CN103965986A - 一种新型水基燃煤助燃剂及其合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型水基燃煤助燃剂及其合成方法，按照重量计，新型水基燃煤助燃剂由5～10份高锰酸钾、3～8份氯酸钾、8～12份的硼砂、5～10份二氧化锰、5～10份三氧化二铁、45～55份悬浮剂和10～30份水组成；悬浮剂由水、可溶性纤维素、氢氧化钠溶液和水玻璃反应制得。合成方法是先制备悬浮剂，利用上述原料在反应釜中合成新型水基燃煤助燃剂。该新型水基燃煤助燃剂能够有效降低煤的着火温度、燃尽温度和相对燃尽时间，提高煤的燃烧率，提高炉温、大幅度降低灰渣含碳率和大幅度提高锅炉热效率。该合成方法简便易于操作，对设备和人员操作要求较低，能够大范围推广使用。

Description

一种新型水基燃煤助燃剂及其合成方法

技术领域

本发明涉及一种新型水基燃煤助燃剂及其合成方法。

背景技术

中国是世界第一煤炭消费大国，也是世界上少数能源消耗以煤为主的国家。改革开放以来，我国经济快速发展，但单位GDP能耗高和由此导致的污染物排放强度大的问题日益制约着我国社会经济的可持续发展，为此，节能减排已成为各级政府的约束性考核指标。作为重要的节能减排产品，燃煤助燃剂的开发和研究近十几年来比较活跃，一些产品已经在工业生产中使用；另外，随着煤价的日益升高，从节能的商业角度考虑，燃煤助燃剂也日益得到商家和燃煤用户的青睐。可以说，燃煤助燃剂在节能减排、商业领域具有广泛的潜力。

目前国内外对助燃剂的研究很多。但多数是注重于助燃剂对煤粉燃烧性能的研究。有学着如巨建涛、梁林旺、张朝晖等指出，随着喷煤比的不断提高，煤粉在高炉内的燃烧条件恶化，燃烧率降低，煤焦置换比有所下降。同时，大量未燃煤粉和碳黑滞留在软熔带和滴落带，降低了炉内的透气性和透液性，造成液泛现象提前出现，从而造成高炉下部矿料难行或悬料。为解决这些问题，就必须采取强化燃烧的措施，促使煤粉在高炉风口区快速燃烧。降低煤粉的着火点和提高燃烧效率都有利于煤粉在短时间内完全燃烧。为此，采取富氧喷煤和在煤粉中加入适量的助燃剂，可降低煤粉入炉的着火温度，提高燃烧效率，降低高炉的入炉焦比。

本发明针对现有的燃煤燃烧率不高的问题进行研发与设计，以获取能够很好的提高炉温、大幅度降低灰渣含碳率和大幅度提高锅炉热效率的燃煤助燃剂，提高煤的燃烧率，并且能够有效的降低环境污染。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种新型水基燃煤助燃剂及其合成方法，该新型水基燃煤助燃剂能够有效降低煤的着火温度、燃尽温度和相对燃尽时间，提高煤的燃烧率，从而很好的提高炉温、大幅度降低灰渣含碳率和大幅度提高锅炉热效率，起到节能减排的作用。该合成方法简便易于操作，对设备和人员操作要求较低，能够在较大范围内推广使用。

为解决上述问题，本发明采用技术方案为：

一种新型水基燃煤助燃剂，按照重量份数计算，所述新型水基燃煤助燃剂由5～10份高锰酸钾、3～8份氯酸钾、8～12份的硼砂、5～10份二氧化锰、5～10份三氧化二铁、45～55份悬浮剂和10～30份水组成；所述悬浮剂由水、可溶性纤维素、氢氧化钠溶液和水玻璃反应制得。

为了使燃煤助燃剂取得最佳的助燃效果，提高燃煤燃烧效率，进一步的，按照重量份数计算，新型水基燃煤助燃剂由7份高锰酸钾、5份氯酸钾、10份的硼砂、8份二氧化锰、8份三氧化二铁、50份悬浮剂和12份水组成。

