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燃煤助燃剂

时间:2019-11-18 00:03 来源: 作者: 点击:

      前言

  我国是煤炭消费大国, 煤炭占一次能源消费中 的 70% 左右。2009 年产煤达到 301 49 亿 t, 其中有 高达 70% 左右用于直接燃烧或发电。由于 燃烧技 术落后, 燃烧不完全, 燃烧效率低等原因, 能级不 高的劣质煤未被利用或利用很少而被浪费, 能源浪 费问题比较严重。在当前全球气候变暖, 减排呼声 高涨的背景下, 对于发展中国家来说, 提高能源利 用效率, 降低不必要的能源浪费, 是相对较好, 见效 较快, 比较实际可行的减排方式[ 。研究发现: 燃 煤助燃剂能够提高煤的挥发分析出速率, 降低煤的 着火温度, 缩短点火延迟时间, 加快煤燃尽速率, 降低灰分残炭, 提高燃烧效率, 相对增加燃烧发热 量, 并具伴有脱硫脱氮的明显作用 。所以燃煤助 燃剂的研究和应用有利于提高燃煤效率, 减少环境 污染。目前有关燃煤助燃剂的研究比较广泛, 并且 部分产品已经工业化生产。从生产实践中发现, 由 于煤成分和煤燃烧过程的复杂性, 在燃煤助燃剂种 类、煤种、燃烧条件等多种因素影响下, 助燃剂的 助燃效果并不一致。该文通过 对燃煤助燃剂 的综 述, 希望能够进一步了解和阐述燃煤助燃剂的助燃机理、助燃剂的分类、影响助燃剂效果的各种因素 以及助燃剂效果的评价指标和方法, 为建立助燃剂 标准化的市场化生产提供理论基础。

  燃煤助燃剂的助燃机理

  研究燃煤助燃剂机理首先应该从了解煤的燃烧 过程开始, 随着温度的升高, 经过了如图 1 所示的 几个阶段。首先是当温度低于 t 1 时, 为煤中水 分的溢出; 其次是当温度大于 t 2 时, 挥发分的析 出; 然后挥发分在温度达到 t 3 时, 着火燃烧, 开 始放出热量; 当温度达到 t 4 时引起固定碳的着火 燃烧, 过程中排放出燃烧气体产物, 最后剩下残灰。

  目前比较认可的, 能够解释大部分燃煤助燃剂 的助燃过程, 且能指导开发新型助燃剂的理论主要 有氧传递理论和电子转移理论。文献报道表明, 目 前研究广泛的碱金属、碱土金属的盐及氧化物的催 化作用即可以用氧传递理论来解释, 也可以通过电 子转移理论来阐述。

  燃煤助燃剂的分类

  从燃煤助燃剂的形态上看, 助燃剂有固态、液 态和乳状体 3 种, 由于实际的应用的需要, 文献报 道的比较常见的分类方法主要 是根据助燃剂 的作 用, 助燃剂的经济性, 助燃剂的化学成分等角度加 以分类。

  助燃剂的作用分类

  由于燃煤助燃剂除了单纯的助燃作用以外, 还 有固硫、固氮、减少粉尘污染等附带作用。所以助 燃剂还可以分为固氮助燃剂、固硫助燃剂等。

  助燃剂的经济性分类

  从经济性考虑分类比较客观, 因为助燃剂的主 要目的是提高燃煤效率, 减少污染和能源浪费。助 燃剂助燃效率限制了经济性上升空间, 如果助燃剂 的成本较高, 则必然会没有市场。由于工业上排放 的某些三废具有一种或多种助燃成分, 所以通过改 进工业废弃物得到燃煤助燃剂在经济上比较可行。 如造纸黑 液、碱 厂废液、铁矿 石粉、草 木灰、石 灰、煤灰、废弃的白泥、炼铁炉炉渣、电石废渣以及某些化工厂的废液等。报道的通过废弃物再利用 研究得 到 的 燃 煤 助 燃 剂 有 BJJF, SDD, JPSY, XAZY 等。

