專利名稱：一種火電廠用煤粉助燃劑的制作方法
技術領域：
本發明屬助燃劑技術領域，特別涉及一種火電廠用煤粉助燃劑。
背景技術：
現在市場上生產煤用添加劑、助燃劑的種類甚多，但真正能解決煤炭燃燒過程中的環保、節能等問題的微乎其微，例如燃煤不充分，粉塵、結焦酸性有害氣體排放不給力等等，造成不能有效的提高熱效率。申請號為200910066215. 2的發明專利申請公開了一種水泥窯用煤粉助燃劑，其組成及重量百分比為錳礦石50 80%，化學激發劑10 40%，熟料助燒劑5% 15%，水分含量小于2% ；其采用的化學激發劑為硝酸鉀、碳酸鉀、硅酸鈉的一種或組合。其通過錳礦石和化學外加劑的共同作用，降低煤粉的燃點，提高煤粉灰分的熔點，并在高溫下調節燃燒氣氛，達到促進劣質煤的集中燃燒的目的，實現在水泥窯中使用劣質煤時煅燒合格水泥熟料的要求。但是其采用的化學激發劑在自然界比較難于獲取，而且在火電廠中對燃煤的燃燒效果要求更高，因此需要一種更理想的助燃劑，能夠進一步降低煤粉的燃點，提高煤粉的利用效率，更加節約用煤。

發明內容
基于上述原因，本發明的目的在于，提供一種在自然界比較容易獲取，能夠達到節煤13%以上效果的火電廠用煤粉助燃劑。本發明采用的技術方案是，一種火電廠用煤粉助燃劑，其組成及重量百分比為錳礦石50 80 %，化學激發劑10 40 %，熟料助燒劑5 % 15%，其中化學激發劑為鋁硅酸鈉或鋁硅酸鉀；進一步，火電廠用煤粉助燃劑組成及重量百分比為錳礦石50 70%，化學激發劑20 40%，熟料助燒劑5% 15% ；進一步，所述的錳礦石中錳含量以Mn02計質量比含量不低于40% ；進一步，所述助燒劑為含Cu、Cr、鑭系稀土元素天然礦物其中的一種或組合；進一步，所述的熟料助燒劑組成及重量百分比為CuO 55^-70^,0203 20% 40%，鑭系稀土 La02 5% 10%。催化燃燒的特點是降低反應所需的活化能，使反應能在較低的溫度下進行。煤粉在著火階段，主要表現為揮發分的釋放和燃燒。隨著大部分揮發分釋放完畢，周圍的氧氣逐漸擴散到煤粉裂解后的焦炭表面并滲透到孔隙結構中，在一定的溫度作用下，氧氣和焦碳表面碳和氫作用形成二氧化碳和水為主的產物并往外擴散。在這個階段，促進氧氣與焦碳的充分接觸能提高煤粉的燃盡。特別是在煤粉燃燒的后期階段，由于有機碳的消耗，煤粉體積逐漸收縮，煤粉中的灰分逐漸覆蓋在外層，阻礙了氧氣往煤焦內部的進一步擴散，不可避免的造成難燃盡。上述組分中，錳礦石與化學激發劑在高溫下發生一系列的物理化學變化，錳礦石中的Mn02與化學激發劑形成固體氧化劑(如KMn04)、金屬離子(如K+、Na+等)等。固體氧化劑可以起到增氧作用，改變煤燃燒時局部缺氧的狀況，且熱量集中，有助于煤的進一步燃燒，繼而提高煤的燃燒效率，減小煤粒外排，降低空氣污染和能源浪費；而金屬離子與煤炭中含有的腐植酸鹽(一般是不溶性的腐植酸鈣)將進行鹽基交換而生成著火點較低的腐植酸鹽，當煤粉表面的這些氣態低分子量的碳氫化合物質量分數達到一定值時，與氧氣化合反應放熱遠遠大于散熱，使反應迅速加快，形成著火，改變了煤炭的著火性能。同時，某些金屬鹽分解的氧化物或直接添加進去的金屬氧化物促進了煤炭中長鏈脂肪族烷烴的C-C 鍵的斷裂分解，使氣態揮發分較快釋放出來，增加了易燃的揮發分含量，從而加快了煤的著火速度。金屬離子促進C = O鍵的形成和加強，削弱煤中C-C鍵使之易斷裂，且C = 0鍵作為電子給予體與具有未滿d能帶的過渡金屬形成絡合物CO-M+(M+為催化劑的金屬離子)， 該絡合物擔負著反應活性中心的作用，其反應式為M+-C0+02 — M0+C024M0+C — 2M20+C02M20+1/202 — 2M0中間絡合物氧化分解成金屬氧化物M0，MO被碳還原成金屬或低價金屬氧化物， 然后依靠金屬或低價金屬氧化物吸附氧氣，便又得到金屬氧化物，就這樣金屬一直處于氧化-還原的循環中。由于氧氣不斷從金屬向碳原子傳遞，加快了氧氣的擴散速度，有利于加速碳的燃燒，增加煤的燃燼率，但金屬離子也會與煤中的氧基官能團結合，同時在燃燒中也會與煤中礦物質作用，因此在使用火電廠用煤粉助燃劑時應注意含量對催化效果的影響， 并不是摻量越多越好。