CN106322423A

CN106322423A - 清洁环保的燃煤方法

Info

Publication number: CN106322423A
Application number: CN201610777929.4A
Authority: CN
Inventors: 林发绍
Original assignee: Wenzhou Lexiang Technology Information Co Ltd
Current assignee: Wenzhou Lexiang Technology Information Co Ltd
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2017-01-11

Abstract

本发明属于能源领域，涉及一种清洁环保的燃煤方法，包括，将煤、水玻璃和氧化钙混合并进行燃烧；将含氧气体与脱硫剂混合，得到混合物；将燃烧产生的烟气与混合物在100‑220℃下接触，并对烟气除尘。脱硫剂制备方法包括，可溶性铁盐溶液和聚乳酸混合；向混合物中加入尿素溶液，再缓慢加入碳酸氢钠溶液，至pH值达6.8‑7.5；将物料在130‑160℃、0.10‑0.20MPa条件下反应1‑3小时；沉降出的沉淀颗粒与粘结剂、造孔剂混合、烘干，再在含氧气氛中焙烧；将得到的焙烧物放入160‑200℃的聚乳酸中恒温浸渍，再烘干、冷却。该方法烟道沾污程度低、积灰量少、烟气脱硫效率高，更加清洁环保。

Description

清洁环保的燃煤方法

技术领域

本发明属于能源领域，具体涉及一种清洁环保的燃煤方法。

背景技术

煤燃烧过程中常伴有烟道受热面沾污严重、烟道大量积灰的问题，这给锅炉等燃烧设备的清理和维护工作带来了困难。并且，煤燃烧产生的烟气中常含有硫化物。硫化物主要来源于煤炭或工业原料含有的硫物质，硫物质在燃烧过程或工业制造过程中发生反应，转化成硫化物释放出来。硫化物特别是硫化氢、二氧化硫等常常会导致生产工段中的催化剂中毒失活，而且含硫化物的废气直接排放，容易污染环境，产生雾霾等空气问题，严重影响人类的健康。

脱硫剂是一种用于脱除烟气中硫化物的药剂。由于降低硫化物含量有利于工业生产和环境保护，因此研究者对于脱硫剂的研发给予了更多的关注。目前的脱硫剂品种包括固体碱/液体碱脱硫剂、活性炭脱硫剂、分子筛负载金属脱硫剂、铁系脱硫剂、锰系脱硫剂、多金属复合氧化物脱硫剂等。经过多年研究，虽然脱硫剂种类越来越丰富，脱硫性能也有了大幅度的提高，但是现有脱硫剂的硫容和脱硫精度仍然较低，难以满足烟气脱硫对效率和经济性的要求。

目前尚需一种经济、高效的燃煤方法，以解决燃煤过程中烟道沾污、大量积灰问题，并且能够满足工业、民用领域对烟气脱硫的迫切需求。

发明内容

本发明的发明人发现了一种清洁环保的燃煤方法，该方法将煤与水玻璃、氧化钙混合后进行燃烧，降低了烟道沾污和积灰程度；本发明的方法使用高硫容、高脱硫精度、高抗破碎强度和大比表面积的脱硫剂，对烟气进行脱硫，大大提高了脱硫效率。本发明的燃煤方法清洁环保且经济实用。并且，含氧气体和脱硫剂的混合物在高温下对烟气进行脱硫的脱硫效率更高。

本发明涉及一种清洁环保的燃煤方法，包括如下步骤，

1)将煤、水玻璃和氧化钙混合，并进行燃烧；

2)将含氧气体与脱硫剂混合，得到混合物；

3)将步骤1)燃烧产生的烟气与步骤2)的混合物在100-220℃下接触，再对烟气进行除尘；优选地，所述烟气与混合物在100-150℃、130-180℃、160-200℃、100℃、120℃、130℃、150℃、170℃、180℃或200℃下接触；

