CN101215491A

CN101215491A - 一种节能环保的煤炭燃烧催化剂

Info

Publication number: CN101215491A
Application number: CNA2008100258501A
Authority: CN
Inventors: 胡小芳; 胡大为
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2028-01-16
Also published as: CN101215491B

Abstract

本发明公开一种节能环保的煤炭燃烧催化剂，该催化剂是由如下质量份数的原料溶于100份水中混匀即得：硫酸厂废渣20～30、电镀厂废液20～35、电解铜厂废液25～30、硝化稀土5～10、阴离子表面活性剂3～5和可溶性钙盐2～5。本发明的煤炭燃烧催化剂在使用时只需将其均匀喷洒于煤炭表面，利用搅拌机充分混匀即可。本发明的煤炭燃烧催化剂适用于各种喷煤粉锅炉、水煤浆锅炉、链条炉、沸腾炉、其它形式燃煤锅炉和民用散烧煤炭，其使用方便，价格便宜，可提高煤的燃烧强度和炉膛温度，改善煤的燃烧性能，降低废气排放量和节煤10～30％等。

Description

一种节能环保的煤炭燃烧催化剂

技术领域

本发明涉及煤炭能源技术领域，尤其涉及一种适用于各种喷煤粉锅炉、水煤浆锅炉、链条炉、沸腾炉、其它形式燃煤锅炉以及民用散烧煤炭的节能环保的煤炭燃烧催化剂。

背景技术

煤是我国最主要的能源来源，提高煤炭的燃烧效率、节约能源是我国的国策和企业工作的重点。

现有的燃煤工艺和备中，普遍存在燃烧效率低和不完全燃烧情况，例如炉渣或粉煤灰中的未燃烬煤(物理不完全燃烧)和随烟气逸出的可燃气体(化学不完全燃烧)等。

现有的提高煤炭燃烧效率、降低灰分中未燃烬煤的方法，主要是通过提高在煤炭燃烧过程中的供氧量来达到，如一种高效节煤助燃剂及其使用方法(专利申请号：94105086)；安全、高效、环保节煤助燃剂(专利申请号：200510017167.X)；一种环保节煤助燃剂(专利申请号：200510045052.1)等。该种方法在一些供氧不充分的锅炉或场合下能够起到一定的作用，但随着燃烧设备和技术的改进，以及水煤浆的应用，该种方法就无法表现出满意的效果。

因此，要提高煤炭的燃烧效率、增加煤炭在燃烧过程中的显热发热量，必须采用新的、高效的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种节能环保的煤炭燃烧催化剂，该催化剂是通过在煤中加入少量化学添加剂与煤炭表面的基团反应，在煤炭燃烧过程中产生催化燃烧效应，降低燃烧过程中煤的着火温度(即降低燃烧内耗)，缩短煤的燃烬时间，提高燃烧效率，从而增加煤燃烧的显热发热量和炉膛温度，达到节煤和减少环境污染的目的。

本发明的上述目的是通过以下技术方案解决的：

一种节能环保的煤炭燃烧催化剂，由如下质量份数的原料溶于100份水中混匀后过滤即得：硫酸厂废渣20～30、电镀厂废液20～35、电解铜厂废液25～30、硝化稀土5～10、不含碱金属离子的阴离子表面活性剂3～5和不含氯离子的可溶性钙盐2～5。

上述可溶性钙盐为硝酸钙。

上述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸铵。

硫酸厂废渣、电镀厂废液和电解铜厂废液在现有生产厂中大量存在，其余原料在市场上采购即可。

本发明的煤炭燃烧催化剂，在使用时只需将其均匀喷洒于煤炭表面，利用搅拌机充分混合均匀即可使用，节煤率可达到10～30％，炉膛温度可提高100～250℃。催化剂与燃煤的混合比例是：烟煤中加入的催化剂量为烟煤质量的0.1～0.4％；无烟煤中加入的催化剂量为无烟煤质量的0.1～0.5％。

