专利摘要

本发明公开了一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法，其包括以下步骤：(1)采用逐级化学提取方法和电感耦合等离子质谱测试煤中有机结合态铀的含量m1；(2)根据步骤(1)中的有机结合态铀的含量m1，确定添加剂的添加量为m2＝k1·m1，其中k1为过量系数；(3)通过添加剂加入系统向输煤系统中添加添加剂，添加剂与煤在磨煤机中充分混合后进入锅炉炉膛燃烧，添加剂在炉膛中与气态铀反应生成固态铀酸盐，这些固态铀酸盐将被固定在底灰中。本发明的方法在不影响锅炉正常燃烧的情况下，可有效促进气态铀产物向固态铀酸盐的定向转化，只需加入少量廉价的添加剂即可有效减少煤燃烧过程中铀的释放，操作简单，投资和运行成本较低。

权利要求

1.一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法，其包括以下步骤：

(1)测试煤中有机结合态铀的含量m₁；

(2)根据步骤(1)中测试的有机结合态铀的含量m₁，确定添加剂的添加量为m₂＝k₁·m₁，其中k₁为过量系数；

(3)向输煤系统中添加添加剂，添加剂与煤在磨煤机中充分混合后进入锅炉炉膛燃烧，添加剂在炉膛中与气态铀反应生成固态铀酸盐，所述固态铀酸盐被固定在底灰中。

2.根据权利要求1所述的一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法，其特征在于，所述的过量系数k₁＝1.1～1.5。

3.根据权利要求1或2所述的一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法，其特征在于，所述添加剂为碱金属或碱土金属氧化物。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法，其特征在于，所述添加剂为CaO。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法，其特征在于，所述添加剂与气态铀反应温度为800-1200℃。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法，其特征在于，所述测试方法为逐级化学提取方法和电感耦合等离子质谱方法。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法，其特征在于，所述添加剂通过添加剂喷射装置喷射到锅炉炉膛中和/或通过添加剂加入系统加入到输煤系统中。

说明书

技术领域

本发明属于燃煤烟气中放射性污染物的减排控制领域，具体涉及一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法。

背景技术

中国是世界上煤炭生产量和消费量最大的国家，且我国的煤炭资源主要消耗于燃煤电厂。燃煤电厂被认为是最大的人为空气污染源之一，其排放的大量粉尘、NOx、SO₂对生态环境造成了很大的危害。此外，煤中还含有天然放射性元素，包括238U(t_1/2＝4.5×10⁹年)和232Th(t_1/2＝1.4×10¹⁰年)及其衰变产物，以及40K(t_1/2＝1.3×10⁹年)。随着人们对环保意识的逐渐增强，燃煤电厂排放的的放射性污染物对人体健康和生态环境的危害也逐渐引起重视。

铀是煤和燃烧产物中典型的天然放射性元素之一。煤中的铀主要以碳酸盐结合态、Fe/Mn氧化物结合态、以及有机结合态三种形式存在。铀的释放及其在燃烧产物中的分配与其在煤中的赋存形态密切相关。在煤燃烧过程中，以Fe/Mn氧化物结合态和碳酸盐结合态存在的铀通常不易挥发，燃烧后富集在底灰中。以有机结合态存在的铀，在高温燃烧过程中会随着有机质的燃烧而以气相形式挥发。其中，一部分以气相形式直接释放到环境中，通过呼吸系统进入人体，对人类健康危害很大；另外一部分随着烟气温度的降低，会吸附到飞灰颗粒表面。虽然，电厂装配的除尘装置(ESP/FF)能脱除99％以上的飞灰颗粒物，但是，细颗粒物，尤其是亚微米级细颗粒物却很难被除尘装置捕获，从而释放到环境中。这些亚微米细颗粒物可直接通过呼吸系统进入人体。颗粒物粒径越小，其比表面积越大，且较小的飞灰颗粒在炉内具有较长的停留时间，铀在这些细颗粒物表面呈现明显的富集。因此，这些含铀细颗粒物通过呼吸系统进入人体后，对人类健康造成极大危害。

与释放到环境中的气相铀和含铀细颗粒相比，富集于底灰中的铀由于其传输范围小，对人类健康和生态环境的危害相对较小。因此，将煤燃烧过程中产生的气相铀定向转化到底灰中，可减少气相铀和含铀细颗粒物向环境的释放，从而减小煤燃烧过程中铀的释放对人类健康和生态环境带来的危害。

