CN109628196B - 一种固氮型水泥短窑用节煤剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固氮型水泥短窑用节煤剂的制备方法，将30‑50份稀土尾矿、10‑20份氢氧化镁、15‑25份水合氧化铝、混合粉磨得混合料；将5‑15份芳香族缩聚物、5‑15份有机硅聚合物、2‑10份硼酸锌加入到混合料中，混合均匀，得固氮型水泥短窑用节煤剂。本发明针对短焰急烧的煅烧水泥工艺制度，短焰窑型采用的高燃烧值煤加入本发明所得固氮型水泥短窑用节煤剂混合煤燃烧后，与同量原煤燃烧后比较，燃煤烟气中NO_x降低50‑60％，综合降低水泥熟料烧成能耗5‑15％；还可有效降低NO_x的形成量和排放值，从而提高熟料固氮效果。

Description

一种固氮型水泥短窑用节煤剂的制备方法

技术领域

本发明属于燃煤添加剂、节能减排技术领域，尤其涉及一种固氮型水泥短窑用节煤剂的制备方法。

背景技术

我国是一个产煤大国，同时也是一个用煤大国，煤炭是我国一项主要能源和化工原料之一，也是最普遍的能源材料。自建国以来，我国对煤炭的消耗量持续增长，预计到2050年一次性能源消耗中煤炭的比例仍然在50％以上，因此在以后较长的一段时期内煤炭在我国能源消耗领域仍处于主导地位，煤炭的价格也会越来越高。煤炭燃烧的排烟要求，利用率，减少其带来的环境污染成为一项重要的世界课题。节煤剂可以有效解决这些问题，但现在的节煤剂体系发展不完善，存在着掺加量大，环境污染，得到的有益效果小，远远没有达到预期效果。

水泥熟料短窑窑体减轻，支撑减少，与长窑相比，短窑窑粗而短，窑内没有分解带，物料在窑内停留时间短，烧成速度快，应该选用适中饱和比、适中硅酸率、易烧性较好，结粒度好的配料方案，方能实现高效率生产，短窑窑身较短，热力强度需求高，火力集中一般需要搭配品质较好的煤炭。市面上常用的节煤剂一般从离子交换，能量激活，催化燃烧等机理切入，降低低品质煤炭的着火点，加快煤粉的燃烧速率，高温下增氧激活能量。本发明节煤剂从分解释水、焦化隔离，离子活化的角度增加固氮效率，同时降低窑前段煤粉的燃烧速率，增加火焰长度，增大煤粉停留时间，可有效降低NO_x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。

CN102618348B公开了一种水泥工业用节煤脱硝助燃剂，由高氯酸钠作为增氧剂；由氯化钠作为膨松剂；由六偏磷酸钠作为分散剂；由碳酸钡、硼泥、二茂铁、氧化锌、氧化钙、氧化锰、氧化铝组成催化剂，按照规定的质量百分比组成节煤脱硝助燃剂。混合物研磨成100微米以下的干粉，然后加水，高速搅拌混合，得到催化剂母液。母液与燃煤掺混。既能节煤降耗，又能有效降低水泥生产过程中排放的氮氧化物，对水泥熟料的性能没有任何负面影响，可用于多种新型干法水泥窑用煤。

CN106753681 A公开一种节煤剂，由助燃剂、氧化剂、分散剂、催化剂、复合固硫剂制备而成。可以改善炉体燃烧条件，增强煤层透气性，使煤充分燃烧，提高燃煤热效率，降低烟尘排放量，改善热传导效率，固硫降烟。CN 104974813 A公开一种燃煤助燃节能添加剂，主要由硝化稀土、氯化钠、硝酸镁、高锰酸钾、硝酸铵组成，上述物质的量按配方配制、搅拌溶解、混匀后，按比例喷雾加入燃煤中混合均匀使用即可。CN107164013 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。

上述节煤剂原材料复杂，成本较高，未见针对短窑专门设计开发的节煤剂，也没有从作用机制上表现出固氮效果。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种降低煤粉然效率，变相对窑内氧气分级控制，从而达到固氮效果的固氮型水泥短窑用节煤剂的制备方法。

本发明目的的实现方式为，一种固氮型水泥短窑用节煤剂的制备方法，具体步骤如下：

1)将重量份数为30-50份稀土尾矿、10-20份氢氧化镁、15-25份水合氧化铝、混合粉磨，得磨比表面积≥400m²/kg的混合料；

所述水合氧化铝为一水合氧化铝、三水合氧化铝的一种或两种的混合物；

2)将5-15份芳香族缩聚物、5-15份有机硅聚合物、2-10份硼酸锌加入到步骤1)所得混合料中，混合均匀，得固氮型水泥短窑用节煤剂；

所述芳香族缩聚物为聚苯硫醚、芳香族聚酰亚胺、聚矾的一种或几种的混合物；

所述的有机硅聚合物为硅油、硅树脂、硅橡胶的一种或几种的混合物。

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，达到固氮效果。

本发明的有益效果如下：

1、采用水合氧化铝和氢氧化镁，能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、有机硅聚合物和芳香族缩聚物的混合物在高温情况下，能促使窑前段高温燃烧区的氧气富余，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，增大煤粉燃烧停留时间，从而提高煤炭的利用率，节约了能源；

