CN101215491A - 一种节能环保的煤炭燃烧催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种节能环保的煤炭燃烧催化剂,该催化剂是由如下质量份数的原料溶于100份水中混匀即得:硫酸厂废渣20~30、电镀厂废液20~35、电解铜厂废液25~30、硝化稀土5~10、阴离子表面活性剂3~5和可溶性钙盐2~5。本发明的煤炭燃烧催化剂在使用时只需将其均匀喷洒于煤炭表面,利用搅拌机充分混匀即可。本发明的煤炭燃烧催化剂适用于各种喷煤粉锅炉、水煤浆锅炉、链条炉、沸腾炉、其它形式燃煤锅炉和民用散烧煤炭,其使用方便,价格便宜,可提高煤的燃烧强度和炉膛温度,改善煤的燃烧性能,降低废气排放量和节煤10~30%等。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭能源技术领域,尤其涉及一种适用于各种喷煤粉锅炉、水煤浆锅炉、链条炉、沸腾炉、其它形式燃煤锅炉以及民用散烧煤炭的节能环保的煤炭燃烧催化剂。
背景技术
煤是我国最主要的能源来源,提高煤炭的燃烧效率、节约能源是我国的国策和企业工作的重点。
现有的燃煤工艺和备中,普遍存在燃烧效率低和不完全燃烧情况,例如炉渣或粉煤灰中的未燃烬煤(物理不完全燃烧)和随烟气逸出的可燃气体(化学不完全燃烧)等。
现有的提高煤炭燃烧效率、降低灰分中未燃烬煤的方法,主要是通过提高在煤炭燃烧过程中的供氧量来达到,如一种高效节煤助燃剂及其使用方法(专利申请号:94105086);安全、高效、环保节煤助燃剂(专利申请号:200510017167.X);一种环保节煤助燃剂(专利申请号:200510045052.1)等。该种方法在一些供氧不充分的锅炉或场合下能够起到一定的作用,但随着燃烧设备和技术的改进,以及水煤浆的应用,该种方法就无法表现出满意的效果。
因此,要提高煤炭的燃烧效率、增加煤炭在燃烧过程中的显热发热量,必须采用新的、高效的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足,提供一种节能环保的煤炭燃烧催化剂,该催化剂是通过在煤中加入少量化学添加剂与煤炭表面的基团反应,在煤炭燃烧过程中产生催化燃烧效应,降低燃烧过程中煤的着火温度(即降低燃烧内耗),缩短煤的燃烬时间,提高燃烧效率,从而增加煤燃烧的显热发热量和炉膛温度,达到节煤和减少环境污染的目的。
本发明的上述目的是通过以下技术方案解决的:
一种节能环保的煤炭燃烧催化剂,由如下质量份数的原料溶于100份水中混匀后过滤即得:硫酸厂废渣20~30、电镀厂废液20~35、电解铜厂废液25~30、硝化稀土5~10、不含碱金属离子的阴离子表面活性剂3~5和不含氯离子的可溶性钙盐2~5。
上述可溶性钙盐为硝酸钙。
上述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸铵。
硫酸厂废渣、电镀厂废液和电解铜厂废液在现有生产厂中大量存在,其余原料在市场上采购即可。
本发明的煤炭燃烧催化剂,在使用时只需将其均匀喷洒于煤炭表面,利用搅拌机充分混合均匀即可使用,节煤率可达到10~30%,炉膛温度可提高100~250℃。催化剂与燃煤的混合比例是:烟煤中加入的催化剂量为烟煤质量的0.1~0.4%;无烟煤中加入的催化剂量为无烟煤质量的0.1~0.5%。
