CN104114681B - 用于避免如集聚、沉积、腐蚀等问题并减少排放物的矿物添加剂掺合组合物和燃烧器的运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种矿物添加剂掺合物组合物和一种熔炉的运行方法，以避免诸如集聚、沉积、腐蚀等问题并减少排放物。本发明的诸如流化床反应器、粒状燃料燃烧器、炉栅燃烧器等熔炉的运行方法包括将燃料与包含粘土和功能性矿物的矿物添加剂掺合物引入熔炉中。所述方法进一步包括加热至少一部分含无机化合物的材料和粘土，以将至少一部分粘土至少部分地煅烧，并且至少部分煅烧的粘土和功能性矿物吸附熔炉中存在的至少一部分无机挥发性化合物并且与燃料燃烧期间产生的灰分反应，提高其耐火度。所述方法进一步包括从所述熔炉中去除至少一部分的至少部分煅烧的粘土和吸附的无机化合物。

Description

用于避免如集聚、沉积、腐蚀等问题并减少排放物的矿物添加 剂掺合组合物和燃烧器的运行方法
技术领域
本发明涉及矿物添加剂掺合组合物和熔炉的运行方法，并且更具体地涉及通过将矿物掺合物引入熔炉中而使诸如流化床反应器、粉状燃料燃烧器或炉栅燃烧器等熔炉运行的方法，其目的在于避免诸如成渣、集聚(agglomeration)、沉积、腐蚀(例如，积垢)等燃烧问题并减少排放物。
背景技术
燃烧工艺可用于发电厂熔炉中以生成热来使锅炉或产生电力的蒸汽发电机运行。用于这种工艺的燃料可包括煤、石油焦炭、来自于生物质的生物燃料和/或固体废物。燃料可包括无机挥发物，如碱、碱土、氯、氟、硫和金属。
燃烧化石燃料的热电厂，如供电业使用的燃煤设施，其通过在熔炉中燃烧燃料而运行。来自熔炉的热随后用于使水沸腾为蒸汽以提供热，或者用于使最终生成电力的涡轮转动。在常见的燃烧化石燃料的发电厂中，将煤供给到熔炉中并在约850℃～约1700℃的燃烧温度范围内于氧气的存在下燃烧。燃烧气体(烟气)含有二氧化碳、氮氧化物，并且可含有其他各种不期望的无机挥发性成分，包括碱、碱土、硫、氯、氟以及诸如铁、锌、锑、钒、砷、镉、钡、铅、镍、铬、钴和汞等金属。另外，燃烧气体一般还包含夹带的灰分，其使得颗粒去除系统和洗涤器的使用变得必要。
为了提高效率，一般还使热燃烧气体通过换热器以便将气体在从烟道排出之前冷却至约150℃的级别。在常见的换热器中，使热燃烧气体通过含有传热流体(一般为水)的多个管，其将一部分热从气体中去除。换热器管可足够冷却以使碱盐、碱和碱土硫酸盐以及氯化物(如来自燃烧气体的氯化铁)能够沉积，而后使富硅石的灰分颗粒沉积，这可能导致换热器管的积垢。
一些发电厂可包含用采用例如有时称为“流化床燃料”过程的工艺而运行的系统。这种工艺的一个实例是循环流化床燃烧工艺，其可用于发电。循环流化床反应器的一些实例可包括气化器、燃烧器和蒸汽发电机，并且循环流化床反应器一般具有立式熔炉或锅炉。
在运行期间，将燃料如粒状燃料引入熔炉下部，并且可供应一次和二次气体如空气经过熔炉的底部和/或侧壁。燃料的燃烧发生在燃料颗粒和其它固体颗粒和/或惰性材料的床层中，可包含所述固体颗粒如碳酸钙以便俘获二氧化硫。例如，流化床反应器(即，熔炉)可被配置为在燃烧过程期间将燃料颗粒和其他材料的床层悬浮在一次和/或二次气体向上吹送的喷气上。向上吹送的喷气有利于流体颗粒与其他材料的混合，其用于通过例如减少不期望的排放物并提高燃烧和传热效率而改善燃烧。
一些发电厂可包含利用粉状燃料燃烧运行的系统，其中将细粉状燃料注入燃烧室。在粉状燃料燃烧中，相比于其他燃烧技术，可在燃烧室中获得更高的温度曲线。细粒与诸如空气等气体一起注入经过燃烧室下部的燃烧器，并且由于细燃料粒度和高氧气浓度而产生高温火焰。
一些发电厂可包含使具有固定或可移动的炉栅(行进、往复、振动、回转等)的炉栅式炉运行的系统。燃料可连续地或间歇地引入燃烧室中，并在燃烧室中支撑炉栅上进行燃烧。空气可从炉栅的底部或从侧面供应至燃烧室中以促进有效燃烧。一些发电厂可包含施加气化过程的气化器。气化可用于从纯度较低的固体燃料或废物中生产清洁气体燃料。在气化过程中，将燃料加热至约400℃～900℃或者甚至更高的温度。在这些温度下，复杂的有机分子将分解成低分子量链。
床层中或烟气中夹带的废气和/或固体颗粒可经由例如熔炉上部的排气口离开熔炉，并且可经过颗粒分离器。在颗粒分离器中，可将大部分或基本上全部固体颗粒与废气分离。一般地，熔炉连接有一个或多个旋风分离器，其利用切向力使颗粒与废气分离。在正常运行期间，旋风分离器能够从废气中分离出约99.9％的颗粒。
随后可将废气以及任何残余的固体颗粒或飞灰在最终释放到大气中之前通过附加的处理单元。例如，在大气循环流化床系统中，废气流经锅炉并且经过含有一定量的水的锅炉管，提供热以便将水转化为蒸汽。蒸汽可随后用于驱动汽轮机发电。废气可通过换热器以便回收至少一部分在燃烧过程期间生成的热，并且废气可通过环境处理单元以便降低不期望的排放物水平，该排放物如污染物，例如氮氧化物(“NOx”)、硫氧化物(“SOx”)和/或颗粒物(“PM”)。
燃料颗粒的燃烧和/或其他材料(例如，碳酸钙)的加热可导至含碱材料的加热，以便释放其中所含的碱化合物。释放的碱化合物可与燃料中存在的灰分或其他无机成分比如例如硫、氯和/或硅石反应，其可导致在燃烧器部件的露出表面区域上，例如在炉壁和/或锅炉管上导致不期望的沉积物、灰分积聚和/或腐蚀。此种沉积物和腐蚀因为与维护有关的故障时间增加而可能导致较低的有效运行和/或丧失生产。不受理论的限制，碱化合物可以以液体或蒸气的形式释放，其可夹带在废气中。碱化合物可致使灰分颗粒粘在一起，导致反应器系统表面的不期望的灰分积聚(例如，在锅炉管上)和积垢。不受理论的限制，与灰分的其他无机成分结合的碱成分可形成共晶混合物，其在反应器表面上形成晶状/非晶状沉积物。
因此，合乎期望的是，将至少一部分碱化合物以及其它不期望的无机挥发物如硫、氯、氟和金属在其与灰分和/或其他无机成分反应之前从炉中去除，从而例如减少或防止不期望的沉积物和/或腐蚀。
此外，合乎期望的是，提高所形成灰分的耐火度，增大其结晶能力、晶化率及其粘度，并且由此使得灰分粘度较低且较不易于在燃料器部件的露出表面上发生沉积和致密化。
发明内容
通过以下描述，本发明的某些方面和实施方式将变得清楚。应当理解，这些方面和实施方式在其最广泛的意义上可在不具有这些方面和实施方式的一个或多个特征的情况下实施。应当理解，这些方面和实施方式仅是示例性的。
根据第一方面，提供了一种燃烧器的运行方法，所述方法包括：将燃料引入熔炉中，所述熔炉被配置为燃烧所述燃料；将矿物添加剂掺合物引入所述熔炉中，所述矿物添加剂掺合物包含(i)硅铝酸盐和/或含铝化合物以及(ii)功能性矿物；并且加热至少一部分所述燃料和矿物添加剂掺合物；其中所述功能性矿物选自含镁矿物和含钙矿物中的一种或多种。
在进一步的方面中，提供了一种燃烧器的运行方法，所述方法包括：将燃料引入熔炉中，所述熔炉被配置为燃烧所述燃料；将矿物添加剂掺合物引入所述熔炉中，所述矿物添加剂掺合物包含高岭土和膨润土和/或蒙皂石、或高岭土和铝土质高岭土(bauxitickaolin)，或者基本上由高岭土和膨润土和/或蒙皂石、或高岭土和铝土质高岭土构成；并且加热至少一部分所述燃料和矿物添加剂掺合物。
在进一步的方面中，提供了一种燃烧器的运行方法，所述方法包括：将燃料引入熔炉中，所述熔炉被配置为燃烧所述燃料；将矿物添加剂掺合物引入所述熔炉中，所述矿物添加剂掺合物包含(i)硅铝酸盐和/或含铝化合物以及(ii)功能性矿物；并且加热至少一部分所述燃料和矿物添加剂掺合物；其中，所述硅铝酸盐包括粘土或者是粘土，例如高岭土；并且所述功能性矿物包括或者是高表面积矿物或耐火矿物。
在进一步的方面中，提供了一种燃烧器的运行方法，所述方法包括：将燃料引入熔炉中，所述熔炉被配置为燃烧所述燃料；将矿物添加剂掺合物引入所述熔炉中，所述矿物添加剂掺合物包含高岭土和膨润土和/或蒙皂石，或者基本上由高岭土和膨润土和/或蒙皂石构成；并且加热至少一部分所述燃料和矿物添加剂掺合物。
根据第二方面，提供了一种在燃烧器的运行期间减少成渣和/或集聚的方法，所述方法包括：将燃料引入熔炉中，所述熔炉被配置为燃烧所述燃料；将矿物添加剂掺合物引入所述熔炉中；并且加热至少一部分所述燃料和矿物添加剂掺合物；其中，所述熔炉中的元素摩尔比(Si+K+Na+P):(Ca+Mg+Al)不大于约1.5或不大于约1.75。
根据第三方面，提供了一种矿物添加剂掺合物，所述矿物添加剂掺合物用于控制熔炉或锅炉中的富碱沉积物和富硅酸盐沉积物，或用于本发明的第一和第二方面的方法中，所述矿物添加剂掺合物包含：0.1重量％～99重量％(或0.1重量％～99.9重量％)的硅铝酸盐和/或含铝化合物；以及0.1重量％～99.9重量％的功能性矿物，所述功能性矿物选自含镁矿物和含钙矿物中的一种或多种。
根据第四方面，提供了一种燃烧器用燃料混合物，所述燃料混合物包含约0.1重量％或约1重量％～20重量％的本发明第三方面所述的矿物添加剂掺合物，以及余量的燃料和其它可选的添加剂。
以下描述了本发明的其它方面。
本发明的一个方面涉及一种燃烧器的运行方法，所述方法包括：将燃料引入熔炉中，所述熔炉被配置为燃烧所述燃料；将矿物添加剂掺合物引入所述熔炉中，所述矿物添加剂掺合物包含粘土和功能性矿物；并且加热至少一部分所述燃料和矿物添加剂掺合物，以使至少一部分粘土至少部分地煅烧，并且至少部分煅烧的粘土和功能性矿物吸附熔炉中存在的至少一部分碱。
一方面，燃料包含不期望的污染物，并且所述功能性矿物(和可选的粘土)用作与所述污染物结合的吸附剂。另一方面，污染物可以是无机挥发性物质，如硫、氯、氟和金属化合物，例如钒化合物、铁化合物、锌化合物、锑化合物、砷化合物、镉化合物、钡化合物、铅化合物、镍化合物、铬化合物、钴化合物、硒化合物或汞化合物。另一方面，功能性矿物可包括含镁矿物，例如滑石、氧化镁、氢氧化镁(或水镁石)、白云石、碳酸镁(如菱镁矿)、水菱镁矿、蛭石、金云母、斜绿泥石、海泡石、凹凸棒石或坡缕石和/或蒙皂石(例如，蒙脱石或贝德石)。又一方面，功能性矿物可包括含锰矿物，例如软锰矿、褐锰矿、硬锰矿和/或菱锰矿。
另一方面，功能性矿物可起到提高燃料灰分和/或粘土的耐火度的作用。一方面，功能性矿物包括金属氧化物，例如氧化铝。另一方面，可包含以下矿物类型的氧化铝，如铝土矿、三水铝石、诺三水铝石、督三水铝石(doyleite)、三羟铝石、勃姆石、硬水铝石和/或铝土质高岭土。另一方面，金属氧化物可包括氧化钛，如金红石、锐钛矿、钛铁矿、白钛石和/或板钛矿。又一方面，金属氧化物可包括氧化锆。又一方面，金属氧化物可包括硅铝酸盐，例如红柱石、蓝晶石、硅线石、水黄晶矿(hydro-topaz)、莫来石、叶腊石、杜姆贝塞石(dombassite)和/或埃洛石。
另一方面，燃料燃烧形成不期望的燃烧产物，并且功能性矿物用作催化剂以将不期望的燃烧产物转化为较期望的化合物。一方面，不期望的燃烧产物包括氮氧化物。另一方面，功能性矿物包括二氧化钛，比如例如金红石、锐钛矿、钛铁矿、白钛石和/或板钛矿。
另一方面，功能性矿物起到增大粘土的表面积的作用(这可通过增加有效吸附位点的数量而提高无机化合物的吸附效率)。一方面，增大表面积的功能性矿物包括蒙皂石，比如膨润土。另一方面，增大表面积的功能性矿物包括埃洛石。另一方面，增大表面积的功能性矿物包括铝土矿。另一方面，增大表面积的功能性矿物包括硅藻土。另一方面，增大表面积的功能性矿物包括叶腊石、滑石、海泡石或坡缕石。另一方面，增大表面积的功能性材料具有至少约25m2/g的表面积。
又一方面，粘土可包括高岭土。另一方面，粘土包括球土。又一方面，粘土可包括来自于高岭土、粘土或任何硅铝酸盐开采作业的覆盖岩层材料或工艺废物。又一方面，粘土可包括掺合物高岭土和/或球土。在其他方面，粘土可包含铝土质高岭土和/或蒙皂石膨润土和/或膨润土，或者由铝土质高岭土和/或蒙皂石膨润土和/或膨润土构成。
一方面，粘土可以是含水粘土。另一方面，粘土可以是煅烧的粘土。煅烧的粘土可含有偏高岭土。又一方面，粘土的含水量范围为约1重量％或约5重量％～约15重量％的范围，例如，含水量为约8重量％～约12重量％或甚至更高。另一方面，粘土包括块状粘土。又一方面，粘土可包括经撕碎的和/或碾碎的粘土。另一方面，粘土可以是非精选的(non-beneficiated)粘土。在另一方面，粘土包括含水粘土，其BET表面积为至少约5m2/g或至少约9m2/g，例如至少约15m2/g，例如约3m2/g～约200m2/g或约5m2/g～约150m2/g。另一方面，粘土可包括来源于含水量为至少约15％的粗制粘土的含水粘土。
