CN105567367A - 提高民用焦炭火焰长度的铝矾土复合添加剂及制法和应用 - Google Patents

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Abstract

一种提高民用焦炭火焰长度的铝矾土复合添加剂的重量份组成为铝矾土40～60份、石灰石20～40份、磁铁矿10～15份、碳酸钾5～10份。本发明原料来源广泛而丰富，价格低廉，直接添加至配合煤中，通过高温干馏制得含有铝矾土复合添加剂的民用焦炭，其火焰长度可从100～200mm增加至430～690mm，提高幅度达330～490mm，效果显著。

Description

提高民用焦炭火焰长度的铝矾土复合添加剂及制法和应用
技术领域
本发明涉及一种提高民用焦炭火焰长度的铝矾土复合添加剂及制备方法和应用。
背景技术
煤炭作为我国的主导能源，其主要的利用方式为燃烧。大量煤炭直接燃烧导致气候变化、碳循环、环境污染和健康危害等诸多问题。与工业和发电用煤相比，民用散烧煤尽管消费量较低，但由于缺乏有效的烟气除尘、脱硫等装置，烟气属直排，成为我国大气污染的主要排放源之一。因此以清洁、环保的燃料替代民用散烧原煤是改善大气环境的关键。
民用焦炭是以燃料煤(动力煤)为主，并辅以少量焦煤、固硫剂、增碳剂、助燃剂等，利用现有焦化厂生产设备，通过高温干馏而得的洁净固体燃料。具有成块好、强度适中、低挥发、低硫排放及不易结渣等优点，无需脱硫设施，尾气即可满足国家排放标准；而且易点火、续火能力强、升温速度快、燃烧持续时间长，是各种民用生活炉具理想的燃料。
传统冶金焦主要用于高炉炼铁和有色金属冶炼，要求具有高强度和低反应活性。配合煤在高温干馏过程中，其挥发分等不断溢出，导致焦炭活性不断下降；同时，由于过程是一个不断闭孔的高度石墨化过程，导致焦炭孔隙率急剧下降，致使其反应活性降低。而作为燃料则要求其反应活性较高以利于燃烧。因此欲使焦炭作为一种合适的民用燃料，必需提高民用焦炭的反应活性。此外，现有炉具大都燃烧挥发性较高的原煤，其火焰长度较长，锅炉热效率高；然而传统焦炭燃烧过程基本没有火焰，如果将其作为燃料，仅靠辐射热，现有锅炉的热效率相对较低。因此民用焦炭作为一种燃料，必需借助添加剂的引入，提高其反应活性，增加其火焰高度，方可满足作为一种合格民用燃料的要求。
提高煤催化气化活性方面的专利，如CN201410548041.4公开了一种提高煤催化气化活性和催化剂回收的方法，先将高灰煤酸洗脱灰，然后通过浸渍的方法在煤中添加2-10wt％的碳酸钾催化剂，可显著提高煤的反应活性；CN201310439546.2公开了一种煤催化气化催化剂及其制备方法和用途，以廉价的卤离子金属盐为催化剂的前驱体，采用pH值调节剂，通过离子交换技术将有效金属组份担载于煤基上，可有效提高煤炭转化率。这些催化气化剂均是针对煤炭开发的产品，直接担载至煤中，且其反应产物为合成气，不经过高温干馏；由于民用焦炭需要经过高温干馏的特殊工艺，其燃烧过程中必须增加反应活性以及火焰长度。经检索，提高民用焦炭火焰长度的添加剂未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种反应活性好的提高民用焦炭火焰长度的铝矾土复合添加剂及其制备方法和应用。
煤炭在民用炉具燃烧时，特别是民用取暖热水锅炉，需要有一定的火焰长度，因为传统民用炉具多按高挥发烟煤燃料设计。烟煤着火温度低与火焰较长均与其高挥发分有关，烟煤升温过程中，挥发分逸出，未达到燃点即逸出的挥发分即为黑烟，达到燃点后逸出的挥发分燃烧形成火焰。烟煤在较低温度下逸出的挥发分即为烟气，严重污染大气环境。
冶金焦挥发分很低，仅为1％左右，结构致密，反应性差，着火温度较高且燃烧无明显火焰，即火焰长度与烟煤相比短得多，无法在传统民用炉具正常使用。
本发明使用了添加助剂制备的民用洁净焦炭与冶金焦相比，具有更发达的微孔结构与较大比表面(比表面由<1m2/g增至200m2/g，气孔率由40％提至55％)，反应性也由冶金焦的20％提至55％以上。民用洁净焦炭作为燃料使用时，改变了火焰形成机理，燃烧与气化同时发生，将原来由挥发分产生火焰变为气化产生CO形成火焰，火焰拉长，可适用于各种民用炉具。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种提高民用焦炭火焰长度的铝矾土复合添加剂，其重量份组成为铝矾土40～60份、石灰石20～40份、磁铁矿10～15份、碳酸钾5～10份。
本发明制备方法，包括如下步骤：
⑴将干燥后的铝矾土、石灰石、磁铁矿及碳酸钾等添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；
⑵分别称取破碎好的添加剂原料，并将其混合，搅拌均匀；
