CN101397514B - 捷燃清洁煤粉及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤粉领域，特别是一种捷燃清洁煤粉及其生产方法。它是将固硫剂、消氮剂、改性剂和助燃剂加入原煤中进行充分搅拌、低温脱水、研磨而成，其中固硫剂是氧化钙、氢氧化钙、白云石和碳酸钙中的一种；消氮剂是二环戊二烯基铁和氯化钠中的一种；改性剂是氧化铝、铝酸镁、氧化镁和氧化钙中的一种；助燃剂是蓝炭。本发明提供的煤粉结焦温度高、发热量大、且在燃烧过程中就具有消氮、固硫功能，避免产生有害物质。

Description

捷燃清洁煤粉及其生产方法
技术领域
本发明涉及煤粉领域，特别是一种具有环保意义的捷燃清洁煤粉及其生产方法。
背景技术
将原煤加工成煤粉已广泛在工业上得到应用，当初主要是以提高燃烧效率为主。原煤中含有氮、硫，在煤的燃烧过程中原煤中的硫、氮会形成污染环境的硫化物和氮氧化物。譬如，氮是在煤中完全以有机状态存在的元素，其主要由成煤植物中的蛋白质转化而来，煤在燃烧时煤中的氮转化为污染环境的氮氧化物(NOx)；煤中的硫在燃煤后以二氧化硫排放到大气中。随着世界对环境保护的重视，各国对排放的标准也日趋严格。目前，减小煤中硫、氮对环境的危害可分为在燃烧中和燃烧后进行处理，它们均需要设置专门的处理装置，从而加大了煤粉用户的负担，也不利于煤粉技术的推广使用。如果能够提供一种具有固硫、消氮功能的捷燃清洁煤粉，将会对煤的有效利用和环境保护有着积极的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种结焦温度高、发热量大、且具有消氮、固硫功能的捷燃清洁煤粉及其生产方法。
本发明的基本思路是：在低温下除去原煤的水分，使其符合煤粉含水量的要求，再加入适当的添加剂，对原煤灰分中的CaO、Ai2O3、MgAi2O4、MgO等元素进行调节，使煤粉在燃烧时具有固硫、消氮的功能，并且改性后的煤粉的结焦温度可以达到1500℃左右，发热量可以达到27Mj/kg以上，使煤粉燃烧地更加充分，为后期处理CO2、SO2、NOx提供技术保障。
解决上述问题的技术方案是：所提供的一种捷燃清洁煤粉是在煤粉中添加有固硫剂、消氮剂、改性剂和助燃剂，其中固硫剂是氧化钙、氢氧化钙、白云石(CaMg(CO3)2)和碳酸钙中的一种；消氮剂是二环戊二烯基铁(Fe(C5H5)2)和氯化钠中的一种；改性剂是氧化铝、铝酸镁(MgAl2O4)、氧化镁和氧化钙中的一种；助燃剂是蓝炭。
固硫剂的作用是在煤粉燃烧时进行脱硫反应，硫以硫酸盐的形式存在，避免排放到大气中，其反应如下：
Figure S2007100187874D00021
Figure S2007100187874D00022
Figure S2007100187874D00023
消氮剂的作用是在煤粉燃烧时进行消氮反应，其反应如下：
[(Na)HOH]+M→(Na)+OH+H+M    (M表示金属)
CO(NH2)2+OH(O、H)→NH2+......
