化學干預煤炭高性能燃燒催化劑介紹

單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,化學干預煤炭高性能燃燒催化劑（,HPC,）介紹,,概述,,HPC,是華南理工大學創(chuàng)新研制的新型化學干預煤炭燃燒催化劑，通過消除點燃過程中煤的內耗和不完全燃燒熱損失，,提高煤炭彈筒發(fā)熱量約,5%,～,15%,，且降低物理不完全燃燒和化學不完全燃燒，用戶煤耗相應降低,10,％～,20,％。另外，用于水泥廠時，,HPC,兼有完整的礦化作用，將降低最低共熔點、促進,A,礦發(fā)育。,,HPC,本身不燃不揮發(fā)無腐蝕，不含對環(huán)境和皮膚有害或腐蝕元素，不改變煤炭的坩鍋粘結等特性。,用戶不需更換或變動任何設備。,,一,. HPC,作用原理、方式和特點,1.1,化學干預煤炭催化燃燒,,在煤中加入少量的化學添加劑可以改變煤的燃燒性能，這就是煤的,化學干預煤炭催化燃燒技術,。,,,隨著燃燒技術的提高，煤在燃燒器中的物理不完全燃燒已經很少，常規(guī)的靠提高燃燒效率的辦法來節(jié)能無法取得好的效果。,煤在燃燒過程中，借助催化劑的催化作用，可提高分子活度、降低著火溫度、提高燃燒速度、加速內能的釋放，縮短煤在爐膛里的燃盡時間，既可提高煤的燃燒強度和爐膛溫度，改善煤的燃燒性能，又可較大幅度降低空氣過剩系數，降低廢氣排放量，達到節(jié)煤、減少環(huán)境污染的目的。,,1.2HPC,作用機理是,,,煤炭在燃燒過程中，煤炭本身燃燒所消耗的活化能占煤炭總能量的,20,％～,40,％，根據燃燒的作用機理，通過引入催化劑可以降低燃燒過程的活化能，從而,達到降低燃燒內耗、增加顯熱發(fā)熱量和從根本上節(jié)能的目的,。同時，由于著火點的降低，煤炭在鍋爐中的燃燒時間增長，物理不完全燃燒損耗小，因此可以降低煤灰中的含炭量和煙氣中的,CO,含量，從而起到很好的綜合效果。,,如右圖所示，未加催化劑前，煤炭的著火活化能為,Q1,、著火點為,T1,，加催化劑后可以使得煤炭的著火活化能降為,Q2,、著火點降為,T2,。,,那么實際燃燒過程中可以多釋放出的顯熱發(fā)熱量為：,,ΔQ=Q1-Q2,,熱分析,圖,1,雞西煤加催化節(jié)煤劑前、后,TG,和,DTG,曲線,雞西煤煤質分析,工業(yè)分析,w/,％,,,,元素分析,w/,％,,,,,M,ad,A,ad,V,ad,FC,ad,C,H,N,S,O,3.50,29.46,12.22,29.82,44.42,3.35,1.23,1.0,13.81,,從圖可以看出加入,HPC,后，煤炭的著火點、燃盡溫度均減低，燃盡率提高；并且，燃燒溫度區(qū)間縮短。表明煤炭加入,HPC,后煤燃燒的反應速度加快，燃燒放熱集中。,,,根據,TG,分析結果，計算可以得到煤炭在未加,HPC,前的燃燒活化能為,166KJ/mol,，而,添加,HPC,后燃燒活化能為,141KJ/mol,，其活化能降低達到,25KJ/mol,。因此，加入,HPC,后可以提高煤炭的顯熱量，達到很好的節(jié)能效果。,,1.3 HPC,煤炭催化劑對煤樣的作用方式,,,催化劑中的離子與煤結構中的表面基團反應形成了新的基團，但并未破壞原有的煤中,C,、,C,，,C,、,H,化學鍵，外加基團的影響導致反應過程中反應所需要的活化能將降低，同時由于加入的離子在反應過程中變成氧化物對燃燒進行催化，進一步降低燃燒內耗和反應活化能，從而達到提高煤燃燒熱值的目的。,,煤樣加入,HPC,后，紅外光譜圖如下圖所示，從紅外光譜譜圖中可以看到，添加,HPC,后不改變煤炭原來有的結構，各特征峰位置在添加,HPC,后基本沒有藍移和紅移現象。