化学干预煤炭高性能燃烧催化剂介绍

化学干预煤炭高性能燃烧催化剂（ HPC）介绍概述v HPC是华南理工大学创新研制的新型化学干预煤炭燃烧催化剂，通过消除点燃过程中煤的内耗和不完全燃烧热损失， 提高煤炭弹筒发热量约 5% 15%，且降低物理不完全燃烧和化学不完全燃烧，用户煤耗相应降低 10 20。另外，用于水泥厂时， HPC兼有完整的矿化作用，将降低最低共熔点、促进 A矿发育。v HPC本身不燃不挥发无腐蚀，不含对环境和皮肤有害或腐蚀元素，不改变煤炭的坩锅粘结等特性。 用户不需更换或变动任何设备。一 . HPC作用原理、方式和特点v 1.1 化学干预煤炭催化燃烧在煤中加入少量的化学添加剂可以改变煤的燃烧性能，这就是煤的 化学干预煤炭催化燃烧技术 。随着燃烧技术的提高，煤在燃烧器中的物理不完全燃烧已经很少，常规的靠提高燃烧效率的办法来节能无法取得好的效果。 煤在燃烧过程中，借助催化剂的催化作用，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。v 1.2HPC作用机理是煤炭在燃烧过程中，煤炭本身燃烧所消耗的活化能占煤炭总能量的 20 40，根据燃烧的作用机理，通过引入催化剂可以降低燃烧过程的活化能，从而达到降低燃烧内耗、增加显热发热量和从根本上节能的目的 。同时，由于着火点的降低，煤炭在锅炉中的燃烧时间增长，物理不完全燃烧损耗小，因此可以降低煤灰中的含炭量和烟气中的 CO含量，从而起到很好的综合效果。如右图所示，未加催化剂前，煤炭的着火活化能为 Q1、着火点为 T1，加催化剂后可以使得煤炭的着火活化能降为Q2、着火点降为 T2。那么实际燃烧过程中可以多释放出的显热发热量为：Q=Q1-Q2热分析图 1 鸡 西煤加催化 节 煤 剂 前、后 TG和 DTG曲 线鸡 西煤煤 质 分析工 业 分析 w/ 元素分析 w/Mad Aad Vad FCad C H N S O3.50 29.46 12.22 29.82 44.42 3.35 1.23 1.0 13.81从图可以看出加入 HPC后，煤炭的着火点、燃尽温度均减低，燃尽率提高；并且，燃烧温度区间缩短。表明煤炭加入 HPC后煤燃烧的反应速度加快，燃烧放热集中。根据 TG分析结果，计算可以得到煤炭在未加 HPC前的燃烧活化能为 166KJ/mol，而 添加HPC后燃烧活化能为 141KJ/mol，其活化能降低达到 25KJ/mol。因此，加入 HPC后可以提高煤炭的显热量，达到很好的节能效果。v 1.3 HPC煤炭催化剂对煤样的作用方式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。煤样加入 HPC后，红外光谱图如下图所示，从红外光谱谱图中可以看到，添加 HPC后不改变煤炭原来有的结构，各特征峰位置在添加 HPC后基本没有蓝移和红移现象。v 1.4 HPC的特点v 经实验测试和实际应用， HPC煤炭催化剂具有如下特点：v 1）、 HPC不含有对燃烧设备有损坏作用的硫酸盐及钾、钠等有害元素，不影响燃烧设备的运行安全。 v 2）、 HPC具有一定的抗结焦、固硫作用，炉渣或煤灰中的含煤量减少。即能达到节煤效果，又能降低燃烧煤炭带来的环境污染。同时，可以形成优质的粉煤灰副产品。v 3）、用户不需变动工艺或设备，使用过程方便。 v 4）、 HPC适用于喷煤粉锅炉、链条炉、喷水煤浆锅炉及其它燃煤设备。不同煤种，包括褐煤、无烟煤、烟煤、泥煤等均可使用。v 5）、 HPC为液体剂型，使用方便分散均匀，且价格便宜。v 6）、 HPC备常规催化剂所具有的降低化学不完全燃烧和物理不完全燃烧作用，因此，对于燃烧效率偏低的设备和系统，综合节煤率远大于氧弹仪测试的弹筒发热量数据。 二、 HPC对锅炉腐蚀性检测v HPC对锅炉用 20#钢腐蚀性研究报告 锅 炉用 20#钢 成分分析成分 C Mn Si含量 /% 0.20 0.38 0.172.1实验方法（ 1）金相观察将实验用 20#钢按照 GB/T13298-1991要求制备金相试样，并用偏光显微镜观察表面、显微组织。显微镜放大倍率为 200。试样观察、拍照后，用 HPC浸泡试样（ HPC液体的浓度根据实际情况定为 0.2wt%），并记录 1d、 3d、 7d经浸泡后实验的显微组织变化情况。（ 2）表面腐蚀变化观察用实验用 20#钢制备 50mm50mm的试样，浸泡于 0.2wt%HPC溶液中，拍照记录试样经浸泡 7d后的表面变化腐蚀情况。