其中，所述脱硫剂的制备方法包括如下步骤：

(1)将可溶性铁盐溶液和聚乳酸混合；向混合物中加入尿素溶液，再缓慢加入碳酸氢钠溶液并混合，直至pH值达到6.8-7.5(优选pH值为7-7.5、7或7.5)；优选地，缓慢加入的方式为逐滴滴入；

(2)将步骤(1)得到的物料在130-160℃、0.10-0.20MPa条件下反应1-3小时，沉降得到沉淀颗粒；优选地，在140-150℃、0.10-0.12MPa下反应3小时；优选地，沉降方式为静置沉降；

(3)将所述沉淀颗粒与粘结剂、造孔剂混合、烘干，再在含氧气氛中焙烧；

(4)将步骤(3)得到的焙烧物放入160-200℃的聚乳酸中恒温浸渍，再烘干、冷却即可；优选将焙烧物放入160-180℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃或200℃的聚乳酸中恒温浸渍。

步骤(2)的反应过程中，聚乳酸与生成的羟基氧化铁颗粒融合成沉淀颗粒。步骤(4)中，浸渍使聚乳酸与羟基氧化铁颗粒进行深度融合。

本发明任一项的实施方式中，步骤1)中，煤、水玻璃和氧化钙的重量比为(80-100)：(2-9)：(1-5)；优选为80:2:9、100:9:5、90:3:1或(90-100)：(2-6)：(1-3)。

本发明任一项的实施方式中，步骤1)中燃烧温度≤1500℃，优选地，≤1200℃、≤1000℃或≤800℃，更优选为500℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃或1500℃。

本发明任一项的实施方式中，步骤1)的燃烧在锅炉中进行。

本发明任一项的实施方式中，步骤2)中，所述含氧气体的用量为1-3m³/(kg脱硫剂)；优选为1-2m³/(kg脱硫剂)、1m³/(kg脱硫剂)、1.5m³/(kg脱硫剂)、2m³/(kg脱硫剂)或3m³/(kg脱硫剂)。

本发明任一项的实施方式中，步骤2)的含氧气体选自氮气和氧气的混合气、氧气与空气；优选混合气中氮气和氧气的体积比为(1-10)：1，更优选为1:1、4:1、6:1、8:1或10:1。

本发明任一项的实施方式中，步骤3)中，所述烟气(以烟气中二氧化硫计)与所述混合物中脱硫剂的重量比为1:(1-20)；优选为1:(2-10)、1:(5-15)、1:1、1:8、1:10、1:15、1:17或1:20。

本发明任一项的实施方式中，步骤3)中，所述烟气的含水量为5％-20％(w/w)；优选为8％-15％(w/w)、5％(w/w)、7％(w/w)、10％(w/w)、14％(w/w)、17％(w/w)或20％(w/w)。

本发明任一项的实施方式中，步骤3)中，接触的时间为20分钟-1.5小时；优选为20-30分钟、30分钟、40分钟、60分钟或90分钟。

本发明任一项的实施方式中，步骤3)中，所述烟气与混合物在脱硫塔中沿相反方向流动并接触。

本发明任一项的实施方式中，步骤3)中，引风机将燃烧产生的烟气引入脱硫塔中进行脱硫。

本发明任一项的实施方式中，步骤3)中，将烟气引入除尘器进行除尘。

本发明任一项的实施方式中，步骤(4)中恒温浸渍的温度为步骤(4)中聚乳酸的温度。

本发明任一项的实施方式中，所述可溶性铁盐溶液为可溶性铁盐水溶液。

本发明任一项的实施方式中，所述可溶性铁盐溶液的加入量为100-200重量份(优选为100、140、160、200重量份)，步骤(1)中所述聚乳酸的加入量为7-15重量份(优选为7、9、13、15重量份)。

本发明任一项的实施方式中，所述可溶性铁盐溶液中可溶性铁盐的重量百分含量为40-60％(优选为40％、50％或60％)；优选地，可溶性铁盐选自硝酸铁和氯化铁中的任意一种或多种。