3、采用稀土尾矿，稀土尾矿中的稀土元素，可促进煤粉充分燃烧、消除还原气氛，改善结皮现象；

4、在固氮降尘方面有很明显改善作用，增大煤渣或熟料中固氮量，可以使锅炉黑烟变白，降低大气环境负荷何企业脱氮成本。

本发明针对短焰急烧的煅烧水泥工艺制度，短焰窑型采用的高燃烧值煤加入本发明混合煤燃烧后，与同量原煤燃烧后比较，燃煤烟气中NO_x降低50-60％，综合降低水泥熟料烧成能耗5-15％；还可有效降低NO_x的形成量和排放值，从而提高熟料固氮效果。

具体实施方式

本发明将稀土尾矿、氢氧化镁、水合氧化铝混合粉磨，得混合料；将芳香族缩聚物、有机硅聚合物、硼酸锌加入到混合料中，混合均匀，得固氮型水泥短窑用节煤剂。

本发明采用水合氧化铝和氢氧化镁，水合氧化铝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，能一定程度阻止高燃烧值煤粉的急速燃烧；水合氧化铝、氢氧化镁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。

此外，在固氮降尘方面有很明显改善作用，增大煤渣或熟料中固氮量，可以使锅炉黑烟变白，降低大气环境负荷何企业脱氮成本。

本发明采用的有机硅聚合物和芳香族缩聚物的混合物在高温情况下，可生成硬质、稍具熔涨性焦化层，覆盖在燃料表面，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，该抑制作用，促使窑前段高温燃烧区的氧气富余，该富余氧气随窑风进入窑后端，即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，从而提高煤炭的利用率，节约了能源。

所用硼酸锌为白色三斜晶体或无定形粉末，微溶于水，晶体不溶于盐酸，无定形粉末溶于盐酸。

所用稀土尾矿指的是以独居石、氟碳铈矿、磷钇矿、淋积型矿、镧钒褐帘石为主要矿物组成的尾矿。所用稀土尾矿优选为主组分不含氟、磷组分的淋积型矿、镧钒褐帘石为主要矿物组成的尾矿的一种或两种混合物。

所用合氧化铝为一水合氧化铝、三水合氧化铝的一种或两种的混合物；优选为三水合氧化铝。

所述用芳香族缩聚物为聚苯硫醚(PDS)、芳香族聚酰亚胺(PE)、聚矾(PSF)的一种或几种的混合物；优选为质量比为1:1的聚苯硫醚(PDS)和芳香族聚酰亚胺(PE)的混合物。

