燃煤飛灰潤(rùn)濕性能實(shí)驗(yàn)研究

胡金余，李增勃，汪亞斌，李文選

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司碳?xì)涓咝Ю眉夹g(shù)研究中心，陜西 西安 710075）

中國(guó)是目前世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，燃煤飛灰顆粒已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)大氣顆粒物的主要來(lái)源之一，煤燃燒1 t煤就會(huì)產(chǎn)生250~300 kg粉煤灰。大量粉煤灰進(jìn)入大氣會(huì)造成污染，且容易被人體吸入，嚴(yán)重危害人類健康。同時(shí)，這些細(xì)微顆粒物因?yàn)槭钦T發(fā)全球氣候變化、煙霧事件和臭氧層破環(huán)等重大環(huán)境事件的重要因素［1］。

煤氣化技術(shù)是現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)，是產(chǎn)生燃煤飛灰的原因之一。目前國(guó)內(nèi)外氣化技術(shù)眾多，以固定床、移動(dòng)床為主的氣化技術(shù)，多以塊煤和小顆粒煤為原料，裝置規(guī)模、原料、耗能及環(huán)保的局限性較大；現(xiàn)階段最具有代表性的流化床和氣流床技術(shù)，存在焦油殘留、甲烷含量偏高、碳轉(zhuǎn)化率偏低及液態(tài)排渣等問(wèn)題［2］。

目前延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）碳?xì)涓咝Ю眉夹g(shù)研究中心研發(fā)的中試階段的流化床技術(shù)，使得反應(yīng)溫度可以提升至1 200℃左右，解決了常規(guī)流化床氣化中存在的問(wèn)題，而且具有合成氣產(chǎn)量高、質(zhì)量好等技術(shù)特點(diǎn)。

該氣化技術(shù)裝置采用干法排灰，避免了黑水排放，減少了工業(yè)水的使用量。但是干法排灰所帶來(lái)的燃煤飛灰顆粒污染問(wèn)題同樣嚴(yán)重影響著裝置的穩(wěn)定運(yùn)行［3］。文中以該中試氣化技術(shù)產(chǎn)生的飛灰為對(duì)象，通過(guò)最直觀的方法，考察適宜的潤(rùn)濕劑；并通過(guò)激光粒度法，找出最適宜的溶劑濃度。

1 裝置排灰方式

灰倉(cāng)現(xiàn)有排灰方式為間歇排灰，排灰管線直徑27 cm，長(zhǎng)約10 m，底部安裝散裝機(jī)，在需要排灰時(shí)，先打開(kāi)1道電磁插板閥下料，待料位下到一定程度后打開(kāi)另1道手動(dòng)插板閥，伸開(kāi)灰倉(cāng)下方的散裝機(jī)將灰排至灰車內(nèi)，在灰車車廂上用油布遮蓋，實(shí)驗(yàn)期間產(chǎn)生的灰直接從灰倉(cāng)排入灰車車廂中。

灰渣自上而下時(shí)有落差，產(chǎn)生向下的沖擊力，卸灰時(shí)出現(xiàn)外揚(yáng)，污染環(huán)境，對(duì)此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品

該裝置灰倉(cāng)中的灰主要是投煤前的50~60目粗砂、70~140目細(xì)砂、45~600μm粗灰，25~50μm細(xì)灰組成。某次開(kāi)車固體進(jìn)料234.1 t，其中煤粉194.5 t，1段爐粗砂10.4 t，2段爐4.3 t，400-C細(xì)砂24.8 t，灰倉(cāng)排灰累計(jì)155.78 t。分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品灰渣工業(yè)分析數(shù)據(jù)

從表1可以看出，樣品中灰分含量較高，主要組成為硅、鋁等元素的氧化物，因此在選擇潤(rùn)濕劑時(shí)選擇偏堿性的溶劑。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及溶劑

