燃煤助燃剂及配方原理

作者:十博 发布时间:2021-01-11 01:40

  维普资讯 | l 巷第4 寡4 期 19 年 8 9 5 月 焦 作 矿 业 学 院 学 报 J U RN AL O F J AO ZUO M I I G I S T U TE O I N N N TI Vo1 4 . 1 抽 _ 4 ^ . t 5 99 一 燃 煤 助燃 剂 及 配方 原 理 缪娟 一 7 r 怠蝶的漂何蝶率燃~工 擅是主.提的置蝶 污化者 要我…但=三对 染 …能燃三低空 是 炸 国 如 箍降 要 高藏 蒜青 学 所 面临 的一项课 题 .本文 槊甘 丁珠 酌燃 烧札 理。井 以此为依 据, 研究 了l 蝶 琦燃 弈 的蛆 成置 配 方 燃 j 原理 ,并相 应研 制 出 3种 产品. 关量 词 , T l Q5 LI 盈 7 私肌 / /J a z o ] - l o u u 中圈 涪分 类号 作者茼介 缪娟 .★,16 年生,井师. 93 Ag n ofCo l_ l Re l ̄Pr dp et a 一 n cp l n ks/ M | m n a J s la eo Tc h o o y tt t f e n l g Ab t a t Co li s r c a s p l a n r rm W e e gy∞ iu n o rco ty un r .Bu tho t i p o e t e tcb- w o m r v heh a f i n y o oa n o T d ce c fc la d t c ∞ et ea rp l to sAn is a i hec l h ltyw o k r .I h i o l i n i suef cngt oa—c m sr r e s n u ti rc h s ̄ Q k,t e a h u ̄ o p r a h s^c m b s i c a i m fc a nd o lt s b s ra p o c e o ut on me h n s o o l a , l hi a su e t dis t 。 mpo he o no fc m b si n u ̄ o t g a c n t喇 p rn i ls o ∞ t h e r d? n o o u to -s ri g m a d isr n c p i cpe ,s o trepo Lt ) ̄ c W hc ih埘 n 咖 p h o . ol ̄ n u mu hh l oi r v h et fce c f oa a dte u et ear s c ept mpo eteh ai in yo l n o rd c h i e c n e ;r c p gm e i eptcp c S ils .. 煤作 为我 国的主要 能源 。广筻应用于工农业生产及人 民的生活 之中,它在能源消费结 梅 中 占 7 %以上 .而燃 煤作 为能 源,其 主要拱 能方式 是通过燃 烧产 生直 接利用 的热 能。 0 或者避一步 转化 为机械能或 电髓 以供工农业及民用.例 如在我国众多 的大 中型企业 .有许 多各 式各 样的锅炉 ,锅 炉的供热原料 主要是煤,但 由于其热效率较低 .造成能源浪费 ,同 时排放到大气中 的有害物 质也将对环境造成污染,因此 ,如何提高炼煤 的热效率及减少空 气污染成 为煤化学工作者所面临 的一项课题. 要提高燃煤 的热教率 .就要设祛使煤燃烧得更充分 、更完全 .而要减步空气 污染 ,剜 必须设法 固定有害物质 .基于这一考虑,我们研 崩出燃煤助燃剂,该助燃剂船有效地提高 煤的燃烧效率 .降低有 害挥发分 的l放 .从而减少 空气 污染 .本文将对燃煤助燃荆 的组成 排 及配方原理进行探讨 ,以便为更好地开发 这一新产 品提供基础. 1 燃煤 助燃 剂 的配方原 理 为 了探讨助燃剂 的配方原理,首先要 搞清楚煤 的燃烧机理. 煤 的燃烧方法按燃烧方式可分为如下 3 类: 牧藕 日期: l 9 _ l 2 9,0- 维普资讯 .5 . 4 熹 作 矿 韭 学 裱 一 学 撮 —— 一 一 19 年 95 =! =! != = = : == == = == == = == == == =: = == =; — —— —— — —— — 一 ()层 状燃烧 1 燃烧 . 