本发明的煤炭燃烧催化剂中含有氧化剂和多种金属化合物，当催化剂与煤炭接触后，金属化合物和煤炭表面基团反应，在煤炭燃烧过程中金属化合物可提高分子活度、降低着火温度、提高燃烧速度、加速内能的释放，缩短煤在炉膛里的燃尽时间，既可提高煤的燃烧强度和炉膛温度，改善煤的燃烧性能，又可较大幅度降低空气过剩系数，降低废气排放量，达到节煤、减少环境污染的目的。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1.本发明的煤炭燃烧催化剂中不含有对锅炉有损坏作用的硫酸盐及钾、钠等有害元素；2.采用本发明的煤炭燃烧催化剂，用户不需变动工艺或设备就可以改善煤炭的结焦性能；3.采用本发明的煤炭燃烧催化剂，煤炭燃烧过程中，烟气含硫量下降，炉渣或粉煤灰中的含煤量减少，附加效益是形成优质粉煤灰；4.本发明的煤炭燃烧催化剂适用于喷煤粉锅炉、链条炉、喷水煤浆锅炉及其它燃煤设备，且对于不同煤种，包括褐煤、无烟煤、烟煤、泥煤等均可运作；5.本发明的煤炭燃烧催化剂为液体剂型，使用方便分散均匀；6.本发明的煤炭燃烧催化剂的原料多为废弃物的利用，价格便宜，节能环保。

附图说明

图1为鸡西煤加不同量催化剂后的傅立叶红外漫反射光谱图；

图2为鸡西煤加不同量催化剂后的氧弹仪测试弹筒发热量的变化图；

图3为催化剂添加设备系统示意图；

其中，1为催化剂组分稀释储罐；2为阀门，3为微型泵；4为微量控制阀；5为转子流量计；6、7和8为专用喷头。

具体实施方式

实施例1

一种节能环保的煤炭燃烧催化剂由下述质量份数的原料溶于100份水中混匀后过滤即得：硫酸厂废渣25、电镀厂废液30、电解铜厂废液28、硝化稀土10、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铵3和可溶性钙盐硝酸钙4。

实施例2

一种节能环保的煤炭燃烧催化剂由下述质量份数的原料溶于100份水中混匀后过滤即得：硫酸厂废渣30、电镀厂废液28、电解铜厂废液27、硝化稀土7、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铵4和可溶性钙盐硝酸钙4。

实施例3

一种节能环保的煤炭燃烧催化剂由下述质量份数的原料溶于100份水中混匀后过滤即得：硫酸厂废渣27、电镀厂废液25、电解铜厂废液30、硝化稀土8、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铵5和可溶性钙盐硝酸钙5。

实施例4

一种节能环保的煤炭燃烧催化剂由下述质量份数的原料溶于100份水中混匀后过滤即得：硫酸厂废渣20、电镀厂废液35、电解铜厂废液25、硝化稀土10、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铵5和可溶性钙盐硝酸钙5。

实施例5

一种节能环保的煤炭燃烧催化剂由下述质量份数的原料溶于100份水中混匀后过滤即得：硫酸厂废渣30、电镀厂废液23、电解铜厂废液30、硝化稀土10、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铵5和可溶性钙盐硝酸钙2。

实施例6鸡西煤加实施例1的催化剂后的实验室研究试验

对鸡西煤施用不同量的实施例1的催化剂后，鸡西煤的傅立叶红外漫反射光谱如图1所示。

从化学键、基团对红外光谱的吸收强度来分析，添加催化剂后各特征吸收峰并未“蓝移”或“红移”，由此可以推断，造成红外吸收峰强度下降的主要原因是，催化剂中的离子与煤结构中的表面基团反应形成了新的基团，但并未破坏原有的煤中C、C，C、H化学键，外加基团的影响导致了吸收峰强度的下降。吸收峰强度的下降，表明反应过程中反应所需要的活化能将降低，同时由于加入的离子在反应过程中变成氧化物对燃烧进行催化，进一步降低燃烧内耗和反应活化能，从而达到提高煤燃烧热值的目的。

将各煤样按照国家标准GB/T 213-2003，采用氧弹仪测试煤样的弹筒发热量，各煤样的弹筒发热量变化如图2所示。从图2可以看出，按质量百分比，煤样中催化剂的最佳添加量为约0.1％(质量分数)，弹筒发热量提高23.81％。

