CN104449940A - 燃煤洁净节煤剂 - Google Patents

Abstract

燃煤洁净节煤剂，属燃煤洁净节煤添加剂技术领域或燃煤污染资源化利用领域。利用煤燃烧后的烟气、烟尘、煤渣，经用水循环洗脱回收富集得到的含Na、K、N的无机盐溶液为主体原料，再配入促使油水共溶的活性物质辅料及亲和煤渗透扩散助煤燃烧的有机油料为辅料，按比例配制得到燃煤洁净节煤添加剂溶液。其主体原料，在燃煤中热分解出能吸收O₂进行强氧化燃烧的催化剂，实现煤富氧和强氧化燃烧同步固硫、固尘、增热节煤的多功能节能减排效果。本发明从燃煤烟气、烟尘、煤渣回收的含Na、K、N的无机盐主体原料，可在燃煤中不断重复回收循环使用，以废治废，性价比高，经济社会效益显著，易于在燃煤企业中广泛推广应用。

Description

燃煤洁净节煤剂

技术领域

本发明涉及一种燃煤洁净节煤高效燃煤添加剂领域的技术发明。

背景技术

我国煤炭资源丰富，是世界产煤和煤炭消费的大国，由于我国经济建设粗放型的高能耗，高污染的发展模式，使我国经济在增长的同时付出了巨大的能源资源代价，严重环境污染代价。为了遏制住这种趋势，举国上下开展了节能减排的全民运动。2014年3月21日李克强总理在节能减排及应对气候变化工作会议上，强调促进节能减排和低碳发展，推动改善生态环境，提高人民生活质量。

燃煤洁净燃烧技术的研发在国内已开展多年，已有不少的应用技术，例如：静电除尘，水膜除硫除尘等。这些技术己较成熟，但其缺点是设备投资大，运行成本高，技术效果单一。又有些催化助燃剂、燃煤添加剂，例如：专利CN201210243149.3，复合型节煤催化助燃剂，以醇基燃料为促进剂，催化剂由纳米三氧化二铁、纳米氧化亚铁、纳米四氧化三铁、纳米二氧化锰、碳酸钠、碳酸钾组成，固硫剂由碳酸钙、硅酸钙和氧化钙组成；专利CN201110436441.2，助燃剂和用助燃剂制成的燃料及燃料的生产方法和用途，采用无氯的有机与无机复合催化助燃剂，催化助燃剂以腐植酸钠、硝酸钾、柠酸、乙酸钠、十二烷基苯磺酸钠等为原料，未提及固硫、降硫、固尘降尘技术特征；专利CN201110356423.3，用于节能燃煤的添加剂制造及其使用方法，氧化型催化成分是含氧化铁、二氧化锰、氧化锌的矿物渣，固硫成分是含氧化钙、氧化镁、三氧化二铝的矿物渣；新型高效燃烧催化剂，专利CN200610075905.O，一种炭基燃料燃烧催化剂，采用主体原料加辅助原料配伍成基质，然后将基质用溶剂溶解而成，主体原料包括烷基醇醚，烷基酯，烯烃和芳香族化合物等；辅助原料包括：磷酸酯，氯化烃、烷基酰胺、金属化合物，以及少量含氮、含硅或含氧的有机化合物。这些以钙、镁基类煤添加剂，有一定的固硫效果，其缺点是技术功能单一，增加生产使用成本，固硫率不高。也有一些由化工原料配制而成的煤添加剂，多采用易燃易爆安全性差的化工强氧化剂，如氯酸钾、氯酸钠、硝酸钾、硝酸钠，其受热快速分解，持续时间短，使用量极少，而影响其的使用效果。受到安全部门的严格限制，其价格昂贵，使用成本高。也有以易燃的有机化合物为主的煤添加剂，因其具有低着火点，助燃及在煤中有极好的渗透扩散性能为主，有一定的节能减排技术功能效果，但也因其资源来源有限，且价格较贵，也影响对其的使用量及使用效果。

针对现有技术存在燃煤燃烧效率，一般低于85％，同时产生二氧化硫，氮氧化物、烟尘污染问题的防治，热效率不高，解决供氧不足，固硫固尘效率不高，原料资源有限，成本高的问题。本专利提出一种共溶物溶液的具催化强氧化、增氧、洁净、增热节煤燃烧的燃煤洁净节煤剂，可获得最大的经济和节能减排的社会效益。