⑶搅拌均匀的混合料经干式研磨，使原料粒度≤150目(0.1mm)；然后在260～300℃条件下煅烧1～2小时，冷却至常温，即为铝矾土复合添加剂。
本发明铝矾土复合添加剂的应用，包括如下步骤：
按铝矾土复合添加剂：配合煤重量比为0.3～1.5:100，将铝矾土复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至900～1100℃，持续加热16～24h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，即得到含有铝矾土复合添加剂的民用焦炭。
如上所述配合煤的质量指标为：FCd≥50％，Vadf≥25％，Ad≤25％，Std＜1.5％。
如上所述的筛分是降至常温炉料筛分为25-80mm粒度。
本发明现有技术相比，其直接带来的和必然产生的优点与积极效果如下：
在本发明方法中，所采用的铝矾土复合添加剂，原料来源广泛而丰富，价格低廉，直接添加至配合煤中，通过高温干馏制得含有铝矾土复合添加剂的民用焦炭，其火焰长度可从100～200mm增加至430～690mm，提高幅度达330～490mm，效果显著。
在本发明方法中生产的民用焦炭与直接燃烧焦炭相比，在不改变现有炉具的前提下，显著提高民用焦炭燃烧火焰长度及反应活性；可提高民用焦炭的燃烧效率，使民用焦炭充分燃烧，从而减少了废弃物的排放量，有利于环境保护。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作出进一步地说明。
实施例1
⑴将干燥后的铝矾土、石灰石、磁铁矿及碳酸钾添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；
⑵依次分别称取破碎好的铝矾土60kg，石灰石20kg、磁铁矿10kg、碳酸钾5kg，并将其混在一起，搅拌均匀；
⑶搅拌均匀的混合料经干式研磨，使原料粒度≤150目(0.1mm)；然后在260℃条件下煅烧2小时，冷却至常温，即为铝矾土复合添加剂；
⑷入炉煤料由20wt％的长焰煤、15wt％的贫煤、30wt％的1/3焦煤、20wt％的肥煤和15wt％的主焦煤配合而成配合煤；其配合煤的质量指标为：Vadf30.0％，Ad13.5％，FCd60.6％，St,d0.67％；粘结指数G＝74，细度(≤3mm)＝73.6％；
⑸按铝矾土复合添加剂：配合煤重量比为0.3:100，将制好的铝矾土复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至1100℃，持续加热16h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，即得到粒度为25-80mm的含有铝矾土复合添加剂的民用焦炭。
对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至1100℃，持续加热16h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得粒度为25-80mm的焦炭作为对照用焦。
在北京创字炉具有限公司生产的NS18-2型150m2民用反射炉中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃烧试验，用0-500mm钢板尺测试火焰高度，测试结果如表1所示。
表1添加复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的火焰长度对比
实验组别 火焰长度mm 提高值mm
对照用焦 100 -
添加复合添加剂的民用焦 430 330
实施例2
⑴将干燥后的铝矾土、石灰石、磁铁矿及碳酸钾添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；
⑵依次分别称取破碎好的铝矾土55kg，石灰石25kg、磁铁矿11.3kg、碳酸钾6.3kg，并将其混在一起，搅拌均匀；
⑶搅拌均匀的混合料经干式研磨，使原料粒度≤150目(0.1mm)；然后在270℃条件下煅烧1.8小时，冷却至常温后包装，即为铝矾土复合添加剂；
⑷入炉煤由30wt％的弱粘煤、40wt％的长焰煤、20wt％的气肥煤和10wt％的不粘煤配合而成配合煤；其质量指标(wt％)：Vadf35.0％，Ad13.5％，FCd56.2％，St,d0.84％，粘结指数G＝40，细度(≤3mm)＝86.5％；
⑸按铝矾土复合添加剂：配合煤重量比为0.6:100，将制好的铝矾土复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至1050℃，持续加热18h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，即得到粒度为25-80mm的含有铝矾土复合添加剂的民用焦炭。
