CN101386802A - 燃料用添加剂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料用添加剂组合物，尤其涉及一种包含过氧化氢、硅酸盐(silicate)、硼砂(borax)、氢氧化钠(或氢氧化钾)以及水的燃料用添加剂组合物。本发明的燃料用添加剂组合物被添加到煤炭、石油，以及煤气等燃料中，以促进燃料的燃烧并使其完全燃烧，并防止燃烧机内渣块(clinker)及污垢(fouling)的产生，从而提高热传递效率，特别是用于煤炭时，随着前处理过程中粉碎效率的提高，可以提高燃料的燃烧效率，从而更加容易供给适合在大型燃烧机中使用的煤炭。
Description
技术领域
本发明涉及一种添加到煤炭、石油、煤气等燃料的燃料用添加剂组合物，尤其涉及一种能够促进燃料的燃烧并使其完全燃烧，并防止渣块(clinker)及污垢(fouling)产生，特别是在用于煤炭时，能够提高前处理过程中粉碎效率的燃料用添加剂组合物。
背景技术
以往技术中，为了去除炉内的烟灰(soot)及渣块(clinker)，主要采用了物理方法，而为了降低空气污染物的产生，主要采用了对废气进行后处理的方法。另外，为了改善热效率，主要使用了机械系统。但是，根据炉子的运转方式或其条件、或者燃料的性质，出现了很多问题。
特别是，使用化石燃料、瞬时燃料(transient fuel)及生物能源等的燃烧机，由于在燃烧机内形成坚硬的固体物质等污泥而增加燃料的消耗量，并且降低了燃烧效率。
发明内容
本发明鉴于上述问题而作，其目的在于提供一种被加入到煤炭、石油、煤气等燃料的燃料用添加剂组合物，其能够促进燃料的燃烧并使其完全燃烧，并能够防止燃烧机内的渣块(clinker)及污垢(fouling)的产生，从而提高热传递，特别是用于煤炭时，随着前处理过程中粉碎效率的提高，可提高燃料的燃烧效率，从而更易于供给适合在大型燃烧机中使用的煤炭。
为实现上述目的，本发明提供一种燃料用添加剂组合物，该组合物基于过氧化氢100重量份，包含5-120重量份的硅酸盐(silicate)、10-140重量份的硼砂(borax)、10-140重量份的氢氧化钠或者氢氧化钾、以及15-300重量份的水。
根据本发明，所述燃料用添加剂组合物最好是基于燃料100重量份添加0.02-0.5重量份。
所述组合物可进一步包含水溶性分散剂，其含量最好是基于所述组合物100重量份包含0.1-100重量份。
本发明还提供如上燃料用添加剂组合物的用途。
本发明还提供一种可减少大气污染物的方法。即，在燃烧时，使用添加有所述燃料用添加剂组合物的燃料。所述大气污染物是SOx，NOx，CO或灰尘等。如果应用本发明的方法，就与没有添加本发明的燃料用添加剂组合物时相比，可以分别把SOx、NOx、CO、灰尘减少30％、25％、50％、55％以上。
本发明还提供一种在燃烧器中节约燃料的方法。即，在燃烧时，使用添加有所述燃料用添加剂组合物的燃料。如果应用该方法，就与没有添加本发明的燃料用添加剂组合物时相比，可以节省40％以上的燃料。
本发明的燃料用添加剂组合物，通过在预定量的水中混合过氧化氢、硅酸盐、硼砂以及氢氧化钠(或者氢氧化钾)，来促进燃料的燃烧并使其完全燃烧，并防止燃烧机内渣块(clinker)及污垢(fouling)的产生，从而提高热传递效率，特别是用于煤炭时，随着前处理过程中粉碎效率的提高而提高燃料的燃烧效率，而且能够更加容易供给适合在大型燃烧机中使用的煤炭。
具体实施方式
下面，进一步详细说明本发明。