2.2实验结果与分析 （ 1）金相观察图 1 未浸泡 试样 金相 图 2 浸泡 1d试样 金相图 3 浸泡 3d试样 金相 图 4 浸泡 7d试样 金相对比观察浸泡前后试样的金相组织，试样金相组织完整，未见晶界腐蚀现象， HPC未对试样造成腐蚀。 （ 2）表面腐蚀变化观察图 1 未浸泡 试样 表面 图 2 0.2wt%HPC液浸泡 7d试样 表面从图可以看出，试样在 0.2wt%HPC液浸泡 7d后，表面无蚀坑，溶液未腐蚀试样表面。三、氧弹法热量测试一、测试标准v GB/T 213-2003 煤的发热量测定方法v GB /T 211 煤中全水分的测定方法v GB /T 212-2001 煤的工业分析方法v GB /T 214-1996 煤中全硫的测定方法v GB /T 483 煤炭分析试验方法一般规定测试 用煤煤 质 分析项 目 Mad Aad Vad FCad 全硫 空气干燥基高位 发热 量 /MJkg-1含量 /% 3.5 35.0 23.0 38.5 1.0 21.33加入 HPC量 为 0.1%、 0.15%、 0.2%、 0.25%（ 质 量分数）后， 测试结 果列于下表。项 目加入 HPC/%空气干燥基低位 发热 量/MJkg-1变 化量/%干燥基高位 发热 量/MJkg-1变 化量/%0.00 20.32 - 21.33 -0.1 22.82 12.3 23.82 11.70.15 23.05 13.4 24.05 12.60.2 22.54 10.9 23.54 10.40.25 23.02 13.2 24.03 12.7 由于实际燃烧过程和氧弹测试过程中煤炭的燃烧过程有很大差异，实际燃烧过程中将能够取得更好的效果。通过对种煤炭测试的结果， HPC能够提高煤炭的干燥基高位发热量 513%。SGS对比测试结果四、实际应用v实例一：混油燃煤锅炉实验在某厂 130t/h锅炉上进行工业应用试验。用实验中所用的煤种，在锅炉运行工况相同下，按照 HPC的最佳配比加入煤中燃烧运行，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。 加入后锅炉运行效果如下：（ 1）不加 HPC时，平均吨汽耗标煤量为 106.6kg煤 /t汽，加 HPC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，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，月可节约稳燃油量为 3t。 v 实例二：链条炉锅炉实验v 在某厂 20t/h链条炉锅炉上进行工业应用试验。用实验中所用的煤种，在锅炉运行工况相同下，按照HPC的最佳配比加入煤中燃烧运行 1天，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。v 使用后，在不降低链条传输速度的情况下，炉膛温度从 750 提高到 927 ，实际观测燃烧过程发现：煤炭加 HPC后，燃烧时间提前，火焰较之前明亮，燃烧后的煤灰颜色明显变白，烟气颜色得到明显的变浅，排除烟尘量减少。将链条传输速度降低 20后，炉膛温度缓慢降低到 670 左右。实际分析节煤量约 26.5。链条炉实验v 实例三：水煤浆炉锅炉实验v 在某陶瓷原料制备厂燃烧水煤浆烘干炉上进行工业实验，按照 HPC的最佳配比加入水煤浆中燃烧运行 1天，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。v 将 HPC缓慢倒入水煤浆储罐，并搅拌均匀后，在锅炉参数不变的情况下 10min左右后，锅炉热空气出口处温度由 772 升到 829 ，实际观测发现：水煤浆加HPC煤炭燃烧催化剂后，火焰较之前明亮，燃烧后的煤灰颜色变白，烟气颜色变浅。将输浆泵转速由800r/min调整到 680r/min后，锅炉热空气出口处温度降低到 780 左右。实际分析节省水煤浆量为 13.7。水煤浆炉实验v 实例四：水泥立窑实验v 在某立窑水泥厂进行工业实验，按照 HPC的最佳配比加入水煤浆中燃烧运行 1天，与未加 HPC的情况进行对比分析，以研究该系列催化剂的应用效果。v 运行一周后，节煤量达到12%。