对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至1050℃，持续加热18h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得粒度为25-80mm的焦炭作为对照用焦。
在北京创字炉具有限公司生产的NS18-2型150m2民用反射炉中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃烧试验，用0-500mm钢板尺测试火焰高度，测试结果如表2所示。
表2添加复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的火焰长度对比
实验组别 火焰长度mm 提高值mm
对照用焦 125 -
添加复合添加剂的民用焦 495 370
实施例3
⑴将干燥后的铝矾土、石灰石、磁铁矿及碳酸钾添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；
⑵依次分别称取破碎好的铝矾土50kg，石灰石30kg、磁铁矿12.5kg、碳酸钾7.5kg，并将其混在一起，搅拌均匀；
⑶搅拌均匀的混合料经干式研磨，使原料粒度≤150目(0.1mm)；然后在280℃条件下煅烧1.5小时，冷却至常温后包装，即为铝矾土复合添加剂；
⑷入炉煤料由20wt％的长焰煤、15wt％的贫煤、30wt％的1/3焦煤、20wt％的肥煤和15wt％的主焦煤配合而成配合煤；其配合煤的质量指标为：Vadf30.0％，Ad13.5％，FCd60.6％，St,d0.67％；粘结指数G＝74，细度(≤3mm)＝73.6％；
⑸按铝矾土复合添加剂：配合煤重量比为0.9:100，将制好的铝矾土复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至1000℃，持续加热20h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，即得到粒度为25-80mm的含有铝矾土复合添加剂的民用焦炭。
对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至1000℃，持续加热20h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得粒度为25-80mm的焦炭作为对照用焦。
在北京创字炉具有限公司生产的NS18-2型150m2民用反射炉中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃烧试验，用0-500mm钢板尺测试火焰高度，测试结果如表3所示。
表3添加复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的火焰长度对比
实验组别 火焰长度mm 提高值mm
对照用焦 560 -
添加复合添加剂的民用焦 150 410
实施例4
⑴将干燥后的铝矾土、石灰石、磁铁矿及碳酸钾添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；
⑵次分别称取破碎好的铝矾土45kg，石灰石35kg、磁铁矿13.7kg、碳酸钾8.7kg，并将其混在一起，搅拌均匀；
⑶搅拌均匀的混合料经干式研磨，使原料粒度≤150目(0.1mm)；然后在290℃条件下煅烧1.3小时，冷却至常温后包装，即为铝矾土复合添加剂；
⑷入炉煤由30wt％的弱粘煤、40wt％的长焰煤、20wt％的气肥煤和10wt％的不粘煤配合而成配合煤；其质量指标(wt％)：Vadf35.0％，Ad13.5％，FCd56.2％，St,d0.84％，粘结指数G＝40，细度(≤3mm)＝86.5％；
⑸按铝矾土复合添加剂：配合煤重量比为1.2:100，将制好的铝矾土复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至950℃，持续加热22h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，即得到粒度为25-80mm的含有铝矾土复合添加剂的民用焦炭。
对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至950℃，持续加热22h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得粒度为25-80mm的焦炭作为对照用焦。
