一种降低燃煤电厂粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法

1.本发明属于空心玻璃微珠技术领域，特别是一种降低燃煤电厂粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.粉煤灰空心玻璃微珠是煤燃烧后的副产物，其特点是具有空心结构的球形玻璃质材料。对于采用静电除尘装置的机组，由于空心玻璃微珠具有较高的比电阻，荷电性能差，影响电除尘器除尘效率，在静电除尘器中存在空心玻璃微珠的逃逸现象。
4.空心玻璃微珠的生成受到锅炉型号、燃烧方式、煤的化学成分等因素的影响。电厂有必要根据实际情况调控空心玻璃微珠产率，实现生态效益、经济效益的最大化。对于采用常规静电除尘器的电厂，可适当降低空心玻璃微珠产率，减少颗粒物排放，保护生态环境。
5.发明人发现：
6.(1)不同煤种或混煤掺烧将直接导致飞灰中各化学成分含量发生变化，sio2和al2o3是飞灰中的主要成分，通过分析以往的文献，前人主要从结渣的角度，研究了sio2和al2o3对燃煤电厂结渣的影响，且不同硅铝比对灰熔融特性有显著作用，认为研究硅铝比对飞灰的影响更有意义。玻璃微珠作为飞灰的重要部分，硅铝比对玻璃微珠的影响还缺少相应的研究。
7.(2)同时，现阶段，为解决燃煤电厂单一煤种不足的问题，有时会采取混煤掺烧的技术方案。混煤燃烧过程中会存在各种交互现象，先前学者对混煤的研究主要表现在混煤的煤质特性、着火特性、燃尽特性、污染物排放特性和结渣特性等，但混煤燃烧对生成玻璃微珠的影响还鲜有报道。
8.(3)现有技术中在对降低燃煤电厂粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法进行研究时，所提到的方法仅能在一个较小的范围内进行产率的调控，对于需要大幅度调控产率、高效调控产率的情形尚不能很好的应对。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种降低燃煤电厂粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，能够降低粉煤灰空心玻璃微珠产率，有利于实现生态效益、经济效益的最大化，实现对电厂粉煤灰空心玻璃微珠产率的灵活调控，解决现有技术中的问题。
10.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
11.本发明提供了一种降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法。
12.一种降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，包括选取一种煤粉作为基准煤粉，在基准煤粉中加入质量分数为0～40％的al2o3和sio2粉体，混合均匀后通入炉膛进行燃烧。
13.优选的，al2o3粉体的质量分数优选为0％，sio2粉体的质量分数优选为40％。
14.优选的，基准煤粉和al2o3及sio2粉体在炉膛内燃烧的时间至少为2-3s。
15.优选的，燃烧温度根据煤的性质低于灰的流动温度0～200℃。
16.优选的，还包括将通往炉膛内空气量的总过量空气系数设置在1.1～1.2范围内。
17.优选的，将基准煤粉选取为低硅铝煤制成的煤粉，所述低硅铝煤为灰中sio2和al2o3总质量分数小于70％的煤。
18.优选的，所述低硅铝煤包括锦界烟煤、胜利褐煤。
19.优选的，还包括选取另一种煤制成的煤粉，将另一种煤制成的煤粉加入基准煤粉中，采取混煤燃烧，所述另一种煤为相较于基准煤粉的空心玻璃微珠产率更低的煤种。
20.优选的，还包括煤粉在炉膛内燃烧时，采取空气不分级燃烧的方式。
21.优选的，制备空心玻璃微珠的具体过程为：
22.选取一种煤种为基准煤种，将其进行研磨，选取150～200目的基准煤种制成的煤粉作为基准煤粉待用；
23.将al2o3和sio2固体进行研磨，选取150～200目的粉体待用；
24.将基准煤粉与al2o3和sio2粉体在搅拌混合机内搅拌混合，搅拌时间为5～10min，搅拌转速为70～100r/min，混合均匀后通入炉膛中进行燃烧；
25.将燃烧后的飞灰玻璃微珠进行冷却，采取空冷方式冷却至室温，得到空心玻璃微珠。
26.本发明具有以下有益效果：