本发明的煤炭燃烧催化剂中含有氧化剂和多种金属化合物,当催化剂与煤炭接触后,金属化合物和煤炭表面基团反应,在煤炭燃烧过程中金属化合物可提高分子活度、降低着火温度、提高燃烧速度、加速内能的释放,缩短煤在炉膛里的燃尽时间,既可提高煤的燃烧强度和炉膛温度,改善煤的燃烧性能,又可较大幅度降低空气过剩系数,降低废气排放量,达到节煤、减少环境污染的目的。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:1.本发明的煤炭燃烧催化剂中不含有对锅炉有损坏作用的硫酸盐及钾、钠等有害元素;2.采用本发明的煤炭燃烧催化剂,用户不需变动工艺或设备就可以改善煤炭的结焦性能;3.采用本发明的煤炭燃烧催化剂,煤炭燃烧过程中,烟气含硫量下降,炉渣或粉煤灰中的含煤量减少,附加效益是形成优质粉煤灰;4.本发明的煤炭燃烧催化剂适用于喷煤粉锅炉、链条炉、喷水煤浆锅炉及其它燃煤设备,且对于不同煤种,包括褐煤、无烟煤、烟煤、泥煤等均可运作;5.本发明的煤炭燃烧催化剂为液体剂型,使用方便分散均匀;6.本发明的煤炭燃烧催化剂的原料多为废弃物的利用,价格便宜,节能环保。
附图说明
图1为鸡西煤加不同量催化剂后的傅立叶红外漫反射光谱图;
图2为鸡西煤加不同量催化剂后的氧弹仪测试弹筒发热量的变化图;
图3为催化剂添加设备***示意图;
其中,1为催化剂组分稀释储罐;2为阀门,3为微型泵;4为微量控制阀;5为转子流量计;6、7和8为专用喷头。
具体实施方式
实施例1
一种节能环保的煤炭燃烧催化剂由下述质量份数的原料溶于100份水中混匀后过滤即得:硫酸厂废渣25、电镀厂废液30、电解铜厂废液28、硝化稀土10、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铵3和可溶性钙盐硝酸钙4。
实施例2
一种节能环保的煤炭燃烧催化剂由下述质量份数的原料溶于100份水中混匀后过滤即得:硫酸厂废渣30、电镀厂废液28、电解铜厂废液27、硝化稀土7、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铵4和可溶性钙盐硝酸钙4。
实施例3
一种节能环保的煤炭燃烧催化剂由下述质量份数的原料溶于100份水中混匀后过滤即得:硫酸厂废渣27、电镀厂废液25、电解铜厂废液30、硝化稀土8、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铵5和可溶性钙盐硝酸钙5。
实施例4
一种节能环保的煤炭燃烧催化剂由下述质量份数的原料溶于100份水中混匀后过滤即得:硫酸厂废渣20、电镀厂废液35、电解铜厂废液25、硝化稀土10、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铵5和可溶性钙盐硝酸钙5。
实施例5
一种节能环保的煤炭燃烧催化剂由下述质量份数的原料溶于100份水中混匀后过滤即得:硫酸厂废渣30、电镀厂废液23、电解铜厂废液30、硝化稀土10、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铵5和可溶性钙盐硝酸钙2。
实施例6鸡西煤加实施例1的催化剂后的实验室研究试验
对鸡西煤施用不同量的实施例1的催化剂后,鸡西煤的傅立叶红外漫反射光谱如图1所示。
从化学键、基团对红外光谱的吸收强度来分析,添加催化剂后各特征吸收峰并未“蓝移”或“红移”,由此可以推断,造成红外吸收峰强度下降的主要原因是,催化剂中的离子与煤结构中的表面基团反应形成了新的基团,但并未破坏原有的煤中C、C,C、H化学键,外加基团的影响导致了吸收峰强度的下降。吸收峰强度的下降,表明反应过程中反应所需要的活化能将降低,同时由于加入的离子在反应过程中变成氧化物对燃烧进行催化,进一步降低燃烧内耗和反应活化能,从而达到提高煤燃烧热值的目的。
将各煤样按照国家标准GB/T 213-2003,采用氧弹仪测试煤样的弹筒发热量,各煤样的弹筒发热量变化如图2所示。从图2可以看出,按质量百分比,煤样中催化剂的最佳添加量为约0.1%(质量分数),弹筒发热量提高23.81%。
