)境以及威脅人體健康等。燃煤產(chǎn)生的顆粒物是大氣污染物的重要組成部分，也是導(dǎo)致霧霾的主要源頭之一，這部分顆粒物極易富集一些有機(jī)污染物以及微量元素，對人體健康有極大的威脅。此外，我國煤炭灰分普遍偏高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國灰分小于10％的特低灰分煤僅占煤儲量的17％，大部分煤炭的灰分為10％～30％，這對燃煤電廠控制粉塵等污染物的排放提出了較高的技術(shù)要求。

通常顆粒物粒徑越小，其在空氣中的分散程度越高，越難以聚合沉降，研究表明，細(xì)顆粒物可以在大氣中停留大約7～30天。粒徑在2.5μm以下的細(xì)顆粒物，直徑相當(dāng)于人類頭發(fā)的1/10大小，不易被阻擋，被吸入人體后直接進(jìn)入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。

目前，國內(nèi)外對燃煤顆粒物的減排大體有燃燒前控制、燃燒中抑制與燃燒后收集三種方式。燃燒前控制主要是對煤粉進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，包括控制煤粉粒度、去除煤粉中特定礦物質(zhì)等；燃燒中抑制主要是在燃燒過程加入添加劑，通過物理吸附或者復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)使顆粒物向大粒徑轉(zhuǎn)移，常用的添加劑包括高嶺土、石灰石等；燃燒后收集是目前我國電廠普遍采用的一種技術(shù)手段，通常有靜電除塵、濕式除塵、電袋除塵等技術(shù)手段。然而，現(xiàn)有的除塵設(shè)備對超細(xì)顆粒物的脫除效率較低，成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種采用改性硅藻土控制燃煤超細(xì)顆粒物生成的方法，其基于超細(xì)顆粒物的生成機(jī)理，對硅藻土進(jìn)行了改性設(shè)計(jì)。將改性硅藻土粉末與煤粉按照預(yù)定質(zhì)量比例混合后填入鍋爐內(nèi)燃燒，燃燒過程中，所述改性硅藻土通過物理化學(xué)作用一方面可以抑制超細(xì)顆粒物的生成；另一方面可以吸附已經(jīng)產(chǎn)生的超細(xì)顆粒物，使已經(jīng)生成的超細(xì)顆粒物向大粒徑轉(zhuǎn)移，形成可以被除塵設(shè)備捕獲的大顆粒，提高了超細(xì)顆粒物脫除率，有效的減少了超細(xì)顆粒物的排放。此外，硅藻土的儲量豐富，價(jià)格便宜，無毒無害，運(yùn)輸儲存方便，可以有效降低對超細(xì)顆粒物脫除的成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種采用改性硅藻土控制燃煤超細(xì)顆粒物生成的方法，其包括以下步驟：

(1)制備改性硅藻土粉末，所述改性硅藻土粉末包括鹽酸改性硅藻土粉末和聚羥基鋁改性硅藻土粉末；

(2)將所述改性硅藻土粉末與煤粉按照質(zhì)量比3：100混合均勻；

(3)將混合均勻的所述改性硅藻土粉末及所述煤粉按照預(yù)定速度送入鍋爐中燃燒，所述改性硅藻土粉末通過物理或者化學(xué)作用抑制超細(xì)顆粒物的生成，同時使已經(jīng)生成的超細(xì)顆粒物向大粒徑方向轉(zhuǎn)移，以形成可以被除塵裝置捕獲的顆粒。

進(jìn)一步的，所述鹽酸改性硅藻土粉末的制備包括以下步驟：

(a)將原硅藻土放置于45℃的烘箱中烘烤3小時，以除去吸附水；

(b)按照固液比30g/L將對應(yīng)量的所述原硅藻土加入摩爾濃度為1mol/L的HCL溶液，再放置于磁力攪拌器中，80℃下攪拌反應(yīng)2小時；

(c)反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行多次洗滌及離心分離，獲得鹽酸改性硅藻土，將所述鹽酸改性硅藻土在45℃下烘干后進(jìn)行粉碎研磨，用篩網(wǎng)收集粒徑為38.5μm-90μm的鹽酸改性硅藻土粉末，密封保存以備使用。

進(jìn)一步的，聚羥基鋁改性硅藻土粉末的制備包括以下步驟：

(11)將摩爾濃度為0.3mol/L的NaOH溶液放入逐滴滴入摩爾濃度為0.4mol/L的AlCl₃溶液中得到羥基鋁組成液，滴加完成后機(jī)械攪拌2小時，室溫下陳化三天；