将 块煤 ,型煤或原煤置 于固定的 或移动的炉螵上面?空气通过燃烧 层 进 行 燃 烧 反 应 . 它 在 小 型 和 中 型 动 力装 置 中 占有 重要 位 置 ,我 国 民甩 炉 灶 也 太 多 采 甩 层 状 ()气 流式燃 烧 2 烧. ()沸 腾式燃烧 3 将固体燃 料先磨 成细粉 ,然后 随空气 在炉 膛 内呈悬 浮状 态进 行燃 较 高速度 的空气从 底部经过炉 螺吹A较小 的粒 子层 中 ( mm) <6 一 当风速 达到 某 一临界速 度时,粒 子层的全 部颗粒 向上飘浮 ,靠 近炉壁 的颗粒 则 向下 降落 - 整个粒子层像藏体 沸腾一般 ,产生强烈 盼枢对运动 故蒋沸腾式 或流他床燃烧 - 麒是一种 以碳 氢元 素为主的链状厦环状结构的化台物,其分子结构 如圈 l 示 : 所 “ 圉 l 燃 烧基 本上是一个强氧 化过 程,井伴 随着 各种复 杂的化 学反应 ( 如热裂解 ,热合成、 脱氢 、氧化 、缩舍 、环化、催 化等 ) .一般可认 为煤 的燃烧分 为 3 瞬段 : 个 ()爆加热释 放 出挥发物: 1 ()气括挥发勃 的着火和燃烧; 2 ( 固体炭素残 留物 的着火和燃烧 . 3 ) II 脱 挥发 分 . 脱挥发分是煤 的有 机质受热分解生成 挥发性气体产物 的过程 .包含许多 化学 反应 .从 煤的表面析 出挥发分 是一个 吸热过程,虽有热量转入,但煤颗粒 表面的温 度基 本上是恒定 的.通过 显徽摄影可 以看到, l着温度 的升高,煤发生初次 裂解形成 一种类 似掘青 的藏体 莲 产麴 ,当掘度商 于 30 5 U时,就有 明显 的藏体产 物生成 ,井 开始挥 发.实验表 明.挥发 分 产率和升温速度无关 ,但受环境压 力影 响 .当压力升高时 .挥发分产率明显下降 . 12 气 相挥 发 袒 的着 火 和 燃 烧 . 在燃料床 盼燃烧过程 中,水 和挥发分 首先逸 出.同时, 由于水煤气反应,产生一氧化 碳和氢气 .其后 .这些气体及挥发分在床 的上部空阊燃 烧. 拉失罗夫 ( a  ̄v 认为,固体燃辩 的气化和燃烧机理可船 有下述 阶段 : L vo ) ①反应 气体扩教 蓟碳 的表 面; @吸附 ; @形成过渡 的化合物; ④产物解暇 . 主 要 的燃 烧 反 应 为: 维普资讯 第 4期 缨蝤 :燃攥 助端 剂及 方 原理 ?5 ? 5 C+O2 C0t ; H 0= H N : o : N O : S O2 S + ; O 挥发分的着火一 般是 在其 离开颗粒 表面一段距离后才发生的.着火的空 间位置一取决 于煤种,二取决于反应话性 ,兰取 决于颗粒大 小.挥发分着火后 。火焰 即向颗粒和环境两 个方 向蔓延 ,直到仅 在颗粒表 面燃 烧. 1 同体炭素殪 留物的着火 和燃烧 . 3 菲尔 禧等人 0 认 为,煤脱 除挥 发分 后形成 的半焦 颗粒的总反 应机理 为: ①氧气 扩散 到 表面 ; @和 表 面 反 应 ; 产 物 被 带 走 。 具 体 来 说 , 碳 与 氧反 应 先 生 成 中间 络 台 物 @ 岛 o. ’,然 后 C ‘ 一 步 分 解 为 CO 和 CO2 进 . 络 合 : 3 2 =C, 4 C+ 02 0 离 解 : C 4c+ ;2 +2 十 O2 C C0 此燃烧反 应是 由溶 解 、络合 及在撞 击下 离解等环节组成 ,其速度 主要 由络台 、离解速度 决 定 . 当温 度 高于 l0 1 时,化 学反应 速 度很快 ,c . 60 C 培舍 物不 待氧 分子撞 击 就 自行分 解,此燃烧反应包括 吸附、络合 、热分解三个环 节,其 中化学趿附 为控制因 素. 在粉煤 的燃烧 过程 中,表面反应 的速度常数取决于温度和粒度,通常可 以看到 ,煤 颗 粒在燃 烧过程 中是形 成空心竦体 的,因此 燃烧是 在外 面和 内面 同时进 行,通过 实验捌定 , 挥发物和剩余匏的燃烧时 间都 随着初始颗粒直径的平方 面变化,这与表面积 比例 一致 . 