发明内容
本发明的目的是,为节省水泥生产能耗和减少氮氧化物的排放,提出一种适用于水泥工业的节煤脱硝助燃剂,该助燃剂能够提高煤的活性,降低煤粉着火温度,提高煤粉燃尽度和发热强度,可减少氮氧化物排放且对水泥熟料的性能没有任何负面影响。
为解决此问题本发明提出的水泥工业用节煤脱硝助燃剂,包括碳酸钡、硼泥、高氯酸钠、氯化钠、二茂铁、六偏磷酸钠、氧化锌、氧化钙、氧化锰、氧化铝。其中由高氯酸钠作为增氧剂;由氯化钠作为膨松剂;由六偏磷酸钠作为分散剂;由碳酸钡、硼泥、二茂铁、氧化锌、氧化钙、氧化锰、氧化铝组成催化剂,催化剂中各组分的质量百分比为:碳酸钡8~25%,硼泥5~10%,二茂铁0.1~2%,由氧化锌、氧化钙、氧化锰和氧化铝所组成混合物的质量百分比为15~25%。以所述混合物质量百分比100%为基准,其中氧化锌5~10%、氧化钙10~15%、氧化锰55~65%、氧化铝5~10%。
以所述水泥工业用节煤脱硝助燃剂为基准,增氧剂质量百分比15~42%,膨松剂质量百分比5~18%,分散剂质量百分比1~5%,催化剂质量百分比28.1~62%,各组分物质质量百分数之和为100%。
本发明由增氧剂、膨松剂、分散剂以及催化剂按照规定的比例组成节煤脱硝助燃剂,以提高煤的活性,降低煤粉着火温度,加快煤的燃烧速率,提高煤粉燃尽度,并且提高分解炉和窑内温度,促进煤的燃烧和燃尽。在燃烧过程中,NO化合物的形成基本在高温区,温度脉动越大,峰值温度越高,烟气中NO的浓度越大。加入助燃剂后,一方面加强燃烧稳定性,避免了窑内高温温度脉动,减少了窑内NO的形成量。另一方面使煤的燃烧速度加快,用吸附态氧和晶格氧对C进行氧化,减少了燃料N向NOx的转化。最终达到节煤助燃的效果。
节煤脱硝助燃剂中的增氧剂,当温度升高时发生分解反应产生O2,使燃烧不完全的碳元素和CO充分燃烧,从而达到助燃、节煤作用;而其中的催化剂,能够加快反应速率,提高燃尽率,同时催化剂中含有的微量元素,一方面降低生料烧成熔点,使液相提前出现,大大降低熟料形成活化能,加快了熟料矿物的反应速度,使熟料中C3S在低温下快速大量形成,另一方面由于微量元素的晶体诱导作用,促进熟料中新生C3S的高活化性,从而降低水泥熟料的烧成热耗并提高熟料的强度。氯化钠既起到了催化作用,又起到了膨松剂的作用。在高温下,氯化钠使煤颗粒的内部热压超过外部热压,发生裂变,提高比表面积,增加供氧面,使煤完全燃烧;同时,在加热到800℃以上时熔化分解为钠和氯,钠和氯具有助燃和催化作用。此外,节煤脱硝助燃剂中还有少量的分散剂,可以使配方中其它助燃剂更好的分散在水中,有利于催化剂的均匀喷洒。
本发明具有的优点和积极效果是:对解决水泥工业能源危机和环境污染具有重要的现实意义。将微量节煤脱硝助燃剂加入燃煤中,既能节煤降耗,同时又能有效降低劣质煤向空气中排放氮氧化物,减小对空气的污染,同时对水泥熟料的性能没有任何负面影响。同时产品生产简单,操作容易,并且对不同煤种适应性好,可用于多种新型干法水泥窑用煤。实验测试证明:该催化剂加入煤中可节煤4~10%,氮氧化物减少5~19%。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的步骤以及制备方法做详细的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的,而不是限定性的,不以此限定本发明所要保护的范围。
水泥工业用节煤脱硝助燃剂,包括碳酸钡、硼泥、高氯酸钠、氯化钠、二茂铁、六偏磷酸钠、氧化锌、氧化钙、氧化锰、氧化铝。其中:
由高氯酸钠作为增氧剂;由氯化钠作为膨松剂;由六偏磷酸钠作为分散剂;由碳酸钡、硼泥、二茂铁、氧化锌、氧化钙、氧化锰、氧化铝组成催化剂,催化剂中各组分的质量百分比为:碳酸钡8~25%,硼泥5~10%,二茂铁0.1~2%,由氧化锌、氧化钙、氧化锰和氧化铝所组成混合物的质量百分比为15~25%。