,,,1.4 HPC,的特點,,經實驗測試和實際應用，,HPC,煤炭催化劑具有如下特點：,,1,）、,HPC,不含有對燃燒設備有損壞作用的硫酸鹽及鉀、鈉等有害元素，不影響燃燒設備的運行安全。,,2,）、,HPC,具有一定的抗結焦、固硫作用，爐渣或煤灰中的含煤量減少。即能達到節(jié)煤效果，又能降低燃燒煤炭帶來的環(huán)境污染。同時，可以形成優(yōu)質的粉煤灰副產品。,,3,）、用戶不需變動工藝或設備，使用過程方便。,,4,）、,HPC,適用于噴煤粉鍋爐、鏈條爐、噴水煤漿鍋爐及其它燃煤設備。不同煤種，包括褐煤、無煙煤、煙煤、泥煤等均可使用。,,5,）、,HPC,為液體劑型，使用方便分散均勻，且價格便宜。,,6,）、,HPC,備常規(guī)催化劑所具有的降低化學不完全燃燒和物理不完全燃燒作用，因此，對于燃燒效率偏低的設備和系統，綜合節(jié)煤率遠大于氧彈儀測試的彈筒發(fā)熱量數據。,,二、,HPC,對鍋爐腐蝕性檢測,HPC,對鍋爐用,20,#,鋼腐蝕性研究報告,鍋爐用,20,#,鋼成分分析,成分,C,Mn,Si,含量,/%,0.20,0.38,0.17,2.1,實驗方法,,（,1,）金相觀察,,將實驗用,20,#,鋼按照,GB/T13298-1991,要求制備金相試樣，并用偏光顯微鏡觀察表面、顯微組織。顯微鏡放大倍率為,×200,。,,試樣觀察、拍照后，用,HPC,浸泡試樣（,HPC,液體的濃度根據實際情況定為,0.2wt%,），并記錄,1d,、,3d,、,7d,經浸泡后實驗的顯微組織變化情況。,,（,2,）表面腐蝕變化觀察,,用實驗用,20,#,鋼制備,50mm×50mm,的試樣，浸泡于,0.2wt%HPC,溶液中，拍照記錄試樣經浸泡,7d,后的表面變化腐蝕情況。,,2.2,實驗結果與分析,,（,1,）金相觀察,圖,1,未浸泡試樣金相,,圖,2,浸泡,1d,試樣金相,圖,3,浸泡,3d,試樣金相,圖,4,浸泡,7d,試樣金相,,對比觀察浸泡前后試樣的金相組織，試樣金相組織完整，未見晶界腐蝕現象，,HPC,未對試樣造成腐蝕。,,,（,2,）表面腐蝕變化觀察,圖,1,未浸泡試樣表面,,圖,2 0.2wt%HPC,液浸泡,7d,試樣表面,從圖可以看出，試樣在,0.2wt%HPC,液浸泡,7d,后，,,表面無蝕坑，溶液未腐蝕試樣表面。,,三、氧彈法熱量測試,一、測試標準,,GB/T 213-2003,煤的發(fā)熱量測定方法,,GB /T 211,煤中全水分的測定方法,,GB /T 212-2001,煤的工業(yè)分析方法,,GB /T 214-1996,煤中全硫的測定方法,,GB /T 483,煤炭分析試驗方法一般規(guī)定,測試用煤煤質分析,項目,M,ad,A,ad,V,ad,FC,ad,全硫,空氣干燥基高位發(fā)熱量,/MJ·kg,-1,含量,/%,3.5,35.0,23.0,38.5,1.0,21.33,,加入,HPC,量為,0.1%,、,0.15%,、,0.2%,、,0.25%,（質量分數）后，測試結果列于下表。,,項目,,,加入,HPC/%,空氣干燥基,,低位發(fā)熱量,,/MJ·kg,-1,變化量,,/%,干燥基,,高位發(fā)熱量,,/MJ·kg,-1,變化量,,/%,0.00,20.32,-,21.33,-,0.1,22.82,12.3,23.82,11.7,0.15,23.05,13.4,24.05,12.6,0.2,22.54,10.9,23.54,10.4,0.25,23.02,13.2,24.03,12.7,,由于實際燃燒過程和氧彈測試過程中煤炭的燃燒過程有很大差異，實際燃燒過程中將能夠取得更好的效果。