发明内容

针对上述需求，本发明提供了一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法，其通过向煤中添加适量的添加剂，即碱金属/碱土金属氧化物，在较高的燃烧温度(800-1200℃)下与碱金属/碱土金属氧化物反应生成铀酸盐，从而被固定在燃烧产物底灰，在不影响锅炉正常燃烧的情况下，可有效促进气态铀产物向固态铀酸盐的定向转化。

为实现上述目的，本发明提供了一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法，该方法包括以下步骤：

(1)测试煤中有机结合态铀的含量m₁；

(2)根据步骤(1)中测试的有机结合态铀的含量m₁，确定添加剂的添加量为m₂＝k₁·m₁，其中k₁为过量系数；

(3)向输煤系统中添加添加剂，添加剂与煤在磨煤机中充分混合后进入锅炉炉膛燃烧，添加剂在炉膛中与气态铀反应生成固态铀酸盐，这些固态铀酸盐被固定在底灰中。

进一步地，所述的过量系数k₁＝1.1～1.5。

进一步地，所述添加剂为碱金属或碱土金属氧化物。

优选地，所述添加剂为CaO。

进一步地，所述添加剂与气态铀反应温度为800-1200℃。

进一步地，所述测试方法为逐级化学提取方法和电感耦合等离子质谱方法。

进一步地，所述添加剂通过添加剂喷射装置喷射到锅炉炉膛中和/或通过添加剂加入系统加入到输煤系统中。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的技术方案中，通过在输煤系统或锅炉炉膛中添加添加剂，保证了添加剂与气态铀的充分反应，促进了气态铀向固体铀酸盐的定向转化，使煤中的铀在燃烧过程中被固定在燃烧产物底灰中，减少了向环境的释放。

(2)本发明的方法只需加入少量廉价的添加剂即可有效减少煤燃烧过程中铀的释放，还可根据电厂实际情况选择添加剂加入方式，操作简单，投资和运行成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例的一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法中涉及的装置示意图。

图1中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-添加剂加入系统、2-输煤系统、3-磨煤机、4-锅炉炉膛、5-添加剂喷射装置、6-锅炉尾部烟道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明实施例的一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法中涉及的装置示意图。如图1所示，一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法中涉及的装置包括：添加剂加入系统1、输煤系统2、磨煤机3、锅炉炉膛4、添加剂喷射装置5和锅炉尾部烟道6。

煤中以有机质形态存在的铀在较低的燃烧温度(<500℃)下即可分解和释放，生成气态铀氧化物(UO₃、U₃O₈等)。这些铀氧化物会直接释放到环境中，或吸附到飞灰颗粒上。部分含铀的细颗粒物难以被电厂的除尘装置捕获而释放到环境中。铀氧化物在较高的燃烧温度(800-1200℃)下会与碱金属/碱土金属氧化物反应生成铀酸盐，从而被固定在燃烧产物底灰中，减少气态铀氧化物和含铀细颗粒物的释放。

煤中含有一定量的碱金属/碱土金属元素，但这些元素通常是以矿物形式存在，而不是以氧化物形式存在。因此这些碱金属/碱土金属矿物需首先转化为氧化物，然后才能与铀氧化物反应。但是，该转化温度通常高于有机质形态铀的分解温度，因此在碱金属/碱土金属矿物转化为氧化物之前会有一部分铀以气相形式释放到环境中。通过向煤中添加适量的添加剂，即碱金属/碱土金属氧化物，在不影响锅炉正常燃烧的情况下，可有效促进气态铀产物向固态铀酸盐的定向转化。

添加剂的添加原则是即要保证气态铀产物完全转化为固态铀酸盐，同时又避免添加剂的过量加入带来的添加剂浪费和对锅炉燃烧工况的影响。因此，需首先采用逐级化学提取方法和电感耦合等离子质谱测试煤中有机结合态铀的含量m₁，然后确定添加剂的添加量为m₂＝k₁·m₁，其中k₁为过量系数(k1＝1.1-1.5)，通过添加剂加入系统向输煤系统中添加添加剂，添加剂与煤在磨煤机中充分混合后进入锅炉炉膛燃烧；或者通过添加剂喷射装置将添加剂喷射到炉膛中，添加剂在炉膛中与气态铀反应生成固态铀酸盐，这些固态铀酸盐将被固定在底灰中。

实施例1

本发明一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法的一个实施例，通过上述装置进行，该方法的具体步骤如下：

