CN106244288A - 煤洁净燃烧掺烧剂及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了煤洁净燃烧掺烧剂及其应用方法，煤洁净燃烧掺烧剂由主料和辅助剂组成，主料由石灰石、生石灰、电石渣、纯碱渣、赤泥的一种或几种，以及白泥组成；辅助剂由锰渣、锌渣、镍渣、铜渣的一种或几种，以及石膏、萤石组成。本发明的煤洁净燃烧掺烧剂可降低煤燃烧着火温度，提高燃烧效率，降低锅炉煤耗，控制燃烧中生成NO_x，吸收燃煤燃烧产生的NO_x，脱硝效果好，脱硫与燃烧同时进行，脱硫效果好，减少锅炉及管道的腐蚀，改善了粉煤灰的矿物组成，实现脱硫与灰渣改性。

Description

煤洁净燃烧掺烧剂及其应用方法

技术领域

本发明涉及燃煤燃料技术领域，具体涉及一种煤洁净燃烧掺烧剂及其应用方法。

背景技术

煤炭在中国能源结构中占有重要地位，从1980年至今的30多年内，煤炭占中国第一次能源生产和消费量的比重一直在70％左右，远高于OECD国家20％左右的平均值。煤炭使用过程中将排放二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、汞等重金属、及大量的二氧化碳等大气污染物。煤炭在支撑中国经济高速发展的同时，也带来日益严重的环境污染、公众健康和温室气体问题。

目前，在工业用煤中，对于煤燃烧过程中产生的大气污染的控制技术大体上可分为三种：湿法烟气脱硫、半干法脱硫以及直接在燃煤中掺清洁剂干法烟气脱硫。干法烟气脱硫是在燃煤中添加固硫剂，在实现工业正常运作的同时，实现煤的净化燃烧，并使煤燃烧产生的灰渣及煤中的大部分硫在锅炉中直接转化为高附值产品。特别是基于中科院“‘一炉两用’同时出热和生产水泥熟料的方法、产品、设备及应用”(申请号：96111664.1)技术的广泛采用，对于脱硫剂的研究也越来越多。

“矿化固硫剂及其制备方法”(专利号：201110352497.X)公布的矿化固硫剂由电石泥30％～45％；石灰30％～45％；赤泥6％～12％；磷肥渣4％～10％；萤石2％～6％组成，具有减少能源消耗，脱硫可达80％以上，灰渣转为特种水泥熟料产品，具有节省排污费用的效果，但是对NO_x没有进行脱硝处理。

“一种燃煤用固硫剂及其制备方法”(专利号：201510679179.2)公布的一种燃煤用固硫剂由氧化钙、锌渣、铜渣、活化剂、稳定剂和激发剂制成。其具有固硫效果好，煤燃烧充分，降低锅炉煤耗，降低了碳和CO排放；硫铝酸钙和硅酸二钙的生成，改善了粉煤灰的矿物组成，提高了粉煤灰的活性等效果，但是未对NO_x做专门的脱硝处理。

“一种脱硫脱硝剂、制备方法及其用途”(专利号：CN102824844B)公布的脱硫脱硝剂由MgO、SiO₂、CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、CuO、MnO及KMnO₄组成。其兼有脱硫和脱硝的效果，但脱硫脱硝剂在使用上采用燃烧与脱硫脱硝分开，易造成设备腐蚀。

因而研制出燃烧与脱硫脱硝一体化的脱硫脱硝剂具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供了一种燃烧与脱硫脱硝一体化的方法，解决煤燃烧过程中脱硫、脱硝、节煤及粉煤灰综合利用问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种煤洁净燃烧掺烧剂，采用天然矿石以及各种工业废渣为原料，其由主料和辅助剂组成，其中，所述的主料由石灰石、生石灰、电石渣、纯碱渣、赤泥的一种或几种，以及白泥组成；所述的辅助剂由锰渣、锌渣、镍渣、铜渣的一种或几种，以及石膏、萤石组成。

