CN102643705A

CN102643705A - 一种煤炭助燃水凝胶及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN102643705A
Application number: CN2012101487059A
Authority: CN
Inventors: 陈超云; 潘伟强
Original assignee: QINGYUAN WEI'ERXIN CHEMICAL BUILDING MATERIALS CO Ltd
Current assignee: Gomes Guangdong Building Materials Co ltd
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2032-05-14
Also published as: CN102643705B

Abstract

本发明公开了一种煤炭助燃水凝胶及其制备方法与应用，该煤炭助燃水凝胶由以下步骤制备得到：（1）将30~89%的金属硝酸盐、5~60%的氯酸钾、1~3%的稀土元素、5~30%的碱金属氢氧化物和0~20%的硅酸钠混合均匀，得到混合物；（2）取3%聚N-异丙基丙烯酰胺和30%双氧水溶于水中，搅拌均匀，得到溶剂；（3）将混合物溶于溶剂中，得到煤炭助燃水凝胶。本发明的煤炭助燃水凝胶无腐蚀性，性质稳定，易于吸附在煤粉表面，形成疏松多孔的助燃剂层，可通过喷淋装置同煤炭直接混合，使用方便。使用本发明的煤炭助燃水凝胶脱硫率达85%，节标煤率14.6%，提高锅炉热效率10.6%，炉渣含碳量降低12.7%，清焦、消烟、缓蚀达92%以上，起到节煤和减少污染物排放的综合作用。

Description

一种煤炭助燃水凝胶及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种煤炭助燃剂，具体涉及一种煤炭助燃水凝胶及其制备方法与应用，该煤炭助燃水凝胶在助燃的同时还具有消烟、除尘、节能的效果，适用于工业锅炉、电站炉、窖炉、蒸汽炉和生活型煤炉。

背景技术

我国的煤炭资源相当丰富，已探明的储量位居世界前列，但它们在100年后将逐渐枯竭。就煤炭的质量看，煤的品质参差不齐，煤中含硫量达2%以上的中高硫煤和高硫煤约占总储量的1/3。正因为这个因素，煤炭在燃烧过程当中，由于其品质较差而使得燃烧不够充分，造成炉膛温度偏低、燃点高、不易着火、热容大、不易传热等等，加上随着燃煤所排放的SO_X、NO_X等有害气体和烟尘不断增多，其结果不仅是能源浪费，环境污染的问题也同样突出。

当前，工业燃煤为我国解决能源需求量的70%左右，大约有40多万台锅炉在运作，由于设备技术陈旧，许多锅炉效率低，能源消耗量大，废气排放超标，大气污染严重，成为亟待解决的全国性问题。

为了降低燃煤锅炉的能耗以及减少燃煤锅炉对环境的污染，需要对燃煤锅炉的结构进行改造，但是这样做需要投入巨大的资金，而且改造后也需要高额的运行费用。现有技术中，为了提高燃煤的燃烧效率，采用助燃剂是相对经济的办法。

目前国内外关于煤炭助燃剂的研究已有不少的成果，成分主要包含膨松剂、氧化剂、催化剂、脱硫剂、消烟剂、水及有机助剂等。在燃煤中添加助燃剂，能显著改善煤的燃烧特性，降低着火温度，加快焦炭的燃烧速度，缩短燃烧时间，提高燃烧效率。

助燃剂在煤炭燃烧过程中，当中的金属离子，例如三价铁离子、四价锰离子等可参与碳在燃烧过程中所必需的氧传递过程，有助于电子转移，可以降低煤炭燃烧的活化能，起到助燃、增能、节煤的作用。通过调整不同金属离子之间的比例关系，可以调控在不同的燃烧温度下的助燃效果，适合于不同种类的锅炉。利用氯化钠等电解质材料在高温下的爆裂特性，也可以提高燃烧过程中煤炭与氧气的接触效果。另外，助燃剂中的碱性氧化物等成分与受热面上的烟垢和烟气等发生化学反应，使烟垢和烟气中的硫化物生成硫酸盐，随炉渣一起排出，减少二氧化硫、二氧化氮等有害气体的排放，有利于环保。因此，采用适当的煤炭助燃剂，使用方便，投资少，比较适用于我国现有的经济条件和环保要求，具有一定的广泛适用性。

中国专利申请200710050000.2、200610046154.X、200510013262.2、200810028083.X等主要是利用某些金属氧化物、工业废渣、生石灰、尾矿等作为添加剂，利用其助燃效果，添加到煤中，提高煤的热值。也可以利用工农业的可燃性废弃物，添加到原煤中，提高煤的热值。

