CN115772587B

CN115772587B - 环保型高炉喷吹煤多效添加剂及其制备方法和添加装置

Info

Publication number: CN115772587B
Application number: CN202310091683.5A
Authority: CN
Inventors: 范跃强; 张敏; 张磊; 董鑫
Original assignee: Shanxi Luan Environmental Energy Development Co Ltd
Current assignee: Shanxi Luan Environmental Energy Development Co Ltd
Priority date: 2023-02-10
Filing date: 2023-02-10
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2043-02-10
Also published as: CN115772587A

Abstract

本发明公开了环保型高炉喷吹煤多效添加剂及其制备方法和添加装置，属于高炉喷吹燃料技术领域；多效添加剂包括粉煤灰、生物质废弃物、CaO、CaCO₃、Fe₂O₃、CuO、Mg(OH)₂、MnO₂、CeO；制备方法是将生物质废弃物经过干燥制粉，然后将所有原料混合，在混合后的原料中加入水和甲醇溶液形成混合溶液，之后将混合溶液在40~60℃温度下搅拌30~60min；然后球磨并烘干；本发明所述的多效添加剂能够降低高炉喷吹煤粉的着火温度，提高喷煤量，增加煤粉燃烧效率。

Description

环保型高炉喷吹煤多效添加剂及其制备方法和添加装置

技术领域

本发明属于高炉喷吹燃料技术领域，具体为一种环保型高炉喷吹煤多效添加剂及其制备方法和添加装置。

背景技术

要实现节能减排需要降低 GDP 能耗，降低碳排放量、二氧化硫等。作为能耗“双控”重点的煤化工及相关燃煤工业，煤炭助燃技术被认为是实现煤高效洁净燃烧利用的有效措施。高炉喷煤是现代炼铁技术发展的一项重大技术革命，它从高炉风口向炉内直接喷吹磨细了的煤粉或煤浆，以提供热量及进行快速热转化。而如何能够提高高炉喷吹用煤量，减少煤炭燃烧时会产生的SO_x及NO_x等污染气体和重金属等，是提高生产效益，节能减排的重点。

根据煤的燃烧机理，煤的燃烧热容大，不易着火和预热，煤的活化需要较多的热量，造成煤的热效率降低的问题。为了提高煤粉自身燃烧性能，在煤粉中掺入适量的助燃剂，可降低煤粉入炉的着火温度，提高燃烧速度和燃烧效率。能够用作煤助燃添加剂的物质很多，如K₂CO₃、Na₂CO₃、Ca(OH)₂、CaO、NaCl、K₂MnO₃、Al₂O₃、Fe₂O₃、MnO₂、FeCl₃、FeCl₂等，不同添加剂具有不同的活性，添加剂活性越强，助燃效果越好。然而，由于碱金属对高炉的潜在危害较大，致使此类添加剂在高炉喷吹生产中的应用受到了限制；而不含碱金属元素的助燃剂一般催化助燃效果较差，且加入量大。目前用于高炉喷吹的助燃剂多为稀土金属或碱土金属氧化物等，其成本相对较高。

另一方面，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，现已成为我国排量较大的工业废渣之一，是节能减排的重点行业。粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性，颗粒的粒径范围一般为0.5~300μm。一般粉煤灰的主要组成包括SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO及TiO₂等，可见其含有丰富的助燃金属氧化物。可以利用粉煤灰的特性来辅助制备喷吹煤添加剂。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种环保型高炉喷吹煤多效添加剂及其制备方法和添加装置。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种环保型高炉喷吹煤多效添加剂，包括以下质量百分比的成分：15~25%的粉煤灰，25~35%的生物质废弃物，10~20%的CaO，5~15%的CaCO₃，3~5%的Fe₂O₃，2~6%的CuO，3~8%的Mg(OH)₂，1~5%的MnO₂，1~3%的CeO。

优选的，所述的生物质废弃物为稻壳、花生壳、油茶壳、棉籽壳、核桃壳中的一种或任意组合。

更优的，所述的生物质废弃物的粒度＜0.6mm。

优选的，所述添加剂直接与煤粉混合后使用或将所述的添加剂配置成质量百分比为10~20%的水剂溶液与煤粉混合后使用；所述添加剂占煤粉质量的0.4~5.0%。

优选的，所述粉煤灰包括以下质量百分比的成分：41.5~55.7%的SiO₂，22.3~33.1%的Al₂O₃，4.5~13.4%的Fe₂O₃，0.7~7.4%的CaO，0.5~1.6%的MgO，7.6~12.3%的C。

