CN1064994C - 固硫节煤添加剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固硫节煤添加剂。目的是组分功能稳定，提高煤燃烧效率，节煤固硫。主要特征是：添加剂成份有固硫剂CaCO₃，氧化剂KMnO₄、NaNO₃，膨松剂NaCI，稳定剂SiO₂，催化剂Fe₂O₃，辅剂Na₂CO₃，按其不同组份配制系列产品，经配料→粉碎→搅拌→装袋称重→封口入库。优点是炉膛火焰中心温度提高100℃以上，燃烧效率提高10%以上，降低炉渣含碳量10%以上，排烟黑度可降低0.5～2林格曼级，降低SO₂排放量15～60%，节煤率10～25%。

Description

固硫节煤添加剂

本发明涉及处理固体燃料以增进它们的燃烧，以添加剂的形式降低烟尘，促进烟尘的去除、并将腐蚀结壳现象降到最轻，尤指固硫节煤添加剂。

在背景技术中，我国能源以煤炭为主，在一次能源构成中占74％，我国的煤大多是因海陆交替沉积而形成的，硫含量普通较高，燃烧后，向大气环境中排放的主要污染物有：二氧化硫、烟尘颗粒物、氮氧化物和一氧化碳。据统计，燃料燃烧排放的污染物中有96％来自煤燃烧，约90％的SO₂和约96％的烟尘都直接来自煤燃烧，防止煤烟型污染，是保护大气环境的最紧迫任务，其防治重点是大气中的二氧化硫和烟尘颗粒物。国内外大气燃煤污染的主要治理方法有三类：①前处理：建立洗煤厂在煤燃烧前用水洗去大部分硫和硫化物；②燃烧过程中处理：在燃烧室中加入CaO使其与SO₂反应生成CaSO₃和CaSO₄。由于生成CaSO₄的最佳温度在800℃以下，因此需要采用低温分阶段燃烧技术，典型设备有循环流化床及炉内喷钙设备，这种技术并不适用于现有设备的改造；③后期处理：煤燃烧生成了大量的SO₂后，在烟气的排放过程中采取适当的化学物理措施脱硫除尘，发达国家主要采用烟气脱硫方法，其技术工艺复杂，设备庞大，投资多，设备运转费用高。上述方法都需要较大的设备投资和较高的设备运转费用，而且需要一定的锅炉改造期。中国发明专利公报于1993年3月24日公告了一种“型煤制作方法”，其公告号CN1070219A。其方法是在煤粉、粘接剂和水组成的原料中加入助燃剂，其成分质量比依次为催化剂硝酸钠30～38％、氧化剂高锰酸钾0．3～1％、固硫剂碳酸钠2～4％，其余为翻松剂氧化钠。占煤粉质量1．5～4‰的助燃剂完全溶于水中后掺入煤粉中拌匀，再加入粘结剂和水搅拌匀，最后模具中加压力成型。其产品配方简单、组份少、各组份功能单一，且配方组份里各物质作用有重合之处，整体效能低，添加量为2‰时，节煤率只有5～8％，该添加剂虽有助燃节煤作用，但固硫环保作用较低，泛用于劣质煤，在链条炉上使用，其应用范围受到限制，难以有效地克服使用中出现的结焦现象，锅炉热损随之增加，同时增加了煤耗和清炉次数，影响锅炉正常运行。

本发明针对上述背景技术中煤用添加剂存在的问题，申请人认真研究，积极开拓，查阅大量资料和文献，经过30多次的大小实验，投资80多万元，耗时二年多，根据环境问题愈来愈受到人们重视的特点，申请人开发研究制出了具有独特优点的XAIA系列固硫节煤添加剂，达到组分功能稳定，配方科学合理，提高煤燃烧效率，改善锅炉的热传导效率，节煤固硫，有效地治理大气污染的目的。

本发明的技术解决方案如下：

其成份组成为：固硫剂是轻质碳酸钙CaCO₃，氧化钙CaO，氧化剂是高锰酸钾KMnO₄，硝酸钠NaNO₃，膨松剂是氯化钠NaCl，稳定剂是二氧化硅SiO₂，氧化锶SrO，催化剂是三氧化二铁Fe₂O₃，辅剂是碳酸钠Na₂CO₃。