发明内容

本发明的目的是针对解决空气氧与煤燃烧过程中所存在缺陷，如氧气仅占空气21％，空气氧的氧化性不高，空气氧与煤的燃烧是通过与煤的表面接触燃烧，使煤燃烧因氧气不足造成煤燃烧不充分不完全，空气的氧化性不强，造成与硫化物的燃烧产物是二氧化硫气体，和金属氧化物的粉尘排放污染。是使煤燃烧效率低，热效率低，燃烧污染严重的关键所在。现有的添加剂技术大多是先产生后治理技术，如钙基、镁基添加剂是按先燃烧产生SO₂后被石灰粉或石灰水固定为亚硫酸钙的方法。一些采用化工原料强氧化剂的添加剂，因易燃易爆不安全的因素，配用量受到限制，这些强氧化剂都是一次性短时间内起作用，有一定的节能减排效果，但因其安全及价格昂贵因素，使用量被控制而降低了其使用效果，又由于煤多以颗粒状表现及其与氧表面燃烧的特点都是影响煤燃烧的因素成为需要解决的技术问题。

本发明提出利用燃煤烟气、烟尘中并可不断循环回收重复利用的含钠(Na)、钾(K)、氮(N)元素物质为主体原料，加入能促油水互溶共溶的活性物质为辅料，及加入具亲和煤炭、对煤炭具较强的渗透扩散能力，助煤炭燃烧的有机油类辅料，配制成一种共溶物溶液的具催化强氧化、增氧、洁净、节煤燃烧的燃煤洁净节煤剂。

本发明综合利用燃煤排放在烟气、烟尘中的钠、钾、氮元素成分，与有机物共溶，增加有机物亲和在煤中渗透扩散，使K、Na氧化物催化强氧化燃烧与有机物催化助燃作用。分解产生的Na₂O、K₂O催化剂在300℃以上时吸附空气氧结合成强氧化剂Na₂O₂、K₂O₂。过氧化碱与炭充分燃烧生成CO₂，而不再是氧不足所生成的CO能源浪费，提高了燃烧效率的增热节煤功能。过氧化碱深度与硫化物强氧化燃烧生成固体硫酸盐，而不再是SO₂氧气体和金属氧化物的烟气排放污染，所表现的固硫固尘的减排洁净燃烧功能。

本发明要解决的技术方案

选择从燃煤排放烟气、烟尘中具有催化燃煤强氧化燃烧的催化剂钠、钾元素，具增氧强氧化燃烧氮元素物质为主体原料物质。由于煤炭中含有钠、钾的碱金属成分，含有非金属氮成分，在煤燃烧后转变为Na₂O、K₂O的碱金属氧化粉尘、氮元素成分转变为NO、NO₂气体从烟气烟尘中排出，用水洗脱治污后转变为KNO₂、NaNO₂、KNO₃、NaNO₃、KOH、NaOH的无机盐化合物溶液作为添加剂主体原料，实现了燃煤污染的资源化利用。

(1)污染物水洗脱转变溶液

2NO+K₂O+H₂O＝2KNO₂+H₂

2NO₂+K₂O+H₂O＝2KNO₃+H₂

SO₂+K₂O＝K₂SO₃

CO₂+K₂O＝K₂CO₃

(2)沉淀净化溶液

K₂SO₃+Ca(OH)₂＝CaSO₃↓+2KOH

K₂CO₃+Ca(OH)₂＝CaCO₃↓+2KOH

(3)用可配制添加剂的主要溶液成分为：

KNO₂、NaNO₂、KNO₃、NaNO₃、KOH、NaOH

(4)主体原料可重复循环回收使用解决了资源富足，成本低廉，经济社会效益显著。

选用催化强氧化然燃烧增氧燃烧取代煤与空气氧化的一般燃烧方式，实现富氧完全燃烧，深度强氧化燃烧的固硫固尘增热节煤的技术燃烧效果方案。

(1)添加剂主体物料在300℃-400℃分解产生催化剂Na₂O、K₂O。

(2)K₂O、Na₂O催化剂在300℃以上时吸附空气氧，结合成固态的K₂O₂、Na₂O₂强氧化剂，加快了空气氧流动扩散速度，提高氧气的反应量，提高了煤的燃烧速度和燃烧效率。

(3)过氧化碱强氧化剂使煤炭、硫化物强氧化完全燃烧，催化剂被还原

2Na₂O₂+C＝2Na₂O+CO₂

2K₂O₂+C＝2K₂O+CO₂

不再是氧不足所生成的CO的能源浪费。

2C+O₂＝CO

(4)过氧化碱深度强氧化燃烧硫化物生成固体硫酸盐的固硫固尘减排功能。

3Na₂O₂+MS＝2Na₂O+MSO₄

3K₂O₂+MS＝2K₂O+MSO₄

不再是一般空气氧化燃烧所生成的SO₂气体和金属氧化物粉尘污染。

(5)固硫固尘生成的硫酸盐的生成热比生成SO₂的生成热平均多增加230千卡/摩尔的生成热量的增热节煤功能。

为了加快添加主体物质原料在煤中的渗透扩散深度均匀分布，选择对煤炭亲和渗透性极强的石油有机油产品，同时作为低温引燃和助燃剂作为添加剂辅料配入，一般选用煤油及煤液化油，焦油等。

