CN103160356A - 助燃固硫脱硝除焦一体化燃煤添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents

助燃固硫脱硝除焦一体化燃煤添加剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种助燃固硫脱硝除焦一体化燃煤添加剂及其制备方法和应用，所述燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别是：MnO2：13-27％；Fe2O3：8-22％；CaO：8-22％；CuO：2-9％；KNO3：6-18％；KMnO4：2-12％；Al2O3：3-14％；SiO2：2-7％；Cu(NO3)2：2-11％；Al(NO3)3：4-12％；TiO2：0.5-4％。本发明提供的助燃固硫脱硝除焦一体化燃煤添加剂，同时具有助燃、固硫、脱硝、除焦等功能。

Description

助燃固硫脱硝除焦一体化燃煤添加剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及燃煤技术领域，特别涉及一种助燃固硫脱硝除焦一体化燃煤添加剂及其制备方法和应用。
背景技术
燃煤添加剂是一种添加于煤中的化学药剂，由一种或多种物质组成，一般为固体粉末或液体，可起到促进煤的完全燃烧，提高煤的燃烬率，降低SO2和NOx排放浓度以及清除和抑制结焦等作用。
目前，部分燃煤添加剂具有同时助燃、固硫方面的作用，而对于降低煤燃烧过程中产生NOX气体浓度、清除或抑制煤燃烧过程中产生的积灰、结焦等方面的作用，还没有一种添加剂能够同时满足的。生产过程中往往采用在不同的阶段加入不同的添加剂，或者在气体排出后再进行净化，控制过程复杂，且处理效果差，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种固硫效率高、助燃效果好，且对燃烧设备和环境不产生负面影响的助燃固硫燃煤添加剂。
本发明的技术方案是：
一种助燃固硫脱硝除焦一体化燃煤添加剂，成分及各成分的重量百分比分别是：
MnO2：13-27％；
Fe2O3：8-22％；
CaO：8-22％；
CuO：2-9％；
KNO3：6-18％；
KMnO4：2-12％；
Al2O3：3-14％；
SiO2：2-7％；
Cu(NO3)2：2-11％；
Al(NO3)3：4-12％；
TiO2：0.5-4％。
优选地，该燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别是：
MnO2：15-25％；
Fe2O3：10-20％；
CaO：10-20％；
CuO：3-8％；
KNO3：8-15％；
KMnO4：3-10％；
Al2O3：4-12％；
SiO2：3-6％；
Cu(NO3)2：2.5-10％；
Al(NO3)3：4.5-11％；
TiO2：1-3％。
优选地，该燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别是：
MnO2：18-22％；
Fe2O3：12-18％；
CaO：14-18％；
CuO：4-6％；
KNO3：10-13％；
KMnO4：4-8％；
Al2O3：6-9％；
SiO2：4-5％；
Cu(NO3)2：4-8％；
Al(NO3)3：6-9％；
TiO2：1.5-2.5％。
本发明还提供一种如上述的助燃固硫脱硝除焦一体化燃煤添加剂的制备方法，步骤如下：
a、将各组成物质MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、KNO3、KMnO4、Al2O3、SiO2、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2放入烘箱内干燥2-4小时，干燥温度为40-70℃；
b、按照权利要求1-3任一项所述比例称量MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2，混合后加入球磨机进行研磨2-4小时至d90＜75μm，倒入密闭搅拌容器；
d、按照权利要求1-3任一项所述比例称量KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2，加入密闭搅拌容器与MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2一起搅拌0.5-2小时直至混合均匀。
本发明还提供一种如上述的助燃固硫脱硝除焦一体化燃煤添加剂的应用，按照燃煤重量的万分之一到万分之五添加所述燃煤添加剂。
本发明提供的助燃燃煤添加剂，具有如下优点：
1、同时具有助燃、固硫、脱硝、除焦等功能。
a、助燃方面：MnO2、CuO、CaO、Al2O3等均能够催化煤的脱碳反应，并作为氧的载体，通过不断还原和氧化反应，为挥发分及固定碳的燃烧提供活性氧，从而使挥发分的燃烧更为充分；KMnO4、Cu(NO3)2、Fe(NO3)3中锰离子、铜离子、铁离子可作为氧的载体，增加炉内活性氧的含量，促进固定碳的燃烧；
KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3在高温下分解产生氧气，为煤燃烧提供氧量，使固定碳燃烧更加充分；同时还使固定碳颗粒保持蓬松多孔的状态，增大了固定碳与氧的接触面积；TiO2作为活性催化剂，可以催化添加剂中氧化物的氧传递反应。
上述物质均能够强烈促进煤的脱碳裂解以及挥发分和固定碳的燃烧。根据燃煤设备燃烧效率的不同，可节煤2-10％。
b、固硫方面：Fe2O3具有较强催化性，能使煤燃烧过程中产生的SO2转化为SO3，减少SO2生成浓度；并且，SO3与添加剂中经高温分解产生的金属氧化物结合生成硫酸盐，Al(NO3)3反应生成的Al2O3与碱土金属硫酸盐结合，生成难熔盐类，实现高温固硫；煤灰中的SiO2成分可形成硅酸盐类物质，在高温条件下呈玻璃熔融状，将碱土金属生成的硫酸盐包裹，抑制其分解，从而降低SO2的生成量；
Fe2O3促进了SO3的生成；Al2O3与CaSO4等硫酸盐进一步生成难熔盐类；SiO2的包裹效应抑制了硫酸盐的分解；TiO2可催化煤灰中物质形成难分解的化合物。经检测，本发明提供的燃煤添加剂的固硫率达40％以上。
c、脱硝方面：Fe2O3具有较强的催化特性，能促进煤燃烧过程中生成的固定碳及一氧化碳与NOX反应，生成N2，从而减少了NOX的排放浓度，脱硝效果好。