一种环保型高炉喷吹煤多效添加剂的制备方法，包括以下步骤：

1）将生物质废弃物经过干燥制粉，使粒度＜0.6mm。

2）将所述的粉煤灰、生物质废弃物、CaO、CaCO₃、Fe₂O₃、CuO、Mg(OH)₂、MnO₂、CeO混合。

3）在混合后的原料中加入水和甲醇溶液形成混合溶液，之后将混合溶液在40~60℃温度下搅拌30~60min；然后球磨并烘干。

优选的，所述的水和甲醇溶液的加入量为每100g混合后的原料中，加入10~50ml水、2~5ml的甲醇。

优选的，所述球磨后的颗粒的粒度<0.125mm。

一种环保型高炉喷吹煤多效添加剂的添加装置，为粉体添加装置或液体添加装置；所述粉体添加装置包括自动给料机和振动多孔筛；所述振动多孔筛位于运输装置的输送皮带上方，所述自动给料机的下料口位于振动多孔筛的上方；所述自动给料机用于盛放混合了粉体添加剂的煤粉；

所述液体添加装置包括添加剂溶剂罐，所述添加剂溶剂罐通过管路连接有喷淋器，喷淋器位于运输装置的输送皮带上方；所述添加剂溶剂罐用于盛放混合了水剂溶液的煤粉。

优选的，所述管路上设置有泵和流量计。

本发明所述的一种环保型高炉喷吹煤多效添加剂在高炉煤粉燃烧过程中的作用机理：

1、助燃机理：添加剂中粉煤灰和其他金属氧化物添加剂，具有氧化剂和催化剂的功效，加之生物质本身的着火点较煤低，从而能够降低煤粉的着火温度，促进燃烧，提高燃烧率。氧化剂有助于提供燃烧在预热段、燃烧段和燃尽段所必需的活性氧，促进煤炭在燃烧过程中释放的可燃挥发分和炭粒的燃烧。碱土金属和过渡金属等的催化剂，其中所含的金属离子可在煤表面上生成络合物，又由于金属离子的供电子效应可通过氧传递到碳链或碳环上，促进了碳骨架结构的不稳定性，使其裂解，进而生成CO或CO₂逸出，加速了固体碳向气体碳的转变，从而加速燃烧反应速率。

各类农作物废弃物的生物质资源由于其可再生、环保等特点被认为是碳燃料能源的有效替代物。农作物秸秆、果壳等由于其较高的H/C比，与煤共热解时，可降低煤的转化温度，提高煤的挥发分析出速率。如生物质核桃壳，具有较高的H/C比，其热解温度较煤更低，其受热转化可为煤的热转化提供氢，且其生成的热解气中H₂含量高，可降低煤气粘度，增加煤气扩散速率，提高煤的燃烧反应速率。

2、固硫和减碳机理：添加剂组成中的金属氧化物及粉煤灰中，含有的CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃等，可与煤粉颗粒在燃烧过程中产生的SO₂进行反应，生成固相硫酸盐，进而阻止SO₂气体的外溢。粉煤灰中的多孔固相结构增加了反应接触面积，且对SO₂、CO₂及燃烧产生的粉尘等具有吸附作用，从而减少了此类物质的气态外排。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

（1）本发明所述的多效添加剂能够降低高炉喷吹煤粉的着火温度，提高喷煤量，增加煤粉燃烧效率。

（2）本发明所述的多效添加剂以工业废弃的粉煤灰和农业废弃物核桃壳为原料，具有显著的经济优势和环保价值。

（3）本发明所述的多效添加剂的制备过程独特，简单，易于推广。其独特之处主要在于采用了液相恒温搅拌环境，通过碱性溶液提高粉煤灰中主要成分以及生物质中木质素和纤维素的活性。

（4）本发明所述的添加剂具有助燃、固硫、减少粉尘和碳排放等作用。

附图说明

图1为实施例所述的干粉添加剂的加注装置的侧视图。

图2为实施例所述的干粉添加剂的加注装置的正视图。

图3为实施例所述的水剂添加剂的加注装置的侧视图。

图中，1-输送皮带、2-自动给料机、3-振动多孔筛、4-添加剂溶剂罐、5-喷淋器、6-泵、7-流量计。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

一种环保型高炉喷吹煤多效添加剂的制备方法按照下面所述制备方式进行添加剂的制备：

1）将核桃壳晒干后，预先破碎成粉，使得粒度<0.6mm。

2）将粉煤灰、CaO、CaCO₃、Fe₂O₃、CuO、Mg(OH)₂、MnO₂、CeO与经1）处理后的核桃壳粉按照一定比例混合；其中的粉煤灰包括以下质量百分比的成分：50.2%的SiO₂，30.6%的Al₂O₃，6.9%的Fe₂O₃，2.4%的CaO，1.6%的MgO，7.7%的C，0.6%的其他杂质。

3）将2）所述的混合原料导入容器中，并加入一定量水和甲醇溶液，所述的水和甲醇溶液的加入量为每100g混合原料，加入20ml水、5ml的甲醇。

4）将3）中所述的装有原料的容器置于恒温水浴中并搅拌，温度保持在40℃，搅拌30min；

5）将经4）处理后的原料溶液倒入球磨机中进行球磨，磨制粒度<0.125mm。

6）将经5）处理后的原料导出，烘干成粉。

实施例1

按照上述制备方式制备添加剂时，各原料的混合比例为（质量百分比）：粉煤灰15%，核桃壳30%，CaO 20%，CaCO₃15%，Fe₂O₃3%，CuO 6%，Mg(OH)₂5%，MnO₂3%、CeO 3%。