为了使主体原料的无机溶液与有机油料形成互溶共溶的均匀混合的油水液剂，选择能使极性和非极性互溶共溶的活性剂作为辅料，使主体液剂与有机辅料液形成互溶共溶体溶液有利于使用在煤炭中讯速渗透扩散均匀分布，最大混限度提高燃煤洁净节煤剂的使用效率。

本发明综合利用燃煤排放在烟气、烟尘中的钠、钾、氮元素成分，通过水液洗脱使之溶解进入水溶液并净化除去含硫无机盐，得到受热可分解的钠、钾氧化物催化剂，催化吸附空气氧结合成强氧化剂使煤被强氧化完全燃烧，固硫固尘增热节煤的多功能燃烧效果，并通过加入促进油水互溶共溶的活性剂促溶剂辅料，和对煤炭具极强的亲和渗透扩散助燃的有机油辅料，使燃煤洁净节煤剂能最大限度发挥其多功能节能减排效果，最大限度降低添加剂的生产成本，获得最大的经济和节能减排的社会效益。

关键技术要点

首先洗脱回收燃煤烟气中钠、钾、氮的有效主体元素的物质溶液原料，通过循环洗脱使之达到设定的含量浓度5-9％，并经过沉淀除去其它无机盐成分，得到主体成分物质原料。Na+K含量5-9％，N含量1-2％。

配制促油水互溶共溶的活性剂辅料按总量的质量比例：磺酸钠20-30％，十二烯15-30％，正十二烷10-20％，CAB康油酰胺丙基10-20％。搅拌均匀备用。

主体原料、活性剂辅料、有机油辅料的质量比例分别为：40-70％∶5-15％∶20-40％。

配料顺序：先将活性剂辅料加入主体原料充分搅拌完全溶解后，再加入有机油辅料，充分搅拌使之完全溶解混合均匀。

燃煤洁净节煤剂产品的使用量及使用方法：将燃煤洁净节煤剂按煤质量的1-10％的比例量，用水泵直接抽吸燃煤洁净节煤剂喷洒在进入炉前的煤仓输送带上的粉煤面上，由其在输送入仓下落，出仓进炉过程中自动翻混搅拌混合均匀，即可进炉燃烧。

关键的技术原理

通过循环洗脱溶解烟气中NO、NO₂、K₂O、Na₂O得到含钠、钾、氮元素的主体原料KNO₂、NaNO₂、KNO₃、NaNO₃溶液。

循环洗脱液Na、K、N达到设定的浓度Na+K∶5-9％，N∶1-2％时，用熟石灰膏Ca(OH)₂沉淀除去亚硫酸根，碳酸根的净化液作为主体原料液。

燃煤洁净节煤剂喷洒于煤应迅速渗透扩散均匀分布在煤炭中，煤燃烧前温度上升到200℃-300℃水分蒸发，物料浓缩结晶，有机油着火引燃。

温度升到320℃后，NaNO₂、KNO₂、KNO₃、NaNO₂顺次分解出Na₂O、K₂O催化剂立即吸附空气氧结合为强氧化剂Na₂O₂、K₂O₂，随即与煤及硫化物发生强氧化燃烧，NaNO₃、KNO₃分解产生氧，使燃烧为富氧充分完全燃烧，并不断还原出催化剂的持续催化强氧化燃烧及固硫、固尘、增热节煤的燃烧效果。

具体实施方式

以下结合实施例和对比试验测定结果对本发明作进一步的详细描述：

实施例1.

燃煤洁净节煤剂在25吨粉煤锅炉中的应用对照测定如下：

用不配燃煤洁净节煤剂的原煤粉煤20.07(MJ/Kg)31.7吨，折标准煤为21.69吨与配入燃煤洁净节煤剂1.5％的配剂粉煤20.16(MJ/Kg)25.56吨，折标准煤为17.68吨，进行产蒸汽量、降尘、降硫的对照测定，结果为节煤率25.98％，降尘率58.7％、固硫降硫率40.8％。

实施例2.

燃煤洁净节煤剂在瓷窑炉混合煤的应用对照测定如下：

用不配燃煤洁净节煤剂的原煤与按煤质量比2％配入燃煤洁净节煤剂的配剂煤进行固硫降硫、固尘降尘、节煤率的对照测定，结果为固硫率88.39％、降尘率40.8％、节煤率16.2％。

实施例3.