其中，所述的主料的质量百分比为70％～85％。

其中，所述的辅助剂由以下质量百分比的原料组成：

石膏1％～5％ 萤石1％～5％

锰渣0％～15％ 锌渣0％～10％

镍渣0％～10％ 铜渣0％～15％。

优选的，所述的煤洁净燃烧掺烧剂由以下质量百分比的原料组成：

优选的，所述的煤洁净燃烧掺烧剂由以下质量百分比的原料组成：

电石渣60％ 白泥25％

石膏2％ 萤石3％

锰渣5％ 铜渣5％。

本发明中，脱硫的原理为：煤洁净燃烧掺烧剂添加入煤，在煤燃烧的同时煤洁净燃烧掺烧剂直接迅速与煤燃烧产生的SO₂发生气固化学反应，抑制其随烟气排出，同时反应生成硫酸盐、硫铝酸盐等进入粉煤灰中，从而达到脱硫的目的。而煤洁净燃烧掺烧剂中所含的催化、固硫因子，可加速固硫反应，增大固硫效果。

进一步的，主料中的白泥含有丰富的CaCO₃和CaO，煤洁净燃烧掺烧剂与煤燃烧时，能快速的与SO₂发生固化反应，起到脱硫的作用，主料中的石灰石、生石灰、电石渣、纯碱渣、赤泥皆含有不同含量的SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃，个别原料还含Ca(OH)₂、Na₂CO₃、MgO、Na₂O、K₂O、TiO₂等物质，白泥与石灰石、生石灰、电石渣、纯碱渣、赤泥中的一种或几种配合使用，使煤洁净燃烧掺烧剂与煤高效的完成一系列物理化学发应，实现燃煤的矿化固硫。辅助剂中，石膏含有丰富的CaSO₄，萤石含有丰富的CaF₂，其在本发明中作为辅助剂使用，可提高燃煤的燃尽程度，起到节煤、强化固结脱硫的作用，锰渣、锌渣、镍渣、铜渣含有丰富的稀有元素以及各种金属化合物，可作为煤洁净燃烧掺烧剂的催化剂、矿化剂，石膏、萤石与锰渣、锌渣、镍渣、铜渣的一种或几种配合形成了较好的辅助剂体系。

更进一步的，所述的主料的质量百分比为70％～85％，在此配比下，煤洁净燃烧掺烧剂可与煤燃烧后产生的煤灰中的矿物质迅速形成较高活性的新材料，能高效的完成矿化固硫，更好的实现脱硫与灰渣改性。

本发明的脱硝的原理，一方面，煤洁净燃烧掺烧剂含有矿化剂，矿化剂的加入降低了炉内烟气温度，能部分抑制NO_x的生成，再者，煤在燃烧过程中易燃，减少了供风量，从而也减少了炉内燃烧的富氧量，从而减少了NO_x的生成量。同时，煤洁净燃烧掺烧剂中的金属氧化物有把NO_x还原成N₂的作用，从而减少NO_x的生成量。另一方面，煤洁净燃烧掺烧剂的节煤作用，减少煤的用量，从而减少NO_x的生成量。

进一步的，所述的辅助剂中石膏、萤石、锰渣、锌渣、镍渣、铜渣都含有不同量的TiO₂、Fe₂O₃等金属氧化物，这些金属氧化物具有把NO_x还原成N₂的作用，由锰渣、锌渣、镍渣、铜渣的一种或几种，以及石膏、萤石形成的辅助剂体系可降低炉内烟气温度，能较好的抑制NO_x的生成。

本发明的煤洁净燃烧掺烧剂还具有节能的效果，由于煤洁净燃烧掺烧剂与煤燃烧后的SO₂反应，以及煤洁净燃烧掺烧剂与煤灰中的矿物质的反应均为放热反应，为煤的燃烧补充部分热量，加速煤的燃尽速率，减少机械不完全燃烧热损失，从而提高煤的燃烧效率，达到节约用煤的效果。

进一步的，本发明的煤洁净燃烧掺烧剂还具有粉煤灰渣改性，增加粉煤灰利用率的效果。煤洁净燃烧掺烧剂完成固结脱硫的过程中，煤洁净燃烧掺烧剂与煤灰中的矿物相迅速形成高活性新材料，完成炉内矿化固硫，降低烟气中的S0₂的同时，还可以形成特种水泥熟料，实现脱硫与灰渣改性。