另一方面，可使用粘土和功能性矿物的掺合物制备浆料。
另一方面，粘土包括尺寸不大于约3英寸的含水粘土集块(agglomerate)。另一方面，粘土包括尺寸不大于约2英寸的含水粘土集块。另一方面，粘土包括尺寸不大于约1英寸的含水粘土集块。
另一方面，燃料的燃烧方法可包括将碳酸钙和/或粘土与功能性矿物掺合物引入熔炉中的可选步骤。另一方面，所述熔炉可包括循环流化床、炉栅燃烧器和粒状燃料燃烧器。另一方面，燃料的燃烧方法包括在将至少一部分燃料引入熔炉之前，将所述部分的燃料、粘土和功能性矿物与相互组合。
另一方面，加热步骤将煅烧至少一部分粘土，并且所述方法进一步包括：由煅烧的粘土和功能性矿物吸附熔炉中的至少一部分碱和金属化合物或挥发性无机化合物；并且从所述熔炉中去除至少一部分煅烧的粘土和功能性矿物以及吸附的碱和金属化合物或挥发性无机化合物。
另一方面，燃料包括煤、石油焦炭、固体废物或生物燃料，或前述的任意组合。另一方面，燃料可包括生物质粒料或颗粒，如有时用于生物质燃料应用(例如Reynolds等的US20080171297A1、Kluko等的US20090205546等)的那些。
本发明的另一方面涉及用于控制熔炉或锅炉中富碱沉积物和富硅酸盐沉积物的组合物，其包含：5重量％～99.9重量％的粘土；以及0.1重量％～95重量％的功能性矿物，其选自含镁矿物、含锰矿物、二氧化钛、氧化锆、铝土质矿物、硅藻土、硅铝酸盐矿物或其掺合物。本发明的另一方面涉及矿物掺合物的组合物，其用于控制熔炉或锅炉中的成渣和床层集聚、富碱沉积物或富硅酸盐沉积物和腐蚀以及诸如细颗粒物(<1μm)、重金属和金属化合物、碱性挥发物、SOx、NOx和Cl等不期望的烟气排放物，其包括：0.1重量％～99.9重量％的粘土；以及0.1重量％～99.9重量％的功能性矿物，其选自含镁矿物、含锰矿物、二氧化钛、氧化锆、铝土质矿物、硅藻土、硅铝酸盐矿物或其掺合物。
一方面，功能性矿物包括含镁矿物。另一方面，含镁矿物可包括滑石、氧化镁、氢氧化镁、白云石、菱镁矿、水菱镁矿、蛭石、金云母、斜绿泥石、海泡石、凹凸棒石或坡缕石和/或蒙皂石(蒙脱石或贝德石)。又一方面，功能性矿物可包括含锰矿物，例如软锰矿、褐锰矿、硬锰矿和/或菱锰矿。一方面，功能性矿物包括含钙矿物。另一方面，含钙矿物可包括氧化钙、氢氧化钙、白云石、碳酸钙、石灰石、大理石、白垩岩、霰石沙、海贝壳、或珊瑚以及水泥窑粉尘、石灰质泥灰岩或泥灰岩或粘土质泥灰岩。石灰质泥灰岩含有约5％～35％的粘土，泥灰岩含有约35％～65％的粘土，粘土质泥灰岩含有约65％～95％的粘土。
另一方面，功能性矿物包括金属氧化物，例如氧化铝。另一方面，可包括以下矿物类型的氧化铝，比如铝土矿、三水铝石、诺三水铝石、督三水铝石、三羟铝石、勃姆石、硬水铝石和/或铝土质高岭土。另一方面，金属氧化物可包括氧化钛，比如例如金红石、锐钛矿、钛铁矿、白钛石和/或板钛矿。又一方面，金属氧化物可包括氧化锆。又一方面，金属氧化物可包括硅铝酸盐，例如红柱石、蓝晶石、硅线石、水黄晶矿、莫来石、叶腊石、杜姆贝塞石和/或埃洛石。另一方面，功能性矿物包括氧化钛，比如例如金红石、锐钛矿、钛铁矿、白钛石和/或板钛矿。
另一方面，功能性矿物起到增大粘土的表面积的作用。一方面，增大表面积的功能性矿物包括蒙皂石，比如膨润土。另一方面，增大表面积的功能性矿物包括埃洛石。另一方面，增大表面积的功能性矿物包括以下矿物类型的氧化铝，比如铝土矿、三水铝石、诺三水铝石、督三水铝石、三羟铝石、勃姆石、硬水铝石、铝土质高岭土。另一方面，增大表面积的功能性矿物包括硅藻土。另一方面，增大表面积的功能性矿物包括叶腊石、滑石、海泡石或坡缕石。另一方面，增大表面积的功能性材料具有至少约25m2/g的表面积。
又一方面，粘土可包括高岭土。另一方面，粘土包括球土。又一方面，粘土可包括来自于高岭土或粘土或任何硅铝酸盐开采作业的覆盖岩层材料或工艺废料。又一方面，粘土可包括铝土质高岭土。又一方面，粘土可包括蒙皂石膨润土。又一方面，粘土可包括高岭土和/或球土和/或膨润土和/或铝土质高岭土的掺合物。
一方面，粘土可以是含水粘土。另一方面，粘土可以是煅烧的粘土。一方面，煅烧的粘土可含有偏高岭土。又一方面，粘土的含水量范围为约1重量％或约5重量％～约15重量％，例如，约8重量％～约12重量％，或含水量甚至高于15重量％。另一方面，粘土包括块状粘土。又一方面，粘土可包括经撕碎的和/或碾碎的粘土。另一方面，粘土可以是非精选的粘土。另一方面，粘土包括含水粘土，其BET表面积为至少约5m2/g或至少约9m2/g，例如至少15m2/g，例如约3m2/g～约200m2/g或约5m2/g～约150m2/g。另一方面，粘土可包括来源于含水量为约15％的粗制粘土的含水粘土。另一方面，可使用粘土和功能性矿物的掺合物制备浆料。另一方面，用于控制熔炉或锅炉中富碱沉积物或富硅酸盐沉积物的组合物包含：25重量％～99.9重量％的粘土；和0.1重量％～75重量％的功能性矿物。另一方面，用于控制熔炉或锅炉中富碱沉积物或富硅酸盐沉积物的组合物包含：40重量％～99.9重量％的粘土；和0.1重量％～60重量％的功能性矿物。另一方面，用于控制熔炉或锅炉中富碱沉积物或富硅酸盐沉积物的组合物包含：60重量％～99.9重量％的粘土；和0.1重量％～40重量％的功能性矿物。另一方面，用于控制熔炉或锅炉中富碱沉积物或富硅酸盐沉积物的组合物包含：70重量％～99.9重量％的粘土；和0.1重量％～30重量％的功能性矿物。另一方面，用于控制熔炉或锅炉中富碱沉积物或富硅酸盐沉积物的组合物包含：85重量％～99.9重量％的粘土；和按重量计0.1重量％～15重量％的功能性矿物。
本发明的另一方面涉及熔炉的运行方法。所述方法包括将以下掺合物引入熔炉中，所述掺合物为5重量％～99.9重量％的粘土和按重量计0.1重量％～95重量％的功能性矿物，其选自含镁矿物、含锰矿物、二氧化钛、氧化锆、铝土质矿物、硅藻土、硅铝酸盐矿物或其掺合物。如本文中所用的，“含无机化合物的材料”和“无机化合物”是指含诸如碱、碱土、硫、磷、氯、氟、氧化物以及金属(铁、锌、锑、钒、砷、镉、钡、铅、汞、镍、铬、钴、硒)，和/或碱金属和/或碱土金属的碳酸盐和/或氢氧化物，和/或碱金属和/或碱土金属的盐和/或离子等化合物的材料。含水粘土的含水量为至少约1重量％或至少约5重量％。所述方法进一步包括加热至少一部分燃料和含水粘土，使得将至少一部分含水粘土至少部分地煅烧，并且煅烧的粘土吸附熔炉中存在的至少一部分碱。所述方法进一步包括从所述熔炉中去除至少一部分的至少部分煅烧的粘土和吸附的碱。
根据又一方面，用于减少熔炉中的富碱灰分或富硅酸盐灰分积聚的方法包括：将燃料引入熔炉中，并且将以下掺合物引入熔炉中，所述掺合物为5重量％～99.9重量％的粘土和0.1重量％～95重量％的功能性矿物，其选自含镁矿物、含锰矿物、二氧化钛、氧化锆、铝土质矿物、硅藻土、硅铝酸盐矿物或其掺合物，其中，所述含水粘土的含水量为至少约5重量％。所述方法进一步包括加热燃料和含水粘土以及功能性矿物，使得将至少一部分含水粘土至少部分地煅烧，并且至少部分煅烧的粘土和功能性矿物吸附熔炉中存在的至少一部分碱和/或无机挥发性化合物。所述方法进一步包括从所述熔炉中去除至少一部分煅烧的粘土和功能性矿物以及吸附的碱和无机挥发性化合物。
除了上文阐述的结构和程序设置以外，本发明的实施方式还可包括一些其他的设置，比如在下文中阐明的那些设置。应当理解，上述说明和下面的说明都仅是示例性的。
具体实施方式
现将详细地参考多个示例性实施方式，这些示例性实施方式属于但不限于本发明的第一至第四方面。燃料可在熔炉中燃烧以产生热，并且产生的热可转而用于经由例如蒸汽发电机生成电力。将与燃烧过程相关的燃料和/或材料(例如，碳酸钙)加热可能导致在熔炉中释放无机成分，比如碱、碱土、硫、磷、氯、氟、氧化物和金属(铁、锌、锑、钒、砷、镉、钡、铅、汞、镍、铬、钴、硒)。
根据本发明第一方面的方法，可将下述矿物添加剂掺合物引入熔炉中，所述矿物添加剂掺合物包含：(i)硅铝酸盐和/或含铝化合物和(ii)功能性矿物。
在某些实施方式中，功能性矿物包括或者是含镁矿物。在某些实施方式中，含镁矿物包括或者是氧化镁或在熔炉中加热后形成氧化镁的氧化镁前体材料。例如，氧化镁前体材料可选自滑石、白云石、水镁石和碳酸镁中的一种或多种。在这种实施方式中，热量可至少部分地煅烧氧化镁前体，使得至少部分煅烧的材料能够用作熔炉中至少一部分无机挥发性化合物和污染物的吸附剂。而且，至少部分煅烧的材料的存在可用于提高燃烧过程期间生成的燃料灰分的耐火度。而且，至少部分煅烧的材料的存在可用于在燃烧过程期间减少、抑制或消除SOx和/或氯气的生成。
在某些实施方式中，含镁矿物包括或者是滑石。
在某些实施方式中，含镁矿物包括或者是氢氧化镁，例如，水镁石。
在某些实施方式中，含镁矿物包括或者是白云石。
在某些实施方式中，含镁矿物包括或者是选自碳酸镁、水菱镁矿、蛭石、蒙皂石、金云母、斜绿泥石、海泡石、凹凸棒石或坡缕石的矿物。
在某些实施方式中，功能性矿物包括或者是含钙矿物。
在某些实施方式中，含钙矿物包括或者是氧化钙或在熔炉中加热后形成氧化钙的氧化钙前体材料，例如，碳酸钙和/或氢氧化钙。在这种实施方式中，热量可至少部分地煅烧氧化钙前体，使得至少部分煅烧的材料能够用作熔炉中至少一部分无机挥发性化合物和污染物的吸附剂。而且，至少部分煅烧的材料的存在可用于提高燃烧过程期间生成的燃料灰分的耐火度。而且，至少部分煅烧的材料的存在可用于在燃烧过程期间减少、抑制或消除SOx和/或氯气的生成。
在某些实施方式中，含钙矿物包括或者是选自石灰石、大理石、白垩岩、白云石、霰石沙、海贝壳、珊瑚，或水泥窑粉尘、石灰质泥灰岩、泥灰岩或粘土质泥灰岩的矿物。
在某些实施方式中，含钙矿物包括或者是碳酸钙。
在某些实施方式中，矿物添加剂掺合物进一步包括含锰矿物或含过氧化锰的矿物，如选自软锰矿、褐锰矿、硬锰矿和菱锰矿的含锰矿物或其组合。
在某些实施方式中，矿物添加剂掺合物进一步包括二氧化钛(如选自金红石、锐钛矿、钛铁矿、白钛石和板钛矿的矿物)与氧化锆中的一种或多种。
在某些实施方式中，矿物添加剂掺合物起到提高燃烧期间生成的燃料灰分的耐火度的作用，从而产生更耐火的灰分，其在燃烧器或其相关的换热器的暴露表面上沉积的可能性较小，或者形成熔渣和/或集块的可能性较小。
在某些实施方式中，含氧化铝化合物包括或者是氧化铝或氢氧化铝，例如铝土矿，或选自三水铝石、诺三水铝石、督三水铝石、三羟铝石、勃姆石和硬水铝石的矿物，例如，三水铝石、勃姆石和硬水铝石中的一种或多种。
在某些实施方式中，硅铝酸盐选自硅铝酸盐粘土、红柱石、蓝晶石、硅线石、水黄晶矿、莫来石、叶腊石或杜姆贝塞石中的一种或多种。
在某些实施方式中，硅铝酸盐粘土选自高岭土、埃洛石、球土、蒙皂石、膨润土、来自高岭土或粘土或硅铝酸盐开采作业的覆盖岩层材料、铝土质高岭土、石灰质泥灰岩或泥灰岩或粘土质泥灰岩中的一种或多种。
在某些实施方式中，硅铝酸盐包括或者是铝土质高岭土，其可选地与高岭土和/或膨润土组合。
在某些实施方式中，铝土质高岭土是氢氧化铝和高岭石的天然存在的混合物，所述氢氧化铝选自三水铝石、诺三水铝石、督三水铝石、三羟铝石、勃姆石和硬水铝石中的一种或多种(例如，三水铝石、勃姆石和硬水铝石中的一种或多种)。氢氧化铝可构成上述混合物的约10重量％～95重量％，并且高岭石可构成上述混合物的约5重量％～90重量％，例如，氢氧化铝可构成上述混合物的约20重量％～95重量％，并且高岭石可构成上述混合物的约5重量％～80重量％，或者氢氧化铝可构成约30重量％～95重量％的氧化铝水合物并且可构成约5重量％～70重量％高岭石，或者约30重量％～70重量％高岭石和约40重量％～70重量％氧化铝水合物，或者约40重量％～60重量％高岭石和约40重量％～60重量％氧化铝水合物，或者约40重量％～50重量％高岭石和约45重量％～55重量％氧化铝水合物。在某些实施方式中，铝土质高岭土包括至多约5重量％的二氧化钛(如锐钛矿)，例如，至多约4重量％的二氧化钛或者至多约3重量％的二氧化钛。
在某些实施方式中，铝土质高岭土通过将高岭土与诸如三水合铝等氧化铝水合物组合(例如通过掺合或混合)而制备。高岭土和氧化铝水合物的相对量可以选择为使得铝土质高岭土具有如上面关于天然存在的铝土质高岭土所述的组成。