以所述混合物为基准,其中氧化锌5~10%、氧化钙10~15%、氧化锰55~65%、氧化铝5~10%,各组分物质质量百分数之和为100%。
以所述水泥工业用节煤脱硝助燃剂为基准,增氧剂质量百分比15~42%,膨松剂质量百分比5~18%,分散剂质量百分比1~5%,催化剂质量百分比28.1~62%,各组分物质质量百分数之和为100%。
水泥工业用节煤脱硝助燃剂的制备方法是:将增氧剂、膨松剂、分散剂以及催化剂按所述质量百分比混合,研磨成100微米以下的粉末状物料,得到催化剂干粉,然后加入3~5倍质量百分比的水,在高速搅拌剪切机下充分混合,得到催化剂母液。
母液的添加量与燃煤掺混量的质量百分比为千分之一至千分之三。
实施例1:将32%的增氧剂、16%的膨松剂、4%的分散剂、48%的催化剂混合,其催化剂中:碳酸钡18%,硼泥8%,二茂铁1%,氧化锌1%、氧化钙3%、氧化锰16%、氧化铝1%,上述各组分均为质量百分比。各组分混合后其质量百分数之和为100%。
将上述混合物研磨成100微米以下的粉末状物料,得到催化剂干粉,然后加入3倍质量百分比的水,在高速搅拌剪切机下充分混合,得到催化剂母液。母液的添加量与燃煤掺混量的质量百分比为千分之一。
该实施例在5000t/d新型干法水泥生产线上使用,可使窑工况温度,窑结皮减少,熟料强度提高3.3%,游离钙合格率提升15%,并且使标煤节省5.7%,产量提高5.1%,NOx排放量减少19.1%。
实施例2:将40%的增氧剂、12%的膨松剂、2%的分散剂、46%的催化剂混合,其催化剂中:碳酸钡24%,硼泥6%,二茂铁0.5%,氧化锌1%、氧化钙3%、氧化锰10%、氧化铝1.5%,上述各组分均为质量百分比。各组分混合后其质量百分数之和为100%。
将混合物研磨成100微米以下的粉末状物料,得到催化剂干粉,然后加入3倍质量百分比的水,在高速搅拌剪切机下充分混合,得到催化剂母液。母液的添加量与燃煤掺混量的质量百分比为千分之二。
该实施例在3200t/d新型干法水泥生产线上使用,可使整体窑工况得到改善,飞砂料减少,燃烧器喷煤管“戴帽子”现象减少,并且使标煤节省8.2%,熟料产量提高4.5%。
实施例3:将36%的增氧剂、18%的膨松剂、2%的分散剂、44%的催化剂混合,其催化剂中:碳酸钡9%,硼泥10%,二茂铁1%,氧化锌2%、氧化钙3.5%、氧化锰16%、氧化铝2.5%,上述各组分均为质量百分比。各组分混合后其质量百分数之和为100%。
将混合物研磨成100微米以下的粉末状物料,得到催化剂干粉,然后加入3倍质量百分比的水,在高速搅拌剪切机下充分混合,得到催化剂母液。母液的添加量与燃煤掺混量的质量百分比为千分之一。
该实施例在5000t/d新型干法水泥生产线上使用,可使窑系统稳定性明显提高,窑头燃烧器端面结焦现象减少,C5下料管温度与分解炉出口温度倒挂现象减轻,并且使标煤节省3.2%,熟料增产3.0%。
实施例4:将16%的增氧剂、18%的膨松剂、5%的分散剂、61%的催化剂混合,其催化剂中:碳酸钡25%,硼泥10%,二茂铁2%,氧化锌2%、氧化钙3.5%、氧化锰16%、氧化铝2.5%,上述各组分均为质量百分比。各组分混合后其质量百分数之和为100%。
将混合物研磨成100微米以下的粉末状物料,得到催化剂干粉,然后加入4倍质量百分比的水,在高速搅拌剪切机下充分混合,得到催化剂母液。母液的添加量与燃煤掺混量的质量百分比为千分之二。
该实施例在2500t/d新型干法水泥生产线上使用,可使窑工况变好,窑头火焰温度提高,并且熟料标煤耗降低4.3%,电石渣掺量增加。