实施例2

按照上述制备方式制备添加剂时，各原料的混合比例为（质量百分比）：粉煤灰25%，核桃壳35%，CaO10%，CaCO₃5%，Fe₂O₃5%，CuO 6%，Mg(OH)₂8%，MnO₂5%、CeO 1%。

实施例3

按照上述制备方式制备添加剂时，各原料的混合比例为（质量百分比）：粉煤灰20%，核桃壳25%，CaO 20%，CaCO₃15%，Fe₂O₃5%，CuO 6%，Mg(OH)₂3%，MnO₂3%、CeO 3%。

实施例4

按照上述制备方式制备添加剂时，各原料的混合比例为（质量百分比）：粉煤灰18%，核桃壳30%，CaO18%，CaCO₃10%，Fe₂O₃5%，CuO 6%，Mg(OH)₂8%，MnO₂3%、CeO 2%。

实施例5

按照上述制备方式制备添加剂时，各原料的混合比例为（质量百分比）：粉煤灰20%，核桃壳25%，CaO 20%，CaCO₃15%，Fe₂O₃3%，CuO 2%，Mg(OH)₂7%，MnO₂5%、CeO 3%。

将实施例1~5中的添加剂按照1.0%的质量比与试验煤粉配比混合后，测定了煤粉的着火点、燃烧效率和固硫率，对比例为不使用添加剂时煤粉的燃烧指标。结果列于表1。

实施例6

所述的环保型高炉喷吹煤多效添加剂，其使用方法包括干法添加和水剂添加两种。干法添加方式为：在煤制粉系统前，将添加剂按照煤粉质量的0.4~5.0%比例添加混合后使用。水剂添加方式为：添加剂配置成质量百分比为10~20%的水剂溶液，在煤制粉系统前，将水剂溶液按照其中添加剂占煤粉质量的0.4~5.0%比例添加混合后使用。其具体添加方式为：

1、根据生产实际需求，在原煤进入磨矿制粉设备前的输送皮带上设置添加剂加注点；

2、添加剂加注点上方设置自动加料装置，自动加料装置通过计量控制，根据原煤皮带上原煤的单位时间输送量，并按照0.4~5.0%的有效添加剂比例（水剂溶液需换算成有效干粉的量）设置自动加料装置的计量控制。

自动加料装置结构如图1-图3所示。图1和图2所示为干粉添加剂加注装置及方式，装置主要由设置于输送皮带1的加注点上方的自动给料机2和振动多孔筛3组成。自动给料机2根据给料重量进行计量，在自动给料机2底部溜槽处设置有阀门，控制给料机给料速度及给料量。振动多孔筛3为0.5mm孔径筛网，用于将从自动给料机2下来的添加剂均匀分散于皮带原煤上，同时去除大团块及其他杂质。

图3所示为水剂添加剂加注装置及方式，装置为设置于输送皮带1的加注点上方的自动喷淋给料装置。自动喷淋给料装置包括添加剂溶剂罐4、所述添加剂溶剂罐4通过管路连接有喷淋器5，管路上设置有泵6和流量计7；自动喷淋给料装置采用流量计控制，自动喷淋为压力输送喷淋给料，喷头为0.5mm多孔喷头。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

1.环保型高炉喷吹煤多效添加剂，其特征在于，包括以下质量百分比的成分：15%的粉煤灰，30%的核桃壳，20%的CaO，15%的CaCO₃，3%的Fe₂O₃，6%的CuO，5%的Mg(OH)₂，3%的MnO₂，3%的CeO；

粉煤灰包括以下质量百分比的成分：50.2%的SiO₂，30.6%的Al₂O₃，6.9%的Fe₂O₃，2.4%的CaO，1.6%的MgO，7.7%的C，0.6%的其他杂质；

所述多效添加剂的制备方法为：

1）将核桃壳晒干后，预先破碎成粉，使得粒度<0.6mm；

2）将粉煤灰、CaO、CaCO₃、Fe₂O₃、CuO、Mg(OH)₂、MnO₂、CeO与经步骤1）处理后的核桃壳粉混合；

3）将步骤2）的混合原料导入容器中，并加入一定量水和甲醇溶液，所述的水和甲醇溶液的加入量为每100g混合原料，加入20ml水、5ml的甲醇；

4）将所述容器置于恒温水浴中并搅拌，温度保持在40℃，搅拌30min；

5）将经步骤4）处理后的原料溶液倒入球磨机中进行球磨，磨制粒度<0.125mm；

6）将经步骤5）处理后的原料导出，烘干成粉。

2.根据权利要求1所述的环保型高炉喷吹煤多效添加剂，其特征在于，所述添加剂直接与煤粉混合后使用或将所述的添加剂配置成质量百分比为10~20%的水剂溶液与煤粉混合后使用；所述添加剂占煤粉质量的0.4~5.0%。