煤洁净燃烧掺烧剂的应用方法包括以下步骤：

a.将煤洁净燃烧掺烧剂原料依次进行破碎、烘干至水分百分含量≤2％、配料、粉磨成200目以上制成煤洁净燃烧掺烧剂；

b.将煤洁净燃烧掺烧剂与煤按5～12：88～95的比例混合形成煤料混合物；

c.选择如下其一的方式对煤料混合物进行利用：

①将煤料混合物制成型煤；

②将煤料混合物燃煅烧；

d.收集型煤或者燃煅烧后的改性粉煤灰渣。

进一步的，将煤料混合物混合燃烧方式有如下几种：

①直接把煤料混合物添加入炉使用，如链条炉、热水锅炉等；

②将煤洁净燃烧掺烧剂通过添加风送设备系统喷入锅炉内与燃煤混合燃锻烧，如流化床锅炉；

③将煤洁净燃烧掺烧剂送入煤磨内粉磨成煤料混合粉料，再喷入炉膛内燃锻烧，如煤粉炉。

进一步的，本发明将煤洁净燃烧掺烧剂烘干至水分百分含量≤2％，避免水分过高影响煤洁净燃烧掺烧剂与燃煤的固化反应，粒度要求达到200目以上，煤洁净燃烧掺烧剂的粒度越小对燃煤系统负荷和炉膛受热磨损就越少，同时可提高运行效率，延长设备的使用寿命。

以下是对本发明采用的部分原料的进一步说明。

白泥，主要成分为CaCO₃和CaO，还含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等物质，本发明所述的白泥为制浆造纸过程中采用碱回收技术处理后的副产品。

电石渣，电石水解获取CH₂气体后的以Ca(OH)₂为主要成分的废渣。例如乙炔法生产聚氯乙烯所产生的电石泥，其主要成分是Ca(OH)₂并含有微量的硫化物、磷化物和CH₂气体，呈强碱性。

赤泥，是制铝工业提取Al₂O₃时排出的污染性废渣，其主要含有SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、Na₂O、K₂O、TiO₂等。

锰渣，是电解锰工业产生的废渣，主要化学成分为：SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、Mn O₂和SO₃。

镍渣，是冶炼镍铁合金产生的固体废渣，主要含有SiO₂、CaO、Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃等氧化物。

萤石，又称氟石，氟石粉，萤石粉。其主要成分是氟化钙(CaF₂)，含杂质较多，此外还含有少量的Fe₂O₃，SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃等。

铜渣，是炼铜过程中产生的渣，属有色金属渣的一种。铜渣的化学组成为SiO₂30～40％，CaO5％～10％，MgO1％～5％，Al₂O₃2％～4％，此外还有大量的Fe27％～35％和少量Zn2％～3％。

锌渣，是锌冶炼过程中排出的废渣，它含Zn2％～4％，还含有20％～30％的剩余固定碳和有价金属，精矿中的铜(Cu)、钴(Co)、铟(In)、锗(Ge)、金(Au)、银(Ag)等绝大部分集中在残渣，有综合利用价值。

纯碱渣，是氨碱法生产纯碱过程中排放的废液经沉淀堆积而成的废渣。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的煤洁净燃烧掺烧剂中的辅助剂在炉内的反应过程中，可降低燃煤着火温度，提高燃烧效率，降低锅炉煤耗，控制燃烧中生成NO_x，对NO_x的产生有降低作用，煤洁净燃烧掺烧剂还可将燃煤燃烧产生的NO_x还原成N₂，脱硝效果好；

(2)本发明以白泥、电石渣、赤泥、锰渣、锌渣、镍渣等工业废渣为原料，实现废渣资源利用，减少工业废渣的对环境的污染，且本发明的煤洁净燃烧掺烧剂的原材料主要为廉价的天然矿物质和工业废渣，生产成本低；