金屬鹽類或金屬氧化物等添加劑本身熱容小，且能催化煤炭中長鏈脂肪族烷烴的 C-C鍵的斷裂，變成相對較小的分子，增加分子的熱運動，降低煤的熱容，提高了煤的熱傳遞。電子轉移學說從電子催化理論入手，認為金屬離子嵌入碳晶格的內部使碳的微觀結構發生變化并作為電子給予體，通過電子轉移加速部分反應步驟。此外催化劑中的金屬離子在加熱過程中能夠被活化，從而其自身的電子發生轉移成為電子給予體，金屬離子將形成空穴，而碳表面的電子構型也將發生變化，這種電荷的遷移將加速某些反應，從而提高了整個反應的速度，使碳燃燒得更充分。同時化學激發劑中的一種無機鹽受熱達到一定溫度時發生微爆，使周圍的可燃物膨松，增加供氧面積，使燃煤能夠得到更加充分的燃燒，燃煤熱效率得到了顯著的提高。自然界含錳的礦物約有150多種，但含錳量高的礦物并不多。本發明選用錳礦石，主要利用錳礦石的主要組成Mn02，為減少天然錳礦石中雜質成分的影響，要求錳礦石中 Mn02含量不低于40%。助燃劑中錳礦石的用量根據錳礦石中Mn02含量的不同進行適當調離
iF. ο本發明組分中熟料助燒劑的主要作用是降低液相形成溫度或增加液相量，加速固相、液相、固液界面的反應，改變液相的粘度和表面張力，從而改善熟料礦物(C2S、 C3S)的晶體生長和形態，有利于熟料強度的提高和熟料燒成的節能降耗。熟料礦物屬于 Ca0-Si02-A1203-Fe203四元體系，其中CaO為堿性組分，Si02為酸性組分，A1203、Fe203為中性或兩性組分。四元體系中硅氧陰離子團主要以簡單的Si044-的形式存在，提高堿度對中和反應的影響并不明顯，而硅氧復合體的擴散活化能和粘流活化能相等，熔融物的粘度、 表面張力取決于硅氧陰離子團的遷移速率。酸性增加時，如加入比AW43-、!^043-酸性強的S042-，則鋁、鐵朝著提高陽離子A13+、Fe3+的堿性方向移動，使結構松散，粘度下降。堿性增加時，反應的平衡朝著生成補充四面體的Al、!^e離子數量方向移動。據此推斷離子荷徑比和Me-O鍵能的減少，元素對液相粘度的降低的效果減弱，即離子半徑小、高電荷的離子(如Cr、CU、Mn、Ti、ai等)是降低熔融物粘度和表面張力的最有效離子。CuO既是礦化劑，又是助熔劑，可降低燒成溫度50°C。CuO含量0.5%時使CaO在 1100°C下反應；1 %時使得游離氧化鈣在1200°C下迅速下降，并認為是CuO促進了四元體系的反應活性。Cr有各種形態，其中Cr3+、Cr6+較為穩定。Cr能固溶于β-C2S中，提高生料的活性和穩定3-C2S相。適量的Cr加入后能顯著提高熟料質量，但是摻加過量則使得熟料游離氧化鈣增加，熟料質量下降。鑭系稀土元素是以鑭(La)為代表的一族元素，具有相似的外層電子結構，對熟料的煅燒均具有促進作用。鑭系稀土元素在熟料燒成固相反應階段可通過形成中間產物促進固相反應；在燒成階段對硅酸鹽礦物形成起催化作用。能使碳酸鹽分解溫度、固相反應溫度、阿利特形成溫度等下降10_35°C，達到同樣燒成程度的時間縮短5-15min。當在體系中添加鑭系稀土元素時，因其4f軌道居于6d、5s、6p軌道內層，成鍵能力很弱，但它可奪取反應分子形成反應活化體，然后再轉變為產物分子，從而大大加快了礦物的形成速率。與此相應，礦物形成速率的加快又促使CaO粒子擴散遷移速度的加快，使新分解而產生的CaO能快速地與酸性氧化物(Si02、A1203、狗20；3)反應形成中間產物，并導致正在分解的碳酸鹽顆粒的產物層迅速變薄，進而又加快碳酸鹽分解反應的速度。本發明選用的是鑭系稀土元素為鑭系稀土提純礦物La02，La02含量在99%以上。稀土礦物用量(以La02計)在0. 06% 以下時(在熟料中的質量比)有顯著效果，多加后效果減緩。本發明的火電廠用煤粉助燃劑，通過錳礦石和化學外加劑的共同作用，降低煤粉的燃點，提高煤粉灰分的熔點，并在高溫下調節燃燒氣氛，達到促進劣質煤的集中燃燒的目的，實現在火電廠中使用劣質煤時煅燒合格熟料的要求。