一种制备所述新型水基燃煤助燃剂的合成方法的步骤为：

第一步为制备悬浮剂：以使用675Kg水为比例，常温下向反应釜内加入675kg水，以120转/分钟的搅拌速度进行搅拌，然后向反应釜内加入75kg可溶性纤维素，将反应釜内反应物加热升温至80℃；然后向反应釜内缓慢加入200kg氢氧化钠水溶液，加入速度为每分钟20kg，氢氧化钠水溶液的质量分数为30%，氢氧化钠水溶液添加完毕后于80℃恒温反应1小时后，再向反应釜内加入50kg水玻璃，在80℃反应0.5小时后得到所述悬浮剂，水玻璃是质量分数为10%的硅酸钠水溶液。

第二步为合成新型水基燃煤助燃剂：按重量份数计算，向反应釜内加入10～30份水，以120转/分钟的搅拌速度进行搅拌，将反应釜升温到60℃，然后向反应釜内加入8～12份硼砂；待硼砂溶解后再向反应釜加入5～10份高锰酸钾、3～8份氯酸钾；待高锰酸钾和氯酸钾溶解后再向反应釜内加入45～55份悬浮剂，在60℃搅拌均匀后，向反应釜内加入5～10份二氧化锰和5～10份三氧化二铁，在60℃搅拌0.5小时后制得所述新型水基燃煤助燃剂。

进一步的，为了提高助燃剂的助燃效果，便于推广本发明的合成方法，合成新型水基燃煤助燃剂的优选方法为：

按重量份数计算，向反应釜内加入12份水，以120转/分钟的搅拌速度进行搅拌，将反应釜升温到60℃，然后向反应釜内加入10份硼砂；待硼砂溶解后再向反应釜加入7份高锰酸钾、5份氯酸钾；待高锰酸钾和氯酸钾溶解后再向反应釜内加入50份悬浮剂，在60℃搅拌均匀后，向反应釜内加入8份二氧化锰和8份三氧化二铁，在60℃搅拌0.5小时后制得所述新型水基燃煤助燃剂。

本发明所使用的无机固体原料的颗粒度要求在100～200目之间。

悬浮剂由水、可溶性纤维素、氢氧化钠溶液和水玻璃反应制得，其反应过程原理为用氢氧化钠将纤维素改性，增加粘度，然后加入水玻璃提高密度，使悬浮剂得悬浮能力大大提高。

本发明的水基燃煤助燃剂由水溶和不溶的无机成分与水形成的一种悬浮液剂型，需要悬浮剂将水溶、不溶或难溶的成分分散到水中，形成均匀稳定的粗悬浮体系，以保证产品的分散性和稳定性。悬浮剂由水、可溶性纤维素、氢氧化钠溶液和水玻璃制备，具有较佳的稳定性，并且能够高效溶解和分散高锰酸钾、氯酸钾、硼砂、二氧化锰、三氧化二铁这些组分。

在煤中添加碱金属、碱土金属和过度金属元素能起到催化反应的作用，加速碳与氧的反应过程，使碳的着火点提前，燃烧速率提高。其中碱金属包括钾盐、钠盐；碱土金属包括镁盐、钙盐、锶盐、钡盐；过度金属包括钒、锰、铜、铁、镍、铬等的化合物；过度金属包括镧、铈、镨等轻稀土的化合物。

KMnO₄是燃煤最理想的氧化剂，它在不同温度条件下分解出O₂，促进燃煤氧化反应速度，而且其分解产生K₂O和MnO₂又是燃煤催化剂可进一步激发煤中各组分的反应活性，加速煤的燃烧过程。因此本发明除选用KMnO₄氧化剂外，考虑到KMnO₄价格因素，助燃剂中还添加氯酸钾、硼砂（四硼酸钠）、二氧化锰、三氧化二铁作为组分，同时悬浮剂中的水玻璃（硅酸钠水溶液）和氢氧化钠溶液中也含有钠离子，能够起到助燃的作用，同时其组分的价格也相对较低，便于降低燃煤助燃剂的成本，提高其市场竞争力和节能减排效果。