实施例7鸡西煤加实施例1的催化剂后的工业应用试验

在某厂130t/h煤粉炉上进行工业应用试验。在锅炉运行工况相同下，将0.1％质量分数的催化剂加入煤中燃烧运行1个月，与未加催化剂燃烧的情况进行对比分析，以研究该系列催化剂的应用效果。

试验锅炉主要设计参数为：额定蒸发量130t/h，主蒸汽压力3.82Mpa，主蒸汽温度450℃，炉膛为6336×6336mm正方形结构，喷燃器四角布置，每组喷燃器有1个3次风口，2个1次风口和3个2次风口，由上至下喷口顺序依次为3-2-2-1-1-2。

基准工况：100％额定蒸发量，喷口1次风速16.0m/s，3次风速51.0m/s，喷口上2次风速40.7m/s，喷口中2次风速19.0m/s，喷口下2次风速39.6m/s，制粉系统投入1套，2级省煤器出口(按烟气流动方向)烟气氧的体积分数5.8％。

为满足催化剂能均匀分散，与煤完全反应，工业实际操作过程中设计如3所示装置，采用喷头将催化剂溶液喷入煤中。煤在喷液前先用破碎机将煤破碎至粒径为25mm以下颗粒，喷晒过程中采用高速搅拌设备混合拌匀。考虑到要使煤能充分接触到催化剂，喷晒入的溶液量为煤的6％(质量分数)左右，煤水分含量在8％(质量分数)左右。

采用网格法，用K型热电偶进行排烟温度场测定，标定炉控室表盘排烟温度；用KM900型效率分析仪，用网格法对空气预热器出口左右两侧烟道氧量场进行测量，找出预热器出口左右两侧平均氧量代表点，作为本次试验提供氧量取样代表点。

添加催化剂后，在基准工况下与未加催化剂燃煤进行经济性比较，结果见表1。其中η、q分别为锅炉热效率和机械未完全燃烧热损失，C_f、C₁分别为飞灰和炉渣中可燃物的质量百分数。

将加有0.2％的实施例1催化剂的燃煤与未加催化剂燃煤相比，污染物的排放量减少了，实测数据如表2所示。

表1燃煤加催化剂前后运行数据对比

表2燃煤加催化剂前后主要污染物排放数据

从表2的数据结果可以看出，加入0.2％催化剂后，锅炉SO₂排的质量放浓度平均减少223mg/m³，锅炉出口烟尘排放的质量浓度平均减少5302.5mg/m³。

导致污染物排放量下降的原因是，煤中的部分硫及二氧化硫因催化剂的加入而形成合熔点较高的炉渣，不再随烟气排出。

按催化剂加入量0.2％运行一个月，并对运行情况进行统计，得到一月后锅炉运行效果如下：(1)不加催化剂时，平均吨汽耗标煤量为106.6kg煤/t汽，加0.2％催化剂后运行1个月，平均吨汽耗标煤量为85.7kg煤/t汽，节煤率为19.6％(工业实验难以达到实验室水平，因此节煤率低于23.81％)，具有显著的经济效益；(2)灭火次数减少90％，掉焦次数减少1/2，锅炉运行稳定性增强，炉膛结焦状况改善，月节约稳燃油量为3t。

Claims

1.一种煤炭燃烧催化剂，其特征在于由如下质量份数的原料溶于100份水中混匀后过滤即得：硫酸厂废渣20～30、电镀厂废液20～35、电解铜厂废液25～30、硝化稀土5～10、不含碱金属离子的阴离子表面活性剂3～5和不含氯离子的可溶性钙盐2～5。

2.根据权利要求1所述的煤炭燃烧催化剂，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸铵；可溶性钙盐为硝酸钙。

3.根据权利要求1所述的煤炭燃烧催化剂，其特征在于所述催化剂与燃煤的混合比例是：烟煤中加入的催化剂量为烟煤质量的0.1～0.4％；无烟煤中加入的催化剂量为无烟煤质量的0.1～0.5％。