通過大量實驗證實，化學激發劑對錳礦石的助燃效果有很好的促進效果，在錳礦石中Mn02含量較低、雜質成分較多時以及使用煤粉的灰份含量較高時，適當增加化學激發劑的比例可促進錳礦石的助燃效果，而選用錳礦石中Mn02含量較高時以及所使用煤粉灰份含量較低時，采用化學激發劑對錳礦石的助燃作用的促進作用減弱，可適當減少化學激發劑的用量。根據火電廠用煤粉的情況，在選用錳礦石的Mn02含量大于40%時，錳礦石在助燃劑中含量不宜低于50%，否則不能發揮Mn02的助燃作用，在錳礦石中Mn02含量較高時，可增加錳礦石含量，降低化學激發劑的含量。但是化學激發劑在助燃劑中含量不應低于10%，否則將不能發揮其激發作用，嚴重影響錳礦石的助燃作用發揮。采用錳礦石50 80%，化學激發劑10 40% (兩者在助燃劑中總量為85% 95%)的比例均可獲得較好的助燃效果。通過兩者的協同強化燃燒作用，可實現節煤13%以上。熟料助燒劑中CuO 55% 70%，Cr203 20% 40%，鑭系稀土 La02 5% 10%的比例是經過大量實驗確定的最佳配比，按照5% 15%的比例加入時， 主要作用是促進熟料燒成反應，使煤粉中的灰份可與生料成分更好反應，使熟料強度提高 3 5MPa。煤粉助燃劑中各組分對煅燒設備無損害，通過節煤可減少廢氣排放，因此具有重大經濟、社會、環保效益，可廣泛用于活力發電廠生產中。
具體實施方式
實施例1火電廠用煤粉助燃劑的組成(重量百分比)為錳礦石70%，化學激發劑20% (由組成)，熟料助燒劑10% (由CuO 65%, Cr203 25%，鑭系稀土 La02 10%組成)。據此按照0. 06%的摻入量加入煤粉中，可實現以熱值為19000 20000kJ/kg的劣質煤燒制熟料， 熟料燒成熱耗降低，節煤15%，熟料28d抗壓強度提高4MPa。實施例2火電廠用煤粉助燃劑的組成(重量百分比)為錳礦石50%，化學激發劑40% (為鋁硅酸鈉或鋁硅酸鉀)，熟料助燒劑10% (由CuO 65%，Cr203 25%，鑭系稀土 La02 10% 組成)。據此按照0. 04%的摻入量加入煤粉中，可實現以熱值為18000 20000kJ/kg的劣質煤燒制熟料，熟料燒成熱耗降低，節煤15%，熟料28d抗壓強度提高3. 5MPa。實施例3火電廠用煤粉助燃劑的組成(重量百分比)為錳礦石60%，化學激發劑30% (為鋁硅酸鈉或鋁硅酸鉀)，熟料助燒劑10% (由CuO 65%，Cr203 25%，鑭系稀土 La02 10% 組成)。據此按照0. 05%的摻入量加入煤粉中，可實現以熱值為18000 20000kJ/kg的劣質煤燒制熟料，熟料燒成熱耗降低，節煤16%，熟料28d抗壓強度提高3. 5MPa。
權利要求
1.一種火電廠用煤粉助燃劑，其組成及重量百分比為錳礦石50 80%，化學激發劑 10 40%，熟料助燒劑5% 15%，其中化學激發劑為鋁硅酸鈉或鋁硅酸鉀。；
2.如權利要求1所述的火電廠用煤粉助燃劑，其特征在于，火電廠用煤粉助燃劑組成及重量百分比為錳礦石50 70%，化學激發劑20 40%，熟料助燒劑5% 15%。
3.如權利要求1所述的火電廠用煤粉助燃劑，其特征在于，所述的錳礦石中錳含量以 Mn02計質量比含量不低于40 %。
4.如權利要求1所述的火電廠用煤粉助燃劑，其特征在于，所述熟料助燒劑為含Cu、 Cr、鑭系稀土元素天然礦物其中的一種或組合。
5.如權利要求1所述的火電廠用煤粉助燃劑，其特征在于，所述的熟料助燒劑組成及重量百分比為CuO 55% 70%，Cr203 20% 40%，鑭系稀土 La02 5% 10%。
全文摘要
本發明公開了一種火電廠用煤粉助燃劑火電廠用煤粉助燃劑組成及重量百分比為錳礦石50～80％，化學激發劑10～40％，熟料助燒劑5％～15％，水分含量小于2％。其中的化學激發劑為鋁硅酸鈉或鋁硅酸鉀；本發明中的化學激發劑原料易于獲得，并且能夠達到節煤13％以上效果，因此具有良好的經濟效益，值得推廣。
文檔編號C10L9/10GK102559331SQ201110439348
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者張亞南 申請人:洛陽大澤節能環保科技有限公司