(1)采用逐级化学提取方法和电感耦合等离子质谱(ICP-MS)测试煤中有机结合态铀的含量m₁＝6mg/kg煤；

(2)根据步骤(1)中的有机结合态铀的含量m₁，确定CaO的添加量为m₂＝k₁·m₁，其中为k₁＝1.1，即每kg煤中添加6.6mg CaO；

(3)通过图1中添加剂加入系统1向输煤系统2中添加添加剂，添加剂与煤在磨煤机3中充分混合后进入锅炉炉膛4燃烧，锅炉炉膛中的温度为800℃，添加剂在锅炉炉膛中与气态铀反应生成固态铀酸盐，将其固定在底灰中；

(4)在锅炉尾部烟道6处测试添加剂加入前、后烟气中气态铀的浓度。

测试结果发现，向煤中添加添加剂后，烟气中气态铀的浓度降低了30％，同时，底灰中固态铀酸盐的浓度增加了约28％，其误差是由于测试条件误差导致的。

实施例2

本发明一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法的一个实施例，通过上述装置进行，该方法的具体步骤如下：

(1)采用逐级化学提取方法和电感耦合等离子质谱(ICP-MS)测试煤中有机结合态铀的含量m₁＝6.9mg/kg煤；

(2)根据步骤(1)中的有机结合态铀的含量m₁，确定CaO的添加量为m₂＝k₁·m₁，其中为k₁＝1.3，即每kg煤中添加8.97mg CaO；

(3)通过图1中添加剂喷射装置5向锅炉炉膛4中喷射添加剂，锅炉炉膛中的温度为1000℃，添加剂在锅炉炉膛中与气态铀反应生成固态铀酸盐，将其固定在底灰中；

(4)在锅炉尾部烟道6处测试添加剂加入前、后烟气中气态铀的浓度。

测试结果发现，向煤中添加添加剂后，烟气中气态铀的浓度降低了78％，同时，底灰中固态铀酸盐的浓度增加了约77.2％，其误差是由于测试条件误差导致的。

实施例3

本发明一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法的一个实施例，通过上述装置进行，该方法的具体步骤如下：

(1)采用逐级化学提取方法和电感耦合等离子质谱(ICP-MS)测试煤中有机结合态铀的含量m₁＝7.7mg/kg煤；

(2)根据步骤(1)中的有机结合态铀的含量m₁，确定CaO的添加量为m₂＝k₁·m₁，其中为k₁＝1.5，即每kg煤中添加11.55mg CaO；

(3)通过图1中添加剂加入系统1向输煤系统2中添加添加剂，同时，通过添加剂喷射装置5向锅炉炉膛4中喷射添加剂，锅炉炉膛中的温度为1200℃，添加剂在锅炉炉膛中与气态铀产物反应生成固态铀酸盐，将其固定在底灰中；

(4)在锅炉尾部烟道6处测试添加剂加入前、后烟气中气态铀的浓度。

测试结果发现，向煤中添加添加剂后，烟气中气态铀的浓度降低了81.5％，同时，底灰中固态铀酸盐的浓度增加了约80.7％，其误差是由于测试条件误差导致的。

在本发明的技术方案中，实施中给出了效果较优的过量系数k₁的值，但本发明不限于上述实施例中给出的过量系数，过量系数为k₁＝1.1～1.5，可以去实施例中的1.1、1.3、1.5，还可以取1.2、1.4等，具体过量系数的取值根据实际情况确定。

在本发明的技术方案中，实施中给出了效果较优的添加剂为CaO，但本发明不限于上述实施例中给出的添加剂，添加剂可以为碱金属或碱土金属氧化物，具体添加剂的种类根据实际情况确定。

在本发明的技术方案中，实施中给出了效果较优的添加剂与气态铀反应温度，但本发明不限于上述实施例中给出的添加剂与气态铀反应温度，添加剂与气态铀反应温度为800-1200℃，可以取实施例中的800℃、1000℃、1200℃，还可以取900℃、1100℃等，具体添加剂与气态铀反应温度根据锅炉炉膛中的温度确定。

在本发明的技术方案中，实施例中给出了所述添加剂的加入方法，但本发明不限于上述实施例中给出的添加剂的加入方法，添加剂的加入方法的可以为实施中的通过添加剂喷射装置喷射到锅炉炉膛中，或者通过添加剂加入系统加入到输煤系统中，还可以配合使用，具体添加剂的加入方法根据实际情况确定。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

一种调控煤燃烧过程中铀定向转化的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。