CN102604711A

CN102604711A - 一种多功能燃煤分段脱硫剂及民用煤炉脱硫器和混合煤

Info

Publication number: CN102604711A
Application number: CN2012100445449A
Authority: CN
Inventors: 刘奇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2012-07-25

Abstract

一种多功能燃煤分段脱硫剂及民用煤炉脱硫器和混合煤。燃煤分段脱硫剂包括生物质、工业赤泥、工业副产物氧化钙、工业原料氧化镁、氧化铁废料等。脱硫剂可工、民两用并可分段使用。首段使用是将粉状脱硫剂掺合到原煤中燃烧，第二段是将同类脱硫剂与水调成乳剂，与烟气中的SO2气体逆向流动脱硫。脱硫剂的总加入量为原煤含硫量的2～10倍。为配合脱硫剂的使用，专门设计“民用煤炉脱硫器”和利用劣质煤掺合脱硫剂配制的混合煤及混合型煤。

Description

一种多功能燃煤分段脱硫剂及民用煤炉脱硫器和混合煤

技术领域

本专利涉及一种使煤在燃烧过程中脱出硫元素的脱硫剂及其配套使用方法。具体涉及一种由多种脱硫基组成、可在多种状态下使用、具有多种功能、能在多种煤质中应用的工民两用燃煤分段使用脱硫剂，以及与之配套使用的民用煤炉脱硫器和特制混合煤。

技术背景：

我国的煤炭资源较丰富，在现在和将来相当长时期内，能源供应仍以煤炭为主。

我国煤炭资源含硫量较高(平均含硫量1.08％)，特别是号称我国“西南煤都”的西南地区的煤，基本上属高硫煤(平均含硫量2.13％，高硫和特高硫煤占38.7％)。煤炭中的硫在燃烧时与氧发生反应生成二氧化硫(SO₂)气体，SO₂气体混在燃煤烟气中排入大气，与大气中的水分相遇生成稀硫酸，这就是酸雨的由来。硫酸是强腐蚀性化学物质，除严重腐蚀金属外，对动植物生长与生存构成严重威胁。因此，对于我国既要保证能源供应，又要减少SO₂排放，是摆在我国面前必须解决的矛盾。所以，减少SO₂排放在我国具有重大的社会意义和经济意义。

煤炭在开采过程中，会伴生10～15％的含有一定热值的煤矸石废弃物，我国至今这些煤矸石废弃物己积累多年达数十亿吨，并正在逐年增加，成为我国第一大固体废弃物。为了某些特定需求和炼焦需要，要将原煤用水洗去其中杂质，结果在洗煤过程中又产生含少量热量的劣质煤泥。将煤矸石和煤泥中残存的热量充分利用起来，对增加我国的能源供应具有战略意义。

铝工业排放的赤泥已成为我国第二大固体废弃物，其污染地下水源和土壤，也是一项急待解决的大污染源。

钢铁业需要的主要辅料，由矿石煅烧而来。在煅烧过程中会产生大量废料。在回收的废钢铁中也含有一定的废氧化铁等。所以，冶金行业成为我国第三大固体废弃物的行业。

我国农产品深加工业迅猛发展，伴随产生大量的下脚料，如薯类淀粉生产中会产生大量的废水和薯渣，既污染水质又污染空气，成为我国第四大固体废弃物源。

因此，能否找到一条适合我国特定环境的途径，既保证煤的能源供应，又能克服SO2污染，特别是将我国排放量占前四位的固体污染物充分利用起来，既作为减少SO2脱硫剂，又充分利用其中的残留能量，制成方便易用的型煤，减少环境污染和增加能源供应，这是本专利的主要出发点和最终目的。此外，广大的农村、中小城镇、大城市的近郊区等现仍大量使用燃煤炉。这些燃煤炉均没有脱硫设备和措施，燃煤产生的大量SO2气体直排大气，己成为比工业严重的SO2污染源。研制一种低成本、简单、有效的民用脱硫装置配合分段脱硫机使用，也是本专利的另一个目的。

专利内容

根据煤燃烧的内在机理和分析上述四类废弃物的有效成分，本专利申请人找到一种途径，即一种多功能燃煤分段脱硫剂及与之配套使用的民用煤炉脱硫器和特制的型煤。燃煤分段脱硫剂至少包括一种生物质(含量1％～20％)和一种铝工业副产物赤泥(含量10％～ 80％)，和/或加上一种含氧化钙的工业副产物(含量20％～50％)，和/或加上一种含氧化镁的工业原料(含量20％～50％)，和/或加上一种氧化铁废料(含量5％～20％)等。将上述各原料干燥混合粉碎后即为本发明的多功能燃煤分段脱硫剂。脱硫剂可分段使用，首段是将粉状脱硫剂掺合到原煤中燃烧以除掉煤中大部分的硫元素(约60～70％)，使之生成硫酸盐随煤灰脱出。第二段是将同类脱硫剂制成乳剂，与第一段烟气中残留的SO2气体逆向流动，使SO2气体与脱硫剂乳液化学反应生成硫酸盐沉淀脱硫。两段脱硫可分别单独使用，也可联合串连使用。