实例五 烤漆炉试验v 在广东省新美锐科技有限公司烤漆炉进行工业实验，按照 HPC煤炭燃烧催化剂按照煤的 0.2%的量加入混匀后，试烧效果表明， 加入高性能煤炭燃烧催化节煤剂后：v 1、锅炉内煤炭燃烧性能得到很好的改善，火苗高度提高、接火速度快、温度维持时间长；v 2、锅炉加煤时间由过去的每 40分钟加一次煤，延长到每 50分钟加一次煤；v 3、炉渣颜色变浅，渣内含碳量降低；v 4、节煤率 =（加催化节煤剂后燃烧时间 -未加催化节煤剂后燃烧时间） /未加催化节煤剂后燃烧时间 100%=（ 50-40） /40100%=25%。实例六型煤试验v 在某蜂窝煤厂进行型煤工业实验，按照HPC煤炭燃烧催化剂按照煤的 0.2%的量加入混匀后，做成蜂窝煤。试烧效果表明，可多加2030%的粘土，燃烧过程中基本上没有 SO2的刺激性气味，接火性能提高，燃烧温度提高。v 目前，已经在湖南、江西等地推广应用。五、研究成果、专利与奖励已发表研究成果v 1新型煤低成本高性能环保燃烧催化剂 .洁净煤技术.2008.2v 2煤加催化剂后漫反射红外光谱与弹筒发热量变化关系 .煤化工 .2007.3获得奖励获得奖励v中华环保基金会 “ 绿动未来 2008”最佳创意奖申请发明专利六、节煤添加剂市场分析v 目前，国内节煤添加剂主要为在受热过程中能够放出氧气的物质，无法满足在先进的锅炉上应用（比如电厂锅炉，其燃烧效率基本上均在 90%以上，但该行业消耗的煤炭总量最大），因此推行 高性能煤炭燃烧催化节煤剂 具有重要的意义和市场价值。当前，能够通过国标检测处效果的 节煤剂，据我们的研究了解，只有我们的 HPC能够实现，因此， HPC系列产品具有很好的市场价值。v HPC系列化学干预煤炭燃烧催化节煤剂，能够稳定的达到节煤 725%的效果，在多家公司应用取得了很好的效果。该系列高性能煤炭燃烧催化节煤剂用量为煤炭总量的 0.10.3%，全国每年市场煤炭催化节煤剂潜在需求量为 183549万吨（只计算火力发电和建材行业消耗原煤） ,按此计算，其潜在市场价值可到每年百亿元以上。HPC适用范围和使用方法v 链条炉、流化床等工艺： 用喷雾方式，在煤的输送皮带上添加催化剂；v 煤粉工艺： 在煤入磨时滴入；v 水煤浆： 磨制水煤浆时，分散剂加入之前先添加 HPC催化剂；v 焦炭： 将 HPC加入洗灰池，或在焦炭堆场喷雾渗入；v 水泥厂： 在煤计量或输送设备上加入；v 煤供应商预处理 ： HPC与煤接触后，其催化效果将永久性保留，所以也适用于煤炭坑口预处理。此时需用锤式破碎机将煤破碎至 10mm左右，并同步喷雾添加 HPC。破碎时可调配低热值煤或煤矸石，在保证煤质的同时进一步提高效益。七、环保效益分析1、降低硫氧化物（ SOx）排放量v 由于燃煤中所含的硫在燃烧过程中会产生污染大气环境的硫氧化物， HPC以活性大的金属氧化物作为脱硫剂，通过化学反应可达到部分固硫、脱硫的目的。2、减少氮氧化物（ NOx）排量v 氮氧化物为一氧化氮（ NO）和二氧化氮（ NO2）的总称，烟气中 NO占 95左右， HPC以还原及吸收方式去除氮氧化物。3、一氧化碳及碳氢化物的减排v HPC以促进完全燃烧的方式，减少一氧化碳及碳氢化合物的排放量。4、烟气粉尘含量降低v 加入 HPC可使炉内燃烧状况改善，煤炭的可燃成份充分燃烧，不冒黑烟，鼓风或引风机开得小，气流速度小，带来的尘粒相应减少，使炉渣呈膨松状，尘粒不易扬散。附：部分煤炭加 HPC后弹筒发热量变化测试结果煤种 产 地煤 质 工 业分析 /HPC煤炭催化剂 加入量 /氧 弹仪测试 弹筒发热 量 /kJkg-1弹 筒 发热 量提高百分比 /无烟煤萍 乡 Mad 1.00 0 23.56 0.00Aad 26.72 0.05 24.75 5.05Vad 7.23 0.1 26.50 12.48FCad 65.05 0.15 27.09 14.980.2 26.98 14.52京西 Mad 0.80 0 22.70 0.00Aad 23.81 0.05 25.10 10.57Vad 4.52 0.1 26.75 17.84FCad 70.86 0.15 26.50 16.740.2 26.00 14.54焦作 1# Mad 1.06 0 23.14 0.00Aad 22.67 0.05 25.78 11.41Vad 4.54 0.1 26.12 12.88FCad 71.72 0.15 27.14 17.290.2 26.85 16.03松木坪 Mad 2.09 0 20.45 0.00Aad 33.49 0.05 22.91 12.03Vad