经检测，脱硝率可达20-30％。
d、除焦方面：
提高灰分熔点：KNO3及KMnO4中钾离子、Al(NO3)3中铝离子、Fe(NO3)3中铁离子，能够促进灰分或结焦中的低熔点化合物转化为高熔点复合盐，使其在炉膛内低温处保持固态而无法粘附到水冷壁上；
保持灰分、焦层的疏松：KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Mg(NO3)2、Al(NO3)3、Fe(NO3)3在高温下分解释放出气体，并伴有微爆作用，能够使灰分、焦层保持疏松状态，易于形成炉渣或被烟气带走。
2、燃煤设备腐蚀小、环境污染小。Fe2O3催化SO2生成SO3，SO3与KNO3及KMnO4中钾离子、Al(NO3)3中铝离子、Fe2O3中铁离子，能够形成难熔的复合硫酸盐，从而减少其对换热管道的腐蚀。
3、添加方式简易、有效、安全。以压缩空气为动力，将药剂从燃煤设备的看火孔喷入，使添加剂均匀的进入燃煤设备与燃烧的煤粉充分混合；添加剂直接进入燃煤设备而不经过磨煤机，更为安全。本发明所述物质对燃煤设备无任何负作用，包括腐蚀、结块等；对人身无伤害，不会造成额外的环境污染。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明技术方案做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别如下表所示：
  MnO2   Fe2O3   CaO   CuO   KNO3   KMnO4   Al2O3   SiO2   Cu(NO3)2   Al(NO3)3   TiO2
  15   15   8   2   10   9   12   5   11   12   1
制作方法如下：
a、将上述组成物质放入烘箱内干燥2小时，干燥温度为55-60℃；
b、按照上述比例称量MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2，混合后加入球磨机进行研磨3小时至d90＜75μm，倒入密闭搅拌容器；
d、按照上述比例称量KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2，加入密闭搅拌容器与MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2一起搅拌2小时直至混合均匀。
然后，按照燃煤重量的万分之三加入至燃煤中，节约燃煤5.2％，固硫率达45％，脱硝率达21％。
实施例2
燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别如下表所示：
  MnO2   Fe2O3   CaO   CuO   KNO3   KMnO4   Al2O3   SiO2   Cu(NO3)2   Al(NO3)3   TiO2
  21   20   10   3   6   7   8   7   10   6   2
制作方法如下：
a、将上述组成物质放入烘箱内干燥2.5小时，干燥温度为40-45℃；
b、按照上述比例称量MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2，混合后加入球磨机进行研磨3小时至d90＜75μm，倒入密闭搅拌容器；
d、按照上述比例称量KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2，加入密闭搅拌容器与MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2一起搅拌1小时直至混合均匀。
然后，按照燃煤重量的万分之三加入至燃煤中，节约燃煤7.3％，固硫率达44.1％，脱硝率达22.6％。
实施例3
燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别如下表所示：
  MnO2   Fe2O3   CaO   CuO   KNO3   KMnO4   Al2O3   SiO2   Cu(NO3)2   Al(NO3)3   TiO2
  13   10   21   4   18   6   3   6   9   8   2
制作方法如下：
a、将上述组成物质放入烘箱内干燥3小时，干燥温度为45-50℃；
b、按照上述比例称量MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2，混合后加入球磨机进行研磨2小时至d90＜75μm，倒入密闭搅拌容器；
d、按照上述比例称量KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2，加入密闭搅拌容器与MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2一起搅拌0.5小时直至混合均匀。
然后，按照燃煤重量的万分之四加入至燃煤中，节约燃煤6.0％，固硫率达40.2％，脱硝率达24.1％。
实施例4
燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别如下表所示：
  MnO2   Fe2O3   CaO   CuO   KNO3   KMnO4   Al2O3   SiO2   Cu(NO3)2   Al(NO3)3   TiO2
  19   8   14   5   15   5   11   4   8   10   1
制作方法如下：
a、将上述组成物质放入烘箱内干燥3.5小时，干燥温度为55-60℃；
b、按照上述比例称量MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2，混合后加入球磨机进行研磨4小时至d90＜75μm，倒入密闭搅拌容器；
d、按照上述比例称量KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2，加入密闭搅拌容器与MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2一起搅拌1.5小时直至混合均匀。
然后，按照燃煤重量的万分之二加入至燃煤中，节约燃煤3.9％，固硫率达41.0％，脱硝率达25.7％。
实施例5
燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别如下表所示：