本分段脱硫剂具有“4多”特点。其一是“多态”，可在固态(掺入原煤中)、液态(制成液体乳剂，通入SO2气体)、气态(雾状乳剂喷入SO2气体)三种状态分别或联合使用。在无脱硫设备的工业部门和现有民用煤炉中，固态脱硫率大于60％以上；在有脱硫设备的工业部门和安装“民用煤炉脱硫器”的民用煤炉，综合脱硫率可达98％以上。即使在我国现有的用石灰石湿法脱硫的大多数大型热电厂上应用，SO2排放量也会减少60％以上。其二是“多基”，本脱硫剂包括钠基、钙基、镁基、铝基、铁基等多种著名的脱硫基协同脱硫。其三是“多功能”，本脱硫剂不仅能脱硫、还能助燃、能改进煤灰的特性使之疏松，因其中至少含有一种生物质，易使煤灰疏松易碎不结焦。其四是“多煤质”，本脱硫剂不仅适用于普通煤，尤其适用于高硫煤、煤矸石、洗煤泥、生物质等，使劣质煤发挥仅存的实用价值。使用本脱硫剂后，可使煤燃烧时点火容易，上火时间缩短，望火时间和总用火时间延长，煤灰中的残炭量减少等优点。

本专利的脱硫理论依据是：煤中所含的硫元素是典型的非金属元素，其氧化物是典型的酸性氧化物，要从煤中脱出硫元素，可用典型的金属元素及其碱性氧化物与之发生化学反应，生成硫酸盐随煤灰或在乳液中沉淀排除。典型的金属元素按其碱性从大到小排列为：钾→钠→钙→镁→铝→锌→铁→锡→铅。前面的钾、钠元素及其氧化物是最好的脱硫剂，如KO，KOH，NaO，NaOH以及它们的盐类如高锰酸钾等，但成本较高，不宜在燃煤中大量采用。后面的锌、铁、锡、铅等是贵重金属，用于燃煤脱硫剂有点可惜(但废氧化铁除外)。因此，脱硫目标集中在钙、镁、铝这三种元素及其氧化物身上。详细分析我国前四位废弃物的成分发现，都含有大量的氧化钙、氧化镁和氧化铝及它们的盐类等物质，有的甚至含有作为重要污染源的钠元素，这些正是脱硫剂所需要的主要成分。

多功能分段脱硫剂的助燃功能从何而来呢？其原因可能与脱硫剂中各种脱硫基在高温燃烧时，直接释放少量氧原子(O)有关。燃烧的本质是1个碳原子(C)与两个氧原子(O)在高温环境下结合，生成二氧化碳(CO₂)气体，同时释放出342大卡/mol的热量。而自然界中的氧是以氧分子(O₂)的状态存在的，氧分子要变成能与碳原子结合的氧原子，需要吸收96大卡/mol的热量。同时C原子要达到与氧原子结合，也要达到一定的能级活性，也要吸收151.9大卡/mol的活化热。所以，放出的热28％被O分解吸收，44％被C活化吸收，我们最后得到的热是上述3种吸放热的差，即342-96-151.9＝94.1大卡/mol，最后得到的热仅是生成CO2放热的28％。这就是为什么煤要燃烧就必须使煤预热到使之达到着火点，即先是吸足热，然后才是放热反应产生热量，之后一边吸热，一边放热，放热大于吸热，周而覆始，不断消耗C原子和O₂分子，不断产生CO2气体。如果煤在燃烧时直接与O原子结合，同量的煤，将会大大增加发热量，理论上，1KG的纯煤碳直接与O原子结合将产生28500大卡的热量，是目前标煤发热量的4倍多。在本专利脱硫剂中，在高温条件下可能直接释放出部分O原子，减少了吸热分解过程，相当于增加了煤的发热量，即脱硫剂宏观显示出助燃功能。

为了在普遍而大量使用的民用煤炉上也能脱硫，专门研制了“民用煤炉脱硫器”。“民用煤炉脱硫器”其特征是嵌入到现有各种带烟筒的民用煤炉的烟管上，其内可带强制风机和喷淋系统，其外有可拆卸的脱硫乳液容器。

为充分发挥燃煤分段脱硫剂的功效，专门配制一种民用混合煤和/或混合型煤(煤球或蜂窝煤)，混合煤至少由一种普通煤和/或高硫煤(含量10％～80％)+一种生物质(含量5％～30％)+燃煤分段脱硫剂(含量2％～15％)组成，也可再加入煤矸石(含量10％～50％)、和/或再加入洗煤泥(含量10％～50％)、和/或加入普通粘结剂(含量5％～10％)等，混合煤可直接燃烧，也可制成混合型煤燃烧。