(12)將原硅藻土放置于45℃的烘箱內(nèi)烘烤3小時，除去吸附水；

(13)按照固液比20g/L將對應(yīng)質(zhì)量的原硅藻土加入到陳化后的羥基鋁組成液中，機(jī)械攪拌2小時；

(14)反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行多次離心分離和洗滌，獲得聚羥基鋁改性硅藻土；將所述聚羥基鋁改性硅藻土在45℃下烘干后進(jìn)行粉碎研磨，并用篩網(wǎng)收集粒徑為38.5μm-90μm的聚羥基鋁改性硅藻土粉末，密封保存以備使用。

進(jìn)一步的，所述預(yù)定速度為0.15g/min。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明提供的采用改性硅藻土控制燃煤顆粒物生成的方法，將改性硅藻土粉末與煤粉按照預(yù)定質(zhì)量比例混合后填入鍋爐內(nèi)燃燒，燃燒過程中，所述改性硅藻土通過物理化學(xué)作用一方面可以抑制超細(xì)顆粒物的生成；另一方面可以吸附已經(jīng)產(chǎn)生的超細(xì)顆粒物，使已經(jīng)生成的超細(xì)顆粒物向大粒徑轉(zhuǎn)移，形成可以被除塵設(shè)備捕獲的大顆粒，提高了超細(xì)顆粒物脫除率，有效的減少了超細(xì)顆粒物的排放。此外，硅藻土的儲量豐富，價(jià)格便宜，無毒無害，運(yùn)輸儲存方便，可以有效降低對超細(xì)顆粒物脫除的成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施方式提供的采用改性硅藻土控制燃煤超細(xì)顆粒物生成的流程圖。

圖2是圖1中的采用改性硅藻土控制燃煤超細(xì)顆粒物生成的方法中涉及的改性硅藻土減排PM_0.2的效果示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

請參閱圖1及圖2，本發(fā)明第一實(shí)施方式提供的采用改性硅藻土控制燃煤超細(xì)顆粒物生成的方法，其包括下步驟：

步驟一，制備改性硅藻土粉末。本實(shí)施方式中，所述改性硅藻土粉末為鹽酸改性硅藻土，所述鹽酸改性硅藻土粉末的制備包括以下步驟：

(1)將原硅藻土放置于45℃的烘箱中烘烤3小時，以除去吸附水；

(2)配制摩爾濃度為1mol/L的HCL溶液，按照固液比30g/L將對應(yīng)量的所述原硅藻土加入所述HCL溶液后，再放置于磁力攪拌器中，80℃下攪拌反應(yīng)2小時；

(3)反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行多次洗滌及離心分離，獲得鹽酸改性硅藻土，將所述鹽酸改性硅藻土在45℃下烘干后進(jìn)行粉碎研磨，用篩網(wǎng)收集粒徑為38.5μm-90μm的鹽酸改性硅藻土粉末，并密封保存以備使用。

步驟二，將所述鹽酸改性硅藻土粉末與煤粉按照質(zhì)量比3：100混合均勻。具體地，取1000克無煙煤，粒徑范圍為45μm-90μm；再取30克鹽酸改性硅藻土粉末，粒徑范圍為38.5μm-90μm；之后，將所述無煙煤及所述鹽酸改性硅藻土粉末混合均勻后放置于45℃的烤箱中烘烤3小時，以備使用。

步驟三，將所述無煙煤及所述鹽酸改性硅藻土粉末組成的混合物按照預(yù)定的速度送入鍋爐中燃燒，所述改性硅藻土粉末通過物理或者化學(xué)作用，捕獲煤粉燃燒產(chǎn)生的超細(xì)顆粒物。具體地，所述混合物以0.15g/min的恒定速率送入1500℃高溫沉降爐的爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒，氣氛為空氣氣氛，煤粉燃燒后產(chǎn)生的顆粒物隨煙氣流經(jīng)旋風(fēng)分離器，過濾掉煙氣中的動力學(xué)直徑大于10μm的顆粒，剩余的小顆粒隨煙氣進(jìn)入低壓撞擊器，所述低壓撞擊器分為13級，可以分層收集各個粒徑段的顆粒物，收集時間為4min。

本實(shí)施方式中，針對粒徑小于0.2μm(空氣動力學(xué)直徑小于或者等于0.2μm的顆粒物，即超細(xì)顆粒物，PM_0.2)的顆粒物進(jìn)行分析，通過對比原煤及加入鹽酸改性硅藻土粉末的煤粉燃燒后的超細(xì)顆粒物的質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，所述鹽酸改性硅藻土粉末對PM_0.2(相對于原煤燃燒而言)的脫除效率為28.77％；硅藻土原礦粉末對PM_0.2(相對于原煤燃燒而言)的脫除效率為19.76％，所述鹽酸改性硅藻土粉末對PM_0.2的脫除效率有明顯的提高。