通過對種煤炭測試的結果，,HPC,能夠提高煤炭的干燥基高位發(fā)熱量,5~13%,。,,SGS對比測試結果,,,四、實際應用,實例一：混油燃煤鍋爐實驗,,,在某廠,130t/h,鍋爐上進行工業(yè)應用試驗。用實驗中所用的煤種，在鍋爐運行工況相同下，按照,HPC,的最佳配比加入煤中燃燒運行，與未加催化劑燃燒的情況進行對比分析，以研究該系列催化劑的應用效果。,,加入后鍋爐運行效果如下：（,1,）不加,HPC,時，平均噸汽耗標煤量為,106.6kg,煤,/t,汽，加,HPC,后運行,1,個月，平均噸汽耗標煤量為,85.7kg,煤,/t,汽，節(jié)煤率為,19.6,％，具有顯著的經濟效益；（,2,）滅火次數減少,90,％，掉焦次數減少,1/2,，鍋爐運行穩(wěn)定性增強，爐膛結焦狀況改善，月可節(jié)約穩(wěn)燃油量為,3t,。,,實例二：鏈條爐鍋爐實驗,,,在某廠,20t/h,鏈條爐鍋爐上進行工業(yè)應用試驗。用實驗中所用的煤種，在鍋爐運行工況相同下，按照,HPC,的最佳配比加入煤中燃燒運行,1,天，與未加催化劑燃燒的情況進行對比分析，以研究該系列催化劑的應用效果。,,使用后，在不降低鏈條傳輸速度的情況下，爐膛溫度從,750℃,提高到,927℃,，實際觀測燃燒過程發(fā)現：煤炭加,HPC,后，燃燒時間提前，火焰較之前明亮，燃燒后的煤灰顏色明顯變白，煙氣顏色得到明顯的變淺，排除煙塵量減少。將鏈條傳輸速度降低,20,％后，爐膛溫度緩慢降低到,670℃,左右。實際分析節(jié)煤量約,26.5,％。,,鏈條爐實驗,,實例三：水煤漿爐鍋爐實驗,,,在某陶瓷原料制備廠燃燒水煤漿烘干爐上進行工業(yè)實驗，按照,HPC,的最佳配比加入水煤漿中燃燒運行,1,天，與未加催化劑燃燒的情況進行對比分析，以研究該系列催化劑的應用效果。,,將,HPC,緩慢倒入水煤漿儲罐，并攪拌均勻后，在鍋爐參數不變的情況下,10min,左右后，鍋爐熱空氣出口處溫度由,772℃,升到,829℃,，實際觀測發(fā)現：水煤漿加,HPC,煤炭燃燒催化劑后，火焰較之前明亮，燃燒后的煤灰顏色變白，煙氣顏色變淺。將輸漿泵轉速由,800r/min,調整到,680r/min,后，鍋爐熱空氣出口處溫度降低到,780℃,左右。實際分析節(jié)省水煤漿量為,13.7,％。,,水煤漿爐實驗,,實例四：水泥立窯實驗,,,在某立窯水泥廠進行工業(yè)實驗，按照,HPC,的最佳配比加入水煤漿中燃燒運行,1,天，與未加,HPC,的情況進行對比分析，以研究該系列催化劑的應用效果。,,運行一周后，節(jié)煤量達到,12%,。,,實例五 烤漆爐試驗,在廣東省新美銳科技有限公司烤漆爐進行工業(yè)實驗，按照,HPC,煤炭燃燒催化劑按照煤的,0.2%,的量加入混勻后，試燒效果表明，,加入高性能煤炭燃燒催化節(jié)煤劑后：,,1,、鍋爐內煤炭燃燒性能得到很好的改善，火苗高度提高、接火速度快、溫度維持時間長；,,2,、鍋爐加煤時間由過去的每,40,分鐘加一次煤，延長到每,50,分鐘加一次煤；,,3,、爐渣顏色變淺，渣內含碳量降低；,,4,、節(jié)煤率,=,（加催化節(jié)煤劑后燃燒時間,-,未加催化節(jié)煤劑后燃燒時間）,/,未加催化節(jié)煤劑后燃燒時間,×100%=,（,50-40,）,/40×100%=25%,。,,,實例六型煤試驗,,在某蜂窩煤廠進行型煤工業(yè)實驗，按照,HPC,煤炭燃燒催化劑按照煤的,0.2%,的量加入混勻后，做成蜂窩煤。試燒效果表明，可多加,20~30%,的粘土，燃燒過程中基本上沒有,SO,2,的刺激性氣味，接火性能提高，燃燒溫度提高。