附图说明

[0014]图1多功能燃煤分段脱硫剂生产流程图

图2“民用煤炉脱硫器”原理图

图3“带喷淋民用煤炉脱硫器”原理图

图4民用混合煤及型煤生产流程图

具体实施方式

实施方案，参考图1～图4。

多功能燃煤分段脱硫剂生产流程，参考图1。其中：1.含氧化钙氧化镁矿料；2.粉碎；3.铝工业副产赤泥；4.干燥；5.氧化镁料；6.氧化铁料；7.生物质；8.粉碎；9.混合搅拌；10.包装物；11.包装；12.入库。其中：生物质1％～20％，优选5％～10％；赤泥10％～80％，优选15％～30％；矿料+氧化镁+氧化铁等45％～100％，优选30％～50％，上述流程制成粉状成品，含水量约3％～10％，用编织袋包装，每袋50KG。

使用德国进口的TESTO-350PRO多功能测量仪，测量加与不加上述分段脱硫剂的蜂窝煤首段脱硫效果。如下表所示：首段加脱硫剂后，SO2平均下降84％，NOx下降19％。

两段脱硫效果：上述混合煤请专门的检测机构对检测流程进行改造。原来的检测流程是将煤样在马福炉内燃烧，产生的烟气，最后加入试剂计算检测结果。现改造成：在马福炉与试管间增加一密闭的容器R，其中放脱硫剂乳液。从马福炉出来的含SO2气体，先经过R中脱硫剂吸收，再通入试管定量检测液中检测。结果如下：

原煤含硫量4.22％，在900～1200度正常燃烧时，SO2几乎为零。所有的硫均被脱硫剂吸收。为了测定脱硫剂的最大脱硫能力，将含硫45％的硫铁矿烧结，测得的SO2也几乎为零，所以，分段脱硫剂的脱硫能力还是相当强的。

“民用煤炉脱硫器”，其样机原理参考图2和图3。图2是带增速风机，其中：1.炉管；2.阀门开关；3.旁通管；4.烟气引入管；5.脱硫剂乳液桶；6.增速风机。安装时，将“民用煤炉脱硫器”炉管1串联嵌入原煤炉的烟管上即可。“民用煤炉脱硫器”的原理是：当阀门2处于“开”时，烟气顺着1从下至上，按原来的烟道使用原煤炉，此时与“民用煤炉脱硫器”无关，也不影响原煤炉使用。当阀门2处于“关”时，烟气顺着1从下至上，碰到开关2阻挡，烟气折回顺着4→5→3→1上端排入大气。经过5时，烟气中的SO₂与脱硫剂乳液发生化学反应，SO₂生成硫酸盐沉淀而脱出，达到减少SO₂排放的目的。6.是增速风机，增加烟气的流速。使用时先将脱硫剂按脱硫比例倒入乳液桶中，加3～5倍水调成乳状即可。图3是“带喷淋民用煤炉脱硫器”原理图，脱硫过程与图2相似，不同的是增加了“喷淋系统”，即增加一台乳液泵和喷头7，强制性增强了乳液与烟气的对流过程，脱硫效果更明显。

混合型煤的制备流程如图4所示。其中：1.粉状高硫煤；2.粉状煤矸石；3.粉状洗煤泥；4.浆糊状生物质兼粘结剂；5.分段脱硫剂；6.搅拌混合机；7.成品混合煤；8.冲压成形；9.蜂窝煤(中空煤球)。其中：高硫煤10％～80％，优选40％～50％；煤矸石20％～50％，优选25％～35％；洗煤泥10％～30％，优选15％～20％；脱硫剂5％～15％，优选7％～10％；生物质兼粘结剂0.5％～5％，优选1％～2％。

Claims

1.一种多功能燃煤分段脱硫剂及与之配套使用的民用煤炉脱硫器和特制的混合型煤。燃煤分段脱硫剂至少包括一种生物质(含量1％～20％)和一种铝工业副产物赤泥(含量10％～80％)，和/或加上一种含氧化钙的工业副产物(含量20％～50％)，和/或加上一种含氧化镁的工业原料(含量20％～50％)，和/或加上一种氧化铁废料(含量5％～20％)等。将上述各原料干燥混合粉碎后即为本发明的多功能燃煤分段脱硫剂。脱硫剂可工、民两用并可分段使用。首段使用是将粉状脱硫剂掺合到原煤中燃烧以除掉煤中大部分的硫元素，使之生成硫酸盐随煤灰脱出，第二段是将同类脱硫剂与水调成乳剂，与第一段残留在烟气中的SO2气体逆向流动，使烟气中的SO2与脱硫剂乳液发生化学生成硫酸盐沉淀脱硫。两段可分别单独使用，也可联合串连使用。脱硫剂的总加入量为原煤含硫量的2～10倍。

2.根据权利要求1，专门设计“民用煤炉脱硫器”。其特征是将整个脱硫器嵌入到现有各种带烟筒的民用煤炉的烟管上。脱硫器内或可带强制风机和/或喷淋系统，其外有可拆卸的脱硫乳液容器。

3.根据权利要求1，特配制至少由一种高硫煤(重量比10％～80％)和一种生物质(重量比5％～30％)和燃煤分段脱硫剂(重量比2％～15％)组成的混合煤和/或混合型煤，也可再加入煤矸石(重量比10％～50％)、和/或再加入洗煤泥(重量比10％～50％)、和/或加入粘结剂(重量比5％～10％)等组成的混合煤和/或混合型煤。