在薪碳上撒盐(NaCI)或浇盐水可促进薪碳的燃烧，显然其机理是建立在Na元素对燃煤过程的催化作用上。碱金属、碱土金属、过渡及稀土元素的氧化物及其盐添加剂对煤着火点延迟时间的影响均比较显著。

本发明的燃煤助燃剂的组分中选择含有Mn、Fe、Na、K元素的化合物作为催化剂：

一方面，这些催化剂在煤的燃烧过程中主要充当了氧的活性载体促进氧从气相向碳表面扩散，从而降低了固定碳表面的着火温度，同时还促进煤中挥发份的析出，提高了固定碳表面的活性，促进气-固相燃煤反应的进行；

另一方面，催化元素在提高燃煤挥发份产率的同时也在改变挥发份的成分裂解反应，降低煤均相燃烧过程；

其次，碱金属或其盐类催化剂通过离子交换作用可加速煤本身的裂解反应，使煤中腐殖酸、焦油和粗苯等挥发份易于分解，导致气体和低分子量碳氢化合物产生增加；

因此，本发明的燃煤助燃剂具有使煤炭的着火点温度降低、着火延迟时间缩短、燃烧效率提高的催化效果。提高了燃煤的燃烧效率，减少了燃煤的使用量和环境污染程度。

本发明燃煤助燃剂产品的性能试验如下：以下三个对比试验的试验条件为：使用锅炉为35吨角管式蒸汽锅炉，型号为GG-3.5/3.82-H，将助燃剂均匀喷洒在燃煤上，每吨喷洒量为15kg。

1、本发明助燃剂产品与市售燃煤助燃剂在常规情况下燃煤温度对比结果见表1。

表1、本发明助燃剂与市售燃煤助燃剂在常规情况下燃煤温度对比表。

	投加量（kg/t）	提高炉温（℃）	添加助燃剂的平均炉温（℃）	未添加助燃剂的平均炉温（℃）
					市售WL103型燃煤助燃剂	15	27	803	776
市售LS-1型燃煤助燃剂	15	36	812	776
					本发明实施例1制备的水基燃煤助燃剂	15	98	874	776

从上表数据可知：在相同投加量下，本发明水基燃煤助燃剂能够很好的提高炉温，取得了较佳环保节能灯的效果。

2、本发明助燃剂产品与市售燃煤助燃剂在常规情况下灰渣含碳率对比结果，见表2。

表2、本发明助燃剂产品与市售燃煤助燃剂在常规情况下灰渣含碳率对比：

	投加量（kg/t）	灰渣含碳率降低（%）	添加助燃剂的灰渣含碳率（%）	未添加助燃剂的灰渣含碳率（%）
					市售WL103型燃煤助燃剂	15	1.35	3.27	4.62
市售LS-1型燃煤助燃剂	15	1.58	3.04	4.62
					本发明实施例1制备的水基燃煤助燃剂	15	3.69	0.93	4.62

从上表数据可知：在相同投加量下，本发明水基燃煤助燃剂能够大幅度降低灰渣含碳率，达到节能环保的要求。

3、本产品与市售燃煤助燃剂在常规情况下锅炉热效率提高的对比结果见表3。

表3 、本产品与市售燃煤助燃剂在常规情况下锅炉热效率提高的对比结果：

	投加量（kg/t）	锅炉热效率提高（%）	添加助燃剂的锅炉热效率（%）	未添加助燃剂的锅炉热效率（%）
					市售WL103型燃煤助燃剂	15	8.39	75.17	66.78
市售LS-1型燃煤助燃剂	15	9.81	76.59	66.78
					本发明实施例1制备的水基燃煤助燃剂	15	14.54	81.32	66.78

从上表数据可知：在相同投加量下，本发明水基燃煤助燃剂能够大幅度提高锅炉热效率，具有较佳的环保节能效果。

综上，本发明的优点和有益效果为：本发明的新型水基燃煤助燃剂利用碱金属、碱土金属、过渡及稀土元素的氧化物及其盐的催化作用，使煤炭的着火点温度降低、着火延迟时间缩短、燃烧效率提高，使助燃剂有效提高煤炭的燃烧效率，减少煤炭的使用量，降低企业的生产成本；