,,目前，已經在湖南、江西等地推廣應用。,,五、研究成果、專利與獎勵,已發(fā)表研究成果,,[1],新型煤低成本高性能環(huán)保燃燒催化劑,.,潔凈煤技術,.2008.2,,[2],煤加催化劑后漫反射紅外光譜與彈筒發(fā)熱量變化關系,.,煤化工,.2007.3,獲得獎勵,,中華環(huán)?；饡?——“,綠動未來,·2008”,最佳創(chuàng)意獎,,申請發(fā)明專利,,六、節(jié)煤添加劑市場分析,,目前，國內節(jié)煤添加劑主要為在受熱過程中能夠放出氧氣的物質，無法滿足在先進的鍋爐上應用（比如電廠鍋爐，其燃燒效率基本上均在,90%,以上，但該行業(yè)消耗的煤炭總量最大），因此推行,高性能煤炭燃燒催化節(jié)煤劑,具有重要的意義和市場價值。當前，能夠通過國標檢測處效果的,節(jié)煤劑，據我們的研究了解，只有我們的,HPC,能夠實現，因此，,HPC,系列產品具有很好的市場價值。,,,HPC,系列化學干預煤炭燃燒催化節(jié)煤劑，能夠穩(wěn)定的達到節(jié)煤,7~25%,的效果，在多家公司應用取得了很好的效果。該系列高性能煤炭燃燒催化節(jié)煤劑用量為煤炭總量的,0.1~0.3%,，全國每年市場煤炭催化節(jié)煤劑潛在需求量為,183~549,萬噸（只計算火力發(fā)電和建材行業(yè)消耗原煤）,,,按此計算，其潛在市場價值可到每年百億元以上。,,HPC,適用范圍和使用方法,鏈條爐、流化床等工藝：,用噴霧方式，在煤的輸送皮帶上添加催化劑；,,煤粉工藝：,在煤入磨時滴入；,,水煤漿：,磨制水煤漿時，分散劑加入之前先添加,HPC,催化劑；,,焦炭：,將,HPC,加入洗灰池，或在焦炭堆場噴霧滲入；,,水泥廠：,在煤計量或輸送設備上加入；,,煤供應商預處理,：,HPC,與煤接觸后，其催化效果將永久性保留，所以也適用于煤炭坑口預處理。此時需用錘式破碎機將煤破碎至,<10mm,左右，并同步噴霧添加,HPC,。破碎時可調配低熱值煤或煤矸石，在保證煤質的同時進一步提高效益。,,七、環(huán)保效益分析,1,、降低硫氧化物（,SOx,）排放量,,由于燃煤中所含的硫在燃燒過程中會產生污染大氣環(huán)境的硫氧化物，,HPC,以活性大的金屬氧化物作為脫硫劑，通過化學反應可達到部分固硫、脫硫的目的。,,2,、減少氮氧化物（,NOx,）排量,,氮氧化物為一氧化氮（,NO,）和二氧化氮（,NO2,）的總稱，煙氣中,NO,占,95,％左右，,HPC,以還原及吸收方式去除氮氧化物。,,3,、一氧化碳及碳氫化物的減排,,,HPC,以促進完全燃燒的方式，減少一氧化碳及碳氫化合物的排放量。,,4,、煙氣粉塵含量降低,,加入,HPC,可使爐內燃燒狀況改善，煤炭的可燃成份充分燃燒，不冒黑煙，鼓風或引風機開得小，氣流速度小，帶來的塵粒相應減少，使爐渣呈膨松狀，塵粒不易揚散。,,附：部分煤炭加,HPC,后彈筒發(fā)熱量變化測試結果,煤,,種,產地,煤質工業(yè),,分析,/,％,HPC,煤炭催化劑加入量,/,％,氧彈儀測試,彈筒,,發(fā)熱量,/kJ,?,kg,-1,彈筒發(fā)熱量提高百分比,/,％,無,,煙,,煤,萍鄉(xiāng),M,ad,＝,1.00,0,23.56,0.00,,,A,ad,＝,26.72,0.05,24.75,5.05,,,V,ad,＝,7.23,0.1,26.50,12.48,,,FC,ad,＝,65.05,0.15,27.09,14.98,,,,0.2,26.98,14.52,,京西,M,ad,＝,0.80,0,22.70,0.00,,,A,ad,＝,23.81,0.05,25.10,10.