实施例7鸡西煤加实施例1的催化剂后的工业应用试验
在某厂130t/h煤粉炉上进行工业应用试验。在锅炉运行工况相同下,将0.1%质量分数的催化剂加入煤中燃烧运行1个月,与未加催化剂燃烧的情况进行对比分析,以研究该系列催化剂的应用效果。
试验锅炉主要设计参数为:额定蒸发量130t/h,主蒸汽压力3.82Mpa,主蒸汽温度450℃,炉膛为6336×6336mm正方形结构,喷燃器四角布置,每组喷燃器有1个3次风口,2个1次风口和3个2次风口,由上至下喷口顺序依次为3-2-2-1-1-2。
基准工况:100%额定蒸发量,喷口1次风速16.0m/s,3次风速51.0m/s,喷口上2次风速40.7m/s,喷口中2次风速19.0m/s,喷口下2次风速39.6m/s,制粉***投入1套,2级省煤器出口(按烟气流动方向)烟气氧的体积分数5.8%。
为满足催化剂能均匀分散,与煤完全反应,工业实际操作过程中设计如3所示装置,采用喷头将催化剂溶液喷入煤中。煤在喷液前先用破碎机将煤破碎至粒径为25mm以下颗粒,喷晒过程中采用高速搅拌设备混合拌匀。考虑到要使煤能充分接触到催化剂,喷晒入的溶液量为煤的6%(质量分数)左右,煤水分含量在8%(质量分数)左右。
采用网格法,用K型热电偶进行排烟温度场测定,标定炉控室表盘排烟温度;用KM900型效率分析仪,用网格法对空气预热器出口左右两侧烟道氧量场进行测量,找出预热器出口左右两侧平均氧量代表点,作为本次试验提供氧量取样代表点。
添加催化剂后,在基准工况下与未加催化剂燃煤进行经济性比较,结果见表1。其中η、q分别为锅炉热效率和机械未完全燃烧热损失,Cf、C1分别为飞灰和炉渣中可燃物的质量百分数。
将加有0.2%的实施例1催化剂的燃煤与未加催化剂燃煤相比,污染物的排放量减少了,实测数据如表2所示。
表1燃煤加催化剂前后运行数据对比
表2燃煤加催化剂前后主要污染物排放数据
从表2的数据结果可以看出,加入0.2%催化剂后,锅炉SO2排的质量放浓度平均减少223mg/m3,锅炉出口烟尘排放的质量浓度平均减少5302.5mg/m3。
导致污染物排放量下降的原因是,煤中的部分硫及二氧化硫因催化剂的加入而形成合熔点较高的炉渣,不再随烟气排出。
按催化剂加入量0.2%运行一个月,并对运行情况进行统计,得到一月后锅炉运行效果如下:(1)不加催化剂时,平均吨汽耗标煤量为106.6kg煤/t汽,加0.2%催化剂后运行1个月,平均吨汽耗标煤量为85.7kg煤/t汽,节煤率为19.6%(工业实验难以达到实验室水平,因此节煤率低于23.81%),具有显著的经济效益;(2)灭火次数减少90%,掉焦次数减少1/2,锅炉运行稳定性增强,炉膛结焦状况改善,月节约稳燃油量为3t。
Claims (3)
1.一种煤炭燃烧催化剂,其特征在于由如下质量份数的原料溶于100份水中混匀后过滤即得:硫酸厂废渣20~30、电镀厂废液20~35、电解铜厂废液25~30、硝化稀土5~10、不含碱金属离子的阴离子表面活性剂3~5和不含氯离子的可溶性钙盐2~5。
2.根据权利要求1所述的煤炭燃烧催化剂,其特征在于,所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸铵;可溶性钙盐为硝酸钙。
3.根据权利要求1所述的煤炭燃烧催化剂,其特征在于所述催化剂与燃煤的混合比例是:烟煤中加入的催化剂量为烟煤质量的0.1~0.4%;无烟煤中加入的催化剂量为无烟煤质量的0.1~0.5%。
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