本发明任一项的实施方式中，步骤(1)中所述聚乳酸的粒径为200-800μm，优选为200-500μm、200μm、300μm、400μm、500μm、700μm或800μm。该粒径范围的聚乳酸更易与生成的羟基氧化铁颗粒融合。

本发明任一项的实施方式中，所述尿素溶液为尿素水溶液。

本发明任一项的实施方式中，所述尿素溶液的摩尔浓度为0.01-1mol/L，优选为0.01-0.2mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L或1mol/L。

本发明任一项的实施方式中，所述碳酸氢钠溶液为碳酸氢钠水溶液。

本发明任一项的实施方式中，所述碳酸氢钠溶液的摩尔浓度为0.1-0.5mol/L，优选为0.1-0.3mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L或0.5mol/L。

本发明任一项的实施方式中，所述尿素溶液的加入量为6-13重量份，优选为6-10重量份、6-8重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、10.5重量份、11重量份、12重量份或13重量份。

本发明任一项的实施方式中，步骤(3)和/或步骤(4)中的烘干温度为160-180℃，优选地，步骤(3)和/或步骤(4)中的烘干温度为160℃、165℃、170℃、175℃、180℃或185℃。

步骤(3)和/或步骤(4)中烘干的目的是降低含水量，水分主要来自于原料。

本发明任一项的实施方式中，步骤(3)中的焙烧温度为200-250℃；优选为200℃、210℃、220℃、225℃、230℃、240℃或250℃。

本发明任一项的实施方式中，焙烧时间为0.5-2小时，优选为0.5、1、1.5或2小时。

本发明任一项的实施方式中，步骤(4)中的所述聚乳酸的加入量为20-50重量份；优选为30-45重量份、20重量份、30重量份、40重量份、45重量份或50重量份。

本发明任一项的实施方式中，浸渍时间为8-12小时；优选为8小时、10小时或12小时。

本发明任一项的实施方式中，所述粘结剂的加入量为5-10重量份，优选为5-8重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份或10重量份；所述造孔剂的加入量为1-3重量份，优选为1重量份、2重量份或3重量份。

本发明任一项的实施方式中，所述粘结剂选自膨润土、硅藻土和高岭土中的任意一种或多种。

本发明任一项的实施方式中，所述造孔剂选自木屑粉和石墨粉中的任意一种或多种。

本发明任一项的实施方式中，含氧气氛为氧气和氮气的混合气或空气；优选地，混合气中，氧气与氮气的体积比为(1-9)：(9-1)，更优选为(2-8)：(8-2)、2:8、3:7、4:6或5:5。

本发明任一项的实施方式中，步骤(1)和/或步骤(4)中所述聚乳酸的数均分子量Mn为1×10⁵～2×10⁵；优选地，步骤(1)和/或步骤(4)中所述聚乳酸的数均分子量Mn为1×10⁵、1.5×10⁵或2×10⁵。

本发明中，

水玻璃是指水溶性硅酸钠盐，其化学式为Na₂SiO₃·9H₂O。

本发明取得的有益效果：

1、本发明的燃煤方法，将煤与水玻璃、氧化钙混合后进行燃烧，降低了烟道的沾污程度，减少了烟道积灰，更加清洁环保。

2、本发明的燃煤方法中，含氧气体和脱硫剂的混合物在高温下对烟气进行脱硫的脱硫效率更高。

3、本发明的燃煤方法，使用脱硫剂的硫容高、脱硫精度高、抗破碎强度高、比表面积大，从而提高了烟气脱硫的效率和经济性。

4、本发明的燃煤方法，使用的脱硫剂以聚乳酸作为制备原料之一，提高了脱硫剂的性能。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合本发明的具体实施例对本发明作进一步详细的说明，但具体实施例本身并不造成对本发明保护范围的限制。

