CN109628195A - 一种水泥熟料短窑用固氮型节煤剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，该节煤剂由稀土尾矿、硅氧烷阻燃剂、硬脂酸镁、水合氧化铝、水合氧化镁、气相法白炭黑等混合而成，各组分的重量比为：稀土尾矿35‑50份、硅氧烷阻燃剂6‑18份、硬脂酸镁4‑10份、水合氧化铝15‑25份、水合氧化镁10‑20份、亲水性气相法白炭黑2‑8份，总组分为100份。本发明节煤剂针对短焰急烧的煅烧水泥工艺制度，该短焰窑型采用高燃烧值煤，加入节煤剂的混合煤燃烧后，与同量原煤燃烧后比较，燃煤烟气中NOx降低50‑60%，综合降低水泥熟料烧成能耗5‑15%。

Description

一种水泥熟料短窑用固氮型节煤剂
技术领域
本发明属于节能减排技术领域，涉及一种水泥熟料短窑用固氮型节煤剂。
背景技术
水泥熟料短窑的窑体减轻、支承减少，设备造价大大降低；且因窑体减轻，窑墩负荷减小，土建费用亦可降低；短窑在降低生产成本方面还有许多好处：耗能低、生产消耗低、维护维修费用低、非正常停车率减少。与长窑相比，短窑窑粗而短，窑中无分解带，物料在窑内停留时间短，烧成速度要快，应选择适中饱和比、适中硅酸率的易烧性较好、结粒好的配料方案，方能实现优质高产目标。
水泥熟料短窑内热力强度要高，火力要求更加集中；此热工条件与煤质有较大关系，为保证分解炉煤发热量高，碳酸钙分解率高，一般选择高发热量煤，同步减少尾煤灰分对熟料的化学成分及熟料的矿物组成的影响。市面常用节煤剂多从离子交换、能量激活、催化燃烧等机理入手，降低劣质煤粉着火点，高温环境下增氧激活能量，加快煤粉燃烧速率。水泥熟料短窑采用该类节煤剂，反而容易使火焰发散，火焰长度缩短，增大窑筒体散热，增大窑尾负荷；且火焰缩短，热量过于集中，更加大氮氧化物的形成。
中国专利CN 104119982 A公开了一种水泥熟料回转窑熟料烧成用节煤剂及其制备方法，所述节煤剂由硅钙渣经脱碱和/或烘干制得。在所述节煤剂中含有硅酸二钙(2CaO·SiO2)；所述节煤剂中二氧化硅和氧化钙总重为70-77wt％；所述节煤剂的密度为2.9-3.1g/cm3，松散容重为0.9-1.3g/cm3，中值粒径为25-30μm；并且基于节煤剂的总重，以Na2O的量计，所述节煤剂的含碱率为小于1wt％，所述节煤剂的含水率低于5wt％。
中国专利CN 107164013 A公开一种新型干法水泥生料用粉体纳米催化固硫剂及其制备方法，包括纳米氧化镧、纳米氧化钍、纳米氧化鐠、纳米氧化钛、纳米氧化镍、纳米氧化镁、纳米氧化钙、纳米碳酸钙、羟基钙、高锰酸钾、铋酸钾、粉煤灰、炭黑、余量为分散载体。
中国专利CN 106118797 A公开一种基于化工副产物的煤基醇醚燃料助剂及其应用，它的原料配方包括以下重量份数的组分：第一烷基醇单烷基醚50-100份、第二烷基醇单烷基醚50-100份、周位酸60-120份、劳伦酸60-120份、纳米金属氧化物5～10份、乳化剂1-5份、多元醇500～1000份。通过采用特定的配方，可以改善煤粉的颗粒形态，有利于在燃烧器喷煤过程中煤粉流动的通畅性，保证了煤粉的稳定燃烧。
上述专利节煤剂的原材料复杂，成本较高，且未见针对水泥熟料短窑所专门开发的节煤剂，其节煤剂也未从作用机制上表现出固氮效果。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明摒弃传统节煤剂催化燃烧的思路，从分解释水、焦化隔离、离子活化作用机制入手，针对水泥熟料短窑采用的高燃烧值煤质，适当增大火焰长度，并对降低煤粉然效率，变相对窑内氧气分级控制，从而达到固氮效果。
本发明提供的技术方案具体如下：
一种水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，包括以下重量份的组分，总组分为100份：
所述硅氧烷阻燃剂是由反应性硅酮聚合物、线型硅酮油、溶于硅油的一种硅树脂组成的混合物。
所述稀土尾矿指的是独居石尾矿、氟碳铈矿尾矿、磷钇矿尾矿、淋积型矿尾矿、镧钒褐帘石中的一种或几种的混合物；优选为主组分不含氟、磷组分的淋积型稀土矿尾矿或镧钒褐帘石尾矿。