  MnO2   Fe2O3   CaO   CuO   KNO3   KMnO4   Al2O3   SiO2   Cu(NO3)2   Al(NO3)3   TiO2
  27   8   18   6   8   4   10   5   7   4.5   2.5
制作方法如下：
a、将上述组成物质放入烘箱内干燥3小时，干燥温度为45-50℃；
b、按照上述比例称量MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2，混合后加入球磨机进行研磨2.5小时至d90＜75μm，倒入密闭搅拌容器；
d、按照上述比例称量KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2，加入密闭搅拌容器与MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2一起搅拌2小时直至混合均匀。
然后，按照燃煤重量的万分之五加入至燃煤中，节约燃煤8.1％，固硫率达42.7％，脱硝率达26.0％。
实施例6
燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别如下表所示：
  MnO2   Fe2O3   CaO   CuO   KNO3   KMnO4   Al2O3   SiO2   Cu(NO3)2   Al(NO3)3   TiO2
  22   13   15   7   13   3   9   2   6   9   1
制作方法如下：
a、将上述组成物质放入烘箱内干燥2.5小时，干燥温度为60-65℃；
b、按照上述比例称量MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2，混合后加入球磨机进行研磨3.5小时至d90＜75μm，倒入密闭搅拌容器；
d、按照上述比例称量KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2，加入密闭搅拌容器与MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2一起搅拌2小时直至混合均匀。
然后，按照燃煤重量的万分之一加入至燃煤中，节约燃煤3.8％，固硫率达43.4％，脱硝率达28.2％。
实施例7
燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别如下表所示：
  MnO2   Fe2O3   CaO   CuO   KNO3   KMnO4   Al2O3   SiO2   Cu(NO3)2   Al(NO3)3   TiO2
  18   18   20   8   9   2   6   3   5   7   4
制作方法如下：
a、将上述组成物质放入烘箱内干燥4小时，干燥温度为65-70℃；
b、按照上述比例称量MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2，混合后加入球磨机进行研磨4小时至d90＜75μm，倒入密闭搅拌容器；
d、按照上述比例称量KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2，加入密闭搅拌容器与MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2一起搅拌1.5小时直至混合均匀。
然后，按照燃煤重量的万分之四加入至燃煤中，节约燃煤9.1％，固硫率达47.1％，脱硝率达29.9％。
实施例8
燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别如下表所示：
  MnO2   Fe2O3   CaO   CuO   KNO3   KMnO4   Al2O3   SiO2   Cu(NO3)2   Al(NO3)3   TiO2
  25   12   17   9   11   8   7   4   2.5   4   0.5
制作方法如下：
a、将上述组成物质放入烘箱内干燥3小时，干燥温度为55-60℃；
b、按照上述比例称量MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2，混合后加入球磨机进行研磨3.5小时至d90＜75μm，倒入密闭搅拌容器；
d、按照上述比例称量KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2，加入密闭搅拌容器与MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2一起搅拌2小时直至混合均匀。
然后，按照燃煤重量的万分之二加入至燃煤中，节约燃煤5.9％，固硫率达43.7％，脱硝率达27.4％。
实施例9
燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别如下表所示：
  MnO2   Fe2O3   CaO   CuO   KNO3   KMnO4   Al2O3   SiO2   Cu(NO3)2   Al(NO3)3   TiO2
  14   22   10   4   12   10   6   6   3   11   2
制作方法如下：
a、将上述组成物质放入烘箱内干燥2小时，干燥温度为60-65℃；
b、按照上述比例称量MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2，混合后加入球磨机进行研磨3小时至d90＜75μm，倒入密闭搅拌容器；
d、按照上述比例称量KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2，加入密闭搅拌容器与MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2一起搅拌2小时直至混合均匀。
然后，按照燃煤重量的万分之三加入至燃煤中，节约燃煤4.7％，固硫率达42.9％，脱硝率达24.5％。
实施例10
燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别如下表所示：
  MnO2   Fe2O3   CaO   CuO   KNO3   KMnO4   Al2O3   SiO2   Cu(NO3)2   Al(NO3)3   TiO2