NH2+NO→N2+H2O
α-Fe+char-N→FexN
FexN→α-Fe+N2
由固硫剂、消氮剂的作用可知，固硫剂、消氮剂的加入量应根据煤种的成分确定，保证上述脱硫、消氮反应完全。
改性剂的作用是提高结焦温度。γ-Al2O3和MgAl2O4能够耐高温，在高温下不易烧结，并且有比较大的比表面积，它们与煤粉均匀混合，在煤的燃烧过程中，起到了有效的分散、隔离作用，在同样的温度下使煤更不容易烧结，还可能与煤中的其他组分发生相互作用，使燃烧温度比纯煤有了提高，而且使得煤粉的结焦温度(ST)有大幅度的提高，而由于γ-Al2O3和MgAl2O4的参与，又使得煤粉在燃烧时结焦点也有明显的提高。改性剂的加入量应保证煤粉在燃烧时的结焦温度大于1450℃。
助燃剂的作用是提高煤粉燃烧时的发热量，蓝炭是煤的半焦化形态。根据原煤高、低位发热量(Qgr.d和Qnet.ar)和固定碳(C)含量加入适量的蓝炭进行调节，可实现煤粉在充分燃烧时有足够大的发热量，譬如发热量在27～30Mj/kg。
为了进一步提高煤粉的脱硫、消氮效果，所说的煤粉是经过生物酶降解转化后的原煤制成的煤粉。煤的生物转化技术目前已得到应用，利用煤微生物(菌株)转化原理，原煤在硝酸预处理和经微生物作用过程中，原煤的氧含量升高，碳含量有所降低；微生物在生长繁殖过程中，需要大量的氮作为其营养物质，它们消化吸收了原煤中大量的氮，结果使得在转化的水溶性产物中，氮含量发生了一定程度的下降；微生物的作用过程是氢化水解过程，煤中高聚物的键被打断，水中有大量氢离子，发生氢化作用，使得转化的残渣及转化物中的氢都有所增加；硫含量在转化的剩余残渣中非常低，而在转化产物中却有所升高，说明微生物对煤中硫有一定的脱除作用。
本发明所提供的捷燃清洁煤粉生产方法包括以下步骤：
1)将固硫剂、消氮剂、改性剂和助燃剂加入原煤中进行充分搅拌，其中固硫剂是氧化钙、氢氧化钙、白云石(CaMg(CO3)2)和碳酸钙中的一种；消氮剂是二环戊二烯基铁(Fe(C5H5)2)和氯化钠中的一种；改性剂是氧化铝、铝酸镁(MgAl2O4)、氧化镁和氧化钙中的一种；助燃剂是蓝炭；
2)将上述加入固硫剂、消氮剂、改性剂和助燃剂的原煤在100～300℃下进行低温烘干处理，使原煤中的水分小于5％，通常情况下烘干温度可在110～200℃，烘干后原煤中的水分最好等于或小于4％，过高的温度会导致原煤的品质发生变化；
3)将混合好的上述煤料送入磨机研磨，使其粒度达到200目以上；
4)将研磨好的煤粉包装。
本发明还可以在上述步骤1)之前对原煤进行生物酶降解转化处理。
与现有技术相比，本发明不需要炉内喷钙脱硫设备与系统，以及对燃烧器和二次风系统的改造即可实现脱硫、消氮，而且煤粉燃烧时的发热量大、且不结焦，从而降低了环保方面的成本，有利于在各类煤燃烧设备上的推广应用。
具体实施方式
实施例1
原煤为陕西神木煤，利用煤微生物(菌株)转化原理对原煤进行生物酶处理，原煤在生物酶(菌株)的作用下，产生降解作用，在降解的同时也进行脱硫和消氮。
1)脱硫反应：
a.无机硫：
Figure S2007100187874D00041
Figure S2007100187874D00042
FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O→15FeSO4+8H2SO4
b.有机硫
其中：DszA、DszB、DszC为生物酶。
2)煤的降解
生物在生长过程中，释放出各种降解酶，攻击煤大分子结构，使之转变成小分子有机溶剂或水溶性物质。微生物生长过程中产生的碱性中间物的作用，首先，由于真菌的吐水作用在煤粒周围形成一个紧贴煤粒的液泡，煤的溶解就在这一液泡中发生，培养基中的硝酸盐被还原为NH4 +，氨基酸能够转化为氨基碱或是相应的酮酸和NH4 +，除了碱性物质，螯合剂以及其他的未知因素也在溶解过程中发挥着作用。
以木质素过氧化酶(Lip)为例，植物是形成煤的主要原料，煤中还存留着木质素的一些典型的结构，胞外木质素降解酶也能够降解煤。其催化氧化有机物(AH)的机理为：
Figure S2007100187874D00051
催化反应的第一步是Lip与H2O2反应，生成失去两个电子的中间产物Lip1，接着Lip1与一个底物分子反应，得到一个电子，生成Lip2和一个自由基产物，最后Lip2在得到一个电子还原成Lip，同时再将一个底物分子变成一个自由基产物。因为煤的降解即是煤在酶以及微生物的作用下的发生的大分子的氧化解聚反应，Lip对煤中特定有机物的降解更好的说明了煤生物降解的可行性。