专利申请03124816.0公开了一种“煤炭添加剂”，将生石灰、氯化钠、三氧化二铁、硝酸钠等进行粉碎，将粉末投入煤炭中，虽然起到一定脱硫节煤作用，但是缺乏对锅炉本身的清焦、缓蚀等效果。尤其在品质较差的煤的燃烧过程中，受有效接触面积以及炉膛结构所限制，助燃剂中的有效成分并不能大部分和煤炭进行接触，反而与不支持燃烧的杂质和炉渣进行接触，使得助燃的效果大打折扣；加上活性物质释放速度过快，例如氧气和水在接近炉膛入口的位置就脱离了煤炭并消散到空气中，不利于在炉膛中心发挥作用，失去最佳的助燃效果。

综合所述，目前市面上大多数的燃煤添加剂在工业锅炉的大规模应用中仍存在以下问题：

（1）工业废渣、石灰石等材料有效成分量较低、需添加量大；

（2）固体颗粒添加剂不利于分散，有效接触面积过低；

（3）固硫产物为单纯性的硫酸钙，在高温下不够稳定，容易再次分解放出二氧化硫等污染物；

（4）工业废渣及尾矿中的大量重金属以及放射性物质容易产生新污染；

（5）氧气和水蒸气在煤炭燃烧中心停留时间较短，不利于助燃效果的提升；

（6）清焦、缓蚀效果不甚理想。

发明内容

为了克服现有煤炭助燃剂的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种煤炭助燃水凝胶的制备方法。

本发明的另一目的在于提供由上述方法制备得到的煤炭助燃水凝胶，该煤炭助燃水凝胶在助燃的同时还具有消烟、除尘、节能的效果。

本发明的再一目的在于提供上述煤炭助燃水凝胶的用途。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种煤炭助燃水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

（1）将以下质量百分比的成分混合均匀，得到混合物：

金属硝酸盐： 30~89%

氯酸钾： 5~60%

稀土元素： 1~3%

碱金属氢氧化物：5~30%

硅酸钠： 0~20%；

（2）取3%的聚N-异丙基丙烯酰胺和30%的双氧水溶于水中，搅拌均匀，得到溶剂；所述百分比为占溶剂总体积的百分比；

（3）将混合物溶于溶剂中，得到煤炭助燃水凝胶；

优选地，步骤（1）所述的混合物由以下质量百分比的成分混合均匀后得到：

金属硝酸盐： 67~80%

氯酸钾： 7~15%

稀土元素： 1~3%

碱金属氢氧化物：5~10%

硅酸钠： 5~8%；

步骤（1）所述的金属硝酸盐为硝酸钙、硝酸镁、硝酸锶、硝酸钾、硝酸钠、硝酸铁、硝酸锰、硝酸镍或硝酸钴中的一种以上；

步骤（1）所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钾或氢氧化钠；

步骤（1）所述的稀土元素为氧化稀土或稀土硝酸盐；

步骤（2）所述聚N-异丙基丙烯酰胺的数均分子量为5000-1000000；

步骤（2）所述的双氧水可以采用工业级双氧水，其中H₂O₂的含量为50%；

步骤（3）所述的煤炭助燃水凝胶其固含量优选30%。

由上述方法制备得到的煤炭助燃水凝胶可用于煤炭助燃。煤炭在燃烧前，先将本发明的煤炭助燃水凝胶与煤炭按质量比1∶(50~300)混合，再燃烧。

本发明的机理是：以工业级硝酸铁、硝酸锰、硝酸钠、硝酸钙作为助燃剂，硝酸钙作为固硫剂前体，通过在溶液相加入氢氧化钠调节凝胶流变性能，获得稳定的燃煤添加剂水凝胶。当中亦添加适量的稀土元素作为助燃催化剂，用以催化燃烧效率较低的煤。

将活性成分按照合适的比例制备成性质稳定的凝胶，在燃烧过程中逐步释放活性物质，从而提高助燃效果；解决了助燃剂在与煤炭表面接触的过程中活性物质释放效率低下的问题。

凝胶中的氢氧化铁、氢氧化锰、氢氧化钙等在煤炭燃烧过程中烧结成为多孔状复合氧化物，有利于提升吸附效果，达到固定炉渣，达到清焦、缓蚀、固硫的目的。

在该体系下，双氧水的分解过程以及水汽升腾过程变得缓慢，从而达到在接近燃烧中心的位置集中释放，提高自由基反应的效率并且改善传热。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明采用水凝胶的形式的助燃剂有助于助燃成分的缓释，从而随着煤炭在链条炉中前进的过程，助燃剂的助燃效果能在炉膛中心的位置集中和更为有效地发挥出来，另外，能利用其结构蓬松以及携带阳离子较多的特性，在接近炉尾的位置更好地吸附煤烟等排放物，达到降低烟尘的效果。