本发明的技术解决方案还包括：

取上述组份中的固硫剂CaCO₃ 18～22％，氧化剂KMnO₄ 2～4％、NaNO₃ 12～18％，膨松剂NaCl 41～46％，稳定剂SiO₂或SrO或硼砂Na₂B₄O₇ 0．5～2％，催化剂Fe₂O₃ 1～2％，辅剂Na₂CO₃ 13～18％，组成固硫节煤综合型添加剂。

取上述组份中的固硫剂CaCO₃ 23～28％、CaO 25～30％，氧化剂KMnO₄ 2．3～3％、NaNO₃ 8～12％，膨松剂NaCl 20～25％，稳定剂SiO₂或SrO或硼砂Na₂B₄O₇ 1～2％，催化剂Fe₂O₃ 1～3％，辅剂Na₂CO₃ 8～12％，组成固硫加强型添加剂。

取上述组份中的固硫剂CaCO₃ 38～42％、CaO 30～35％，氧化剂KMnO₄ 2．3～3％、NaNO₃ 5～6％，膨松剂NaCl 5～15％，稳定剂SiO₂或_SrO 2～4％，催化剂Fe₂O₃ 1～2％，辅剂Na₂CO₃ 5～7％，组成固硫型添加剂。

取上述组份中的氧化剂KMnO₄ 3～4％、NaNO₃ 25～30％，膨松剂NaCl 55～60％，催化剂Fe₂O₃ 1～2％，辅剂Na₂CO₃ 7～12％，组成节煤型添加剂。

取上述组份中的固硫剂CaCO₃ 18～23％，氧化剂KMnO₄ 1～2％、NaNO₃ 40～45％，膨松剂NaCl 25～30％，稳定剂SiO₂ 1～3％，催化剂Fe₂O₃ 2～3％，另外加入碳化硅SiC₄ 3～5％，组成节煤加强型添加剂。

本发明的技术解决方案还包括：

上述的固硫节煤添加剂工艺方法如下：

①原材料的检验投料：按组成配料，其原材料必须符合GB、HB或QB的相应要求；

②粉碎：采用粉碎机对颗粒粗大或已结块的原材料进行粉碎，其细度要求达到100～200目；

③搅拌：经皮带输送将配方组成中各原材料填加入搅拌机内，投料缓慢均匀，要求搅拌物料温度低于150℃；

④检验合格：合格的产品要求无杂质，色泽、细度均匀，表面呈浅红棕色或深红棕色；

⑤装袋称重：产品检验合格后，装袋，大袋包装为每袋25公斤，小袋包装每袋1公斤；

⑥热压封口：袋内放入合格证及使用说明，贴上激光防伪标识，热压封口；

⑦包装缝制：用手提封口机将外包装袋用塑料编织袋包装缝制；

⑧填写型号、批号、入库贮存。

本发明实施例如下：

取各配方组成如下：上述的五种十五个组分按组成配料，用SJ-03型食盐粉碎机对颗粒粗大或已结块的原材料进行粉碎，要求细度达到100～200目。经皮带输送至搅拌机内，投料缓慢均匀，当原材料填加至料筒一半时，开始搅拌，填加至三分之二时，停止加料，搅拌约10分钟后，停机检验。检验产品要求无杂质，色泽、细度均匀，表面呈浅红棕色或深红棕色，检验合格后，装袋称重，大袋每袋25公斤，小袋每袋1公斤。各袋内放入合格证及使用说明，贴上激光防伪标记，热压封口。用手提封口机将外包装袋用塑料编织袋包装缝制。填写型号、批号、入库贮存。

本发明的使用是这样，可以按用户各自要求选择各组份不同种类的添加剂，在燃烧用的原煤中加入2‰的固硫节煤添加剂，均匀的撒入其中，入炉燃烧，达到节煤和降低燃烟气中SO2的排放。也可以按2‰的固流节煤添加剂均匀加入原煤中(除去固硫型添加剂组分)，再加入适量粘接剂和水，在成型模具中加压成型，从而制成成品型煤。