总 之,煤 的点 燃温度取 决 于煤质的特性 、颗粒 的大 小等 因素 ,如褐煤 的点燃 温 度为 20 30 ,无 姻 煤 的点 燃温度 为 4 0 60 0  ̄ 0℃ 5 - O ℃,而 对于 粉状 燃料 ,前 者 的点 燃 温度 为 10 ,后者 的点 燃温度 302 5" C 0  ̄ .碳球 的燃烧 时间与碳 的粒度 、种 类 、结构有关 ,碳的 活 性越大,粒度越小、 弹碳越容 易燃烧 . j 1 添加糟 和催北剂 . 4 经实验表明 ,煤可被某些添加物活化,从而改善 了煤 的燃烧 速度 .用来催化燃烧 的添 加物可以是盐 类或具有高级氧化 阶段的重金属氧化物 或碱 土金 属氧化物. 15 同藏 和 降 尘 . 烧 煤 畦 , 既 有 微 粒 煤 尘 又 有 硫 的 排 放 问 题 , 目前 我 国 工 业 和 民 用 每 年 向大 气 排 放 2o 3o万 t 左右 的煤烟 ,成 为我国大气 的主要 污染 源 .煤烟 及二 氧化硫 是提 国大气 的主要 污染鞠 ,设想在煤 中加入固硫荆和降尘剂,则能有效 地降低大气 污染. 1 攥燃烧 的数学 模型 . 6 煤燃烧 的数 学模 主要 由热量和质量平衡 式构 成.数学模 型有两类, 即 L ga g ar e n 藏和 E l 法 。前 者为无因扶模型 ,只在一个各因数与时间有关而 与位置无 关的体积 单元 ue r 中确定燃烧 过程 .后 者是利用在空间发 生变化的参数 如温度 、气体 浓度 、粉煤饱和度 及其 相互影 响来分析燃烧 过程 。计算 目的在 于确定 着火与燃烧 时间。僦如对单颗粒燃烧 的计 算 包括碳的燃 烧和挥发分 触燃烧 。一旦 着火后 .颗粒 附近的气辐温度很快就会升高 .煤 的反 应活性越高,挥发分产串越 大 ,气相 中氧浓度越高和气棚温度越低,近颗粒处的温度 与外 国气 相温度 之差越大 .挥发分 的燃烧 时间要 比固定碳短很多.固定碳 的燃烧时阐主要取决 于氧气浓度 、燃烧 室温度和 颗粒大 小. 维普资讯 . 5 ? 6 焦 作 矿 业 学 院 学 报 l9 9 5年 以上 讨 论 了煤 的燃 烧 机 理 .这 也 就是 助 燃 剂 配 方 设 计 盼 傲据 . (1 氧化 剂 的 加 入 1 由于煤颗粒在燃烧 过程 中容 易造成局 部缺 氧使煤燃烧不完全而教风 吹走形成煤烟 ,或 在粉煤 灰 中含有碳粒 ,其 对层状 燃烧更容 易因局部缺氧造成煤烟或煤 颗粒 包夹于炉渣 中, 从而造成 毹源浪费 和空气污染 .为克服煤 燃烧 的不完全 ,就要增加其反应速度,加入氧化 帮 可达到这 目的 .因此 ,我们在 燃煤助燃 剂 中首先加入固 体氧 化剂,可 以起豺增 氧作 用,改变煤燃烧时局部缺氧 的状 况 ,且热量集 中,有助于煤 的进一步燃烧,继而起到 提高 煤的燃烧率 ,减小 煤粒外排 ,降低空气污染 和能源浪费 . 常 用的周体 氧 化剂 有 硝酸盐类 如 B NO3 a 、Na NH NO3 NO 4 、KNO3 氯 酸盐 类 如 ; KCO3 I .Na 1 :高锰酸盐类如 K n .三类 氧化剂 与碳反应 的生成物如下式所示 : C0, M O. 2  ̄3 NO + C=3 O2 + ‘ C N2 t 2 i ̄ 3 C0  ̄ C=3 I 3 02 C- C + + M n + C=2 O ̄ 2 CO2 +Mn t 由上 式 可 知 .硝 酸 盐 和碳 的反应 为 N: {和 C t O,.N , 会 造 成 空 气 污 染 , 而且 气体 的 不 产生 有 利 于燃 料 的疏 松 .使煤 粒 易和 氧 接 触 ,燃 烧更充分 .氯 酸盐和碳 的反应产物 为 ¥- 0 4 '0 5 - - ̄ - 4 l1 I 1 L—一l ) 】¨ s l以 一 氯亿物和 C 2 ,高锰酸盐和碳 的反应产 0f 韵为 Mn 和 C 2 0 t,生成 的氯 化物和 Mn+ 2 对燃烧膏 睦化作用,亦有利 于煤 的燃烧 ,但 从 价 牿 上考 虑 。氧 化剂 以硝 酸盐 为 主 ,其 它 为辅 . 对 硝 酸盐 类 氧 化 剂 ,我 们 对 几种 氧化 剂 l S , 一 O + 0g 1 j s w 】; n5÷ nB 进行对 圪1 实验.发 现硝 酸钡 挥发性小 ,燃烧 平稳 .