在某些实施方式中，矿物添加剂掺合物包括铝土质高岭土以及氧化镁或氧化镁前体材料(在熔炉中加热后形成氧化镁)和/或氧化钙或氧化钙前体材料(在熔炉中加热后形成氧化钙)中的一种或多种。氧化镁前体材料可选自白云石、水镁石、碳酸镁及其组合。氧化钙前体可选自碳酸钙、氢氧化钙及其组合。在这种实施方式中，矿物添加剂掺合物可进一步包括铝土质高岭土之外的硅铝酸盐粘土，例如，高岭土、膨润土或蒙皂石中的一种或多种。
在某些实施方式中，硅铝酸盐包括或者是硅铝酸盐粘土材料，其包含矿物高岭石和蒙皂石中的一种或两种，其量基于硅铝酸盐材料的总重量为约30重量％～约100重量％之间。在某些实施方式中，硅铝酸盐粘土材料包含约40重量％～100重量％的矿物高岭石和蒙皂石中的一种或多种，例如，约50重量％～90重量％之间的矿物高岭石和蒙皂石中的一种或多种，或者约60重量％～80重量％的矿物高岭石和蒙皂石中的一种或多种。在某些实施方式中，基于硅铝酸盐材料的总重量，所述硅铝酸盐材料可包含约12重量％～16重量％的白云母、约3重量％～6重量％的石英和约1.5重量％～5重量％的金红石。
在某些实施方式中，矿物添加剂掺合物包括上文刚刚描述的硅铝酸盐材料以及氧化镁或氧化镁前体材料(在熔炉中加热后形成氧化镁)和/或氧化钙或氧化钙前体材料(在熔炉中加热后形成氧化钙)中的一种或多种。氧化镁前体材料可选自白云石、水镁石、碳酸镁及其组合。氧化钙前体可选自碳酸钙、氢氧化钙及其组合。在这种实施方式中，矿物添加剂掺合物可进一步包括硅铝酸盐材料之外的硅铝酸盐粘土，例如，高岭土、铝土质高岭土(如上所述的)、膨润土或蒙皂石中的一种或多种。
在某些实施方式中，硅铝酸盐包括或者是高岭土，其可选地与铝土质高岭土和/或膨润土组合。
在某些实施方式中，硅铝酸盐包括或者是膨润土，其可选地与铝土质高岭土和/或高岭土组合。
在某些实施方式中，矿物添加剂掺合物包含高岭土和碳酸钙，条件是：(i)高岭土是含水量范围为约1重量％或约5重量％～约15重量％的含水粘土(如下面更详细描述的)，或(ii)约20％或约30％～约50％或约75％的高岭土粘土的粒度小于约1μm(如下面更详细描述的)，或(iii)高岭土的BET表面为至少约9m2/g(如下面更详细描述的)，或(iv)碳酸钙构成所述矿物添加剂掺合物的不足50重量％。矿物添加剂掺合物可包含高岭土和碳酸钙，其中所述掺合物包含约0.1％～约99.9％的碳酸钙，例如约0.1％至约50％或不足50％的碳酸钙，例如约20％或大于约20％～不足50％或约50％的碳酸钙。在某些实施方式中，矿物添加剂掺合物可包含高岭土和碳酸钙，条件是：(i)高岭土是含水量范围为约1重量％或约5重量％～约15重量％的含水粘土，或(ii)约20％或约30％～约50％或约75％的高岭土粘土的粒度小于约1μm，或(iii)高岭土的BET表面积为至少约9m2/g，或约3m2/g～约200m2/g，或约5m2/g～约150m2/g，或(iv)所述掺合物包含约0.1％～约99.9％的碳酸钙，例如约0.1％～约50％或不足50％的碳酸钙，例如约20％或大于约20％～约50％或不足50％的碳酸钙。
在某些实施方式中，硅铝酸盐包括埃洛石。
在某些实施方式中，硅铝酸盐包括选自红柱石、蓝晶石、硅线石、水黄晶矿、莫来石、叶腊石或杜姆贝塞石的矿物。
在某些实施方式中，硅铝酸盐包括蒙皂石，其包括蒙脱石和贝德石。
在某些实施方式中，硅铝酸盐粘土是含水粘土，例如含水高岭土。
在某些实施方式中，硅铝酸盐粘土是煅烧的粘土。煅烧的粘土可含有偏高岭土。
在某些实施方式中，硅铝酸盐粘土，例如高岭土，的含水量范围为约1重量％～约50重量％或约70重量％。根据一些实施方式，硅铝酸盐粘土的含水量范围为约4重量％～约16重量％，例如，约8重量％～约12重量％(例如，约10重量％)、约重量5％～约10重量％、或者约10重量％～约15重量％、5重量％～约15重量％，例如，含水量范围为约8重量％～约12重量％。在某些实施方式中，可通过部分干燥硅铝酸盐粘土获得所需的含水量。
在某些实施方式中，硅铝酸盐粘土包括块状粘土，例如，可部分干燥至含水量范围为至少约1重量％～至少约50重量％的含水粘土。根据一些实施方式，可将块状粘土部分干燥至含水量范围为从约4重量％～约16重量％，例如，约8重量％～约12重量％(例如，约10重量％)、约5重量％～约10重量％、或约10重量％～约15重量％。
在某些实施方式中，硅铝酸盐粘土包括经撕碎和/或碾碎的粘土。
在某些实施方式中，硅铝酸盐粘土包括非精选的粘土。如本文中所用的，非精选的粘土可包括未经下述至少一种处理的粘土，所述处理选自粘土的分散、拌和、选择性絮凝、臭氧漂白、分级、磁力分离、化学沥滤、浮选和脱水。在一些实施方式中，至少一部分粘土可以是高岭土，例如，具有化学式Al2Si2O5(OH)4的含水硅铝酸盐。
在矿物添加剂掺合物包括硅铝酸盐粘土的一些实施方式中，热量可至少部分地煅烧粘土，使得至少部分煅烧的粘土和功能性矿物能够用作熔炉中至少一部分碱和/或无机挥发性化合物的吸附剂。另外，硅铝酸盐粘土和功能性矿物添加剂掺合物可与灰分反应，增加其结晶能力、晶化率及其粘度，产生更耐火的灰分。由此，矿物添加剂掺合物使得灰分粘度较低且不易于在燃料器部件的暴露表面上经历沉积和稠化。根据一些实施方式，构成功能性矿物掺合物的不同功能性矿物具有解决燃烧系统中出现的各种燃烧问题的互补效应。例如，粘土可用作碱、金属和重金属挥发性化合物的强吸附剂，同时含镁和钙的功能性矿物用作硫、氯、氟以及诸如钒化合物等一些金属和重金属挥发性化合物的强吸附剂。根据一些实施方式，含铝土质高岭土的矿物可同时起到增强碱、金属和重金属化合物的吸附且显著提高燃料灰分的耐火度的作用。因此，可根据燃料和燃烧系统的特定组合来设计添加剂矿物掺合物的组成，以便同时减少或甚至彻底消除大部分燃烧问题，如成渣、集聚、结垢、腐蚀和排放物(颗粒物、金属和重金属挥发物、Sox、NOx、氯)。例如，可根据本发明提供添加剂矿物掺合组合物，以便同时处理由于在诸如粒状燃料燃烧器等高温燃烧系统中使用高碱和高硫含量的燃料而引起的不同问题。可根据本发明提供功能性矿物掺合组合物，以便同时处理由于在诸如炉栅式锅炉等相对高温的燃烧系统中使用低硫、低灰分熔融温度、高碱、高金属和重金属的燃料以及高氯燃料而引起的各种问题。
在某些实施方式中，硅铝酸盐粘土的BET表面积为约3m2/g～约200m2/g，例如至少约9m2/g、或至少约15m2/g、或至少约20m2/g、或至少约30m2/g、或至少约40m2/g、或至少约50m2/g、或至少约75m2/g、或至少约100m2/g、或至少约125m2/g、或至少约150m2/g、或至少约175m2/g。在某些实施方式中，硅铝酸盐粘土的BET表面积为约3m2/g～约175m2/g、或约5m2/g～约150m2/g、或约9m2/g～约150m2/g，例如约9m2/g～约125m2/g、或约9m2/g～约100m2/g。
在某些实施方式中，硅铝酸盐粘土来源于含水量为至少约15％的粗制粘土。
硅铝酸盐，例如本文公开的示例性方法中所用的硅铝酸盐粘土和/或功能性矿物可具有可测量的粒度。本文中提及的粒度以及其他粒度性质如粒度分布(“psd”)可使用如Micromeritics Corporation提供的SEDIGRAPH 5100仪器进行测量。例如，给定颗粒的尺寸可用通过悬浮沉降的当量直径的球体的直径来表达，即，当量球径或“esd”。
可测量的粒度可指示硅铝酸盐(例如硅铝酸盐粘土)的相对粗糙度。在一些实施方式中，约10％～约50％或约75％的硅铝酸盐(例如硅铝酸盐粘土)的粒度小于约1μm。在一些实施方式中，约20％～约40％或约50％的硅铝酸盐(例如硅铝酸盐粘土)的粒度小于约1μm。在一些实施方式中，例如在硅铝酸盐粘土包括或者是上述硅铝酸盐材料的实施方式中，约20％～约30％的硅铝酸盐材料的粒度小于约1μm。在一些实施方式中，例如在硅铝酸盐包括或者是铝土质高岭土的实施方式中，约30％～约40％或约60％的铝土质高岭土的粒度小于约1μm。
在一些实施方式中，约5％或约20％～约70％或约85％的硅铝酸盐(如硅铝酸盐粘土)的粒度小于约2μm。在一些实施方式中，约20％～约60％的硅铝酸盐(如硅铝酸盐粘土)的粒度小于约2μm。在一些实施方式中，约30％～约55％的硅铝酸盐(如硅铝酸盐粘土)的粒度小于约2μm。在一些实施方式中，约35％～约50％的硅铝酸盐(如硅铝酸盐粘土)的粒度小于约2μm。
在一些实施方式中，硅铝酸盐(例如硅铝酸盐粘土)的d50为约0.5μm或约1μm～约10μm或约30μm，例如约0.5μm或约1μm～约5μm、或约2μm～约5μm、或约2μm～约4μm。硅铝酸盐(例如硅铝酸盐粘土)的d90为约3μm或约5μm～约30μm，例如约10μm～约30μm，如约10μm～约20μm、或约20μm～约30μm。硅铝酸盐(例如硅铝酸盐粘土)的d10为约0.1μm或约5μm～约15μm，例如约0.1μm～约2μm、或约0.5μm～约2μm或约0.5μm～约1.5μm。
本文公开的示例性方法中所用的硅铝酸盐粘土可具有可测量的洗涤后筛网残渣，例如可测量的+325洗涤后筛网截留率。例如，+325目洗涤筛网截留率可以是约0.2％或约0.5％～约20％或约9％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约0.5％～约8％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约0.5％～约5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约0.5％～约1.5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约4％～约5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约1％～约4.5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约4.5％～约9％。
可测量的粒度可指示功能性矿物的相对粗糙度。在一些实施方式中，约50％～约80％的功能性矿物的粒度小于约8μm。在一些实施方式中，约60％～约80％的功能性矿物的粒度小于约8μm。在一些实施方式中，约70％～约80％的功能性矿物的粒度小于约8μm。
在一些实施方式中，功能性矿物的d50可以为约5μm～约40μm，例如约5μm～约30μm、或约10μm～约30μm、或约15μm～约25μm、或约10μm～约20μm。功能性矿物的d90可以为约20μm～约70μm，例如约30μm～约60μm、或约40μm～约60μm。功能性矿物的d10为约2μm～约10μm，例如约2μm～约8μm、或约2μm～约6μm、或约3μm～约5μm。
本文公开的示例性方法中所用的功能性矿物可具有可测量的洗涤后筛网残渣，例如可测量的+325洗涤后筛网截留率。例如，+325目洗涤筛网截留率可以是从约0.2％或约0.5％～约9％或约20％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是从约0.2％或约0.5％～约8％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是从约0.2％或约0.5％～约5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是从约0.2％或约0.5％～约1.5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约4％～约5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约1％～约4.5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是从约4.5％～约9％或20％。
在某些实施方式中，功能性矿物的BET表面积为约0.5m2/g～约200m2/g，例如至少约1m2/g、或至少约5m2/g、或至少约10m2/g、或至少约30m2/g、或至少约50m2/g。在某些实施方式中，功能性矿物的BET表面积为约1m2/g～约150m2/g、或约3m2/g～约50m2/g、或约5m2/g～约30m2/g，例如约9m2/g～约20m2/g。
在某些实施方式中，所述燃料燃烧形成不期望的燃烧产物，并且所述功能性矿物用作催化剂以将所述不期望的燃烧产物转化为较期望的化合物。在某些实施方式中，不期望的燃烧产物包括氮氧化物。在某些实施方式中，不期望的燃烧产物是一氧化碳。在某些实施方式中，不期望的燃烧产物是氮氧化物和一氧化碳。