实施例1 制备脱硫剂1

将1000g、60％(w/w)的氯化铁溶液和70g聚乳酸混合，聚乳酸的粒径为200-400μm，数均分子量Mn为1×10⁵～1.2×10⁵。向混合物中加入60g、0.8mol/L的尿素溶液，再缓慢逐滴滴入0.1mol/L碳酸氢钠溶液并搅拌，直至溶液pH值达到6.8。将得到的物料放入反应釜中，在140-150℃、0.10-0.12MPa条件下反应3小时，静置沉降得到沉淀颗粒。将分离出的沉淀颗粒与50g膨润土、10g木屑粉混合均匀，在170-180℃下烘干，再在空气气氛中于200-210℃焙烧2小时，得到焙烧物。将得到的焙烧物放入160-170℃的液态聚乳酸中恒温浸渍8小时，再在175-185℃下烘干，冷却得到脱硫剂1。

实施例2 制备脱硫剂2

将1600g、50％(w/w)的硝酸铁溶液和130g聚乳酸混合，聚乳酸的粒径为500-700μm，数均分子量Mn为1.5×10⁵～2×10⁵。向混合物中加入100g、0.2mol/L的尿素溶液，再缓慢逐滴滴入0.4mol/L碳酸氢钠溶液并搅拌，直至溶液pH值达到7。将得到的物料放入反应釜中，在140-150℃、0.10-0.12MPa条件下反应3小时，静置沉降得到沉淀颗粒。将分离出的沉淀颗粒与70g硅藻土、20g木屑粉混合均匀，在170-180℃下烘干，再在空气气氛中于230-240℃焙烧2小时，得到焙烧物。将得到的焙烧物放入160-165℃的液态聚乳酸中恒温浸渍12小时，再在175-185℃下烘干，冷却得到脱硫剂2。

实施例3 制备脱硫剂3

将2000g、40％(w/w)的氯化铁溶液和150g聚乳酸混合，聚乳酸的粒径为700-800μm，数均分子量Mn为1.5×10⁵～2×10⁵。向混合物中加入130g、0.05mol/L的尿素溶液，再缓慢逐滴滴入0.5mol/L碳酸氢钠溶液并搅拌，直至溶液pH值达到7.5。将得到的物料放入反应釜中，在140-150℃、0.10-0.12MPa下反应3小时，静置沉降得到沉淀颗粒。将分离出的沉淀颗粒与100g硅藻土、30g木屑粉混合均匀，在170-180℃下烘干，再在空气气氛中于240-250℃焙烧2小时，得到焙烧物。将得到的焙烧物放入160-170℃的液态聚乳酸中恒温浸渍8小时，再在175-185℃下烘干，冷却得到脱硫剂3。

实施例4 本发明的燃煤方法Ⅰ

将10kg煤粉、0.25kg水玻璃和1.125kg氧化钙混合均匀送入锅炉，并在800-1100℃下燃烧48小时。对燃烧产生的烟气进行调湿，然后测定出烟气中的二氧化硫含量为2000mg/L、含水量5％(w/w)。将200g脱硫剂1与600L空气相混合，形成混合物。将混合物由脱硫塔上部的入料口喷入脱硫塔中，将调湿后的10L烟气通入脱硫塔底部的进气口中，脱硫塔内的温度保持在100-130℃，烟气与混合物在脱硫塔内沿相反方向流动并保持接触30分钟，由塔顶出气口引出烟气并送入除尘器除尘后，收集得气体1。

实施例5 本发明的燃煤方法Ⅱ

将10kg煤粉、0.9kg水玻璃和0.5kg氧化钙混合均匀送入锅炉，并在700-900℃下燃烧48小时。对燃烧产生的烟气进行调湿，然后测定出烟气中的二氧化硫含量为2500mg/L、含水量6％(w/w)。将200g脱硫剂2与400L氮气和氧气的混合气(氮气、氧气的体积比4:1)相混合，形成混合物。将混合物流由脱硫塔上部的入料口喷入脱硫塔中，将调湿后的10L烟气通入脱硫塔底部的进气口中，脱硫塔内的温度保持在150-170℃，烟气与混合物在脱硫塔内沿相反方向流动并保持接触40分钟，由塔顶出气口引出烟气并送入除尘器中除尘后，收集得气体2。