  燃煤助燃剂有效化学成分分类

  目前研究的助燃效果较为明显的主要有, 碱金 属、碱土金属、稀土和过渡金属的氧化物、氢氧化 物及其 盐类, 如 K 2 CO3 、FeCl3 、FeCl2 、 Na2 CO3 、 Ca( OH) 2 、CaO、NaCl、K2 nO3 和 Fe 2 O3 等。另 外研究的具有助燃作用的还有一些强氧化剂, 如硝 酸盐、高锰酸盐等; 金属羧酸盐, 如醋酸盐、草酸盐 等; 另外还有些低分子醇、酸类的有机化合物, 此类 物质的助燃相当于增加了燃料的易挥发性。张正富 等 研究发现尿素、柠檬酸、偏钒酸铵等有机物的 助燃效果甚至好于传统的金属化合物燃煤助燃剂。

  影响助燃剂助燃效果的因素

  影响燃煤助燃剂的因素比较多, 笔者给出了常见的七类, 原煤种类, 原煤粒度, 助燃剂种类, 助 燃剂添加方式, 助燃剂添加量, 燃烧温度范围, 煤 灰成分等。

  原煤的影响

  对于原煤来说, 主要是煤的种类和粒度会影响助燃剂的助燃效果,公旭中等研究了 CeO2 和 Fe2 O3 对煤燃烧的催化效果, 发现着火点温度的降低程度顺序为, 褐煤< 烟煤< 无烟煤< 石墨。煤的粒度越小, 表面积越大, 则与空气和助燃剂的接触机会越大, 所以燃烧越完全, 催化助燃效果越明显。

  助燃剂种类、添加方式、添加量

  对于助燃剂本身来说, 影响助燃效果的主要因 素有助燃剂的种类、助燃剂的添加方式和助燃剂的 添加量。燃煤助燃剂的种类和燃烧温度决定了助燃 剂的活性, 是助燃效果的主要影响因素。热天平 、 气流床反 应器等方 法研究发现, 当阴离子一 定 时, 不同阳离子的催化活性顺序是 Cs&t; Rb&t; K&t; Na&t; Ba&t; L&t; Sr &t; Ca &t; &t; Be, 另有 Cr &t; n、 Fe&t; N、Co&t; Ca、Zn&t; Al、Cu&t; K 等; 当阳 离子 一定时, 不同 阴 离子 的催 化活 性顺 序是 OH &t; CO3&t; Cl &t; SO4 , 另 外 Ac 的 活性在 OH 和CO3 之间。另外, 助燃剂并不是单一成分, 而是 多种有效组分的组合。理想的节煤添加剂主要是由 氧化剂、催化剂、膨松剂、稳定剂等化工原料复配 而成。助燃剂的添加方式 主要有直接掺混, 破煤 前添加, 然后一 起研磨混合; 粉煤后配制液体喷淋, 或者使原煤在配制的液体助燃剂中多次浸渍, 离子交换等; 主要目的是要控制成本的同时使助燃 剂与煤粉充分混合, 混合越充分, 效果就越好。研 究发现助燃剂的量并不是比例越大越好, 在低质量 分数时, 随着添加量的增加, 助燃效果越来越好, 当助燃剂量增加到一定量时, 随着助燃剂的量的增 加, 助燃效果反而越来越差。

  煤样燃烧温度

  不同锅炉燃烧的温度是不同的, 而燃煤助燃剂作为催化剂都有一个活性温度范围, 燃烧过程中当温度保持在活性温度内的时间越长时, 助燃效果就越好。

  煤灰成分

  煤灰成分在一定程度上也会影响助燃效果, 因为煤灰中本身含有对煤有助燃作用的成分, 当助燃有效成分量越多时,需要增加 的外加助燃剂 就越 少, 煤灰在一定质量分数范围内与助燃剂起协同作用, 超过范围时会对助燃剂效果产生负面影响。公式中等实验研究认为当煤灰含量超 过 18% 时, 燃点的降低幅度呈现负值, 助燃剂 CeO2 与煤灰的 协同作用消失。

  结语

  从燃煤助燃剂的机理, 燃煤助燃剂的分类, 燃 煤助燃剂的影响因素, 燃煤助燃剂的研究方法等几 方面分析了燃煤助燃剂的研究现状和研究进展, 为 下一步制定燃煤助燃剂的生产和使用标准提供了理 论参考。

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