27.(1)本发明提供了一种降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，在锦界烟煤中添加40％质量分数的sio2，空气分级燃烧，过量空气系数为1.3，炉膛温度为1400℃，此条件下燃烧生成的空心玻璃微珠产率相较于锦界烟煤降低了约52％，由此获得了一种能够大幅度降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法；可以根据电厂实际情况，可实现空心玻璃微珠产率的灵活调控，有利于实现生态效益、经济效益的最大化。
28.(2)本发明提供的降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，多种方法可单独或组合使用，满足多样性要求。
29.(3)通过选取不同煤种、混煤或加入添加剂调控空心玻璃微珠产率，无需对电厂进行改造，操作简单易行。
30.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法示意图；
33.图2为锦界烟煤飞灰及其添加不同比例硅铝氧化物后的飞灰形貌图；
34.图3为锦界烟煤中添加不同比例sio2和al2o3燃烧生成空心玻璃微珠产率图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
36.玻璃微珠的形成过程相当复杂，当煤粉送入炉膛后，在高温下主要经历了水分析出、挥发分析出、焦炭形成和燃尽、灰渣形成等过程。挥发分析出，煤转化为焦炭，这个过程会因挥发性物质的释放而产生的大量的孔隙结构。随温度的升高，挥发分会进一步释放以及内外应力增大，导致煤颗粒产生裂纹直至破裂，形成更小的碎片。温度升高也促进了氧气通过孔隙进入煤颗粒，加速煤颗粒与孔隙以及焦炭的反应。这时煤粉中的矿物质会相互作用，形成各类黏土和玻璃相化合物。与此同时，煤粉颗粒也会在高温下由固体向液体转变，温度升高使得固相减少，液相增加。当液固比超过一定值时，颗粒具有流动性，在炉膛气流和熔滴表面张力的作用下，形成覆盖在碳基体表面的封闭液膜。此时封闭液膜内的反应组分(如有机物、硫化物、孔隙水、水硅酸盐等)在高温下产生气体，促使液滴膨胀形成具有一定壳厚度的球体，冷却后形成空心微珠。
37.请参阅图1所示，本实施例提供了一种降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，选取一种煤粉作为基准煤粉，在基准煤粉中加入质量分数为0～40％的al2o3和sio2粉体，混合均匀后通入炉膛进行燃烧。
38.具体的：
39.选取一种煤种为基准煤种，将其研磨为粉状颗粒，再将粉状颗粒经标准筛机筛分处理得到粒度大小分布在一定范围的煤样。再将粉状颗粒过150目和200目筛，选取150～200目的煤粉作为基准煤粉待用；
40.将al2o3和sio2固体进行研磨，方法同上，选取150～200目粉体待用；
41.将基准煤粉与al2o3和sio2粉体在搅拌混合机内搅拌混合，搅拌时间可以为5～10min，搅拌转速可以为70～100r/min，混合均匀后通入炉膛中进行燃烧；
42.燃烧后的飞灰玻璃微珠进行冷却，采取空冷方式冷却至室温，得到空心玻璃微珠。
43.进一步的，al2o3粉体的质量分数优选为0％，sio2粉体的质量分数优选为40％。
44.进一步的，基准煤粉与al2o3和sio2粉体在炉膛内燃烧的时间至少为2-3s。
45.进一步的，燃烧温度低于灰的流动温度0～200℃。
46.进一步的，还包括将通往炉膛内空气量的总过量空气系数设置在1.1～1.2范围内。
47.进一步的，将基准煤粉选取为低硅铝煤制成的煤粉，所述低硅铝煤为灰中sio2和al2o3总质量分数小于70％的煤。
48.进一步的，所述低硅铝煤包括锦界烟煤、胜利褐煤。
49.进一步的，还包括选取另一种煤制成的煤粉，将另一种煤制成的煤粉加入基准煤粉中，采取混煤燃烧，所述另一种煤为相较于基准煤粉的空心玻璃微珠产率更低的煤种。
50.进一步的，还包括基准煤粉在炉膛内燃烧时，采取空气不分级燃烧的方式。
51.在本实施例中，提供了五种降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法：
52.(1)适当降低炉膛温度；
53.(2)空气不分级，适当降低总过量空气系数；
54.(3)选取低硅铝含量的煤；
55.(4)在煤中加入适量的al2o3和sio2；
56.(5)采取混煤燃烧，在一种煤中加入空心玻璃微珠产率更低的煤种。