所述硅氧烷阻燃剂优选为美国Dow Coring公司开发的道康宁RM4-7105、道康宁RM4-7501、道康宁RM4-7081、道康宁RM1-9641或日本NEC公司开发的日本XC-99-B5654的一种或几种的混合物。
所述硬脂酸镁为一种触感滑腻、堆密度小、质轻蓬松、具有吸附性且流动性差的白色细粉，不溶于水、乙醇和乙醚，优选纯度大于80wt％的工业品；所述水合氧化铝为一水合氧化铝、三水合氧化铝的一种或二者的混合物；优选为三水合氧化铝。
所述水合氧化镁为氢氧化镁。
所述的水合氧化铝和水合氧化镁的质量比为2:1。
所述亲水性气相法白炭黑为白色蓬松粉末、多孔性、无毒无味无污染、耐高温的SiO2；优选德国瓦克(WACKER)公司开发的德国瓦克V15、德国瓦克V15P、德国瓦克N20、德国瓦克N20P、德国瓦克T30、德国瓦克T40或美国卡博特(CABOT)公司开发的美国卡博特LM-150、美国卡博特M-5、美国卡博特EH-5的一种或几种的混合物。
本发明提供给的水泥熟料短窑用固氮型节煤剂从分解释水、焦化隔离、离子活化等作用机制复合作用，增大煤渣或熟料中固氮量。该节煤剂的使用，降低窑前段的煤粉燃烧效率，增大火焰长度，增大煤粉燃烧停留时间，上述作用结果均可有效降低NOx(x＝1或2)的形成量和排放值。此外，铝、镁等离子可增大熟料液相量，且铝对熟料液相起增粘作用，镁对熟料液相起降粘作用，控制其比例，合理调控熟料液相粘度，杜绝节煤剂加入对原有热工制度的影响。
本发明的有益效果如下：
(1)采用水合氧化铝和水合氧化镁，该类水合氧化物在燃烧时能脱水吸热，其水蒸气可稀释可燃气体，在窑内高温情况下，能在一定程度上阻止高燃烧值煤粉的急速燃烧；铝、镁氧化物还可作为铝酸三钙或铁铝酸四钙等熔剂矿物的形成中心，促进水泥熟料矿物相迅速形成，降低水泥窑中矿物相的反应能；增大熟料煅烧中液相量，促进熟料产量，并显著促进硅酸盐矿物相形成。
(2)气相法白炭黑、硅氧烷阻燃剂的硬脂酸镁组合物，高温情况下，可生成硬质、稍具熔涨性的焦化层，阻止了挥发性分解物外逸和绝热屏蔽作用，对高挥发性、高燃烧值煤粉燃烧有一定抑制作用，可对窑内氧气分级控制，降低窑前段的煤粉燃烧效率，增大窑尾火焰长度，降低窑尾负荷，增大窑尾热量传递方式(额外增大对流换热效果和增加火焰导热传递热量模式)，增大煤粉燃烧停留时间，上述作用结果均可有效降低NOx的形成量和排放值，从而提高熟料固氮效果。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其原料配方包括以下重量份的组分，总组分为100份：
淋积型稀土矿尾矿：35份；
道康宁RM4-7105：15份；
硬脂酸镁：8份；
三水合氧化铝：20份；
氢氧化镁：14份；
亲水性气相法二氧化硅(德国瓦克V15)：8份。
将以上原料一次性投入磨机，混磨后即可得到节煤剂。
实施例2
一种水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其原料配方包括以下重量份的组分，总组分为100份：
镧钒褐帘石尾矿：38份；
道康宁RM4-7501：18份；
硬脂酸镁：4份；
三水合氧化铝：15份；
氢氧化镁：20份；
亲水性气相法二氧化硅(由质量比为1:1的美国卡博特M-5和德国瓦克V15P组成)：5份。
将以上原料一次性投入磨机，混磨后即可得到节煤剂。
实施例3
一种水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其原料配方包括以下重量份的组分，总组分为100份：
氟碳铈矿尾矿：40份；
道康宁RM4-7081：13份；
硬脂酸镁：7份；
一水合氧化铝：18份；
氢氧化镁：18份；
亲水性气相法二氧化硅(德国瓦克T30)：4份。
将以上原料一次性投入磨机，混磨后即可得到节煤剂。
实施例4
一种水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其原料配方包括以下重量份的组分，总组分为100份：
独居石尾矿：44份；
道康宁RM1-9641：8份；