本发明的新型水基燃煤助燃剂提高了燃煤的燃烧效率，减少了燃煤的使用量和环境污染程度。

本发明的新型水基燃煤助燃剂中含有高锰酸钾，其作为高效的氧化剂能够在炉中分解出氧气为煤炭的燃烧补充足够的氧气，提高其燃烧效率；并且其分解产生的二氧化锰又能够作为煤炭燃烧的催化剂。

本发明的新型水基燃煤助燃剂的原料成本较低，使助燃记的生产成本降低，能够满足煤炭燃烧企业的购买需求。

本发明的新型水基燃煤助燃剂的合成方法简便易于操作，对设备和人员操作要求较低，能够在较大范围内推广使用。

具体实施方式

下列实施例将进一步说明本发明。

实施例1

本发明采用技术方案为一种新型水基燃煤助燃剂，所述新型水基燃煤助燃剂由高锰酸钾、氯酸钾、硼砂、二氧化锰、三氧化二铁、悬浮剂和水组成。

该新型水基燃煤助燃剂的合成方法的步骤为：

制备悬浮剂：常温下向反应釜内加入675kg水，以120转/分钟的搅拌速度进行搅拌，然后向反应釜内加入75kg可溶性纤维素，将反应釜内反应物加热升温至80℃；然后向反应釜内缓慢加入200kg氢氧化钠水溶液，加入速度为每分钟20kg，氢氧化钠水溶液的质量分数为30%，氢氧化钠水溶液添加完毕后在80℃恒温反应1小时后，再向反应釜内加入50kg水玻璃，水玻璃是质量分数为10%的硅酸钠水溶液，在80℃反应0.5小时后得到所述悬浮剂。

合成新型水基燃煤助燃剂：向反应釜内加入220kg水，以120转/分钟的搅拌速度进行搅拌，将反应釜升温到60℃，然后向反应釜内加入100kg硼砂；待硼砂溶解后再向反应釜加入70kg高锰酸钾、50kg氯酸钾；待高锰酸钾和氯酸钾溶解后再向反应釜内加入500kg悬浮剂，在60℃搅拌均匀后，向反应釜内加入80kg二氧化锰和80kg三氧化二铁，在60℃搅拌0.5小时后制得所述新型水基燃煤助燃剂。

实施例2

进一步的，较佳的实施方式还有：

一种新型水基燃煤助燃剂，所述新型水基燃煤助燃剂由高锰酸钾、氯酸钾、硼砂、二氧化锰、三氧化二铁、悬浮剂和水组成。

该新型水基燃煤助燃剂的合成方法的步骤为：

制备悬浮剂：常温下向反应釜内加入675kg水，以120转/分钟的搅拌速度进行搅拌，然后向反应釜内加入75kg可溶性纤维素，将反应釜内反应物加热升温至80℃；然后向反应釜内缓慢加入200kg氢氧化钠水溶液，加入速度为每分钟20kg，氢氧化钠水溶液的质量分数为30%，氢氧化钠水溶液添加完毕后在80℃恒温反应1小时后，再向反应釜内加入50kg水玻璃，水玻璃是质量分数为10%的硅酸钠水溶液，在80℃反应0.5小时后得到所述悬浮剂。

合成新型水基燃煤助燃剂：向反应釜内加入200kg水，以120转/分钟的搅拌速度进行搅拌，将反应釜升温到60℃，然后向反应釜内加入120kg硼砂；待硼砂溶解后再向反应釜加入100kg高锰酸钾、80kg氯酸钾；待高锰酸钾和氯酸钾溶解后再向反应釜内加入450kg悬浮剂，于60℃搅拌均匀后，向反应釜内加入100kg二氧化锰和100kg三氧化二铁，于60℃搅拌0.5小时后制得所述新型水基燃煤助燃剂。