57,,,V,ad,＝,4.52,0.1,26.75,17.84,,,FC,ad,＝,70.86,0.15,26.50,16.74,,,,0.2,26.00,14.54,,焦作,1,#,M,ad,＝,1.06,0,23.14,0.00,,,A,ad,＝,22.67,0.05,25.78,11.41,,,V,ad,＝,4.54,0.1,26.12,12.88,,,FC,ad,＝,71.72,0.15,27.14,17.29,,,,0.2,26.85,16.03,,,松木坪,M,ad,＝,2.09,0,20.45,0.00,,,A,ad,＝,33.49,0.05,22.91,12.03,,,V,ad,＝,11.15,0.1,23.21,13.50,,,FC,ad,＝,53.27,0.15,23.41,14.47,,,,0.2,23.14,13.15,,鄉(xiāng)寧,M,ad,＝,1.29,0,27.14,0.00,,,A,ad,＝,9.05,0.05,30.35,11.83,,,V,ad,＝,14.62,0.1,30.51,12.42,,,FC,ad,＝,75.04,0.15,30.87,13.74,,,,0.2,30.67,13.01,,密縣,M,ad,＝,2.38,0,27.67,0.00,,,A,ad,＝,20.76,0.05,30.52,10.30,,,V,ad,＝,14.01,0.1,31.00,12.03,,,FC,ad,＝,62.85,0.15,30.64,10.73,,,,0.2,30.60,10.59,,煙,,煤,富源,M,ad,＝,2.33,0,25.84,0.00,,,A,ad,＝,20.98,0.05,28.15,8.94,,,V,ad,＝,26.32,0.1,28.56,10.53,,,FC,ad,＝,50.37,0.15,28.45,10.10,,,,0.2,28.35,9.71,,平頂山,M,ad,＝,2.98,0,24.56,0.00,,,A,ad,＝,11.85,0.05,26.78,9.04,,,V,ad,＝,26.71,0.1,26.98,9.85,,,FC,ad,＝,58.46,0.15,27.15,10.55,,,,0.2,27.11,10.38,,靈武,1,＃,M,ad,＝,3.7,0,25.15,0.00,,,A,ad,＝,7.69,0.05,27.96,11.17,,,V,ad,＝,20.35,0.1,28.56,13.56,,,FC,ad,＝,68.26,0.15,28.79,14.47,,,,0.2,29.45,17.10,,褐,,煤,寶日希勒,M,ad,＝,3.89,0,27.56,0.00,,,A,ad,＝,10.89,0.05,31.25,13.39,,,V,ad,＝,37.31,0.1,31.20,13.21,,,FC,ad,＝,47.91,0.15,31.15,13.03,,,,0.2,31.01,12.52,,小龍?zhí)?2,＃,M,ad,＝,10.45,0,25.19,0.00,,,A,ad,＝,10.89,0.05,28.12,11.63,,,V,ad,＝,41.91,0.1,28.57,13.42,,,FC,ad,＝,37.74,0.15,28.76,14.17,,,,0.2,28.91,14.77,,天祝,M,ad,＝,1.97,0,24.74,0.00,,,A,ad,＝,8.98,0.05,27.34,10.51,,,V,ad,＝,47.71,0.1,28.10,13.58,,,FC,ad,＝,43.90,0.15,27.75,12.17,,,,0.2,27.68,11.88,,謝謝！,,