儀器：丹東百特儀器有限公司Bettersice 2000 LD激光粒度分析儀、昆山KQ-500E超聲波清洗器、100 mL燒杯3個(gè)、玻璃棒3支、pH試紙

溶劑：水、家用洗滌劑、灰潤(rùn)濕劑、NaOH

2.3 實(shí)驗(yàn)原理

采取定性方法找出適宜的潤(rùn)濕劑，再通過(guò)對(duì)上部溶液中飛灰顆粒采取激光粒度分析，通過(guò)測(cè)定懸浮液中飛灰顆粒分布，間接研究燃煤飛灰在潤(rùn)濕劑中的潤(rùn)濕性能。懸浮液中顆粒含量越低、粒徑越小說(shuō)明有更多的顆粒被潤(rùn)濕、沉降，也表示飛灰顆粒在該潤(rùn)濕劑中的潤(rùn)濕性能越好［4］，進(jìn)而找出適合溶解吸附的溶劑。

2.4 實(shí)驗(yàn)步驟

2.4.1 不同溶劑對(duì)灰潤(rùn)濕效果（1）首先直接選取水。用燒杯量取50 mL水，稱取1.5 g樣品，直接將樣品緩慢倒入水中，超聲振動(dòng)5 min，發(fā)現(xiàn)樣品懸浮在水中，沉降1 min，樣品部分漂浮在水面和器壁上，部分沉淀在燒杯底部。通過(guò)觀察得出，水不適合作為潤(rùn)濕灰渣的溶劑；（2）選取市場(chǎng)常見(jiàn)的洗滌劑。洗滌劑的主要組成是表面活性劑，而表面活性劑的吸附作用是洗滌的核心［5］。首先用燒杯量取50 mL水，加入3 g洗滌劑，用NaOH溶液中和，使pH在7~11之間，稱取1.5 g樣品，直接將樣品緩慢倒入溶液中中，超聲振動(dòng)5 min，發(fā)現(xiàn)水中懸浮物較（1）中明顯減少，但還是存在，沉降1 min，燒杯底部有少量沉淀，水面有少量漂浮物。通過(guò)觀察，家用洗滌劑潤(rùn)濕效果比（1）好；（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)（1）（2），進(jìn)一步選擇南京大學(xué)提供的吸附功能好的表面活性劑，保證pH在7~11之間。在同樣條件下做了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，觀察出溶劑與樣品潤(rùn)濕效果好。

2.4.2 不同濃度潤(rùn)濕劑對(duì)灰潤(rùn)濕性能的影響將前期處理好的潤(rùn)濕劑分別配置成0.25%、0.5%、1%質(zhì)量濃度，超聲振動(dòng)5 min，然后沉降3 min，此時(shí)部分飛灰被潤(rùn)濕沉降到容器底部，采用激光粒度分析儀測(cè)定上部溶液飛灰粒徑見(jiàn)表2。

表2 不同濃度的溶劑下飛灰的粒徑

由表2可知，潤(rùn)濕劑中懸浮顆粒的粒徑比水中小得多，說(shuō)明燃煤飛灰顆粒在潤(rùn)濕劑中具有更好的潤(rùn)濕性能。粒徑D50逐漸減少，說(shuō)明當(dāng)溶劑濃度低于1%時(shí)，增大潤(rùn)濕劑濃度可促進(jìn)飛灰顆粒的潤(rùn)濕。潤(rùn)濕劑濃度低于0.5%以下時(shí)，隨著潤(rùn)濕劑濃度的增大潤(rùn)濕性能迅速增大；潤(rùn)濕劑濃度從0.5%增大到1%時(shí)，潤(rùn)濕性能隨濃度增大變化不明顯。

3 結(jié)束語(yǔ)

南京大學(xué)提供的灰潤(rùn)濕劑與灰潤(rùn)濕效果良好，可作為潤(rùn)濕劑；潤(rùn)濕劑pH值在7~11之間，當(dāng)潤(rùn)濕劑潤(rùn)濕劑濃度低于0.5%以下時(shí)，隨著潤(rùn)濕劑濃度的增大潤(rùn)濕性能迅速增大；潤(rùn)濕劑濃度從0.5%增大到1%時(shí)，潤(rùn)濕性能隨濃度增大變化不明顯。