本发明的优点和效果如下：

1、节煤：锅炉的蒸发量一定的前题下，其耗煤量主要决定于煤的燃烧效率和锅炉本体的热传导效率，下面从这两个方面说明：

①二次微爆提高了煤的燃烧效率：在层燃炉里，由于煤呈块状并且堆积在煤层中，煤难以与空气中的氧充分接触，不能有效燃烧，炉渣的含炭量较高，本发明的膨松剂晶体在炉膛高温下会在煤层中爆裂，使较大颗粒的煤块破碎，搅动了煤层和煤层中的气体，煤层膨松改善了煤层的透气性，使煤的可燃成份充分与氧燃烧，燃烧强度提高，从而提高了煤的燃烧效率。同时由于微爆作用，使焦粒表面燃烧产物(灰壳)较快脱离，使助燃空气迅速地接触到灼热的焦粒表面，使煤炭燃烧更为充分，并在反应点形成“点穴”，利于助燃空气在煤层中流通和改善结焦。本发明的这种在煤燃烧初期阶段，细小的辅极晶粒遇热爆裂，产生第一次微爆，随着温度逐渐升高，氧化剂依次作用，与一次微爆产生的碳粉末在局部空间中达到高浓度而发生二次爆燃，从而进一步强化了微爆效果，不仅大大降低了排烟黑度，还降低了炉渣的含碳量，提高了锅炉的出力和燃烧效率，这是本发明的一个特点。

②抑制和消除结焦，改善了锅炉的热传导效率：原煤在锅炉内燃烧，产生的烟尘和灰垢粘在锅炉炉膛内壁、锅炉水管、烟气通道及除尘设备上，天长日久后，一是设备壁厚因腐蚀而减薄；二是锅炉炉膛内壁的灰垢增厚使空气通气切面减小，阻力增大，燃容比改变；三是锅炉热效率降低，排烟温度升高，能源消耗上升。实践证明：锅炉的炉膛灰垢壁厚每增加1毫米，耗煤量增加5％以上。本发明采用膨松剂、稳定剂及膨砂Na₂B₄O₇、少量的金属锌粉(Zn)组成膨松酥松清灰防垢剂，与灰垢主要成份CaSO₄、Al₂(SO₄)₃、MgSO₄、K₂SO₄反应生成氯化物，熔点较低，在772～801℃之间，该氯化物均易挥发，与烟气一道进入炉膛内壁、烟道壁和除尘设备壁，从而使结灰垢变得多孔、酥松，继而粉化、脱落，起到除灰垢、抑制结焦和除焦效果。膨砂受热后分解出强碱性的偏硼酸钠(Na₂BO₂)，导致灰垢熔点降低，使除灰垢反应有可能在液相中进行，创造良好的有利条件。稳定剂在于抑制高温腐蚀作用，延长和保护锅炉壁、烟道壁和除尘设备的使用寿命。加入金属锌，起保护金属、抑制腐蚀作用。这样，经过除焦、除灰垢，增加了水管壁的导热系数，改善管壁热传导，减少热量损失，提高热效率，据测试，锅炉出力提高，节煤率可达1O％以上，最高可达25％。这是本发明的第二个特点。

2、固硫：煤里的硫可分为无机硫和有机硫，无机硫有FeS₂、MgSO₄、S、其中以FeS₂最多，有机硫通式R-S，有机硫、游离状态的硫和硫铁矿中的硫皆为可燃性硫，在400℃左右，大部分燃烧生成SO₂，而固硫就是把SO₂以硫酸盐的形式固定在炉渣中，使烟气中的SO₂含量减少。一般硫酸盐中的硫难于分解，为不可燃烧的硫，进入灰份中，而实际中，高温下有些金属的硫酸盐是可以分解：

现实中的大部分锅炉、炉窑、灶等燃烧炉具煤燃烧温度一般不会超过1100℃。本发明采用固硫剂轻质碳酸钙和催化剂来实现固硫，其反应式：

其中催化剂Fe₂O₃提高和加快上述二式的固硫反应速度，从而达到提高固硫率的目的。燃烧固硫率的高低主要取决于温度低于500℃这一阶段。本发明采用固硫剂和催化剂、氧化剂及稳定剂，不仅能保证煤充分燃烧，而且将煤燃烧产生的SO₂、SO₃等变为盐类，固定于炉渣中，其中稳定剂使硫酸盐不再分解，不随烟气排空，最终起到固硫、助燃、消烟、除尘的作用，这是本发明第三个特点。