燃煤洁净节煤剂在10吨沸腾锅炉中的应用对照测定如下：

用不配燃煤洁净节煤剂的原煤发热量为15.88(MJ/Kg)867.7吨，折标准煤为472吨，产蒸汽量3676吨，换算吨标煤产汽量7.788吨。

按煤量的2％配入燃煤洁净节煤剂的配剂煤，发热量为16.15(MJ/Kg)，煤量450吨，折标准煤为248.91吨，产蒸汽量为2231吨，换算吨标煤产汽量8.963吨。

对照测定配燃煤洁净节煤剂与不配燃煤洁净节煤剂原煤吨标煤产汽量分别是8.963吨、7.788吨，结果为节煤率15.1％。

实施例4.

燃煤洁净节煤剂在10吨链条锅炉中的应用节煤率测定如下：

用不配燃煤洁净节煤剂的原煤，发热量为20.45(MJ/Kg)，煤量21吨，折标准煤为14.67吨，产蒸汽量73吨，换算吨标煤产汽量4.976吨。

按煤量的2.0％配入燃煤洁净节煤剂的配剂煤，发热量为20.36(MJ/Kg)，总煤量19.32吨，折标准煤为13.44吨，产蒸汽量为78吨，换算吨标煤产汽量5.804吨。

对照测定结果为节煤率16.6％。

Claims (10)

1.用回收燃煤烟气、烟尘中具催化强氧化、增氧、洁净、节煤燃烧功能，并可不断循环回收重复利用的含钠(Na)、钾(K)、氮(N)元素物质为主体原料，加入能促油水互溶共溶的活性物质为辅料，及加入具亲和煤炭、对煤炭具较强的渗透扩散能力，助煤炭燃烧的有机油类辅料，配制成一种共溶物溶液的燃煤洁净节煤剂。

2.根据权利要求1所述特征，从燃煤烟气、烟尘中洗脱回收含钠、钾、氮元素的物质为主的主体原料A。具体为KNO₂、NaNO₂.KNO₃、NaNO₃.KOH、NaOH等无机化合物质的燃煤烟气、烟尘的洗脱液。

3.根据权利要求1所述特征，含钠、钾的物质具催化剂功能，燃烧受热分解产生具催化剂作用的Na₂O、K₂O的钠、钾氧化物。

4.根据权利要求3所述特征，分解产生的Na₂O、K₂O催化剂在300℃以上时吸附空气氧结合成强氧化剂Na₂O₂、K₂O₂，具强氧化性质，强氧化燃烧煤中的炭及硫化物，催化剂被还原，生成CO₂、MSO₄。充分燃烧生成CO₂还原Na₂O催化剂，充分燃烧生成CO₂还原K₂O催化剂，深度燃烧生成硫酸盐还原Na₂O催化剂，深度燃烧生成硫酸盐还原K₂O催化剂。

5.根据权利要求4所述特征，过氧化碱与炭充分燃烧生成CO₂，而不再是氧不足所生成的CO能源浪费，提高了燃烧效率的节煤功能。过氧化碱深度与硫化物强氧化燃烧生成固体硫酸盐，而不再是SO₂气体和金属氧化物MO的烟气排放污染。含氮物质的KNO₃、NaNO₃，受热在300℃-380℃时分解产生出氧气，实现从煤炭内部增氧燃烧的增氧功能。所表现的固硫固尘的减排洁净燃烧功能。

6.根据权利要求5所述特征，促溶、助渗透扩散辅料各组分原料分别占辅助料B总量的质量比例是：正十二烷30％、十二烯30％、二氯乙烷20％、CAB糠油酰胺丙基20％。

7.根据权利要求1所述特征，亲和煤，渗透扩散、助燃的辅料原料，主要是：从煤和石油，分离出的液体燃料油、液化煤油、煤焦油、煤油等为辅料C。

8.根据权利要求1、5所述特征，配制主体原料及辅料配料的质量比是：含钠、钾、氮元素的主体原料A占40-70％，辅料B占5-15％，辅料C占20-40％。按添加溶液主体原料A、辅料B、辅料C质量比，先将辅科B溶入主体原料A，充分搅拌溶解后再加入辅料C充分搅拌溶解均匀，即得燃煤洁净节煤剂产品。

9.燃煤洁净节煤剂产品的使用量及使用方法。其的使用量，占煤总质量比为1-10％。用水泵直接抽吸燃煤洁净节煤剂喷洒在进入炉前的煤仓输送带上的粉煤面上，由其在输送入仓下落，出仓进炉过程中自动翻混搅拌混合均匀，即可进炉燃烧。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8所述特征，添加剂主体原料中的钠、钾、氮元素可不断循环回收重复利用，其质量不仅不会减少，还因煤中所含相同元素不断加入而不断增多、既确保不断增加使用添加剂的主体原料需求，还能用于开发生产含钠、钾、氮元素的其他化工及农肥新产品。