3)煤的消氮
煤中的氮完全以有机氮的形式存在，消氮其实是选择性的降解煤。一些特定的微生物使煤中含氮有机大分子转变成可溶解的小分子。
取1吨经过生物酶处理过的原煤，向原煤添加添加剂，在搅拌器中与煤粉充分搅拌，添加剂为：CaO、MgAl2O4、Fe(C5H5)2分别占原煤灰分重量的38.53％、33.36％、4％，蓝炭占原煤质量的11％。
将混合均匀的煤料送入滚筒式干燥器，在110℃进行烘干脱水处理，使煤料中的水分等于或小于4％。
将烘干脱水后的煤料送入立式磨机进行研磨，从磨机出来的煤粉经风选器对煤颗粒进行截选，其截选通过精度为74微米(200目)，即大于74微米的煤颗粒被风选器送回磨机再研磨，小于74微米的煤颗粒被送到下一工序进行包装。选用风选器作为煤粉的输送工具，不仅可以提高功效而且还可以降低一些自然天气带来的不利因素及有关对产品产量和产品精度的影响，减少和降低生产过程中煤尘对空气环境的污染。
经检测，本实例研磨出的煤粉主要技术指标如下：
煤粉颗粒度：35μm，煤粉细度：R75＜25％，全水分：≤4％，分析基挥发份：＞30％，ST＞1500℃，固定碳：＞50％，灰分Aad：≤11～13％，硫分：＜0.5％，含铁量：0.07％，低位发热量Qnet.ar：27.41～29.50MJ/Kg
实施例2
工艺过程与实施例1相同，所加入的添加剂为：Ca(OH)2、Al2O3、Fe(C5H5)2和蓝炭。
实施例3
工艺过程与实施例1相同，所加入的添加剂为：CaCo3、MgO、CaO、Fe(C5H5)2和蓝炭。
实施例4
工艺过程与实施例1相同，所加入的添加剂为：CaMg(Co3)2、MgO、Fe(C5H5)2和蓝炭。
实施例5
工艺过程与实施例1相同，所加入的添加剂为：CaCo3、MgO、Fe(C5H5)2和蓝炭。
上述各实施例中添加剂的加入量如下表所示，捷燃清洁煤粉的重量为1000kg。如果煤粉需存放较长时间，可加入适量的防霉剂。
添加剂(kg)     实例1   实例2 实例3 实例4  实例5
固硫剂CaO     19.25  19.25
固硫剂Ca(OH)2 25.438
固硫剂CaCO3 34.375
固硫剂CaMg(CO3)2 31.625
  改性剂Al2O3 75.08
  改性剂MgAl2O4 33.36
  改性剂MgO     6.48     4.5   9.4
  改性剂CaO     19.28     13.86
  助燃剂蓝炭     11   13     15     14   15
  消氮剂NaCl
  消氮剂Fe(C5H5)2 4 5 3 2 1.5
  合计     75.89   105.52     57.72     38.13   30.16
  煤(kg)     913.11   881.48     967.28     947.87   954.84
  煤粉粒度(μm)     35   34     38     35   37

Claims (5)

1.一种捷燃清洁煤粉，其特征是在煤粉中添加有固硫剂、消氮剂、改性剂和助燃剂，其中固硫剂是氧化钙、氢氧化钙、白云石和碳酸钙中的一种；消氮剂是二环戊二烯基铁和氯化钠中的一种；改性剂是氧化铝、铝酸镁、氧化镁和氧化钙中的一种；助燃剂是蓝炭。
2.根据权利要求1所述的煤粉，其特征是所说的煤粉是经过生物酶降解转化后的原煤制成的煤粉。
3.一种捷燃清洁煤粉的生产方法，包括以下步骤：
1）将固硫剂、消氮剂、改性剂和助燃剂加入原煤中进行充分搅拌，其中固硫剂是氧化钙、氢氧化钙、白云石和碳酸钙中的一种；消氮剂是二环戊二烯基铁和氯化钠中的一种；改性剂是氧化铝、铝酸镁、氧化镁和氧化钙中的一种；助燃剂是蓝炭；
2）将上述加入固硫剂、消氮剂、改性剂和助燃剂的原煤在100～300℃下进行低温烘干处理，使原煤中的水分小于5％；
3）将混合好的上述煤料送入磨机研磨，使其粒度达到200目以上；
4）将研磨好的煤粉包装。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是在步骤1）之前对原煤进行生物酶降解转化处理。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征是烘干温度在110～200℃，烘干后原煤中的水分等于或小于4％。
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