57.在本发明的一些实施方式中，为降低空心玻璃微珠产率，炉膛燃烧温度可根据实际情况低于灰的流动温度0～200℃不等。
58.在本发明的一些实施方式中，为降低空心玻璃微珠产率，总过量空气系数可选择在1.1～1.2范围内。
59.在本发明的一些实施方式中，为降低空心玻璃微珠产率，可选取的低硅铝煤的灰中sio2和al2o3总质量分数小于70％，如锦界烟煤、胜利褐煤等。
60.在本发明的一些实施方式中，为降低空心玻璃微珠产率，加入al2o3和sio2的质量分数可以为0～40％，al2o3和sio2能够起到增大熔体粘度的作用，阻碍灰熔体发泡形成空心玻璃微珠。
61.在本发明的一些实施方式中，混煤燃烧可以改变灰中各化学成分的含量，起到降低空心玻璃微珠产率的作用。
62.在本发明的一些实施方式中，为降低空心玻璃微珠产率，可选择5种方法中的一种，亦可组合使用。
63.总过量空气系数是指实际供给燃料燃烧的空气量与理论空气量之比。空气分级燃烧可根据电厂实际情况将实际供给燃料燃烧的空气量分为一次风、二次风、三次风等。一次风可以占总空气量的80％，其余为二次风、三次风等。
64.实施例一：
65.本实施例提供了一种降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，在锦界烟煤(灰的流动温度1152℃)中添加40％质量分数的sio2。空气分级燃烧，过量空气系数为1.3，炉膛温度为1400℃。此条件下燃烧生成的空心玻璃微珠产率相较于锦界烟煤降低了约52％。
66.锦界烟煤飞灰及其添加不同比例硅铝氧化物后的飞灰形貌如图2。观察不同条件下的飞灰形貌，可以看到每种工况下生成的飞灰基本都以球形颗粒的形式呈现。球形颗粒的形成需要一定的熔融条件。虽然添加不同比例sio2和al2o3改变了灰熔点，但灰熔点最大时的ft也仅为1383℃，小于1400℃的燃烧温度，熔融状态为球形颗粒的形成创造了有利条件。
67.在锦界烟煤中添加不同比例sio2和al2o3燃烧生成空心玻璃微珠产率的变化，如图3所示。相比于锦界烟煤，添加sio2和al2o3使得空心玻璃微珠产率有所降低，并随着硅铝比增大，产率逐渐降低。锦界烟煤的空心玻璃微珠产率为5.05％，添加40％的sio2后，产率降为2.40％，降低幅度达52％。可见，添加sio2和al2o3阻碍了空心玻璃微珠的生成。
68.产生上述现象的原因可解释如下：一方面，添加sio2和al2o3增加了灰熔体的粘度，粘度增加阻止了微珠的发泡，使得空心微珠含量降低。另一方面，硅铝氧化物在高温火焰下，也会发生熔融现象，并进一步由于表面张力作用而形成球形颗粒。但在这个过程中，微珠内并没有气体的产生，因而冷却后生成实心微珠，实心微珠增加，也导致空心微珠的比例降低。
69.对比例一：
70.本对比例提供了一种降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，在锦界烟煤(灰的流动温度1152℃)中添加40％质量分数的al2o3。空气分级燃烧，过量空气系数为1.3，炉膛温度为1400℃。此条件下燃烧生成的空心玻璃微珠产率相较于锦界烟煤降低了约0.8％。
71.对比例二：
72.本对比例提供了一种降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，在锦界烟煤(灰的流动温度1152℃)中添加20％质量分数的al2o3和20％质量分数的sio2。空气分级燃烧，过量空气系数为1.3，炉膛温度为1400℃。此条件下燃烧生成的空心玻璃微珠产率相较于锦界烟煤降低了约16％。
73.对比例三：
74.本对比例提供一种降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，在俄罗斯无烟煤(灰的流动温度1398℃)中添加质量分数为100％的锦界烟煤(灰的流动温度1152℃)。空气分级燃烧，过量空气系数为1.3，炉膛温度为1400℃。此条件下燃烧生成的空心玻璃微珠产率相较于俄罗斯无烟煤降低了约39％。
75.对比例四：
76.本对比例提供一种降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，选取含有高硅铝的印尼煤，灰的流动温度为1425℃。空气不分级，过量空气系数为1.2，炉膛温度为1500℃。此条件下燃烧生成的空心玻璃微珠产率相较于过量空气系数为1.3时降低了约10％。高硅铝的印尼煤本身属于高空心玻璃微珠产率的煤，但由于将过量空气系数从1.3改为1.2，使得空心玻璃微珠产率降低约10％。即对采用高硅铝煤的电厂，也可通过改变过量空气系数来降低空心玻璃微珠产率。