实施例6 本发明的燃煤方法Ⅲ

将10kg煤粉、0.34kg水玻璃和0.12kg氧化钙混合均匀送入锅炉，并在1200-1500℃下燃烧48小时。对燃烧产生的烟气进行调湿，然后测定出烟气中的二氧化硫含量为1500mg/L、含水量8％(w/w)。将300g脱硫剂3与300L空气相混合，形成混合物。将混合物由脱硫塔上部的入料口喷入脱硫塔中，将调湿后的10L烟气通入脱硫塔底部的进气口中，脱硫塔内的温度保持在190-220℃，烟气与混合物流在脱硫塔内沿相反方向流动并保持接触60分钟，由塔顶出气口引出烟气送入除尘器中除尘后，收集得气体3。

对比例1 制备脱硫剂A

向1000g、60％(w/w)的氯化铁溶液中加入60g、0.8mol/L的尿素溶液相混合，再缓慢逐滴滴入0.1mol/L碳酸氢钠溶液并搅拌，直至溶液pH值达到6.8。将得到的物料放入反应釜中，在140-150℃、0.10-0.12MPa条件下反应3小时，静置沉降得到沉淀颗粒。将分离出的沉淀颗粒与50g膨润土、10g木屑粉混合均匀，在170-180℃下烘干，再在空气气氛中于200-210℃焙烧2小时，冷却得到脱硫剂A。

对比例2

将10kg煤粉、0.25kg水玻璃和1.125kg氧化钙混合均匀送入锅炉，并在800-1100℃下燃烧48小时。对燃烧产生的烟气进行调湿，然后测定出烟气中的二氧化硫含量为2000mg/L、含水量5％(w/w)。将200g脱硫剂A与600L空气相混合，形成混合物。将混合物由脱硫塔上部的入料口喷入脱硫塔中，将调湿后的10L烟气通入脱硫塔底部的进气口中，脱硫塔内的温度保持在100-130℃，烟气与混合物在脱硫塔内沿相反方向流动并保持接触30分钟，由塔顶出气口引出烟气并送入除尘器除尘后，收集得气体A。

对比例3

将10kg煤粉、0.25kg水玻璃和1.125kg氧化钙混合均匀送入锅炉，并在800-1100℃下燃烧48小时。对燃烧产生的烟气进行调湿，然后测定出烟气中的二氧化硫含量为2000mg/L、含水量5％(w/w)。将10L烟气通入脱硫塔底部的进气口中，同时将实施例1的脱硫剂1送入脱硫塔上部的脱硫剂入口中，脱硫塔内的温度保持在25-28℃，烟气与脱硫剂在脱硫塔内逆向流动进行混合并保持接触30分钟，由塔顶出气口引出气体除尘后，收集得气体B。

对比例4

将10kg煤粉送入锅炉，并在800-1100℃下燃烧48小时。

实验例1 脱硫精度

设置原料气为含5000ppmH2S的氮气，取实施例1-3和对比例的脱硫剂1-3、A各3g，在常压(通常为1个大气压)、10-45℃之间分别进行多次脱硫测试，气空速为2000h-¹。

最终测得：在各温度条件下，原料气经脱硫剂1-3处理后，出口总硫均低于0.01ppm；原料气经脱硫剂A处理后，出口总硫约为0.08ppm。因此，本发明的脱硫剂1-3的脱硫精度高于脱硫剂A。