2、本发明的煤炭助燃水凝胶采用溶胶-凝胶法制备，无腐蚀性，性质稳定，易于吸附在煤粉表面，形成疏松多孔的助燃剂层，可通过喷淋装置同煤炭直接混合，使用方便，适用于工业锅炉、电站炉、蒸汽炉和窑炉等燃煤。

3、经环保部门和节能监测中心检测，使用本发明的煤炭助燃水凝胶脱硫率达85%，节标煤率14.6%，提高锅炉热效率10.6%，炉渣含碳量降低12.7%，清焦、消烟、缓蚀达92%以上，起到节煤和减少污染物排放的综合作用。

4、本发明的煤炭助燃水凝胶使用简单、原料充足、制备工艺简单、价格低廉、性质稳定，对环境无污染，是一种理想的煤炭助燃剂。

5、在使用本发明的煤炭助燃水凝胶时，将煤的含水量保持在10%左右，水份可以将煤粉粘结在一起，不被气流吹起，所以烟气中的飞灰数和粉尘大为减少，除尘器中的飞灰减少9.2%。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种煤炭助燃水凝胶，由以下步骤制备得到：

（1）将以下质量百分比的成分混合均匀，得到混合物：

硝酸钙： 32%

硝酸钠： 20%

硝酸锰： 15%

氯酸钾： 15%

硝酸镧： 3%

氢氧化钠：10%

硅酸钠： 5%；

（2）取3%聚N-异丙基丙烯酰胺和30%双氧水溶于水中，搅拌均匀，得到溶剂；所述百分比为占溶剂总体积的百分比；

（3）将混合物溶于溶剂中，配成固含量为30%的煤炭助燃水凝胶。

将本实施例的煤炭助燃水凝胶与劣质煤按质量比1∶200混合后燃烧，用于不合格的一类烟煤（2000千卡/公斤以下），如煤中掺有大量的煤矸石或常年堆积的不能燃烧的废煤，单独燃烧则无法使用，但加入该水凝胶后，经合理配制可以实现充分的燃烧，并能提高1100千卡/公斤的产能效果，实现废物利用。另外，发现劣质煤的燃烧值提高到3700~4100千卡/公斤，提高了850千卡/公斤左右；热效率提高了23%以上，节省原煤约29%，含硫量由1.0%降低到0.7%以下。

用于优质煤（燃烧值在5000大卡以上），添加该水凝胶可大大提高热值，同时降低有害气体和烟尘排放量；将本实施例的煤炭助燃水凝胶与优质煤按质量比1∶200混合后燃烧，发现优质煤的燃烧值提高到5800~6400千卡/公斤，提高了1000千卡/公斤左右；热效率提高了22%以上，节省原煤约28%，含硫量由1.0%降低到0.7%以下。

实施例2

一种煤炭助燃水凝胶，由以下步骤制备得到：

（1）将以下质量百分比的成分混合均匀，得到混合物：

硝酸钙： 32%

硝酸钠： 17%

硝酸锰： 30%

氯酸钾： 10%

硝酸铈： 1%

氢氧化钠：5%

硅酸钠： 5%；

将本实施例的煤炭助燃水凝胶与劣质煤按质量比1∶200混合后燃烧，用于不合格的一类烟煤（2000千卡/公斤以下），如煤中掺有大量的煤矸石或常年堆积的不能燃烧的废煤，单独燃烧则无法使用，但加入该水凝胶后，经合理配制可以实现充分的燃烧，并能提高1050千卡/公斤的产能效果，实现废物利用。另外，发现劣质煤的燃烧值提高到3700~4100千卡/公斤，提高了870千卡/公斤左右；热效率提高了23%以上，节省原煤约29%，含硫量由1.0%降低到0.6%以下。

用于优质煤（燃烧值在5000大卡以上），添加该水凝胶可大大提高热值，同时降低有害气体和烟尘排放量；将本实施例的煤炭助燃水凝胶与优质煤按质量比1:200混合后燃烧，发现优质煤的燃烧值提高到5700~6300千卡/公斤，提高了900千卡/公斤左右；热效率提高了21%以上，节省原煤约27%，含硫量由1.0%降低到0.7%以下。