在某些实施方式中，所述熔炉包括粉状燃料炉。
根据一些实施方式，燃烧可发生在作为流化床反应器系统的一部分的熔炉中，以便经由例如蒸汽发电机生成电力。例如，所述熔炉可以是循环流化床反应器系统的一部分。所述熔炉可以是本领域技术人员已知的用于使含无机化合物的材料燃烧的其他系统的一部分。在其他实施方式中，所述熔炉包括炉栅式炉。
在某些实施方式中，所述方法进一步包括在将至少一部分燃料引入熔炉中之前将所述部分的燃料与矿物添加剂掺合物相互组合。例如，至少一部分或全部燃料和矿物添加剂掺合物在引入熔炉中之前相互成粒。燃料和矿物添加剂掺合物可一起碾磨，然后粒化。作为另一选择，燃料可单独碾磨，并且随后与矿物添加剂掺合物(其也可经单独碾磨成预定的粒度，例如如上所述的粒度)组合。可根据本领域已知的常规方法，例如根据EN 14961-6进行粒化。可在粒化过程之前或期间添加液体介质，例如水。水的量一般将取决于燃料的类型以及矿物添加剂的量和类型。添加时，水的量将足以产生适于燃烧的粒料，例如，基本满足EN 14961-6的要求的粒料。在某些实施方式中，基于燃料和矿物添加剂掺合物的干重，可添加约1重量％～30重量％的水，例如，可添加约5重量％～20重量％的水、或约7重量％～15重量％的水。
在其他实施方式中，燃料和矿物添加剂掺合物例如以粉末形式、集料状或浆状分别引入熔炉中。
在矿物添加剂掺合物包括硅铝酸盐粘土的某些实施方式中，加热步骤导致煅烧至少一部分所述粘土，并且所述方法进一步包括：经由煅烧的粘土和功能性矿物在所述熔炉中吸附至少一部分无机挥发性化合物(如本文中所述的)；使煅烧的粘土和功能性矿物掺合物与源自于燃料燃烧的灰分反应，提高其耐火度；并且从所述炉中去除至少一部分煅烧的粘土和吸附的无机化合物。
在某些实施方式中，燃料是煤(例如，褐煤)、石油焦炭或生物燃料(例如，麦秸、木屑粒料或MDF(中等密度纤维板)混合物)，或前述的任意组合。
示例性煤源包括但不限于，土状褐煤(brown coal)、褐煤以及烟煤，例如东部烟煤、焦煤、侏罗纪煤、三叠纪煤、二叠纪煤和石炭纪煤。
根据一些实施方式，与本文公开的示例性方法相关的燃料可包括石油焦炭，例如来源于炼油厂焦化塔和裂化单元的碳质固体。在一些实施方式中，燃料可包括石油焦炭的砂粒。在一些实施方式中，燃料可包括煤和石油焦炭的组合。
根据本文公开的一些示例性方法，增大反应器系统中的硅铝酸盐粘土和功能性矿物的添加量能够减少在循环炉中燃烧的煤量。例如，对于引入所述系统的约1重量份硅铝酸盐粘土和功能性矿物，引入所述系统的煤量可减少约5重量份的煤。
根据一些方法实施方式，与本文公开的示例性方法相关的燃料可包括生物燃料，其来源于例如生物质。示例性生物质源可包括但不限于，木材、木屑粒料、草杆、草杆粒料、麦秸、麦秸粒料、泥煤、木质纤维素、生物质废料和由垃圾产生的燃料如甘蔗渣、麦秆、玉米秸秆、燕麦秸秆、向日葵粮渣(sunflower grain reside)、橄榄粮渣、谷壳、椰子壳、棕榈仁、拆除木材、伐木残渣、锯屑和/或能量生物质如芒草属草。
另外，根据一些实施方式，燃料可包括或包含其他由垃圾产生的燃料或废物或者由其他由垃圾产生的燃料或废物构成，这些由垃圾产生的燃料或废物包括但不限于，市政和生活废物、工业废物、纸、卡纸板、纺织品、轮胎、塑料、下水污泥、纸浆黑液、家禽废物、其他动物废物、一般农业废物和肥料，例如干燥的肥料。
在某些实施方式中，燃料是次烟煤或褐煤。次烟煤可以是PRB煤、高碱PRB煤、或伊利诺伊和阿帕拉契亚煤(Illinois and Appalachian coal)的掺合物，例如伊利诺伊和阿帕拉契亚煤的25/75重量％掺合物。
本发明方法采用的示例性燃料将在下面的实例部分中描述。接下来描述的燃料性质和组成特点可根据下面的实例部分中描述的分析方法测定。
在某些实施方式中，燃料包括或者是PRB煤，其具有以下特征：
·接收原样(as received)的较高热值(heat value)，约10MJ/kg～30MJ/kg，例如约15MJ/kg～25MJ/kg、或者约18MJ/kg～22MJ/kg
·C含量(干燃料中)为约60重量％～80重量％，例如约65重量％～75重量％或70重量％、或约68重量％～72重量％
·H含量(干燃料中)为约1重量％～10重量％，例如约2重量％～8重量％、或约3重量％～6重量％、或约3重量％或4重量％～5重量％
·总灰分含量(干燃料中)为约1重量％～20重量％，例如约2重量％或5重量％～15重量％、或约3重量％或7重量％～10重量％或12重量％、或约4重量％或8重量％～10重量％
·含水量为约10重量％～50重量％，例如约15重量％或20重量％～40重量％、或约20重量％或25重量％～35重量％、或约23重量％或28重量％～32重量％
在某些实施方式中，燃料包括或者是麦秸，其具有以下特征：
·接收原样的较高热值，约9MJ/kg～27MJ/kg，例如约13MJ/kg～23MJ/kg、或者约14MJ/kg～20MJ/kg
·C含量(干燃料中)为约32重量％～55重量％，例如约35重量％～50重量％、或约38重量％～48重量％
·H含量(干燃料中)为约2重量％～10重量％，例如约2重量％～8重量％、或约4重量％～7重量％、或约5重量％～6重量％
·总灰分含量(干燃料中)为约1重量％～20重量％，例如约1重量％～10重量％、或约1.5重量％～8重量％、或约2重量％～7重量％
·含水量为约1重量％～50重量％，例如约2重量％～30重量％、或约5重量％～20重量％、或约5重量％～10重量％
在某些实施方式中，燃料包括或者是25％伊利诺伊+75％阿帕拉契亚煤(25/75App)，其具有以下特征：
·接收原样的较高热值，约10MJ/kg～35MJ/kg，例如约15MJ/kg～33MJ/kg、或者约23MJ/kg～32MJ/kg
·C含量(干燃料中)为约50重量％～85重量％，例如约60重量％～80重量％、或约67重量％～78重量％
·H含量(干燃料中)为约2重量％～10重量％，例如约2重量％～8重量％、或约4重量％～7重量％、或约4重量％～6重量％
·总灰分含量(干燃料中)为约1重量％～20重量％，例如约5重量％～20重量％、或约10重量％～18重量％、或约12重量％～17重量％
·含水量为约1重量％～50重量％，例如约2重量％～30重量％、或约5重量％～20重量％、或约5重量％～10重量％
在某些实施方式中，燃料包括或者是木屑粒料，其具有以下特征：
·接收原样的较高热值，约12MJ/kg～25MJ/kg，例如约14MJ/kg～23MJ/kg、或者约15MJ/kg～20MJ/kg
·C含量(干燃料中)为约35重量％～60重量％，例如约40重量％～55重量％、或约45重量％～54重量％
·H含量(干燃料中)为约2重量％～10重量％的，例如约2重量％～8重量％、或约4重量％～7重量％、或约4重量％～6重量％
·总灰分含量(干燃料中)为约1重量％～20重量％，例如约1重量％～10重量％、或约1.5重量％～8重量％、或约2重量％～6重量％
·含水量为约1重量％～50重量％，例如约2重量％～30重量％、或约5重量％～20重量％、或约5重量％～10重量％
在某些实施方式中，燃料包括或者是高碱PRB煤，其具有以下特征：
·接收原样的较高热值，约5MJ/kg～20MJ/kg，例如约7MJ/kg～15MJ/kg、或者约8MJ/kg～14MJ/kg
·C含量(干燃料中)为约45重量％～70重量％，例如约50重量％～65重量％、或约50重量％～60重量％
·H含量(干燃料中)为约2重量％～10重量％，例如约2重量％～8重量％、或约3重量％～7重量％、或约3重量％～5重量％
·总灰分含量(干燃料中)为约1重量％～20重量％，例如约1重量％～10重量％、或约3重量％～8重量％、或约5重量％～8重量％
·含水量为约1重量％～50重量％，例如约5重量％～40重量％、或约10重量％～35重量％、或约20重量％～35重量％
在某些实施方式中，燃料包括或者是褐煤，其具有以下特征：
·接收原样的较高热值，约1MJ/kg～20MJ/kg，例如约1MJ/kg～15MJ/kg、或者约2MJ/kg～14MJ/kg
·C含量(干燃料中)为约15重量％～70重量％，例如约20重量％～60重量％、或约30重量％～50重量％
·H含量(干燃料中)为约2重量％～10重量％，例如约2重量％～8重量％、或约2重量％～7重量％、或约2重量％～5重量％
·总灰分含量(干燃料中)为约10重量％～70重量％，例如约15重量％～60重量％、或约20重量％～50重量％、或约25重量％～45重量％
·含水量为约5重量％～50重量％，例如约10重量％～45重量％、或约15重量％～45重量％、或约25重量％～45重量％
在某些实施方式中，燃料包括或者是MDF和废水污泥(WWS)，其具有以下特征：
·接收原样的较高热值，约5MJ/kg～25MJ/kg，例如约10MJ/kg～20MJ/kg、或者约12MJ/kg～18MJ/kg
·C含量(干燃料中)为约25重量％～60重量％，例如约40重量％～55重量％、或约45重量％～55重量％
·H含量(干燃料中)为约2重量％～10重量％，例如约2重量％～8重量％、或约3重量％～7重量％、或约4重量％～6重量％
·总灰分含量(干燃料中)为约0.5重量％～10重量％，例如约1重量％～6重量％、或约1.5重量％～5重量％、或约1.5重量％～4重量％
·含水量为约5重量％～40重量％，例如约10重量％～35重量％、或约15重量％～35重量％、或约20重量％～35重量％
根据以下方法分析本文中所述的燃料：
热值(calorific value)：用于麦秸、木屑粒料、MDF木材残渣、废水污泥和褐煤的XP CEN/TS 14918标准方法以及用于煤的ASTM D 5865
C和H含量：用于麦秸、木屑粒料、MDF木材残渣、废水污泥和褐煤的PR NF EN15104标准方法以及用于煤的ASTM D 5373
含水量：用于麦秸、木屑粒料、MDF木材残渣、废水污泥和褐煤的XP CEN/TS14774-1标准方法以及用于煤的ASTM D 5142
灰分含量：用于麦秸、木屑粒料、MDF木材残渣、废水污泥和褐煤的XP CEN/TS14775和ISO 1171标准方法——其中XP CEN/TS 14775针对550℃的灰分，而ISO1171针对815℃的灰分——以及用于煤的ASTM D 5142。
无机和金属元素：遵循ISO 17294标准方法，通过在HNO3消解之后用ICP-MS获得燃料麦秸、木屑粒料、MDF木材残渣、废水污泥和褐煤的元素组成。施用XP CEN/TS 15290标准方法来测定主要元素Al、Ca、Fe、Mg、P、K、Si、Na，并且施用XP CEN/TS 15297标准方法来测定微量元素(例外：褐煤的微量元素通过ISO 1171标准方法测定)。施用XP CEN/TS 15289标准方法来测定S和Cl。对于PRB煤、高碱PRB煤、伊利诺伊和阿帕拉契亚煤，施用标准ASTM D6349测定元素组成。
在矿物添加剂掺合物包含硅铝酸盐粘土的某些实施方式中，所述粘土包含尺寸不大于约3英寸的含水粘土集块，例如，含水粘土集块的尺寸不大于约2英寸或更小，或者含水粘土集块的尺寸不大于约1英寸。集块的必需尺寸可通过物理修饰工艺获得，例如碾磨、锤打、辊式粉碎、干燥、研磨、筛选、挤出、摩擦电分离、液体分级和空气分级中的至少一种。
在某些实施方式中，成分(i)、成分(ii)和矿物添加剂掺合物的量足以(1)吸附熔炉中存在的至少一部分碱和/或无机挥发性化合物，和/或(2)与源自于或产生自燃料燃烧的燃料灰分反应以提高燃料灰分的耐火度，和/或(3)减少或消除SOx排放物。
在某些实施方式中，基于燃料和矿物添加剂掺合物的总重量，矿物添加剂掺合物以约0.1重量％～约20重量％的量存在于熔炉中，例如，以约0.3重量％或约1重量％～约10重量％或约20重量％、或约0.5重量％或约1重量％～约8重量％或约15重量％、或约0.7重量％或约1重量％～约6重量％或约12重量％、或约1重量％～约5重量％或约10重量％、或从约1重量％或约1.5重量％～约3重量％或约10重量％、或从约1.5重量％～约2.5重量％或约9.5重量％的量存在。本领域技术人员将明白，熔炉中矿物添加剂掺合物的添加量可取决于燃烧的燃料的具体类型。
在某些实施方式中，例如，在燃料是PRB煤(如上所述)的实施方式中，矿物掺合物以约1重量％～约3重量％的量存在于熔炉中。