本发明的燃料用添加剂组合物，在预定量的水中加入过氧化氢、硅酸盐、硼砂以及氢氧化钠(或者氢氧化钾)，以促进燃料的燃烧并使其完全燃烧，并且防止燃烧机内渣块(clinker)及污垢(fouling)的产生而提高热传递，特别是用于煤炭时，在前处理过程中提高粉碎效率，从而提高燃烧效率。
所述过氧化氢释放新生氧(氧自由基(Oxygen Radical))从而促进燃料的燃烧。新生氧是指原子状态的氧，其状态极不稳定而且只存在很短时间，其化学性质亦不稳定从而具有反应性大的特点。本发明的组合物中过氧化氢产生新生氧而促进投入到炉子及燃烧机内的燃料的燃烧，即使氧气量少也能够使燃料容易燃烧。另外，对于燃烧机来说，由于新生氧的存在而降低热态NOx(thermal NOx)、SOx、CO的产生，并且抑制微尘、未燃物等颗粒状物质(particulate matters)的产生。
所述过氧化氢，即使在常温环境下也能产生新生氧或者氧分子，因此，使用硅酸盐(silicate)来抑制低温条件下新生氧的产生。由此，约在400℃的预定温度下燃烧时，因大量产生的氧自由基而提高燃料与氧气的接触能力，从而获得促进燃烧的效果，而且，约在800℃以上温度下，因硼砂(borax)释放出的氧自由基，可进一步促进燃烧。
所述硅酸盐(silicate)可使用选自包含Na2O·SiO2、K2O·SiO2的碱性硅酸盐中的至少一种物质，最好使用水玻璃(water glass)。
尤其是，因使用所述硅酸盐，不仅在常温下而且在加热至180℃左右时也能够延迟所述过氧化氢的分解。另外，达到180℃以上时，开始释放少量的新生氧，但一旦达到400℃以上就能够大量释放新生氧而促进燃料的燃烧，并且即便在只有少量氧气的条件下，也能快速烧掉燃料(碳)而促进燃烧。另外，硅酸盐可防止低温腐蚀，提高水溶液中的物质分散性，从而提高物质的比重差，而且还提高灰分(ash)的熔点。
所述硼砂(borax)为十水四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)，其可以去除燃烧机内的烟灰(soot)及渣块(clinker)从而提高热传递效率，并防止燃烧机表面的腐蚀，延长燃烧机寿命。
本发明的组合物和石油、煤炭等燃料混合使用，由此使部分所述硼砂被分解而释放出氧自由基，而未来得及分解的硼砂则沉积在炉子及附带设备的表面形成皮膜，从而抑制高温中的腐蚀。另外，所述硼砂降低灰分(ash)的粘度而抑制烟灰、渣块以及污泥等颗粒状物质的产生及附着现象，从而提高热效率，进而降低空气污染物质(尘埃、烟尘、NOx以及SOx)的产生。
即，对于燃烧机，由于本发明的燃料用添加剂组合物所产生的氧自由基，降低热态(thermal)氮氧化物NOx的生成，由于混合在混合物中的钠(Na)，形成芒硝而从燃烧机下部排出，从而抑制SOx的生成并排放到大气中。
所述硼砂可以在形成粉末后以溶解在水中的状态被加入到组合物中，但随着时间的推移可能会产生沉淀，因此，将水温保持在50-95℃，从而提高硼砂在水中的溶解度，而且为防止水分散时出现沉淀，使用氢氧化钠(或者氢氧化钾)和硅酸盐。
如上所述的燃料用添加剂组合物，基于过氧化氢100重量份，含有5-120重量份的硅酸盐(silicate)、10-140重量份的硼砂(borax)、10-140重量份的氢氧化钠(或者氢氧化钾)以及15-300重量份的水，而上述溶质被均匀分散在所述水中。
此时，如果各成分的含量超出所述范围，就会存在燃烧变慢而需要增加燃料使用量，或者降低对渣块及污垢的抑制能力，并且会在水中分散时产生沉淀等问题。