实施例3

一种煤炭助燃水凝胶，由以下步骤制备得到：

（1）将以下质量百分比的成分混合均匀，得到混合物：

硝酸钙： 37%

硝酸钠： 38%

氯酸钾： 10%

硝酸铈： 2%

氢氧化钠：5%

硅酸钠： 8%；

将本实施例的煤炭助燃水凝胶与劣质煤按质量比1∶200混合后燃烧，用于不合格的一类烟煤（2000千卡/公斤以下），如煤中掺有大量的煤矸石或常年堆积的不能燃烧的废煤，单独燃烧则无法使用，但加入该水凝胶后，经合理配制可以实现充分的燃烧，并能提高1150千卡/公斤的产能效果，实现废物利用。另外，发现劣质煤的燃烧值提高到3700~4100千卡/公斤，提高了880千卡/公斤左右；热效率提高了24%以上，节省原煤约30%，含硫量由1.0%降低到0.7%以下。

用于优质煤（燃烧值在5000大卡以上），添加该水凝胶可大大提高热值，同时降低有害气体和烟尘排放量；将本实施例的煤炭助燃水凝胶与优质煤按质量比1:200混合后燃烧，发现优质煤的燃烧值提高到5600~6200千卡/公斤，提高了800千卡/公斤左右；热效率提高了20%以上，节省原煤约25%，含硫量由1.0%降低到0.7%以下。

实施例4

一种煤炭助燃水凝胶，由以下步骤制备得到：

（1）将以下质量百分比的成分混合均匀，得到混合物：

硝酸钙： 40%

硝酸锰： 10%

硝酸钠： 30%

氯酸钾： 7%

硝酸铈： 1%

氢氧化钠：5%

硅酸钠： 7%；

将本实施例的煤炭助燃水凝胶与劣质煤按质量比1∶200混合后燃烧，用于不合格的一类烟煤（2000千卡/公斤以下），如煤中掺有大量的煤矸石或常年堆积的不能燃烧的废煤，单独燃烧则无法使用，但加入该水凝胶后，经合理配制可以实现充分的燃烧，并能提高1000千卡/公斤的产能效果，实现废物利用。另外，发现劣质煤的燃烧值提高到3700~4100千卡/公斤，提高了820千卡/公斤左右；热效率提高了19%以上，节省原煤约25%，含硫量由1.0%降低到0.7%以下。

用于优质煤（燃烧值在5000大卡以上），添加该水凝胶可大大提高热值，同时降低有害气体和烟尘排放量；将本实施例的煤炭助燃水凝胶与优质煤按质量比1∶200混合后燃烧，发现优质煤的燃烧值提高到5400~6000千卡/公斤，提高了600千卡/公斤左右；热效率提高了18%以上，节省原煤约23%，含硫量由1.0%降低到0.7%以下。

由以上实施例可以看出，本发明的煤炭助燃水凝胶可以与任何煤种配合使用，适用范围广。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种煤炭助燃水凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将以下质量百分比的成分混合均匀，得到混合物：

金属硝酸盐： 30~89%

氯酸钾： 5~60%

稀土元素： 1~3%

碱金属氢氧化物：5~30%

硅酸钠： 0~20%；

（3）将混合物溶于溶剂中，得到煤炭助燃水凝胶。

2.根据权利要求1所述的煤炭助燃水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的混合物由以下质量百分比的成分混合均匀后得到：

金属硝酸盐： 67~80%

氯酸钾： 7~15%

稀土元素： 1~3%

碱金属氢氧化物：5~10%

硅酸钠： 5~8%。

3.根据权利要求1或2所述的煤炭助燃水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的金属硝酸盐为硝酸钙、硝酸镁、硝酸锶、硝酸钾、硝酸钠、硝酸铁、硝酸锰、硝酸镍或硝酸钴中的一种以上。

4.根据权利要求1或2所述的煤炭助燃水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钾或氢氧化钠。

5.根据权利要求1或2所述的煤炭助燃水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述聚N-异丙基丙烯酰胺的数均分子量为5000-1000000。

6.根据权利要求1或2所述的煤炭助燃水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的煤炭助燃水凝胶其固含量为30%。

7.一种煤炭助燃水凝胶，其特征在于：是由权利要求1-6任一项所述的方法制备得到。

8.权利要求7所述的煤炭助燃水凝胶在煤炭助燃中的应用。

9.根据权利要求7所述的煤炭助燃水凝胶在煤炭助燃中的应用，其特征在于：煤炭在燃烧前，先将权利要求7所述的煤炭助燃水凝胶与煤炭按质量比1∶(50~300)混合，再燃烧。