化学干预煤炭高性能燃烧催化剂介绍

1、化学干预煤炭高性能燃烧催化剂介绍第1页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一概述 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1020。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。 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。第2页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一一. HPC作用原理、方式和特点1.1 化

2、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。第3页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一1.2HPC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

3、总能量的2040，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第4页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一热分析图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

4、分析 w/元素分析 w/MadAadVadFCadCHNSO3.5029.4612.2229.8244.423.351.231.013.81 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。第5页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一1.3 HPC煤炭催化剂

5、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。第6页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一 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。第7页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一1.4 HPC的特点 经实验测试和实

6、际应用，HPC煤炭催化剂具有如下特点： 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。 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。 3）、用户不需变动工艺或设备，使用过程方便。 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。 5）、HPC为液体剂型，使用方便分散均匀，且价格便宜。 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

7、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。 第8页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一二、HPC对锅炉腐蚀性检测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CMnSi含量/%0.200.380.172.1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50mm5

8、0mm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。第9页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一2.2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。 第10页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一（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

9、表面。第11页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一三、氧弹法热量测试一、测试标准 GB/T 213-2003 煤的发热量测定方法 GB /T 211 煤中全水分的测定方法 GB /T 212-2001 煤的工业分析方法 GB /T 214-1996 煤中全硫的测定方法 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MadAadVadFCad全硫空气干燥基高位发热量/MJkg-1含量/%3.535.023.038.51.021.33第12页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一 加入HPC量为0.1%、0.15%、0.2%、0.25%（质量

10、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/%0.0020.32-21.33-0.122.8212.323.8211.70.1523.0513.424.0512.60.222.5410.923.5410.40.2523.0213.224.0312.7 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%。第13页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一SGS对比测试结果第14页，共33

11、页，2022年，5月20日，23点14分，星期一四、实际应用实例一：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。 第15页，共33页，2022年

12、，5月20日，23点14分，星期一实例二：链条炉锅炉实验 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。 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。第16页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星

13、期一链条炉实验第17页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一实例三：水煤浆炉锅炉实验 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。 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

14、量为13.7。第18页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一水煤浆炉实验第19页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一实例四：水泥立窑实验 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。 运行一周后，节煤量达到12%。第20页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一实例五 烤漆炉试验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：1、锅炉内煤炭燃烧性能得到

15、很好的改善，火苗高度提高、接火速度快、温度维持时间长；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；3、炉渣颜色变浅，渣内含碳量降低；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%。第21页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一第22页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一实例六型煤试验 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SO

16、2的刺激性气味，接火性能提高，燃烧温度提高。 目前，已经在湖南、江西等地推广应用。第23页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一五、研究成果、专利与奖励已发表研究成果1新型煤低成本高性能环保燃烧催化剂.洁净煤技术.2008.22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获得奖励中华环保基金会“绿动未来2008”最佳创意奖第24页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一申请发明专利第25页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一六、节煤添加剂市场分析 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

17、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。 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。第26页，共33页，20

18、22年，5月20日，23点14分，星期一HPC适用范围和使用方法链条炉、流化床等工艺：用喷雾方式，在煤的输送皮带上添加催化剂；煤粉工艺：在煤入磨时滴入；水煤浆：磨制水煤浆时，分散剂加入之前先添加HPC催化剂；焦炭：将HPC加入洗灰池，或在焦炭堆场喷雾渗入；水泥厂：在煤计量或输送设备上加入；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。第27页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一七、环保效益分析1、降低硫氧化物（

19、SOx）排放量 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 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 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 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。第28页，共33页，2022年，5月20

20、日，23点14分，星期一附：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Mad1.00023.560.00Aad26.720.0524.755.05Vad7.230.126.5012.48FCad65.050.1527.0914.980.226.9814.52京西Mad0.80022.700.00Aad23.810.0525.1010.57Vad4.520.126.7517.84FCad70.860.1526.5016.740.226.0014.54焦作1#Mad1.06023.140.

21、00Aad22.670.0525.7811.41Vad4.540.126.1212.88FCad71.720.1527.1417.290.226.8516.03第29页，共33页，2022年，5月20日，23点14分，星期一松木坪Mad2.09020.450.00Aad33.490.0522.9112.03Vad11.150.123.2113.50FCad53.270.1523.4114.470.223.1413.15乡宁Mad1.29027.140.00Aad9.050.0530.3511.83Vad14.620.130.5112.42FCad75.040.1530.8713.740.230.6713.01密县Mad2.38027.670.00Aad20.760.0530.5210.30Vad14.010.131.0012.03FCad62.850.1530.6410.730.230.6010.59第30页，共33页，2