在某些实施方式中，例如，在燃料是碱PRB煤(如上所述)的实施方式中，矿物添加剂掺合物以约2重量％～约5重量％的量存在于熔炉中。
在某些实施方式中，例如，在燃料是25/75重量％阿帕拉契亚煤(如上所述)的实施方式中，矿物添加剂掺合物以约6重量％～约10重量％的量存在于熔炉中。
在某些实施方式中，例如，在燃料是褐煤(如上所述)的实施方式中，矿物添加剂掺合物以约3重量％～约8重量％的量存在于熔炉中。
在某些实施方式中，例如，在燃料是麦秸(如上所述)的实施方式中，矿物添加剂掺合物以约1重量％～约8重量％的量存在于熔炉中。
在某些实施方式中，例如，在燃料是木屑粒料(如上所述)的实施方式中，矿物添加剂掺合物以约从0.5重量％或约1.5重量％～约4重量％的量存在于熔炉中。
在某些实施方式中，例如，在燃料是MDF木材残渣和废水污泥的混合物(如上所述)的实施方式中，矿物添加剂掺合物以约0.5重量％～约2重量％的量存在于熔炉中。
下表汇总了一些示例性实施方式中的燃料类型和矿物添加剂掺合物添加量。
燃料 矿物添加剂掺合物添加(重量％)
PRB煤 1.6～2.3
高碱PRB煤 2.3～3.7
25％伊利诺伊+75％阿帕拉契亚煤 7.2～9.1
褐煤 4.5～5.8
麦秸 2.25～6.3
木屑粒料 1.9～2.4
MDF木材残渣+废水污泥 1.0～1.2
一般范围 1.0～9.1
在某些实施方式中，成渣和集聚如床层集聚的倾向通过分析燃料期间熔炉中的元素摩尔比(Si+K+Na+P):(Ca+Mg+Al)进行评估。如前文所述，含Si、K、Na和P的物质是形成灰分的物质。这些物质在燃烧期间起到使形成的液相稳定化的作用，并且有利于形成更粘且容易流动的灰分。通过添加经加热煅烧或至少部分煅烧以形成相应的氧化物的含Ca、Mg和Al物质，可调节这些物质的液相形成能力。如果含钙、含镁和含铝物质以足够的量存在，则它们有助于使耐火性结晶相结晶，该结晶相有助于降低灰粘性和流动性。本发明人发现，如果熔炉中的元素摩尔比(Si+K+Na+P):(Ca+Mg+Al)不大于约1.75或约1.5，则可减少燃烧器中的成渣和集聚。根据本发明的第二方面，并且在本发明第一方面的某些实施方式中，如果熔炉中的元素摩尔比(Si+K+Na+P):(Ca+Mg+Al)不大于约1.75或不大于约1.5，例如不大于约1.25、或不大于约1.2、或不大于约1.1、或不大于约1.0、或不大于约0.95、或不大于约0.90、或不大于约0.85、或不大于约0.80、或不大于约0.75、或不大于约0.70、或不大于约0.65、或不大于约0.60、或不大于约0.55，则可减少燃烧器中的成渣和集聚。在某些实施方式中，熔炉中的元素摩尔比(Si+K+Na+P):(Ca+Mg+Al)不大于约1.25，并且是至少约0.10或至少约0.30，例如，至少约0.20、或至少约0.30或至少约0.45。可使用包括本文所述那些技术在内的常规分析技术测定Si、K、Na、P、Ca、Mg和Al的量。下面的实例部分中将提供进一步的细节。
根据本发明的第三方面，并且在本发明第一方面和第二方面的某些实施方式中，基于矿物添加剂掺合物的总重量，矿物添加剂掺合物(用于控制熔炉或锅炉中的富碱沉积物和富硅酸盐沉积物)包含：
0.1重量％～99.9重量％的硅铝酸盐和/或含铝化合物；以及
0.1重量％～99.9重量％的功能性矿物，其选自含镁矿物和含钙矿物中一种或多种。
在某些实施方式中，矿物添加剂掺合物包含：
10％～80％的高岭土、5％～90％的膨润土、18％～85％的铝土质高岭土、5％～85％的白云石、5％～85％的水镁石、10％～87％的碳酸钙。
在某些实施方式中，在使用PRB煤作为燃料的情况中，最佳的矿物添加剂掺合物包含：至多60％的高岭土、至多60％的膨润土、40％～70％的铝土质高岭土、30％～60％的白云石、30％～60％的水镁石、30～60％的碳酸钙。
在某些实施方式中，在使用高碱PRB煤作为燃料的情况中，最佳的矿物添加剂掺合物包含：至多90％的高岭土、30％～90％的膨润土、20％～90％的铝土质高岭土、5％～40％的白云石、5％～40％的水镁石、5％～40％的碳酸钙。
在某些实施方式中，在使用25％伊利诺伊+75％阿帕拉契亚煤作为燃料的情况中，最佳的矿物添加剂掺合物包含：至多20％的高岭土、至多20％的膨润土、至多40％的铝土质高岭土、65％～95％的白云石、65％～95％的水镁石、65％～95％的碳酸钙。
在某些实施方式中，在使用褐煤作为燃料的情况中，最佳的矿物添加剂掺合物包含：10％～60％的高岭土、至多20％的膨润土、20％～70％的铝土质高岭土、30％～60％的白云石、30％～60％的水镁石、30％～60％的碳酸钙。
在某些实施方式中，在使用麦秸作为燃料的情况中，最佳的矿物添加剂掺合物包含：至多90％的高岭土、30％～90％的膨润土、30％～70％的铝土质高岭土、至多50％的白云石、至多50％的水镁石、至多50％的碳酸钙。
在某些实施方式中，在使用木屑粒料作为燃料的情况中，最佳的矿物添加剂掺合物包含：至多50％的高岭土、20％～50％的膨润土、20％～80％的铝土质高岭土、20％～80％的白云石、20％～80％的水镁石、20％～80％的碳酸钙。
在某些实施方式中，在使用MDF木材残渣+废水污泥作为燃料的情况中，最佳的矿物添加剂掺合物包含：至多60％的高岭土、至多60％的膨润土、50％～90％的铝土质高岭土、20％～90％的白云石、20％～90％的水镁石、20％～90％的碳酸钙。
在某些实施方式中，矿物添加剂掺合物包含高岭土和膨润土和/或蒙皂石、或高岭土和铝土质高岭土，或者由高岭土和膨润土和/或蒙皂石、或高岭土和铝土质高岭土构成。
在某些实施方式中，基于矿物添加剂掺合物的总重量，矿物添加剂掺合物包含约2重量％～98重量％的硅铝酸盐和/或含铝化合物；以及约2重量％～98重量％的功能性矿物，其选自含镁矿物和含钙矿物中一种或多种。
在某些实施方式中，矿物添加剂掺合物包含约10重量％～90重量％的所述硅铝酸盐和/或含铝化合物；以及约10重量％～90重量％的所述功能性矿物，其选自含镁矿物和含钙矿物中一种或多种。
在某些实施方式中，矿物添加剂掺合物包含至少约15重量％的所述功能性矿物，例如至少约20重量％、或至少约30重量％、或至少约40重量％、或至少约50重量％、或至少约60重量％、或至少约70重量％、或至少约80重量％的所述功能性材料。
在某些实施方式中，矿物添加剂掺合物包含至少约15重量％的所述硅铝酸盐和/或含铝化合物，例如至少约20重量％、或至少约30重量％、或至少约40重量％、或至少约50重量％、或至少约60重量％、或至少约70重量％、或至少约80重量％的所述硅铝酸盐和/或含铝化合物。
在某些实施方式中，硅铝酸盐和/或含铝化合物以及功能性矿物是如上文在本发明第一方面的实施方式中描述的类型。
在某些实施方式中，硅铝酸盐和/或铝化合物选自铝土质高岭土、高岭土、膨润土和硅铝酸盐材料中的一种或多种、或两种或更多种、或三种或更多种、或全部四种，而且，基于硅铝酸盐材料的总重量，所述硅铝酸盐材料包含其量为30％～100％、更优选为40％～100％的矿物高岭石和蒙皂石中的一种或两种；以及其量为0％～95％、更优选为0％～60％的氢氧化铝，其选自三水铝石、诺三水铝石、督三水铝石、三羟铝石、勃姆石和硬水铝石中的一种或多种。
在某些实施方式中，功能性矿物选自白云石、水镁石和碳酸钙中的一种或多种、或两种或更多种、或全部三种。
在某些实施方式中，基于矿物添加剂掺合物的总重量，铝土质高岭土以至少约15重量％的量存在于所述掺合物中，例如其量为至少约20重量％、或至少约30重量％、或至少约40重量％、或至少约55重量％。
在某些实施方式中，矿物添加剂掺合物包含约25重量％～98重量％的所述硅铝酸盐和/或含铝化合物；和2重量％～75重量％的所述功能性矿物，例如，约40重量％～98重量％的所述硅铝酸盐和/或含铝化合物，和约2重量％～60重量％的所述功能性矿物；或约60重量％～98重量％的所述硅铝酸盐和/或含铝化合物；和2重量％～40重量％的所述功能性矿物；或约70重量％～98重量％的所述粘土，和2重量％～30重量％的所述功能性矿物；或约85重量％～98重量％的所述硅铝酸盐和/或含铝化合物，和2重量％～15重量％的所述功能性矿物。在某些实施方式中，可存在约50重量％～约80重量％的所述硅铝酸盐和/或含铝化合物和/或约20％或大于20％～约50％或小于50％的功能性矿物(其可以是碳酸钙)。
在某些实施方式中，提供了燃烧器用燃料混合物，所述燃料混合物包含约0.1重量％～20重量％的上述矿物添加剂掺合物，以及余量的燃料和其它可选的添加剂。
燃料混合物可以以粉末的形式提供。
燃料混合物可以以粒料的形式提供。
燃料可以是上述燃料中的一种或多种，例如，煤、石油焦炭或生物燃料中的一种或多种。
在某些实施方式中，燃料混合物的燃料是次烟煤或褐煤，例如PRB煤、高碱PRB煤、或伊利诺伊和阿帕拉契亚煤的掺合物，例如伊利诺伊和阿帕拉契亚煤的25/75重量％掺合物。
以下描述其他示例性实施方式。在某些实施方式中，对“粘土”的引用包括引用上文所述的硅铝酸盐粘土。在某些实施方式中，对“功能性矿物”的引用包括引用上文所述的含镁矿物和含钙矿物。
根据一些实施方式，可将粘土和功能性矿物添加到熔炉中，并且热量可至少部分地煅烧粘土，使得至少部分煅烧的粘土和功能性矿物能够用作熔炉中至少一部分碱和/或无机挥发性化合物的吸附剂。另外，粘土和功能性矿物添加剂掺合物可与灰分反应，增加其结晶能力、晶化率及其粘度，产生流动少且更耐火的灰分。由此，矿物添加剂掺合物使得灰分粘度较低且不易于在燃料器部件的暴露表面上经历沉积和稠化。
根据一些实施方式，熔炉的运行方法可至少包括以下步骤：将含碱材料引入熔炉，将含水量至少为约5％(例如，含水量范围为约5重量％～约15重量％)的粘土和功能性矿物引入熔炉中，并且从所述熔炉或其废气流中去除至少一部分粘土(例如，含水粘土的至少部分煅烧的部分)。
根据一些实施方式，粘土可包括块状粘土，例如，可部分干燥至含水量范围为至少约1重量％～至少约50重量％的含水粘土。根据一些实施方式，可将块状粘土部分干燥至含水量范围为约4重量％～约16重量％，例如，约8重量％～约12重量％(例如，约10重量％)、约5重量％～约10重量％、或约10重量％至约15重量％。
在一个实施方式中，块状粘土可包含尺寸为约1英寸或更小的含水粘土集块。在其他实施方式中，块状粘土可包含尺寸为约3/4英寸或更小(例如，约1/2英寸或更小)的含水粘土集块。在其他实施方式中，块状粘土可包含尺寸为约1/4英寸或更小(例如，约1/8英寸或更小)的含水粘土集块。在其他实施方式中，块状粘土可包含最大块径不大于约3英寸(例如不大于约2英寸或不大于约1英寸)的含水粘土集块。
根据一些示例性实施方式，粘土可包括块状粘土、经撕碎和/或碾碎的粘土、非精选的粘土、高岭土、球土(例如包含约20％～80％的高岭土、10％％～35％的云母和/或6％％～65％的石英的粘土)和来源于高岭土或任何硅铝酸盐开采作业的覆盖岩层或工艺废物的粘土(例如，来源于处在要开采的高岭土沉积物上方的材料的粘土)中的一种或多种。根据一些实施方式，粘土的BET表面积可以是至少约9m2/g，例如至少约10m2/g或至少约15m2/g。
一些实施方式的含无机化合物的材料可用作燃烧用燃料。例如，含无机化合物的材料可包括煤、石油焦炭、生物燃料(例如，从生物质获得的燃料)和固体废物。示例性煤源包括但不限于，土状褐煤、褐煤以及烟煤，例如东部烟煤、焦煤、侏罗纪煤、三叠纪煤、二叠纪煤和石炭纪煤。在其他实施方式中，含无机化合物的材料基本上不含燃烧用燃料。
根据一些实施方式，含无机化合物的材料可包括碳酸钙。在一些实施方式中，碳酸钙可提供为粒状石灰石、大理石、白垩岩、白云石、霰石沙、海贝壳、珊瑚和/或其混合物。在一个实施方式中，含无机化合物的材料科包括例如源自于海洋源沉积物的碳酸钙，例如，其中碱可包括来自海水的剩余盐。
根据一些实施方式，燃料和/或含无机化合物的材料(一种或多种)以及粘土和功能性矿物可在供应至熔炉之前组合。例如，燃料和/或含无机化合物的材料以及粘土和功能性矿物可在燃烧之前混合和/或掺合。在一些实施方式中，可将煤和石油焦炭中的至少一种与粘土和功能性矿物混合和/或掺合。在其他实施方式中，可将碳酸钙与粘土和功能性矿物混合和/或掺合。在其他实施方式中，可将粘土和功能性矿物以粉末形式、集料状或浆状直接加入燃烧器系统。例如，可将粘土和功能性矿物添加至熔炉中，或者可将粘土和功能性矿物添加至底灰流中，其通过重力供给至熔炉中。