使用 效果 比较理想. ( ) 催化 荆 的加 入 2 如前 所述 。催化剂 的加入可 以增加煤 的 舌 ,主要是 由于加入催 化荆后 ,碳 的晶格 性 02 . C^ S / 10 . ( 0) m I — —一 5 . 0 发生扭 曲变 化 ,碳 一 金 属络 合 翦容 易 从 晶 格中脱离 出来 ,碳 的插性就提高 .经实验表 圈 2 蛔 气 申 寻 音 l ̄ c s此 韵* 蕞 仉 a/ 蝶 的 lS/h鞋 气锅炉 的计算±摹 I Tt ^ “ 刚 明.钾 和钠 的氧化物或盐类对提高煤和碳的 括牲量为 明显 ,但从降低成本考虐,宜 选用钠盐 为催化剂 . . ‘) 蜀碡蒯 和 降尘飙的加八 3 燃煤添如荆豫韵燃之外,从环境保护角度考虑还应有 固硫和降尘作用 . 常用l 固琉 村有煅爆石灰 、白云石熟石灰等,它们 的作用机理是 s 与 C O和 舶 o, a 反应生成 C S : a O. 2 0 ̄2 a o2 C S S  ̄ C 0+ =2 a O4 实验表明+煤 中的钙硫 比越高,S : O 排放 越小,烟 气 中 s) 舶浓度越低 .如图 2所示. (2 各种 固硫剂的作用效果不尽相同,圈 3 出几种同硫剂加人 时 s : 示 o 的生成量 : 维普资讯 第 4期 缪 螭 :燃 爆肪骷 } 及配 方鹏 f 吐 ?5 ? 7 烧煤 时的大气 污染物 主要 是烟 尘和 S 2 O ,而二 氧化硫 的危害往往 通过 烟尘 而加捌?加 入 降 尘 剂 可 有 效 地 阻 止 粉尘 产生 和 外捧 . 如 3 2 - Fe03. + CO=2 eO(CO2 从 而 I 空 气 F ̄ + f 寞少 污染 . - _ n 2 燃 煤 助 燃 剂 的组威 和 配方 根 据 以 上 原理 . 我 们研 制 出了 3种 产 品 、 } 1 . 宫 、 ’ 、 ~ 未 、 ~ f) —根 火柴 R可 点燃 的火 锅 1 口 煤球 ; f)蜂 窝 煤 引 火 煤 球 ; 2 f) 锅炉 用燃 煤 添加 剂 . 3 其 组 成 主要 有 下列 几 种 成分 f)氧化 剂 1 如 KMn 、Na O, O( CI ,Ba 0 等 . 噩 3 加 ^青再 蕺 何时 的 s 生 毫量 傩 —撼 攮舳 识 炉中 ) oj f)催化剂 2 f)固硫剂 3’ f】阵尘剂 4 如碱 金属 氧化物或盐类等 . 妞C O a 、C CO ? c 3 aOH)等 . a 3 Mg 0 ,C ( 2 如氧化铁等 . f)粘结剂 5 如粘土 .淀粉等 f 视具体情况而定是 否需要加入) . 燃 煤助 燃 剂 的配 方 : 氧 化 剂 :: % ~4 % 固硫剂 :4 ~ 7 1 8 5 % % 月尘 剂: %~8 } 4 % 催 化剂:I %~3 % 牯结 剂和 其它填辩 : 适量 ‘ 3 结 论 燃煤助燃剂 中的氧化剂可 以起到增氧作用 ,从而增加反应速度 .助燃剂 中的催化剂提 高了煤 的反应 活性 ,使煤燃烧得更充分,更完全,而助燃剂中的 固硫剂和 降尘剂,则有效 地降低 了煤烟和二 氧化硫豹排放 ,从而减 少空气污染. 参考文献 1 t守仁辱. 攥蝈荐染与董— 中国环境科学出础 E 2 La r v N vo FI 吐 ? 19 92 T eM e lt im o Re c i n Ta i l P a eD 岵 C mb si  ̄a dGa. c t  ̄o a洲 h cun t f a t s k a g lc o o at o n t ai i l f o f CA】 ] 8 6 :4 1 . 3 " il M Fe d A.e ICo t1 mb a i n o P l e ie u t f u v rz dCo 1 CURA to a .B Le teb aL  ̄ re (9 a ̄ r e c l ry 1 t 4 do d Z k , J m3 薯. 的螺烧 理 沦与 拉 概 率东 化工学 院出蕞社 .1糟 攥 9 5 囊 薯 等. 化学 . 请金 工业 出麓社 _ 螂 1 ( 本文责任蝙辑 扬玉 东】


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