实施例5:将34%的增氧剂、10%的膨松剂、1%的分散剂、55%的催化剂混合,其催化剂中:碳酸钡22%,硼泥8%,二茂铁1%,氧化锌2%、氧化钙3.5%、氧化锰16%、氧化铝2.5%,上述各组分均为质量百分比。各组分混合后其质量百分数之和为100%。
将混合物研磨成100微米以下的粉末状物料,得到催化剂干粉,然后加入3倍质量百分比的水,在高速搅拌剪切机下充分混合,得到催化剂母液。母液的添加量与燃煤掺混量的质量百分比为千分之二。
该实施例在75t/h煤粉炉上使用,节煤效果明显,节煤率为5.1%,同时排烟温度降低,炉温升高,渣碳含量和飞灰可燃物含量下降明显。
实施例6:将42%的增氧剂、6%的膨松剂、4%的分散剂、48%的催化剂混合,其催化剂中:碳酸钡18%,硼泥6%,二茂铁0.5%,氧化锌2%、氧化钙3%、氧化锰16%、氧化铝2.5%,上述各组分均为质量百分比。各组分混合后其质量百分数之和为100%。
将混合物研磨成100微米以下的粉末状物料,得到催化剂干粉,然后加入3倍质量百分比的水,在高速搅拌剪切机下充分混合,得到催化剂母液。母液的添加量与燃煤掺混量的质量百分比为千分之一。
本实施例与广东云浮烟煤均匀混合,进行热分析试验,加入催化剂后,广东云浮烟煤着火温度由386℃.降低到377℃,煤的活性增加,同时燃烧烈度降低,燃烧速度加快,燃尽时间缩短,燃尽率提高,燃烧特性指数增加,综合燃烧性能明显提高。
实施例7:将25%的增氧剂、16%的膨松剂、3%的分散剂、56%的催化剂混合,其催化剂中:碳酸钡24%,硼泥8%,二茂铁2%,氧化锌2.5%、氧化钙3%、氧化锰14%、氧化铝2.5%,上述各组分均为质量百分比。各组分混合后其质量百分数之和为100%。
将混合物研磨成100微米以下的粉末状物料,得到催化剂干粉,然后加入4倍质量百分比的水,在高速搅拌剪切机下充分混合,得到催化剂母液。母液的添加量与燃煤掺混量的质量百分比为千分之二。
本实施例与福建红火混煤均匀混合,进行热分析试验,加入催化剂后,福建红火混煤着火温度由541℃.降低到518℃,煤更容易点燃,同时燃烧烈度降低,平均放热强度增加,火焰温度升高,燃尽时间缩短,燃烧特性指数增加,综合燃烧性能明显提高。
实施例8:将28%的增氧剂、15%的膨松剂、4%的分散剂、53%的催化剂混合,其催化剂中:碳酸钡20%,硼泥8%,二茂铁1.5%,氧化锌2%、氧化钙3%、氧化锰16%、氧化铝2.5%,上述各组分均为质量百分比。各组分混合后其质量百分数之和为100%。
将混合物研磨成100微米以下的粉末状物料,得到催化剂干粉,然后加入3倍质量百分比的水,在高速搅拌剪切机下充分混合,得到催化剂母液。母液的添加量与燃煤掺混量的质量百分比为千分之二。
本实施例与福建龙鄰混煤均匀混合,进行热分析试验,加入催化剂后,福建龙鄰混煤着火温度由536℃.降低到520℃,煤的活性增加,同时燃烧烈度降低,平均放热强度增加,燃尽时间缩短,燃烧特性指数增加,综合燃烧性能明显提高。
实施例9:将30%的增氧剂、16%的膨松剂、4%的分散剂、50%的催化剂混合,其催化剂中:碳酸钡24%,硼泥6%,二茂铁0.5%,氧化锌2%、氧化钙3%、氧化锰12%、氧化铝2.5%,上述各组分均为质量百分比。各组分混合后其质量百分数之和为100%。
将混合物研磨成100微米以下的粉末状物料,得到催化剂干粉,然后加入3倍质量百分比的水,在高速搅拌剪切机下充分混合,得到催化剂母液。母液的添加量与燃煤掺混量的质量百分比为千分之二。
本实施例与梅州金塔混煤均匀混合,进行热分析试验,加入催化剂后,梅州金塔混煤着火温度由498℃.降低到488℃,煤的活性增加,同时平均放热强度增加,燃尽时间缩短,燃烧速度加快,燃烧特性指数增加,综合燃烧性能明显提高。