硬脂酸镁：9份；
质量比为1:1的一水合氧化铝、三水合氧化铝：25份；
氢氧化镁：10份；
亲水性气相法二氧化硅(美国卡博特LM-150)：4份。
将以上原料一次性投入磨机，混磨后即可得到节煤剂。
实施例5
一种水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其原料配方包括以下重量份的组分，总组分为100份：
磷钇矿尾矿：48份；
日本XC-99-B5654：9份；
硬脂酸镁：6份；
一水合氧化铝：21份；
氢氧化镁：13份；
亲水性气相法二氧化硅(德国瓦克N20)：3份。
将以上原料一次性投入磨机，混磨后即可得到节煤剂。
实施例6
一种水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其原料配方包括以下重量份的组分，总组分为100份：
淋积型稀土矿尾矿：50份；
道康宁RM4-7081：6份；
硬脂酸镁：10份；
三水合氧化铝：18份；
氢氧化镁：10份；
亲水性气相法二氧化硅(德国瓦克V15P)：6份。
将以上原料一次性投入磨机，混磨后即可得到节煤剂。
将上述实例中的节煤剂以千分之一的比例掺入水泥窑用煤磨机中，并对炉渣中的含碳量、含氮量以及有害气体的残留量进行检测；检测结果见表1。
表1.实施例1-6的实验结果
由表1可以看出，与同量原煤燃烧后比较，燃煤烟气中NOx降低50-60％，综合降低水泥熟料烧成能耗5-15％。
上面结合实施例对本发明的技术方案作了详细说明，但是本发明并不限于所述实施方式，可在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其特征在于：包括以下重量份的组分，总组分为100份：
其中，所述的稀土尾矿中稀土金属氧化物的含量为7wt％-10wt％；
所述硅氧烷阻燃剂是由反应性硅酮聚合物、线型硅酮油、溶于硅油的一种硅树脂组成的混合物。
2.根据权利要求1所述的水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其特征在于：所述稀土金属氧化物至少包含氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钇中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其特征在于：所述稀土尾矿为独居石尾矿、氟碳铈矿尾矿、磷钇矿尾矿、淋积型稀土矿尾矿、镧钒褐帘石尾矿中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其特征在于：所述硅氧烷阻燃剂为道康宁RM4-7105、道康宁RM4-7501、道康宁RM4-7081、道康宁RM1-9641、日本XC-99-B5654的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其特征在于：所述硬脂酸镁的纯度大于80wt％。
6.根据权利要求1所述的水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其特征在于：所述水合氧化铝为一水合氧化铝、三水合氧化铝的一种或二者的混合物。
7.根据权利要求1所述的水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其特征在于：所述水合氧化镁为氢氧化镁。
8.根据权利要求1所述的水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其特征在于：所述亲水性气相法白炭黑为德国瓦克V15、德国瓦克V15P、德国瓦克N20、德国瓦克N20P、德国瓦克T30、德国瓦克T40、美国卡博特LM-150、美国卡博特M-5、美国卡博特EH-5的一种或几种的混合物。
9.根据权利要求1所述的水泥熟料短窑用固氮型节煤剂，其特征在于：所述的水合氧化铝和水合氧化镁的质量比为2:1。
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