实验例2 硫容

取实施例1-3和对比例的脱硫剂1-3、A作样品，分别测定硫容。取样品100g，在10℃-45℃、常压(通常为1大气压)下，用含H2S为40000ppm的标准气进行评测。定性检测，可自配硝酸银溶液对出口硫进行检测；定量检测，可采用国产WK-2C综合微库仑仪(江苏电分析仪器厂)进行检测，该仪器的最低检测量为0.2ppm，结果如表1所示。

表1

测试项目	脱硫剂1	脱硫剂2	脱硫剂3	脱硫剂A
					硫容	79.1％	78.3％	80.7％	47.8％

可见，本发明方法得到的脱硫剂1-3的硫容远远大于脱硫剂A。

实验例3 物理性能

经测定，本发明脱硫剂1-3的抗破碎强度大于110N/cm，比表面积为91-138m²/g；脱硫剂A的抗破碎强度为57N/cm，比表面积为52-76m²/g。本发明方法得到的脱硫剂1-3的抗破碎强度和比表面积均高于脱硫剂A。

实验例4 脱硫效率

测定实施例4-6和对比例2-3收集到的气体1-3、气体A-B的总体积和各气体中二氧化硫的含量，并按照下式计算脱硫效率，结果见表2。

脱硫效率＝100％×(V₀×C₀-V×C)/(V₀×C₀×t)

其中:

V为收集得到的气体的总体积(L)；

C为收集得到的气体中二氧化硫含量(mg/L)；

V₀为烟气的总体积(L)；

C₀为烟气中二氧化硫含量(mg/L)；

t为脱硫时间(h)。

表2

由表2可知，与对比例2使用脱硫剂A的方法相比，本发明使用脱硫剂1-3的方法脱硫效率更高。并且，与对比例3相比，用含氧气体和脱硫剂的混合物在高温下对烟气进行脱硫时，脱硫效率更高。

发明人试验测得，与其它接触温度相比，烟气与喷入混合物在100-220℃下相接触，烟气的脱硫效率更高。

实验例5 沾污情况及积灰量

实施例4-6和对比例4采用同型号锅炉。

观察实施例4-6和对比例4燃烧后的锅炉烟道(烟道的径向尺寸和长度相同)的沾污情况和积灰量，结果见表3。

表3

由表3可知，相比于对比例4，本发明添加水玻璃和氧化钙一同燃烧的燃煤方法沾污程度更低，积灰量更少。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种清洁环保的燃煤方法，包括如下步骤，

1)将煤、水玻璃和氧化钙混合，并进行燃烧；

2)将含氧气体与脱硫剂混合，得到混合物；

3)将步骤1)燃烧产生的烟气与步骤2)的混合物在100-220℃下接触，再对烟气进行除尘；

其中，所述脱硫剂的制备方法包括如下步骤：

(1)将可溶性铁盐溶液和聚乳酸混合；向混合物中加入尿素溶液，再缓慢加入碳酸氢钠溶液并混合，直至pH值达到6.8-7.5；

(2)将步骤(1)得到的物料在130-160℃、0.10-0.20MPa条件下反应1-3小时，沉降得到沉淀颗粒；

(4)将步骤(3)得到的焙烧物放入160-200℃的聚乳酸中恒温浸渍，再烘干、冷却即可。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2)中，所述含氧气体的用量为1-3m³/(kg脱硫剂)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤3)中，烟气(以烟气中二氧化硫计)与所述混合物中的脱硫剂的重量比为1:(1-20)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤3)中，所述烟气的含水量为5％-20％(w/w)。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤3)中，所述烟气与混合物在脱硫塔中沿相反方向流动并接触。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可溶性铁盐溶液的加入量为100-200重量份，步骤(1)中的所述聚乳酸的加入量为7-15重量份。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述尿素溶液的加入量为6-13重量份。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(3)和/或步骤(4)中的烘干温度为160-180℃。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(3)中的焙烧温度为200-250℃。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，步骤(4)中的所述聚乳酸的加入量为20-50重量份。