所述的有机硅聚合物为硅油、硅树脂、硅橡胶的一种或几种的混合物；优选为硅油。

下面用具体实施例详述本发明。

实施例1

1)将重量份数为36份镧钒褐帘石、17份氢氧化镁、25份一水合氧化铝、混合粉磨，得磨比表面积≥400m²/kg的混合料；

2)将10份聚苯硫醚、8份硅油、7份硼酸锌加入到步骤1)所得混合料中，混合均匀，得固氮型水泥短窑用节煤剂。

实施例2

1)将重量份数为30份淋积型矿、10份氢氧化镁、20份三水合氧化铝、混合粉磨，得磨比表面积≥400m²/kg的混合料；

2)将14份聚苯硫醚和芳香族聚酰亚胺的混合物，14份硅油、6份硼酸锌加入到步骤1)所得混合料中，混合均匀，得固氮型水泥短窑用节煤剂。

所述聚苯硫醚和芳香族聚酰亚胺的质量比为1:1。

实施例3

1)将重量份数为38份独居石、19份氢氧化镁、16份一水合氧化铝、混合粉磨，得磨比表面积≥400m²/kg的混合料；

2)将8份聚苯硫醚、15份硅油和硅树脂的混合物、4份硼酸锌加入到步骤1)所得混合料中，混合均匀，得固氮型水泥短窑用节煤剂。

所述硅油和硅树脂的质量比为2:1。

实施例4

1)将重量份数为42份淋积型矿、14份氢氧化镁、22份三水合氧化铝、混合粉磨，得磨比表面积≥400m²/kg的混合料；

2)将8份聚矾、8份硅树脂、6份硼酸锌加入到步骤1)所得混合料中，混合均匀，得固氮型水泥短窑用节煤剂。

实施例5

1)将重量份数为46份磷钇矿、20份氢氧化镁、15份一水合氧化铝、混合粉磨，得磨比表面积≥400m²/kg的混合料；

2)将6份聚苯硫醚和芳香族聚酰亚胺的混合物，5份硅橡胶、8份硼酸锌加入到步骤1)所得混合料中，混合均匀，得固氮型水泥短窑用节煤剂。

所述聚苯硫醚和芳香族聚酰亚胺的质量比为1:1。

实施例6

1)将重量份数为36份氟碳铈矿、14份氢氧化镁、22份三水合氧化铝、混合粉磨，得磨比表面积≥400m²/kg的混合料；

2)将5份芳香族聚酰亚胺、9份硅橡胶、2份硼酸锌加入到步骤1)所得混合料中，混合均匀，得固氮型水泥短窑用节煤剂。

实施例7

1)将重量份数为50份氟碳铈矿和淋积型矿的混合物、12份氢氧化镁、18份三水合氧化铝、混合粉磨，得磨比表面积≥400m²/kg的混合料；

所述氟碳铈矿和淋积型矿的质量比为1:2。

2)将5份芳香族聚酰亚胺、9份硅橡胶、2份硼酸锌加入到步骤1)所得混合料中，混合均匀，得固氮型水泥短窑用节煤剂。

实施例8

1)将重量份数为32份氟碳铈矿、14份氢氧化镁、19份一水合氧化铝和三水合氧化铝的混合物、混合粉磨，得磨比表面积≥400m²/kg的混合料；

所述一水合氧化铝和三水合氧化铝的质量比为1:2。

2)将15份芳香族聚酰亚胺、12硅橡胶、份硼酸锌加入到步骤1)所得混合料中，混合均匀，得固氮型水泥短窑用节煤剂。

实施例9

1)将重量份数为40份淋积型矿、15份氢氧化镁、18份三水合氧化铝、混合粉磨，得磨比表面积≥400m²/kg的混合料；

2)将5份芳香族聚酰亚胺、9份硅橡胶、10份硼酸锌加入到步骤1)所得混合料中，混合均匀，得固氮型水泥短窑用节煤剂。

本发明所得固氮型水泥短窑用节煤剂，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，加入本发明所得固氮型水泥短窑用节煤剂混合煤燃烧，燃煤烟气中NO_x降低、水泥熟料烧成能耗低、可有效降低NO_x的形成量和排放值，提高熟料固氮效果。

本申请人将实施例1-6所得固氮型水泥短窑用节煤剂以千分之1的比例掺入到水泥窑用煤磨中，对各实施例所得水泥窑用煤炉渣的含碳量、含氮量、有害气体残留量进行检测；检测结果见下表。

从上表可见，所得固氮型水泥短窑用节煤剂可提高煤炭的利用率，节煤率达8.9/％以上，节约了能源。此外，在固氮降尘方面有很明显改善作用，固氮50.8/％以上，增大煤渣或熟料中固氮量；有害气体排放减小76.1/％以上，可以使锅炉黑烟变白，降低大气环境负荷何企业脱氮成本。

Claims (6)

1.一种固氮型水泥短窑用节煤剂的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

1）将重量份数为30-50份稀土尾矿、10-20份氢氧化镁、15-25份水合氧化铝混合粉磨，得比表面积≥400m²/kg的混合料；

所述水合氧化铝为一水合氧化铝、三水合氧化铝的一种或两种的混合物；

2）将5-15份芳香族缩聚物 、5-15份有机硅聚合物、2-10份硼酸锌加入到步骤1）所得混合料中，混合均匀，得固氮型水泥短窑用节煤剂；

所述芳香族缩聚物为聚苯硫醚、芳香族聚酰亚胺、聚矾的一种或几种的混合物；

所述的有机硅聚合物为硅油、硅树脂、硅橡胶的一种或几种的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种固氮型水泥短窑用节煤剂的制备方法，其特征在于：步骤2）所用硼酸锌为白色三斜晶体或无定形粉末，微溶于水，晶体不溶于盐酸，无定形粉末溶于盐酸。

3.根据权利要求1所述的一种固氮型水泥短窑用节煤剂的制备方法，其特征在于：步骤1）所用稀土尾矿指的是以独居石、氟碳铈矿、磷钇矿、淋积型矿、镧钒褐帘石为主要矿物组成的尾矿。

4.根据权利要求1所述的一种固氮型水泥短窑用节煤剂的制备方法，其特征在于：步骤1）所用稀土尾矿为淋积型矿、镧钒褐帘石尾矿的一种或两种的混合物；所述淋积型矿、镧钒褐帘石尾矿为主组分不含氟、磷组分的尾矿。

5.根据权利要求1所述的一种固氮型水泥短窑用节煤剂的制备方法，其特征在于：所述芳香族缩聚物为聚苯硫醚和芳香族聚酰亚胺的混合物，聚苯硫醚和芳香族聚酰亚胺的质量比为1:1。

6.根据权利要求1所述的一种固氮型水泥短窑用节煤剂的制备方法，其特征在于：将5-15份芳香族缩聚物 、5-15份硅油、2-10份硼酸锌加入到步骤1）所得混合料中，混合均匀。