在北京创字炉具有限公司生产的NS18-2型150m2民用反射炉中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃烧试验，用0-500mm钢板尺测试火焰高度，测试结果如表4所示。
表4添加复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的火焰长度对比
实验组别 火焰长度mm 提高值mm
对照用焦 625 -
添加复合添加剂的民用焦 175 450
实施例5
⑴将干燥后的铝矾土、石灰石、磁铁矿及碳酸钾添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；
⑵依次分别称取破碎好的铝矾土40kg，石灰石40kg、磁铁矿15kg、碳酸钾10kg，并将其混在一起，搅拌均匀；
⑶搅拌均匀的混合料经干式研磨，使原料粒度≤150目(0.1mm)；然后在300℃条件下煅烧1小时，冷却至常温后包装，即为铝矾土复合添加剂；
⑷入炉煤料由20wt％的长焰煤、15wt％的贫煤、30wt％的1/3焦煤、20wt％的肥煤和15wt％的主焦煤配合而成配合煤；其配合煤的质量指标为：Vadf30.0％，Ad13.5％，FCd60.6％，St,d0.67％；粘结指数G＝74，细度(≤3mm)＝73.6％；
⑸按铝矾土复合添加剂：配合煤重量比为1.5:100，将制好的铝矾土复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至900℃，持续加热24h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，即得到粒度为25-80mm的含有铝矾土复合添加剂的民用焦炭。
对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至900℃，持续加热24h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得粒度为25-80mm的焦炭作为对照用焦。
在北京创字炉具有限公司生产的NS18-2型150m2民用反射炉中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃烧试验，用0-500mm钢板尺测试火焰高度，测试结果如表5所示。
表5添加复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的火焰长度对比
实验组别 火焰长度mm 提高值mm
对照用焦 690 -
添加复合添加剂的民用焦 200 490
通过实施例1～5实验结果可以看出，添加铝矾土复合添加剂后，显著提高了民用焦炭的火焰长度，使得民用焦炭燃烧效率更高，适应性更广，保证了民用焦炭作为一种燃料的应用。

Claims (5)

1.一种提高民用焦炭火焰长度的铝矾土复合添加剂，其特征在于提高民用焦炭火焰长度的铝矾土复合添加剂的重量份组成为铝矾土40～60份、石灰石20～40份、磁铁矿10～15份、碳酸钾5～10份。
2.如权利要求1所述的一种提高民用焦炭火焰长度的铝矾土复合添加剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将干燥后的铝矾土、石灰石、磁铁矿及碳酸钾等添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；
(2)分别称取破碎好的添加剂原料，并将其混合，搅拌均匀；
(3)搅拌均匀的混合料经干式研磨，使原料粒度≤0.1mm，然后在260～300℃条件下煅烧1～2小时，冷却至常温，即为铝矾土复合添加剂。
3.如权利要求1所述的一种提高民用焦炭火焰长度的铝矾土复合添加剂的应用，其特征在于包括如下步骤：
按铝矾土复合添加剂：配合煤重量比为0.3～1.5:100，将铝矾土复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至900～1100℃，持续加热16～24h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，即得到含有铝矾土复合添加剂的民用焦炭。
4.如权利要求3所述的一种提高民用焦炭火焰长度的铝矾土复合添加剂的应用，其特征在于所述配合煤的质量指标为：FCd≥50%，Vadf≥25%，Ad≤25%，Std＜1.5%。
5.如权利要求3所述的一种提高民用焦炭火焰长度的铝矾土复合添加剂的应用，其特征在于所述的筛分是将降至常温炉料筛分为25-80mm粒度。
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