另外，为使所述组合物能够均匀地分散在水中，所述组合物可进一步包含本领域中常规使用的水溶性分散剂，最好使用甘油或者三乙醇胺(triethanolamine)。此时，所述水溶性分散剂的使用量不应超出能够体现分散均匀性提高效果的范围及不致改变组合物特性的范围，最好基于组合物100重量份，添加0.1-100重量份的所述分散剂。
另外，根据所使用燃料的类型和质量、燃烧机的运转条件及老化程度，可以适当地调整燃料及本发明组合物的配比，基于燃料100重量份，最好加入0.02-0.5重量份的所述组合物。
本发明的如上组合物，其制备方法并不受特别的限定，可以采用常规的混合方法来制备。
但是，在50-95℃温度下添加硼砂，可以最大限度地提高硼砂在水中的溶解度，并且在最后步骤中添加过氧化氢，可以适当地控制氧自由基的生成量。此时，如果让过氧化氢同时与硼砂及氢氧化钠混合，就会生成过量的氧自由基而产生气泡，由此可能会损失氧自由基。不过，混合顺序并不局限于此。
本发明对可与本发明的组合物一起使用的燃料并不做特别的限定，可以使用固体燃料、液体燃料或气体燃料。其中，固体燃料可以有煤炭、焦炭、木炭等；液体燃料可以有汽油、灯油、轻油、重油、煤焦油、油砂、油页岩、甲醇以及乙醇等；气体燃料可以有煤气、液化石油气、氢以及乙炔等。
本发明的燃料用添加剂组合物，在燃料的灰分(ash)融聚之前会燃烧碳颗粒(煤炭等)，从而防止碳颗粒和灰分的粘结。此外，可通过硼砂的皮膜形成作用和灰分粘度的改变，防止炉内渣块、烟灰及污泥的附着，并防止产生污垢。
另外，一般来说在炉内的还原环境下会导致灰融点的下降，但利用本发明的燃料用添加剂组合物后，由于在还原环境下生成氧自由基，据此会抑制灰融点的降低。并且，渗透到煤炭空隙的硼砂被加热后，由于硼砂珠反应作用而会阻碍熔融的灰分间的相互粘结。而未来得及分解的硼砂会附着在炉子和附带设备的表面而形成皮膜，从而抑制高温腐蚀及渣块的附着，进而提高热效率。
特别是，本发明的燃料用添加剂组合物，经过水分散后，可以提高粉煤等的粉碎度，并通过所述燃料用添加剂组合物产生的新生氧来促进燃烧，以减少炭灰量，并提高炭灰的再利用价值。并且，将所述组合物喷撒或者混合在煤炭、煤饼(蜂窝煤等)、焦炭或者生物能源等燃料中后进行燃烧时，可提高燃烧效率并减少烟及硫磺味等的产生。
下面，通过实施例更为详细地说明本发明，但实施例只是用于说明本发明的一个例子，并不限定本发明要求保护的范围。毋庸置疑，本领域的技术人员在不超出权利要求书中所记载的技术思想及领域范围内，可以用多种形式来进行修正及变更。
实施例1
在70℃温度下，在50kg的水中溶解15kg的硼砂及20kg的氢氧化钠后，添加20kg的硅酸盐(水玻璃)和20kg的过氧化氢，以制备本发明的燃料用添加剂组合物。即使在经过一段时间后，该组合物也没有产生硼砂沉淀或硼砂析出等现象，而且其水溶液比较稳定。
比较例1
除了把温度设成40℃外，其他方法均与实施例1相同。所制得的组合物随着时间的推移，产生了沉淀物。
实施例2：评价煤炭的粉碎效率
向经过供给煤机(coalfeeder)的块煤上喷撒由实施例1制备的添加剂组合物，所述组合物及水、煤炭的重量配比为1:10:1000。而后评价了微粉机中的粉碎效率。此时所使用块煤的成分、性质及微粉机的运转条件如表1及表2所示，而评价结果如表3所示。
【表1】<所使用块煤的成分及物性>
| 项目 | 数值 | 项目 | 数值 |
| 碳含量 | 57.36％ | 干燥灰分含量 | 32.90％ |
| 氢含量 | 2.77％ | 干燥硫磺成分含量 | 0.37％ |
| 氧含量 | 4.86％ | 干燥挥发成分含量 | 11.66％ |
| 氮含量 | 0.94％ | 无灰分干燥挥发成分含量(Dried volatile materialfree of ash) | 17.68％ |