根据一些实施方式，燃烧可发生在作为流化床反应器系统的一部分的熔炉中，以便经由例如蒸汽发电机生成电力。例如，所述熔炉可以是循环流化床反应器系统的一部分。所述熔炉可以是本领域技术人员已知的用于燃烧含无机化合物的材料的其他系统的一部分。
在一些实施方式中，可使粘土在熔炉中至少部分地转化为煅烧的粘土。在一些实施方式中，至少部分煅烧的粘土可用于吸附熔炉中存在的至少一部分碱或无机化合物。在一些实施方式中，粘土可与灰分反应，增加其结晶能力、晶化率及其粘度，产生流动少且更耐火的灰分。
在一些实施方式中，可将粘土和功能性矿物引入循环炉中至少两次。在一些实施方式中，可将至少一部分含无机化合物的材料与至少一部分粘土和功能性矿物掺合，然后将掺合的含无机化合物的材料与粘土和功能性矿物引入熔炉中。根据一些实施方式，可将至少一部分粘土和功能性矿物引入至熔炉的下部。在一些实施方式中，可将至少一部分粘土和功能性矿物引入至熔炉的上部。根据一些实施方式中，可将至少一部分粘土和功能性矿物引入换热器的灰浆(ash-slurry)侧。
在一些实施方式中，在将含无机化合物的材料(一种或多种)与粘土和功能性矿物引入熔炉中之前，含无机化合物的材料和粘土和/或功能性矿物中的至少一种的尺寸经受至少一种物理修饰工艺。例如，物理修饰工艺(一种或多种)可用于将含无机化合物的材料和/或粘土和/或功能性矿物中的至少一种的尺寸减小到例如约1英寸或更小。在一些实施方式中，示例性物理修饰工艺可将含无机化合物的材料和/或粘土和/或功能性矿物中的至少一种的尺寸减小到约3/4英寸或更小，例如，减小到约1/2英寸或更小。在一些实施方式中，示例性物理修饰工艺可将含无机化合物的材料和/或粘土和/或功能性矿物中的至少一种的尺寸减小到约1/4英寸或更小(例如，减小到约1/8英寸或更小)。在其他实施方式中，含无机化合物的材料和/或粘土和/或功能性矿物中的至少一种可包含粘土和功能性矿物集块，其最大块径不大于约3英寸，如不大于约2英寸或不大于约1英寸。示例性物理修饰工艺可包括碾磨、锤打、辊式粉碎、干燥、研磨、筛选、挤出、摩擦电分离、液体分级和空气分级中的至少一种。
根据一些实施方式，可将惰性材料引入熔炉中。示例性惰性材料可包括，例如但不限于，砂粒、燃料残渣和/或石膏。在一些实施方式中，可选择细惰性材料以便提高可与熔炉系统相连的一个或多个旋风分离器的分离效率。
可基于诸如足够维持锅炉效率的量而选择引入到熔炉反应器中的粘土和功能性矿物的量。锅炉效率的一种测量方式涉及锅炉蒸汽温度。在一些实施方式中，粘土和功能性矿物的添加量可足以在锅炉换热器的热侧上维持约850℃～约1200℃的温度，例如，其添加量可足以将锅炉换热器的热侧温度维持在约950℃～约1010℃。在一些实施方式中，粘土和功能性矿物的添加量可足以将锅炉换热器的热侧温度维持在约970℃～约1010℃，例如，其添加量可足以将锅炉换热器的热侧温度维持在约1000℃～约1010℃。例如，对于一些熔炉而言，粘土和功能性矿物(例如，块状半干燥的高岭土)可以燃料的约0.1重量％～5重量％的量添加，例如，可以燃料的约1重量％～约3重量％的量添加。
本文公开的示例性方法中所用的粘土和功能性矿物可具有可测量的含水量。在一些实施方式中，粘土和功能性矿物的含水量可以是至少约1％(例如，至少约5％)。例如，粘土的含水量范围可以是约5重量％～约15重量％，例如，约8重量％～约12重量％。在一些实施方式中，粘土的含水量范围可以是约9重量％～约11重量％，例如，约10重量％(例如，含水量为约10％的块状粘土)。在一些实施方式中，粘土的含水量高于15重量％。
本文公开的示例性方法中所用的粘土和功能性矿物可采用各种形式和/或可经受各种处理。例如，粘土和功能性矿物可包括经撕碎的和/或碾碎的粘土。在一些实施方式中，粘土可以是非精选的粘土。如本文中所用的，非精选的粘土可包括未经下述至少一种处理的粘土，所述处理选自粘土的分散、拌和、选择性絮凝、臭氧漂白、分级、磁力分离、化学沥滤、浮选和脱水。在一些实施方式中，至少一部分粘土可以是高岭土，例如，具有化学式Al2Si2O5(OH)4的含水硅铝酸盐。在一些实施方式中，粘土可包括球土。在一些实施方式中，粘土可包括来源于高岭土或任何硅铝酸盐矿物开采作业的覆盖岩层或工艺废物。在一些实施方式中，粘土可包括铝土质高岭土。在其他实施方式中，粘土可包括蒙皂石膨润土。在其他实施方式中，粘土可包括高岭土和/或球土和/或膨润土和/或铝土质高岭土的掺合物。在一些实施方式中，粘土可以是含水粘土。在其他实施方式中，粘土可以是煅烧的粘土。在一些实施方式中，煅烧的粘土可含有偏高岭土。在一些实施方式中，粘土可以是下述粘土，其来源于含水量为至少约15％的粗制粘土。例如，粘土可包括蒙脱石质高岭土。
本文公开的示例性方法中所用的粘土可以是含水粘土的组合。例如，可选择至少一种含水粘土以便对含水粘土的组合提供结合强度。在一些实施方式中，可选择至少一种含水粘土以便增加含水粘土组合的粗糙度。
根据一些实施方式，本文公开的示例性方法中所用的粘土可具有可测量的BET表面积。例如，BET表面积可以是至少约9m2/g，例如，BET表面积可以是至少约10m2/g、或至少约15m2/g、或至少约25m2/g。
本文公开的示例性方法中所用的粘土和/或功能性矿物可具有可测量的粒度。本文中提及的粒度以及其他粒度性质如粒度分布(“psd”)可使用如MicromeriticsCorporation提供的SEDIGRAPH 5100仪器进行测量。例如，给定颗粒的尺寸可用通过悬浮沉降的当量直径的球体的直径来表达，即，当量球径或“esd”。
可测量的粒度可指示粘土的相对粗糙度。在一些实施方式中，约30％～约50％的粘土的粒度小于约1μm。在一些实施方式中，约35％～约45％的粘土的粒度小于约1μm。在一些实施方式中，约30％～约40％的粘土的粒度小于约1μm。在一些实施方式中，约40％～约50％的粘土的粒度小于约1μm。
在一些实施方式中，约60％～约80％的粘土的粒度小于约2μm。在一些实施方式中，约65％～约75％的粘土的粒度小于约2μm。在一些实施方式中，约60％～约70％的粘土的粒度小于约2μm。在一些实施方式中，约70％～约80％的粘土的粒度小于约2μm。
本文公开的示例性方法中所用的粘土可具有可测量的洗涤后筛网残渣，例如可测量的+325洗涤后筛网截留率。例如，+325目洗涤筛网截留率可以是约0.5％～约9％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约0.5％～约8％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约0.5％～约5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约0.5％～约1.5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约4％～约5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约1％～约4.5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约4.5％～约9％。
可测量的粒度可指示功能性矿物的相对粗糙度。在一些实施方式中，约30％～约50％的功能性矿物的粒度小于约20μm，优选为小于约10μm。在一些实施方式中，约30％～约45％的功能性矿物的粒度小于约20μm，优选为小于约10μm。在一些实施方式中，约30％～约40％的功能性矿物的粒度小于约20μm，优选为小于约10μm。在一些实施方式中，约40％～约50％的功能性矿物的粒度小于约20μm，优选为小于约10μm。在一些实施方式中，功能性矿物的尺寸可以是约1微米～约50微米。
在其他实施方式中，功能性矿物可作为粗糙颗粒添加，所述粗糙颗粒的粒度大于约20μm，例如大于50微米、大于100μm、大于250μm、大于500μm、大于1mm、大于5mm或甚至大于1cm。在另一实施方式中，功能性矿物的尺寸范围可以是在约50微米～约1cm。
在一些实施方式中，约60％～约80％的功能性矿物的粒度小于约50μm，优选为小于约20μm。在一些实施方式中，约65％～约75％的功能性矿物的粒度小于约50μm，优选为小于约20μm。在一些实施方式中，约60％～约70％的功能性矿物的粒度小于约50μm，优选为小于约20μm。在一些实施方式中，约70％～约80％的功能性矿物的粒度小于约50μm，优选为小于约20μm。
本文公开的示例性方法中所用的功能性矿物可具有可测量的洗涤后筛网残留物，例如可测量的+325洗涤后筛网截留率。例如，+325目洗涤筛网截留率可以是约0.5％～约9％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约0.5％～约8％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约0.5％～约5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约0.5％～约1.5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约4％～约5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约1％～约4.5％。在一些实施方式中，+325目洗涤筛网截留率可以是约4.5％～约9％。
在某些实施方式中，功能性矿物的BET表面积为约0.5m2/g～约200m2/g，例如，至少约1m2/g、或至少约5m2/g、或至少约10m2/g、或至少约30m2/g、或至少约50m2/g。在某些实施方式中，功能性矿物的BET表面积为约1m2/g～约150m2/g、或约3m2/g～约50m2/g、或约5m2/g～约30m2/g，例如约9m2/g～约20m2/g。
本文公开的示例性方法可与各种燃料(一种或多种)和/或含无机化合物的材料联合使用。在一些实施方式中，燃料可含有碱材料。
根据一些实施方式，燃料可包括煤。示例性煤源包括但不限于，褐煤以及烟煤，比如，例如东部烟煤、焦煤、侏罗纪煤、三叠纪煤、二叠纪煤和石炭纪煤。
根据一些实施方式，与本文公开的示例性方法相关的燃料可包括石油焦炭，例如来源于炼油厂焦化塔和裂化单元的碳质固体。在一些实施方式中，燃料可包括石油焦炭的砂粒。在一些实施方式中，燃料可包括煤和石油焦炭的组合。
根据本文公开的一些示例性方法，增大反应器系统中的粘土和功能性矿物的添加量能够减少在循环炉中燃烧的煤量。例如，对于引入所述系统的约1重量份粘土和功能性矿物，引入所述系统的煤量可减少约5重量份的煤。
根据一些方法实施方式，与本文公开的示例性方法相关的燃料可包括生物燃料，其来源于例如生物质。示例性生物质源可包括但不限于，木材、木屑粒料、草杆粒料、泥煤、木质纤维素、生物质废料和/或能量生物质，所述生物质废料如甘蔗渣、麦秆、玉米秸秆、燕麦秸秆，所述能量生物质如芒草属草。
在一些实施方式中，含无机化合物的材料可包括被选择用于减少SOx和NOx中至少一种的材料。例如，被选择用于减少SOx和NOx中至少一种的含无机化合物的材料(一种或多种)可包括碳酸钙。例如，碳酸钙可来源于海洋。根据一些实施方式，所述材料(一种或多种)可包括SOx吸收剂和NOx吸收剂中的至少一种。
在一些实施方式中，约30％～约50％的粘土的粒度小于约1μm。在一些实施方式中，约35％～约45％的粘土的粒度小于约1μm。在一些实施方式中，约30％～约40％的粘土的粒度小于约1μm。在一些实施方式中，约40％～约50％的粘土的粒度小于约1μm。
在一些实施方式中，约60％～约80％的粘土的粒度小于约2μm。在一些实施方式中，约65％～约75％的粘土的粒度小于约2μm。在一些实施方式中，约60％～约70％的粘土的粒度小于约2μm。在一些实施方式中，约70％～约80％的粘土的粒度小于约2μm。如先前限定的那样，粒度测量可通过例如标准沉降图“psd”分析方法限定。
除了粘土和功能性矿物之外，在一些实施方式中，固体材料颗粒可包括SOx吸收剂和NOx吸收剂和/或惰性材料中的至少一种。示例性SOx吸收剂可包括，例如但不限于，碳酸钙。示例性惰性材料可包括，例如砂粒、石膏和/或燃料残渣。
为避免异议，本发明包括如在下面编号的段落中限定的主题。
1.一种燃烧器的运行方法，所述方法包括：
将燃料引入熔炉中，所述熔炉被配置为燃烧所述燃料；