3、高温固硫：由于采用上述固硫剂，燃烧生成硫酸钙，使硫固定在渣内，但硫酸钙在炉温达1200℃～1450℃以后，会发生分解，导致SO₂再次逸出，影响固硫效果，本发明采用CaCO₃，Fe₂O₃，SiO₂，SrO组份，混合煤在1500℃～2000℃高温燃烧后将所获得的灰渣样品进行X射线荧光谱(XRFA)分析，从X射线结构分析结果和扫描电镜的观察结果可以看到添加剂中的晶体紧密共生形成了新的稳定的大分子体系：Ca-Fe-S-SiO体系，上述添加剂的组份却未参与任何化学反应，却起到阻止CaSO₄分解作用，使其能大量稳定地保留下来，大大提高了本发明的固硫效率，使固硫技术从一般的锅炉、炉窑应用推向大工业高温锅炉和炉窑的应用方向发展和开发，这是本发明第四个特点。

4、本发明配方科学合理，各组份功能明确、稳定，整体效能高，保证产品不结块，利于使用，各组份按不同用途组成系列产品，使各种剂料作用各有侧重，相互促进，共同作用，达到固硫、节煤、助燃、消烟、清灰、除垢、防腐作用，并有效地增加使用范围。

5、本发明经测试表明：炉膛火焰中心的温度提高100℃以上，锅炉的燃烧效率提高10％以上；锅炉的出力提高10％以上；降低炉渣含碳量10％以上；排烟黑度明显降低，可降低0．5～2林格曼级；降低SO2排放量15～60％；节煤率10～25％。

本发明在研制开发中，国家环境保护局环科〔1994〕171号文，将本发明列为1994年国家环境保护最佳实用技术推广计划项目。

Claims (6)

1．一种固硫节煤综合型添加剂，其特征是，取固硫剂CaCO₃ 18～22％，氧化剂KMnO₄ 2～4％、NaNO₃ 12～18％，膨松剂NaCl 41～46％，稳定剂SiO₂或SrO或硼砂Na₂B₄O₇ 0．5～2％，催化剂Fe₂O₃ 1～2％，辅剂Na₂CO₃ 13～18％，组成固硫节煤综合型添加剂。

2．固硫节煤加强型添加剂，其特征是，取固硫剂CaCO₃ 23～28％，CaO 25～30％，氧化剂KMnO₄ 2．3～3％、NaNO₃ 8～12％，膨松剂NaCl 20～25％，稳定剂SiO₂或SrO或硼砂Na₂B₄O₇ 1～2％，催化剂Fe₂O₃ 1～3％，辅剂Na₂CO₃ 8～12％，组成固硫加强型添加剂。

3．一种固硫节煤因硫型添加剂，其特征是，取固硫剂CaCO₃ 38～42％CaO 30～35％，氧化剂KMnO₄ 2．3～3％、NaNO₃ 5～6％，膨松剂NaCl 5～15％，稳定剂SiO₂或SrO 2～4％，催化剂Fe₂O₃ 1～2％，辅剂Na₂CO₃ 5～7％，组成固硫型添加剂。

4．一种固硫节煤型添加剂，其特征是，取氧化剂KMnO₄ 3～4％、NaNO₃ 25～30％，膨松剂NaCl 55～60％，催化剂Fe₂O₃ 1～2％，辅剂Na₂CO₃ 7～12％，组成节煤型添加剂。

5．一种固硫节煤添加剂，其特征是，取固硫剂CaCO₃ 18～23％，氧化剂KMnO₄ 1～2％、NaNO₃ 40～45％，膨松剂NaCl 25～30％，稳定剂SiO₂ 1～3％，催化剂Fe₂O₃ 2～3％，另外加入碳化硅SiC₄ 3～5％，组成节煤加强型添加剂。

6．制作权利要求1至5所述的固硫节煤添加剂的工艺方法，其特征是，①原材料的检验投料；按组成配料，其原材料必须符合GB、HB或QB的相应要求；②粉碎：采用粉碎机对颗粒粗大或已结块的原材料进行粉碎，其细度要求达到100～200目；③搅拌：经皮带输送将配方组成中各原材料填加入搅拌机内，投料缓慢均匀，要求搅拌物料温度低于150℃。