| 水分含量(湿基(wet basis)) | 4.20％ | 发热量 | 5260kcal/kg |
| 水分含量(干基(dry basis)) | 1.17％ | 粉碎度(HGI) | 145 |
【表2】<微粉机的运转条件>
| 项目 | 数值 |
| 给煤速度 | 100r/min |
| 微粉机处理量 | 198kg/h |
| 通风量 | 1475m3/h |
| 微粉机进口温度 | 258℃ |
| 微粉机内部温度 | 358℃ |
| 微粉机出口温度 | 135℃ |
| 微粉机内外压差 | 1183Pa |
| 微粉机转速 | 33r/min |
| 微粉干燥用风扇转速 | 8r/min |
比较例2
除了没有在经过供给煤机的块煤上喷撒组合物外，通过与实施例2相同的方法评价了粉碎效率，其结果显示在表3中。
【表3】
| 项目 | 实施例2 | 比较例2 |
| 大于R90的颗粒分布率(90mesh残留物，％) | 9.90％ | 11.72％ |
| 大于R200的颗粒分布率(200mesh残留物，％) | 0.66％ | 1.12％ |
| 颗粒均匀度(100mesh通过物，％) | 0.971％ | 0.962％ |
如表3所示，采用本发明的燃料用添加剂组合物(实施例2)后，和未使用本发明的燃料用添加剂组合物(比较例2)时相比，大于R90的颗粒分布率减少了15.53％，而大于R200的颗粒分布率减少了41.07％。由此可知，随着颗粒均匀度的提高，能够更容易地供给具有适于在大型燃烧机使用的粒径的煤炭。
实施例3
在过剩空气系数(excess air factor)＝3.5的条件下，用燃烧炉燃烧实施例2中经粉碎的煤炭，并评价了空气污染物的产生程度、燃料节省效果、对渣块及污垢的抑制效果。此时，所述燃烧炉的体积如下：体积(m3)＝(长×宽×高)＝(1.62×1.86×5.22)；单位时间燃烧量为200kg/hr(1,328,600kcal/hr)；单位体积燃烧量为84,624kcal/hr·m3；炉子内部温度为1,249℃；废气温度为150℃，而把评价结果显示在表4中。
*空气污染物产生程度：对废气分别检测SOx(用沉淀滴定法检测)、NOx(用锌还原萘基乙二胺法(naphthylethylenediamine photometricmethod)检测)、CO(用非分散红外线分析法检测)以及灰尘(用滤纸片法检测)的浓度。
*燃料节省效果：用灰分(ash)中的未燃物含量(％)来进行评价。
*对渣块及污垢的抑制效果：在所述燃烧炉内粘贴试片，并用肉眼观察，从而进行了评价。
实施例4
除了在过剩空气系数(excess air factor)＝1.3条件下，用燃烧炉燃烧实施例2中经粉碎的煤炭外，通过与实施例3相同的方法，评价了空气污染物的产生程度、燃料节省效果、对渣块及污垢的抑制效果，并将其结果显示在表4中。
比较例3
除了在过剩空气系数(excess air factor)＝3.5条件下，用燃烧炉燃烧比较例2中经粉碎的煤炭外，通过与实施例3相同的方法，评价了空气污染物的产生程度、燃料节省效果、对渣块及污垢的抑制效果，并将其结果显示在表4中。
比较例4
除了在过剩空气系数(excess air factor)＝1.3条件下，用燃烧炉燃烧比较例2中经粉碎的煤炭外，通过与实施例3相同的方法，评价了空气污染物的产生程度、燃料节省效果、对渣块及污垢的抑制效果，并将其结果显示在表4中。
【表4】
| 项目 | 实施例3 | 比较例3 | 实施例4 | 比较例4 |