  20   8   19   5   17   12   5   7   2   4   1
制作方法如下：
a、将上述组成物质放入烘箱内干燥3小时，干燥温度为55-65℃；
b、按照上述比例称量MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2，混合后加入球磨机进行研磨4小时至d90＜75μm，倒入密闭搅拌容器；
d、按照上述比例称量KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2，加入密闭搅拌容器与MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2一起搅拌1小时直至混合均匀。
然后，按照燃煤重量的万分之五加入至燃煤中，节约燃煤9.8％，固硫率达43.1％，脱硝率达27.1％。
实施例11
燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别如下表所示：
  MnO2   Fe2O3   CaO   CuO   KNO3   KMnO4   Al2O3   SiO2   Cu(NO3)2   Al(NO3)3   TiO2
  16   14   22   6   14   8   4   4   4   5   3
制作方法如下：
a、将上述组成物质放入烘箱内干燥3.5小时，干燥温度为55-65℃；
b、按照上述比例称量MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2，混合后加入球磨机进行研磨4小时至d90＜75μm，倒入密闭搅拌容器；
d、按照上述比例称量KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2，加入密闭搅拌容器与MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2一起搅拌2小时直至混合均匀。
然后，按照燃煤重量的万分之四加入至燃煤中，节约燃煤6.5％，固硫率达42.6％，脱硝率达28.3％。
实施例12
燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别如下表所示：
  MnO2   Fe2O3   CaO   CuO   KNO3   KMnO4   Al2O3   SiO2   Cu(NO3)2   Al(NO3)3   TiO2
  23   9   13   7   7   11   14   6   2.5   6   1.5
制作方法如下：
a、将上述组成物质放入烘箱内干燥4小时，干燥温度为50-60℃；
b、按照上述比例称量MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2，混合后加入球磨机进行研磨4小时至d90＜75μm，倒入密闭搅拌容器；
d、按照上述比例称量KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2，加入密闭搅拌容器与MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2一起搅拌2小时直至混合均匀。
然后，按照燃煤重量的万分之三加入至燃煤中，节约燃煤4.9％，固硫率达41.7％，脱硝率达27.2％。

Claims (5)

1.一种助燃固硫脱硝除焦一体化燃煤添加剂，其特征在于，所述燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别是：
MnO2：13-27％；
Fe2O3：8-22％；
CaO：8-22％；
CuO：2-9％；
KNO3：6-18％；
KMnO4：2-12％；
Al2O3：3-14％；
SiO2：2-7％；
Cu(NO3)2：2-11％；
Al(NO3)3：4-12％；
TiO2：0.5-4％。
2.根据权利要求1所述的助燃固硫脱硝除焦一体化燃煤添加剂，其特征在于，所述燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别是：
MnO2：15-25％；
Fe2O3：10-20％；
CaO：10-20％；
CuO：3-8％；
KNO3：8-15％；
KMnO4：3-10％；
Al2O3：4-12％；
SiO2：3-6％；
Cu(NO3)2：2.5-10％；
Al(NO3)3：4.5-11％；
TiO2：1-3％。
3.根据权利要求1所述的助燃固硫脱硝除焦一体化燃煤添加剂，其特征在于，所述助燃固硫燃煤添加剂的成分及各成分的重量百分比分别是：
MnO2：18-22％；
Fe2O3：12-18％；
CaO：14-18％；
CuO：4-6％；
KNO3：10-13％；
KMnO4：4-8％；
Al2O3：6-9％；
SiO2：4-5％；
Cu(NO3)2：4-8％；
Al(NO3)3：6-9％；
TiO2：1.5-2.5％。
4.一种如权利要求1至3中任一项所述的助燃固硫脱硝除焦一体化燃煤添加剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法的步骤如下：
a、将各组成物质MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、KNO3、KMnO4、Al2O3、SiO2、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2放入烘箱内干燥2-4小时，干燥温度为40-70℃；
b、按照权利要求1-3任一项所述比例称量MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2，混合后加入球磨机进行研磨2-4小时至d90＜75μm，倒入密闭搅拌容器；
d、按照权利要求1-3任一项所述比例称量KNO3、KMnO4、Cu(NO3)2、Al(NO3)3、TiO2，加入密闭搅拌容器与MnO2、Fe2O3、CaO、CuO、Al2O3、SiO2一起搅拌0.5-2小时直至混合均匀。
5.一种如权利要求1至3中任一项所述的助燃固硫脱硝除焦一体化燃煤添加剂的应用，其特征在于，按照燃煤重量的万分之一到万分之五添加所述燃煤添加剂。
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