本發(fā)明第二實(shí)施方式提供的采用改性硅藻土控制燃煤超細(xì)顆粒物生成的方法，其包括下步驟：

第一步，制備改性硅藻土粉末。本實(shí)施方式中，所述改性硅藻土粉末為聚羥基鋁改性硅藻土粉末，所述聚羥基鋁改性硅藻土粉末的制備包括以下步驟：

(1)氯化鋁溶液水解得到羥基鋁組成液：將960mL、摩爾濃度為0.3mol/L的NaOH溶液逐滴滴入300mL、摩爾濃度為0.4mol/L的AlCl₃溶液中，滴加完成后機(jī)械攪拌2小時，室溫下陳化三天；為了避免生成氫氧化鋁沉淀，滴加過程應(yīng)緩慢進(jìn)行；得到羥基鋁組成液中的OH^-與A⁺³數(shù)量之比為12:5。

(2)將原硅藻土放置于45℃的烘箱內(nèi)烘烤3小時，除去吸附水；

(3)按照固液比20g/L，將對應(yīng)質(zhì)量的原硅藻土加入到陳化后的羥基鋁組成液中，機(jī)械攪拌2小時；

(4)反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行多次離心分離和洗滌，獲得聚羥基鋁改性硅藻土；將所述聚羥基鋁改性硅藻土在45℃下烘干后進(jìn)行粉碎研磨，并用篩網(wǎng)收集粒徑為38.5μm-90μm的聚羥基鋁改性硅藻土粉末，并密封保存以備使用。

第二步，將所述聚羥基鋁改性硅藻土粉末與煤粉按照質(zhì)量比3：100混合均勻。具體地，取1000克無煙煤，粒徑范圍為45μm-90μm；再取30克聚羥基鋁改性硅藻土粉末，粒徑范圍為38.5μm-90μm；之后，將所述無煙煤及所述聚羥基鋁改性硅藻土混合均勻后放置于45℃的烤箱中烘烤3小時以上，以備使用。

第三步，將所述無煙煤及所述聚羥基鋁改性硅藻土粉末組成的混合物按照預(yù)定的速度送入鍋爐中燃燒，所述改性硅藻土粉末通過物理或者化學(xué)作用，捕獲煤粉燃燒產(chǎn)生的超細(xì)顆粒物。具體地，所述混合物以0.15g/min的恒定速率送入1500℃高溫沉降爐的爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒，氣氛為空氣氣氛，煤粉燃燒后產(chǎn)生的顆粒物隨煙氣流經(jīng)旋風(fēng)分離器，過濾掉煙氣中的空氣動力學(xué)直徑大于10μm的顆粒，剩余的小顆粒隨煙氣進(jìn)入低壓撞擊器，所述低壓撞擊器分為13級，可以分層收集各個粒徑段的顆粒物，收集時間為4min。

本實(shí)施方式中，針對粒徑小于0.2μm(空氣動力學(xué)直徑小于或者等于0.2μm的顆粒物，即超細(xì)顆粒物，PM_0.2)的顆粒物進(jìn)行分析，通過對比原煤及加入聚羥基鋁改性硅藻土粉末的煤粉燃燒后的超細(xì)顆粒物的質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，所述聚羥基鋁改性硅藻土粉末對PM_0.2(相對于原煤燃燒而言)的脫除效率為30.32％。

可以理解，在其他實(shí)施方式中，所述改性硅藻土粉末還可以為其他組分的改性硅藻土粉末，如所述鹽酸硅藻土粉末與所述羥基鋁硅藻土粉末的混合物。

采用本發(fā)明提供的采用改性硅藻土控制燃煤顆粒物生成的方法，將改性硅藻土粉末與煤粉按照預(yù)定質(zhì)量比例混合后填入鍋爐內(nèi)燃燒，燃燒過程中，所述改性硅藻土粉末通過物理化學(xué)作用一方面可以抑制超細(xì)顆粒物的生成；另一方面可以吸附已經(jīng)產(chǎn)生的超細(xì)顆粒物，使已經(jīng)生成的超細(xì)顆粒物向大粒徑轉(zhuǎn)移，形成可以被除塵設(shè)備捕獲的大顆粒，提高了超細(xì)顆粒物脫除率，有效的減少了超細(xì)顆粒物的排放。此外，硅藻土的儲量豐富，價(jià)格便宜，無毒無害，運(yùn)輸儲存方便，可以有效降低對超細(xì)顆粒物脫除的成本。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。