| SOx(ppm) | 211 | 320 | 173 | 261 |
| NOx(ppm) | 602.6 | 858.7 | 612.8 | 824.6 |
| CO(ppm) | 12.23 | 27.12 | 11.74 | 27.36 |
| 灰尘(mg/m3) | 5 | 13 | 12 | 35 |
| 灰分中未燃物含量(％) | 15.30 | 28.70 | 19.52 | 32.72 |
| 渣块及污垢产生情况 | × | × |  | |
如表4所示，采用了本发明的燃料用添加剂组合物(实施例3)后，和未使用本发明的燃料用添加剂组合物(比较例3)时相比，空气污染物SOx、NOx、CO及灰尘分别减少了34.06％、29.82％、54.90％及61.54％，燃料节省效果提高了46.69％(灰分中未燃物含量降低)，并且抑制了渣块及污垢的产生。
Claims (13)
1.一种燃料用添加剂组合物，其特征在于，基于过氧化氢100重量份，含有:
5-120重量份的硅酸盐；
10-140重量份的硼砂；
10-140重量份的氢氧化钠或者氢氧化钾；以及
15-300重量份的水。
2.根据权利要求1所述的燃料用添加剂组合物，其特征在于:
所述硅酸盐是选自包含Na2O·SiO2、K2O·SiO2的碱性硅酸盐中的至少一种物质。
3.根据权利要求1所述的燃料用添加剂组合物，其特征在于:
基于选自固体燃料、液体燃料以及气体燃料中的至少一种燃料100重量份，所述组合物的加入量为0.02-0.5重量份。
4.根据权利要求1所述的燃料用添加剂组合物，其特征在于:
进一步包含选自甘油及三乙醇胺中的至少一种水溶性分散剂。
5.根据权利要求4所述的燃料用添加剂组合物，其特征在于:
基于所述组合物100重量份，含有0.1-100重量份的所述水溶性分散剂。
6.根据权利要求1所述的燃料用添加剂组合物，其特征在于:
所述组合物在50-95℃温度下混合制成。
7.一种减少大气污染物的方法，其特征在于:
在燃烧时，使用添加有燃料用添加剂组合物的燃料，所述燃料用添加剂组合物基于过氧化氢100重量份，含有，
5-120重量份的硅酸盐；
10-140重量份的硼砂；
10-140重量份的氢氧化钠或者氢氧化钾；以及
15-300重量份的水。
8.根据权利要求7所述的减少大气污染物的方法，其特征在于:
所述硅酸盐是选自包含Na2O·SiO2、K2O·SiO2的碱性硅酸盐中的至少一种物质。
9.根据权利要求7所述的减少大气污染物的方法，其特征在于:
基于选自固体燃料、液体燃料以及气体燃料中的至少一种燃料100重量份，所述组合物的加入量为0.02-0.5重量份。
10.根据权利要求7所述的减少大气污染物的方法，其特征在于:
进一步包含选自甘油及三乙醇胺中的至少一种水溶性分散剂。
11.根据权利要求10所述的减少大气污染物的方法，其特征在于:
基于所述组合物100重量份，含有0.1-100重量份的所述水溶性分散剂。
12.根据权利要求7所述的减少大气污染物的方法，其特征在于:
所述大气污染物为SOx，NOx，CO或灰尘中的至少一种物质。
13.根据权利要求12所述的减少大气污染物的方法，其特征在于:
添加有所述燃料用添加剂的燃料燃烧后，和燃料中没有添加所述燃料用添加剂组合物时相比，其向大气中排放的所述SOx，NOx，CO及灰尘量分别减少了30％以上、25％以上、50％以上及55％以上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20121107 Termination date: 20170911 |