将矿物添加剂掺合物引入所述熔炉中，所述矿物添加剂掺合物包含粘土和功能性矿物；并且
加热至少一部分所述燃料和矿物掺合物。
2.段1所述的方法，其中，所述燃料包含不期望的污染物，并且所述功能性矿物用作与所述污染物结合的吸附剂。
3.段2所述的方法，其中，所述污染物包括无机化合物，如碱、碱土、硫、氯、氟、氧化物以及金属(铁、锌、锑、钒、砷、镉、钡、铅、汞、镍、铬、钴)。
4.段2所述的方法，其中，所述污染物包括钒化合物。
5.段2所述的方法，其中，所述污染物包括汞化合物。
6.前述任一段所述的方法，其中，所述功能性矿物包括含镁矿物。
7.段6所述的方法，其中，所述含镁矿物包括滑石。
8.段6所述的方法，其中，所述含镁矿物包括氧化镁或氢氧化镁。
9.段6所述的方法，其中，所述含镁矿物包括白云石。
10.段6所述的方法，其中，所述含镁矿物包括选自碳酸镁、水菱镁矿、蛭石、蒙皂石、金云母、斜绿泥石、海泡石、凹凸棒石或坡缕石的矿物。
11.段2～5中任一段所述的方法，其中，所述功能性矿物包括含钙矿物。
12.段11所述的方法，其中，所述功能性矿物包括选自石灰石、大理石、白垩岩、白云石、霰石沙、海贝壳或珊瑚的矿物。
13.段2～5中任意一项所述的方法，其中，所述功能性矿物包括含锰矿物或含过氧化锰的矿物。
14.段13所述的方法，其中，所述含锰矿物包括选自软锰矿、褐锰矿、硬锰矿和菱锰矿的矿物。
15.段1所述的方法，其中，所述功能性矿物起到提高所述粘土的耐火度的作用，从而产生更耐火的灰分，所述灰分在燃料器或其相关的换热器的暴露表面上沉积的可能性较低。
16.段15所述的方法，其中，所述功能性矿物包括金属氧化物。
17.段15所述的方法，其中，所述功能性矿物包括氧化铝或氢氧化铝。
18.段15所述的方法，其中，所述功能性矿物包括铝土矿。
19.段15所述的方法，其中，所述功能性矿物包括选自三水铝石、勃姆石和硬水铝石的矿物。
20.段15所述的方法，其中，所述功能性矿物包括铝土质高岭土。
21.段15所述的方法，其中，所述功能性矿物包括氧化钛。
22.段15所述的方法，其中，所述功能性矿物包括选自金红石、锐钛矿、钛铁矿、白钛石和板钛矿的矿物。
23.段15所述的方法，其中，所述功能性矿物包括氧化锆。
24.段15所述的方法，其中，所述功能性矿物包括硅铝酸盐。
25.段24所述的方法，其中，所述硅铝酸盐包括埃洛石。
26.段24所述的方法，其中，所述硅铝酸盐包括选自红柱石、蓝晶石、硅线石、水黄晶矿、莫来石、叶腊石或杜姆贝塞石的矿物。
27.段1所述的方法，其中，所述燃料燃烧形成不期望的燃烧产物，并且所述功能性矿物用作催化剂以将所述不期望的燃烧产物转化为较期望的化合物。
28.段27所述的方法，其中，所述不期望的燃烧产物包括氮氧化物。
29.段27所述的方法，其中，所述功能性矿物包括氧化钛。
30.段27所述的方法，其中，所述功能性矿物包括选自金红石、锐钛矿、钛铁矿、白钛石和板钛矿的矿物。
31.段1所述的方法，其中，所述功能性矿物起到增大粘土的表面积的作用。
32.段31所述的方法，其中，所述功能性矿物包括蒙皂石，其包括蒙脱石和贝德石。
33.段31所述的方法，其中，所述功能性矿物包括选自膨润土、叶腊石、滑石、海泡石和坡缕石的矿物。
34.段31所述的方法，其中，所述功能性矿物包括铝土矿。
35.段31所述的方法，其中，所述功能性矿物包括埃洛石。
36.段31所述的方法，其中，所述功能性矿物包括硅藻土。
36.段1所述的方法，其中，所述功能性矿物的BET表面积为至少约25m2/g。
37.段1所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：将碳酸钙引入所述熔炉中。
38.前述任一段所述的方法，其中，所述熔炉包括粉状燃料炉。
39.前述任一段所述的方法，其中，所述熔炉包括炉栅式炉。
40.前述任一段所述的方法，其中，所述熔炉包括循环流化床。
41.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土包括高岭土。
42.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土包括球土。
43.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土包括来源于高岭土开采作业或任何硅铝酸盐开采作业的覆盖岩层或工艺废料的粘土。
44.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土是含水粘土。
45.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土是煅烧的粘土。
46.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土的含水量范围为约5重量％～约15重量％。
47.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土的含水量范围为约8重量％～约12重量％。
48.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土包括块状粘土。
49.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土包括经撕碎的和/或碾碎的粘土。
50.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土包括非精选的粘土。
51.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土的BET表面积为至少约9m2/g。
52.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土的BET表面积为至少约15m2/g。
53.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土来源于含水量为至少约15％的粗制粘土。
54.前述任一段所述的方法，所述方法进一步包括：在将至少一部分燃料引入所述熔炉中之前，将所述部分的燃料、粘土和功能性矿物相互组合。
55.段1～53中任一段所述的方法，其中，所述燃料、粘土和功能性矿物以粉末形式、集料状或浆状分别引入所述熔炉中。
56.前述任一段所述的方法，其中，所述加热步骤导致煅烧至少一部分所述粘土，并且所述方法进一步包括：
经由煅烧的粘土和功能性矿物在所述熔炉中吸附至少一部分无机挥发性化合物；
使所述煅烧的粘土和矿物掺合物与源自于燃料燃烧的灰分反应，以提高其耐火度；并且
从所述熔炉中去除至少一部分所述煅烧的粘土和吸附的无机化合物。
57.前述任一段所述的方法，其中，所述燃料是煤、石油焦炭或生物燃料，或者前述的任意组合。
58.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土包括尺寸不大于约3英寸的含水粘土集块。
59.段58所述的方法，其中，所述含水粘土集块的尺寸不大于约2英寸或更小。
60.段58所述的方法，其中，所述含水粘土集块的尺寸不大于约1英寸。
61.一种组合物，所述组合物用于控制熔炉或锅炉中的富碱沉积物和富硅铝酸盐沉积物，所述组合物包含：
5重量％～99.9重量％的粘土；以及
0.1重量％～95重量％的功能性矿物，所述功能性矿物选自含镁矿物、含锰矿物、二氧化钛、氧化锆、铝土质矿物、硅藻土、硅铝酸盐矿物或其掺合物。
62.段61所述的组合物，其中，所述功能性矿物包括含镁矿物。
63.段62所述的组合物，其中，所述含镁矿物包括滑石。
64.段62所述的组合物，其中，所述含镁矿物包括氧化镁。
65.段62所述的组合物，其中，所述含镁矿物包括氢氧化镁。
66.段62所述的组合物，其中，所述含镁矿物包括白云石。
67.段62所述的组合物，其中，所述含镁矿物包括选自菱镁矿、水菱镁矿、蛭石、蒙皂石、金云母、斜绿泥石、海泡石、凹凸棒石或坡缕石的矿物。
68.段61所述的组合物，其中，所述功能性矿物包括含锰矿物。
69.段68所述的组合物，其中，所述含锰矿物包括选自软锰矿、褐锰矿、硬锰矿和菱锰矿的矿物。
70.段61所述的组合物，其中，所述功能性矿物包括氧化铝。
71.段70所述的组合物，其中，所述功能性矿物包括铝土矿。
72.段70所述的组合物，其中，所述功能性矿物包括选自三水铝石、勃姆石和硬水铝石的矿物。
73.段70所述的组合物，其中，所述功能性矿物包括铝土质高岭土。
74.段61所述的组合物，其中，所述功能性矿物包括硅铝酸盐矿物。
75.段74所述的组合物，其中，所述功能性矿物包括选自红柱石、蓝晶石、硅线石、水黄晶矿、莫来石、叶腊石或杜姆贝塞石的矿物。
76.段61所述的组合物，其中，所述功能性矿物包括氧化钛。
77.段76所述的组合物，其中，所述功能性矿物包括选自金红石、锐钛矿、钛铁矿、白钛石和板钛矿的矿物。
78.段61所述的组合物，其中，所述功能性矿物包括氧化锆。
79.段61所述的组合物，其中，所述粘土包括高岭土。
80.段61所述的组合物，其中，所述粘土包括球土。
81.段61所述的组合物，其中，所述粘土包括来源于高岭土开采作业或任何硅铝酸盐开采作业的覆盖岩层或工艺废料的粘土。
82.段61所述的组合物，其中，所述粘土是含水粘土。
83.段61所述的组合物，其中，所述粘土是煅烧的粘土。
84.段61所述的组合物，其中，所述粘土的含水量范围为约5重量％～约15重量％。
85.段61所述的组合物，其中，所述粘土的含水量范围为约8重量％～约12重量％。
86.段61所述的组合物，其中，所述粘土包括块状粘土。
87.段61所述的组合物，其中，所述粘土包括经撕碎的和/或碾碎的粘土。
88.段61所述的组合物，其中，所述粘土包括非精选的粘土。
89.段61所述的组合物，其中，所述含水粘土的BET表面积为至少约9m2/g。
90.段61所述的组合物，其中，所述含水粘土的BET表面积为至少约15m2/g。
91.段61所述的组合物，其中，含水粘土包括以下粘土，所述粘土来源于含水量为至少约15％的粗制粘土。
92.段61所述的组合物，所述组合物包含：25重量％～99.9重量％的所述粘土；以及0.1重量％～75重量％的所述功能性矿物。
93.段61所述的组合物，所述组合物包含：40重量％～99.9重量％的所述粘土；以及0.1重量％～60重量％的所述功能性矿物。
94.段61所述的组合物，所述组合物包含：60重量％～99.9重量％的所述粘土；以及0.1重量％～40重量％的所述功能性矿物。
95.段61所述的组合物，所述组合物包含：70重量％～99.9重量％的所述粘土；以及0.1重量％～30重量％的所述功能性矿物。
96.段61所述的组合物，所述组合物包含：85重量％～99.9重量％的所述粘土；以及0.1重量％～15重量％的所述功能性矿物。
实施例
通过本文公开的示例性实施方式的说明和实践，本发明的其他实施方式对于本领域技术人员而言将是显而易见的。要指出的是，应认为说明书和实施例仅是示例性的，而本发明的真实范围和实质由所附权利要求书指定。
草杆单独进行燃烧或与基于矿物掺合物的不同添加剂一起燃烧。在试验性规模炉栅式燃烧器中以粒化的形式测试各添加剂方案。
实验装置
燃烧在约1040℃(+/-40℃)于25kW“HS Multi Heat”级炉栅式锅炉中进行。此锅炉未配备自动除灰系统，并且一次和二次空气喷射入口足够靠近以维持高温，以便利于底灰产生。将空气喷射设定为在燃料期间，λ＝2并且O2＝10％。对于每个实施例试验，经由计量螺杆将粒料以5kg/h的进料速率引入燃料室中，并且使燃烧持续5小时30分钟(永久性架构下为4小时)。
监测燃烧
在燃烧期间，监测下面列举的参数以便评估燃烧效率、颗粒的排放和气体的组成。
测量燃烧回收率(％)和释放的能量(kW，用连接有pt100探针和流量计的量热器测量)。对于每个实施例试验，通过获知燃烧的粒料质量，能够计算出粒料的低热值，通过将其与理论值进行比较来评估燃烧的效率(％)。
按照NF X 44-052标准文件中给出的说明进行灰尘和气体的等速泵送。在4小时的永久性架构下进行测量。
按照NF X 44-052标准程序，在无任何筛分的情况下测量废气中的总含尘量。
针对废气，使用电化学电池测量CO和NOx排放。在11％的O2和9.5％的CO2的标准化条件下以ppm表示给出值。