实施例3

进一步的，较佳的实施方式还有：

一种新型水基燃煤助燃剂，所述新型水基燃煤助燃剂由高锰酸钾、氯酸钾、硼砂、二氧化锰、三氧化二铁、悬浮剂和水组成。

该新型水基燃煤助燃剂的合成方法的步骤为：

制备悬浮剂：常温下向反应釜内加入675kg水，以120转/分钟的搅拌速度进行搅拌，然后向反应釜内加入75kg可溶性纤维素，将反应釜内反应物加热升温至80℃；然后向反应釜内缓慢加入200kg氢氧化钠水溶液，加入速度为每分钟20kg，氢氧化钠水溶液的质量分数为30%，氢氧化钠水溶液添加完毕后在80℃恒温反应1小时后，再向反应釜内加入50kg水玻璃，水玻璃是质量分数为10%的硅酸钠水溶液，在80℃反应0.5小时后得到所述悬浮剂。

合成新型水基燃煤助燃剂：向反应釜内加入300kg水，以120转/分钟的搅拌速度进行搅拌，将反应釜升温到60℃，然后向反应釜内加入80kg硼砂；待硼砂溶解后再向反应釜加入50kg高锰酸钾、30kg氯酸钾；待高锰酸钾和氯酸钾溶解后再向反应釜内加入550kg悬浮剂，于60℃搅拌均匀后，向反应釜内加入50kg二氧化锰和50kg三氧化二铁，于60℃搅拌0.5小时后制得所述新型水基燃煤助燃剂。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种新型水基燃煤助燃剂，其特征在于，按照重量份数计算，所述新型水基燃煤助燃剂由5～10份高锰酸钾、3～8份氯酸钾、8～12份的硼砂、5～10份二氧化锰、5～10份三氧化二铁、45～55份悬浮剂和10～30份水组成；

所述悬浮剂由水、可溶性纤维素、氢氧化钠溶液和水玻璃反应制得。

2.如权利要求1所述的新型水基燃煤助燃剂，其特征在于，按照重量份数计算，所述新型水基燃煤助燃剂由7份高锰酸钾、5份氯酸钾、10份的硼砂、8份二氧化锰、8份三氧化二铁、50份悬浮剂和12份水组成。

3.一种用于制备如权利要求1所述的新型水基燃煤助燃剂的合成方法，其特征在于，该合成方法的步骤为：

制备悬浮剂：以使用675Kg水为比例，常温下向反应釜内加入675kg水，以120转/分钟的搅拌速度进行搅拌，然后向反应釜内加入75kg可溶性纤维素，将反应釜内反应物加热升温至80℃；然后向反应釜内缓慢加入200kg氢氧化钠水溶液，加入速度为每分钟20kg，氢氧化钠水溶液的质量分数为30%，氢氧化钠水溶液添加完毕后在80℃恒温反应1小时后，再向反应釜内加入50kg水玻璃，在80℃反应0.5小时后得到所述悬浮剂，水玻璃是质量分数为10%的硅酸钠水溶液；

合成新型水基燃煤助燃剂：按重量份数计算，向反应釜内加入10～30份水，以120转/分钟的搅拌速度进行搅拌，将反应釜升温到60℃，然后向反应釜内加入8～12份硼砂；待硼砂溶解后再向反应釜加入5～10份高锰酸钾、3～8份氯酸钾；待高锰酸钾和氯酸钾溶解后再向反应釜内加入45～55份悬浮剂，在60℃搅拌均匀后，向反应釜内加入5～10份二氧化锰和5～10份三氧化二铁，在60℃搅拌0.5小时后制得所述新型水基燃煤助燃剂。

4.如权利要求3所述的新型水基燃煤助燃剂的合成方法，其特征在于，合成新型水基燃煤助燃剂的步骤为：

按重量份数计算，向反应釜内加入12份水，以120转/分钟的搅拌速度进行搅拌，将反应釜升温到60℃，然后向反应釜内加入10份硼砂；待硼砂溶解后再向反应釜加入7份高锰酸钾、5份氯酸钾；待高锰酸钾和氯酸钾溶解后再向反应釜内加入50份悬浮剂，在60℃搅拌均匀后，向反应釜内加入8份二氧化锰和8份三氧化二铁，在60℃搅拌0.5小时后制得所述新型水基燃煤助燃剂。