(3)本发明的煤洁净燃烧掺烧剂在应用时所需的设备简单，设备投入成本低；

(4)粉煤灰惨碳含量在降低50％以上；

(5)本发明的煤洁净燃烧掺烧剂可有效降低煤灰含量，提高炉内热交换效率，在给煤不变的情况下锅炉蒸发量会明显增加，同时，煤洁净燃烧掺烧剂与煤灰的反应过程中放热，补充锅炉内的热量，实现锅炉系统的综合热效率，起到节煤的作用，锅炉煤耗降低可高达10％；

(6)本发明的煤洁净燃烧掺烧剂能实现固结脱硫，煤洁净燃烧掺烧剂直接迅速的与煤燃烧过程中产生的S0₂等废气反应，抑制废气随烟气排出，在炉内一步脱硫，与现有的湿法脱硫相比，克服了S0₂进入烟气的弊端，减少S0₂对锅炉及管道的腐蚀，脱硫率达到95％以上；

(7)粉煤灰渣改性，增加粉煤灰的利用途径，由于煤洁净燃烧掺烧剂添加入煤后反应能促进煤的燃尽、燃烧，从而降低粉煤灰烧失量，同时，生成的硫酸盐、硫铝酸盐等矿物进入粉煤灰中，改善了粉煤灰活性，加大粉煤灰利用途径及效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明进一步的说明。

实施例1

煤洁净燃烧掺烧剂由以下质量百分比的原料组成：

电石渣60％ 白泥25％

石膏2％ 萤石3％

锰渣5％ 铜渣5％。

实施例2

煤洁净燃烧掺烧剂由以下质量百分比的原料组成：

实施例3

煤洁净燃烧掺烧剂由以下质量百分比的原料组成：

生石灰50％ 白泥26％

石膏4％ 萤石3％

锌渣2％ 铜渣15％。

实施例4

煤洁净燃烧掺烧剂由以下质量百分比的原料组成：

生石灰50％ 白泥30％

石膏4％ 萤石3％

镍渣5％ 铜渣8％。

实施例5

煤洁净燃烧掺烧剂由以下质量百分比的原料组成：

电石渣60％ 白泥25％

石膏2％ 萤石3％

锰渣5％ 铜渣5％。

实施例6

煤洁净燃烧掺烧剂由以下质量百分比的原料组成：

电石渣70％ 白泥10％

石膏4％ 萤石3％

镍渣10％ 铜渣3％。

实施例7

煤洁净燃烧掺烧剂由以下质量百分比的原料组成：

实施例8

煤洁净燃烧掺烧剂由以下质量百分比的原料组成：

实施例9

煤洁净燃烧掺烧剂由以下质量百分比的原料组成：

对比例1

对比例2

对比例3

石灰60份 电石泥80份

赤泥20份 磷肥渣15份

萤石5份。

以上实施例1～实施例9的应用方法如下：

a.将煤洁净燃烧掺烧剂原料依次进行破碎、烘干、配料、粉磨成200目以上制成煤洁净燃烧掺烧剂；其中，煤洁净燃烧掺烧剂原料烘干后，水分百分含量≤2％。

b.将煤洁净燃烧掺烧剂与煤混合形成煤料混合物；

c.选择如下其一的方式对煤料混合物进行利用：

①将煤料混合物制成型煤；

②将煤料混合物燃煅烧；

d.收集型煤或者燃煅烧后的改性粉煤灰渣。

以下为实施例1～实施例9的脱硫、脱硝、节煤效果的检测说明：

①脱硫检测：出口SO₂浓度选相同工况下未添加煤洁净燃烧掺烧剂和添加煤洁净燃烧掺烧剂各24小时烟气SO₂排放平均浓度；

②脱硝检测：NO_x排放浓度选相同工况下添加石灰石粉和添加煤洁净燃烧掺烧剂各24小时排放浓度平均值，并以此计算脱硝率；

③节煤检测：节煤检测采用未添加煤洁净燃烧掺烧剂时24小时平均度电标煤耗(或吨蒸汽标煤耗)，与添加煤洁净燃烧掺烧剂时24小时平均度电标煤耗(或吨蒸汽标煤耗)作比较，计算节煤效率。