77.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
78.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：
1.一种降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，其特征在于，选取一种煤粉作为基准煤粉，在基准煤粉中加入质量分数为0～40％的al2o3和sio2粉体，两者混合均匀后通入炉膛进行燃烧。2.根据权利要求1所述的降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，其特征在于，al2o3的质量分数优选为0％，sio2粉体的质量分数优选为40％。3.根据权利要求1所述的降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，其特征在于，基准煤粉与al2o3和sio2粉体在炉膛内燃烧的时间至少为2～3s。4.根据权利要求1所述的降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，其特征在于，燃烧温度为可根据煤的性质低于灰的流动温度0～200℃。5.根据权利要求1所述的降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，其特征在于，还包括将通往炉膛内空气量的总过量空气系数设置在1.1～1.2范围内。6.根据权利要求1所述的降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，其特征在于，将基准煤粉选取为低硅铝煤制成的煤粉，所述低硅铝煤为灰中sio2和al2o3总质量分数小于70％的煤。7.根据权利要求6所述的降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，其特征在于，所述低硅铝煤包括锦界烟煤、胜利褐煤。8.根据权利要求1所述的降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，其特征在于，还包括选取另一种煤制成的煤粉，将另一种煤制成的煤粉加入基准煤粉中，采取混煤燃烧，所述另一种煤为相较于基准煤粉的空心玻璃微珠产率更低的煤种。9.根据权利要求1所述的降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，其特征在于，还包括基准煤粉在炉膛内燃烧时，采取空气不分级燃烧的方式。10.根据权利要求1所述的降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，其特征在于，制备空心玻璃微珠的具体过程为：选取一种煤种为基准煤种，将其进行研磨，选取150～200目的基准煤种制成的煤粉作为基准煤粉待用；将al2o3和sio2固体进行研磨，选取150～200目的粉体待用；将基准煤粉与al2o3和sio2粉体在搅拌混合机内搅拌混合，搅拌时间为5～10min，搅拌转速为70～100r/min，混合均匀后通入炉膛中进行燃烧；将燃烧后的飞灰玻璃微珠进行冷却，采取空冷方式冷却至室温，得到空心玻璃微珠。

技术总结
本发明公开了一种降低燃煤电厂粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，属于空心玻璃微珠技术领域。其中，一种降低粉煤灰空心玻璃微珠产率的方法，选取一种煤粉作为基准煤粉，在基准煤粉中加入质量分数为0～40％的Al2O3和SiO2粉体，两者混合均匀后通入炉膛进行燃烧，冷却后生成空心玻璃微珠。本发明可以根据电厂实际情况，可实现空心玻璃微珠产率的灵活调控，有利于实现生态效益、经济效益的最大化；通过选取不同煤种、混煤或加入添加剂调控空心玻璃微珠产率，无需对电厂进行改造，操作简单易行。操作简单易行。操作简单易行。


技术研发人员：王志强 张远军 程星星 许焕焕
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/20