在由将H2S引导到NaOH鼓泡式吸收溶液中的等速泵送系统俘获后，对废气测量排放的H2S的重量。按照NF EN 1911标准文件进行分析。
在由将颗粒引导到HNO3+H2O2鼓泡式吸收溶液中的等速泵送系统俘获后，对废气过滤后的颗粒和气体本身中的颗粒测量诸如Cd和Pb等重金属的量。然后按照NFEN 14385标准程序进行测量。
使用相同的方案测量Hg的量，不同之处在于鼓泡式吸收溶液由HNO3+重铬酸钾组成。按照NF EN 13211标准程序进行测量。
生物质燃料、矿物添加剂和粒料的细节
燃料是在巴黎盆地区域收获的草杆。所述草杆特征是具有高氯和钾含量。其含水量用XP CEN/TS 14774标准方法获得，并且等于8.8重量％(接收时)。其灰分含量用XP CEN/TS 14775标准方法获得，并且等于6.1重量％(干重)。其热值用XP CEN/TS14918标准方法获得，并且是：干燥的高热值：18,525MJ/kg；干燥的低热值：17,370MJ/kg；接收时的高热值：16,895MJ/kg；以及接收时的低热值：15,638MJ/kg。按照ISO 17294方法，在草杆的HNO3消解之后测量无机和金属元素。利用ICP-MS并按照用于Al、Ca、Fe、Mg、P、K、Si、Na的XP CEN/TS15290标准方法，按照用于As、Cr、Cd、Cu、Ni、Zn、Pb的XP CEN/TS 15297标准方法，并按照用于S和Cl的XP CEN/TS 15289标准方法获得元素组成。以mg.kg-1表示给出的结果如下：Na47.65、Mg 792.23、Al 33.78、P 563.1、K 9228.13、Ca 3630.24、Si 104.31、Fe 85.65、As<0.1、Cr 0.56、Cd 0.10、Cu 1.57、Ni<0.5、Zn 4.76、Pb<0.5、Hg<0.05、Ti 0.75、Cl 2400。按照NF EN 15104标准分析C、H和N含量，而按照NF EN 15289分析S。发现它们等于(以％表示，干重)：C 41.6、H 5.61、N 0.77和S 0.11。
实施例1～8
针对表1中所述的组成进行八个实施例试验。用单独的草杆进行比较例1(在下文中为实施例1)。对于实施例2～8，将2.25重量％的所述添加剂与97.75重量％的草杆组合。1.8重量％对应于添加剂部分的80％，0.9重量％对应于添加剂部分的40％，而0.45重量％占添加剂部分的20％。
在开始实施例试验之前，分析每种添加剂。在1200℃的温度下用来自Bruker的S4探测器X射线荧光装置(包括形成预干燥样品材料的熔融透明扣状体的技术)进行化学分析。这些分析的结果在表2中示出。表2中还示出的烧失量(LOI)通过将样品在1050℃下放置过夜而进行测量。
使用LECO C,S分析仪获得C和S含量的值(在表3中示出)。用来自Micromeritics的Sedigraph测量粒度分布。
使用来自Micromeritics的BET评价表4中示出的比表面积(SSA)。
对通过使用来自Bruker的D8装置获得的X射线衍射光谱图使用Topas软件获得定量的矿物组成(在表5中示出)。
表1：粒料的组成
表2：S4探测器XR获得的矿物添加剂的化学组成
表3：使用LEGO获得的矿物添加剂中的C和S含量
ppm C S
高岭土 635 67
铝土质高岭土 1868 2819
白云石 120580 10
膨润土 14100 11130
表4：矿物添加剂的d10、d50和d90值，不同粒径的重量％和SSA
表5：矿物添加剂的定量矿物分析
重量％ 高岭土 铝土质高岭土 白云石 膨润土
高岭石 79 44
白云母 14
贝德石 67
石英 4.5 <1 4
三水铝石 49
勃姆石 4
方解石 20 8
白云石 79 11
锐钛矿 3 2
金红石 2.5
石膏
重晶石 6
黄铁矿 1
粒化处理的细节
用以2400rpm运转且配备有3mm栅格的试验规模锤磨机碾磨草杆。对碾磨的草杆添加矿物添加剂以产生粒料。
当只处理草杆时测定最佳的粒化参数(压缩率＝7，并且加水率＝12％)，以获得特征与EN 14961-6中描述的粒料最接近的粒料。对于各矿物添加剂，压缩率保持恒定，而加水率进行微调。在粒化期间，测量压缩系统的功率、挤出部件的生产率和温度。
粒料物理性质的细节
随后通过进行以下测量将粒料定量化：耐久性、硬度、容重和含水量，如表6所示。
表6：粒料的物理性质
数据表明所有粒料的物理性质是相当的。
燃烧残渣的表征
对于每个实施例，在燃烧结束时，将底灰、积灰(在卧式换热器上的燃烧区的垂直上方)和烟灰(在卧式换热器的背面，排气管在此处开始)收集并称重。将底灰以8mm和3.15mm过筛，并且将随后的级分称重。计算总灰分含量并且以接收时材料的a％给出。
使>8mm的底灰经受振动试验以便评估其脆性。出于此目的，选择直径在31mm至8mm之间校准的数种底灰，以使其成为不同方面(熔融的、易碎的等)的代表。限定其数量，以使其填充9.5cm英寸直径和1L体积的PE容器的三分之一。使>8mm的灰分在来自WAB的Turbula中振动15分钟。在5分钟内将所得的灰分在配备有以下筛网的来自Fritsch的Analysette 3筛目系统上过筛：8mm、5mm、2.5mm、1mm、630μm。将配置选择为使振幅为0.2mm，并且每30秒确保有1秒的空闲期。用下式计算脆性指数：
其中
Ftndex＞8mm＝(100-wt％＞8mm)/10并且Ftndex＜630μm＝wt％＜630μm/10(其中wt％表示重量％)。
脆性指数(Findex)从1至10变化，并且最高值对应于脆性最高。
对燃烧回收率和效率的效果
燃烧回收率和效率的结果在表7中示出。
表7：燃烧回收率和效率
对排放物的效果
如表8中所示，分析物的对比表明灰尘排放物由于添加剂而显著减少。对于所有试验实施例，灰尘排放物都在等于150mg/m3的法国排放物限值以下。
表8：实施例试验期间监测的灰尘排放物
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
灰尘(mg/m3) 47.2 37.5 32.6 37.2 25.3 35.8 33.4 32.5
％偏差/实施例1 -21 -31 -21 -46 -24 -29 -31
线性理论偏差 -21 -35
如表9中所示，分析物的对比表明气体中不期望的组分由于添加剂而显著减少。
表9：在实施例试验期间监测的气体排放物
关于H2S排放物，对于所有实施例而言，如表10中所示，其数值都远远在等于5mg/m3的法国排放物限值以下。
表10：在实施例试验期间监测的H2S排放物
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
H2S(mg/m3) <0.01 <0.02 <0.02 <0.02 <0.03 0.02 <0.02 <0.03
重金属排放物数据在表11中示出。
表11：实施例试验期间监测的总(气体+颗粒物)重金属排放物
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
Hg(mg/m3) <0.0011 <0.0011 <0.0011 <0.0023 <0.0012 0,0011 <0.0011 <0.0023
Cd(mg/m3) 0.002 0.002 0.001 0.002 0.001 0.002 0.002 0.001
Pb(mg/m3) 0.03 0.01 0.009 0.004 0.008 0.012 0.009 0.009
灰分特性
灰分分析数据在表12中示出。
表12：总灰分含量
表13显示了灰分分配。
通过参考以下标准评价矿物对灰分特性的积极效果：>8mm底灰的重量％，其应当尽可能低以利于燃烧(<3.15mm底灰的重量％，其应尽可能的高)；以及从1到10的脆性指数，其应当尽可能的高以利于清洁燃烧区和去除灰分。
表13：>8mm的底灰的灰分分配和脆性指数

Claims (17)

1.一种燃烧器的运行方法，所述方法包括：
将燃料引入熔炉中，所述熔炉被配置为燃烧所述燃料；
将矿物添加剂掺合物引入所述熔炉中，所述矿物添加剂掺合物包含(i)硅铝酸盐和/或含铝化合物以及(ii)功能性矿物，其中，基于所述矿物添加剂掺合物的总重量，所述矿物添加剂掺合物包含70重量％～98重量％的成分(i)和2重量％～30重量％的成分(ii)；并且
加热至少一部分所述燃料和矿物添加剂掺合物；
其中，所述功能性矿物为含镁矿物；
其中，成分(i)、成分(ii)和矿物添加剂掺合物的量足以(1)吸附所述熔炉中存在的至少一部分碱和/或无机挥发性化合物，和(2)与源自于所述燃料燃烧的燃料灰分反应，以提高所述燃料灰分的耐火度；和
其中，在所述熔炉中，元素摩尔比(Si+K+Na+P):(Ca+Mg+Al)为不大于1.25。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述含镁矿物包括或者是氧化镁或氧化镁前体材料，所述氧化镁前体材料在所述熔炉中加热后形成氧化镁。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述氧化镁前体材料选自滑石、白云石、水镁石和碳酸镁中的一种或多种。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述含镁矿物包括或者是白云石。
5.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述含铝化合物包括或者是氧化铝或氢氧化铝。
6.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述含铝化合物包括或者是铝土矿，或选自三水铝石、诺三水铝石、督三水铝石、三羟铝石、勃姆石和硬水铝石的矿物。
7.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述硅铝酸盐选自高岭土、埃洛石、球土或来自高岭土或粘土或硅铝酸盐开采作业的覆盖岩层材料中的一种或多种。
8.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述硅铝酸盐选自埃洛石、球土、来自高岭土或粘土或硅铝酸盐开采作业的覆盖岩层材料或铝土质高岭土中的一种或多种。
9.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述硅铝酸盐是煅烧的粘土。
10.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述硅铝酸盐包括非精选的粘土。
11.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述硅铝酸盐粘土的BET表面积为至少9m2/g或3m2/g～200m2/g。
12.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述硅铝酸盐粘土的BET表面积为5m2/g～150m2/g。
13.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，基于燃料和矿物添加剂掺合物的总重量，所述矿物添加剂掺合物以0.1重量％～20重量％的量存在于所述熔炉中。
14.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，基于燃料和矿物添加剂掺合物的总重量，所述矿物添加剂掺合物以0.3重量％或2重量％～10重量％或15重量％的量存在于所述熔炉中。
15.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，在所述熔炉中，所述元素摩尔比(Si+K+Na+P):(Ca+Mg+Al)为不大于1.0。
16.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，在所述熔炉中，所述元素摩尔比(Si+K+Na+P):(Ca+Mg+Al)为小于1.0。
17.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，至少一部分或全部的所述燃料和所述矿物添加剂掺合物在引入所述熔炉中之前相互成粒。
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