对比例1～对比例3的脱硫、脱硝效果的检测方法与实施例1～实施例9的检测方法一致。

实施例1、实施例5的实施效果：

将煤洁净燃烧掺烧剂与煤按质量比为10：90的比例，添加入480t/h流化床锅炉内锻燃烧，检测烟气排放浓度：

1、脱硫效果

2、脱硝效果

3、节煤节能效果

未添加煤洁净燃烧掺烧剂时平均度电标煤耗390g/kwh，添加煤洁净燃烧掺烧剂时平均度电标煤耗365g/kwh，节煤效率为6.4％。

实施例2、实施例6的实施效果：

将煤洁净燃烧掺烧剂与煤按质量比为8：92的比例，添加入260t/h流化床锅炉内锻燃烧，检测烟气排放浓度：

1、脱硫效果

2、脱硝效果

3、节煤节能效果

未添加煤洁净燃烧掺烧剂时平均度电标煤耗405g/kwh，添加煤洁净燃烧掺烧剂时平均度电标煤耗388g/kwh，节煤效率为4.2％。

实施例3、实施例4的实施效果：

将煤洁净燃烧掺烧剂与煤按质量比为5：95添加入某厂40t/h沸腾炉锅炉内燃锻烧，检测烟气排放浓度：

1、脱硫效果

2、此运行过程中，未作NO_x排放及节煤对比测试。

实施例7、实施例8和实施例9的实施效果：

将煤洁净燃烧掺烧剂与煤按质量比为5：95混合，直接添加入10t/h链条炉锅炉内锻燃烧，检测烟气排放浓度：

1、脱硫效果

2、脱硝效果

未作检测；

3、节煤节能效果

未添加煤洁净燃烧掺烧剂时平均产气煤耗185kg/t汽，添加煤洁净燃烧掺烧剂时平均产气煤耗176kg/t汽，节煤效率为4.8％。

以下结合具体实施例与对比例对本发明的再进一步的说明：

实施例1、实施例2、实施例6与对比例1、对比例2、对比例3的成分分析及脱硫、脱硝效果

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.煤洁净燃烧掺烧剂，其由主料和辅助剂组成，其特征在于，所述的主料由石灰石、生石灰、电石渣、纯碱渣、赤泥的一种或几种，以及白泥组成；所述的辅助剂由锰渣、锌渣、镍渣、铜渣的一种或几种，以及石膏、萤石组成。

2.根据权利要求1所述的煤洁净燃烧掺烧剂，其特征在于，所述的主料的质量百分比为70％～85％。

3.根据权利要求1所述的煤洁净燃烧掺烧剂，其特征在于，所述的辅助剂由以下质量百分比的原料组成：

石膏1％～5％ 萤石1％～5％

锰渣0％～15％ 锌渣0％～10％

镍渣0％～10％ 铜渣0％～15％。

4.根据权利要求1～3任一所述的煤洁净燃烧掺烧剂，其特征在于，煤洁净燃烧掺烧剂由以下质量百分比的原料组成：

生石灰50％ 白泥25％

赤泥10％ 石膏3％

萤石2.5％ 锰渣5.5％

锌渣4％。

5.根据权利要求1～3任一所述的煤洁净燃烧掺烧剂，其特征在于，煤洁净燃烧掺烧剂由以下质量百分比的原料组成：

电石渣60％ 白泥25％

石膏2％ 萤石3％

锰渣5％ 铜渣5％。

6.根据权利要求1～5所述的煤洁净燃烧掺烧剂的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.将煤洁净燃烧掺烧剂原料依次进行破碎、烘干、配料、粉磨成200目以上制成煤洁净燃烧掺烧剂；

b.将煤洁净燃烧掺烧剂与煤混合形成煤料混合物；

c.选择如下其一的方式对煤料混合物进行利用：

①将煤料混合物制成型煤；

②将煤料混合物燃煅烧；

d.收集型煤或者燃煅烧后的改性粉煤灰渣。

7.根据权利要求6所述的煤洁净燃烧掺烧剂的应用方法，其特征在于，煤洁净燃烧掺烧剂原料烘干后，水分百分含量≤2％。

8.根据权利要求6所述的煤洁净燃烧掺烧剂的应用方法，其特征在于，所述的煤料混合物由煤洁净燃烧掺烧剂与煤以5～12：88～95的比例进行混合。