节煤添加剂的特性研究

2007年第1期节能(总第294期)ENERGY CONSERVATION-27 -节煤添加剂的特性研究于海深,王风彦(燕山大学环境与化工学院,河北秦皇岛066004)摘要:选取几种金属氧化物和盐制备- -种节煤添加剂,利用热重分析方法分析它们对煤的发热量、着火温度等燃烧特性的影响。实验结果表明，该节煤添加剂可有效降低煤的着火温度、增加煤燃烧的发热.量,当节煤添加剂加入量为0.6%左右时,可使炉膛溫度提高60~ 100C ,提高高炉热效率10%左右,节煤15%~20%。关键词:煤;燃烧特性;添加剂中图分类号:TK411文献标识码:B 文章编号 :1004 - 7948(2007)01 - 0027 -031引言将煤样自然风干,然后经过粉碎机、球磨机等粉加人节煤添加剂可有效改善煤炭燃烧性能,提碎,过200目筛,利用堆锥四分法缩分,即得本研究高煤炭的燃烧效率,-方面可以节省能源,另一方面所需样本,并且储存于磨口玻璃瓶中。可减少环境污染,研究开发使用节煤添加剂具有十表1煤样的分析结果分现实的意义。煤样产地Mag/%Vg/%A./%Fs/%2实验大同27.6916.0053.60山西寿阳2.0612.0320. 1340.042.1样品制备陕西府谷1.9733.9112.7647.04实验煤样来自不同产地,如大同煤、山西寿阳、注:M.V.AF分别为按GB212 - 91方法测定的煤样中水陕西府谷,煤样的工作分析结果如表1所示。分挥发分、灰分、固定炭的质量百分数。厂的进口水量、出口水量、出口COD值的在线监测低,并且留有接口便于系统扩展。机动态管理。系统的建成率先实现了省级层面上城建议制定统- -的技术标准,规范城市污水处理市污水处理的在线监测,改变了以往监管技术手段在线监测管理系统的建设、运行和维护,实现不同区落后的局面,提升了城市污水处理监测水平,提高了域、不同部门的资源整合与共享;在现有数据监测的监管效率,节省了人力和财力,降低了监管成本,有基础上,利用视频监视、通信、网络技术,增加遥视功效地遏制了污水处理企业偷停、偷排等违规现象的能,实现对城市污水处理厂的远程视频监控;加快在发生,避免了环境的二次污染,有效发挥了财政资金线监测成套设备的国产化进程,提高国产仪器各项的投资效用。监测管理系统长期连续的监测数据将指标的性能,降低系统建设成本,满足日益增长的市为以后选择适合地域特点的污水处理工艺、确定经场需求。济合理的处理规模及编制辽宁区域性污水处理规划参考文献提供依据。同时,监测管理系统的应用将在规范污[1]孟庆强，吴大为,林毅,等.探讨城市污水在线监测系统水处理企业的市场准入、制定城市污水处理收费标地应用[J].中国给水排水. 2004 ,20(7):34 - 36.2]李国刚.环境在线自动监测技术与仪器设备的发展动态准及加强政府监管职能等方面起到深远的影响。[J].生命科学仪器.2003,1(2):21 -30.4结语[3]曹吉吉,秦保平,徐立敏.我国污染源在线监测现状及建议[J].中国环境监测. 2002, 18(2):1- 3.城市污水处理在线监测管理系统和传统监测方[4]高占祥.水质在线监测中的若千问题.城市环境与城市式相比，实现了污水处理量及理化参数量数据的自动监测和随机监测,对在线监测设备非正常运转情作者YH中国煤化工，子东人,硕士生,工程况以及对污水偷排超标排放、设备闲置等情况实现师,主CNM HG。自动报警,自动生成数据统计报表，系统运行费用收稿日期2006- 11 -07;修回日期:2006- 12- 18节能2007年第1期-28一ENERGY CONSERVATION(总第294期)2.2实验仪器和设备速准确测定的本添加剂对大同无烟煤的热失重曲线WCT- 2A型差热天平,电控和气氛控制单元，和着火温度的影响。数据处理系统及记录仪。2.3实验条件每次试验称取样品质量为10. 00 mg (200目粉末)。差热天平升温速率为20C /min ,间隔0.1C/nin。 差热天平上下两个进气口同时通入空气,空.气流速为60ml/min。二升温范围为室温至1000 C左右。600 700 8002.4节煤添加剂的组成1-原煤;2 -0.25%助燃剂:3 -0.5%助燃剂;根据文献[1],碱金属和碱:土金属的氧化物及其4- 1.5%助燃剂;5 - 3.0%助燃剂。盐类对煤的燃烧有着非常大的促进作用,因此,分别图1助燃剂对太西煤的 TG曲线影响选取五种碱金属和碱士金属的氧化物及其盐类作为560添加剂的基本成分,其中A、C为碱金属盐类,B、D、E为碱土金属或金属氧化物。在添加剂组成的确定实验中,利用正交试验的方法,考察上述5种物质对其中一种大同煤样的燃50烧特性的影响,根据正交法试验原理,按L27(3}3)表480.5 1.0 1.5 22.5 3.0安排试验。因素及水平见表2,表中水平数为加入C1%添加剂组分占煤样重量的百分比。正交试验指标为图2着火温度随助燃剂浓度的变化发热量、着火温度2个主要燃烧特性参数。由表3可见，燃煤添加剂添加量和煤种的不同,表2因素与水平试验表其着火温度下降程度也不同,最大下降幅度在80C水平/%左右,最佳浓度在0.5 %~1.5%。因素表3着火温度随添加剂浓度的变化A0.52.0编号23B添加剂浓度g/100g煤0.25 0.50 1.5 3.0D着火温度t大同无烟煤570 550 510 495 490山西寿阳45044434039实验结果表明,选择适当的添加剂能显著改善为了改善煤炭的燃烧性能,利用热分析仪在严煤的燃烧性能,在对试验结果进行极差分析和方差格控制试验条件下,称取样品重量5. 8mg,空气流速分析的基础上,求得上述5个基本组成的最佳组合,100ml/min,升温速率50C /min,样品粒度200目,即得到添加剂最佳组成成分。测试不同添加浓度的大同煤样,在加热燃烧过程中2.5实验方法的放热变化(即DTA曲线变化) ,并将它们汇合在同对煤样燃烧性能的测定采用热分析方法[2],首- -坐标纸上进行对比。从图3可清楚看到,不同添先将准确称取好的煤样放置于差热天平上,在启动加浓度的煤样的放热程度、放热强度、放热峰的温度升温的过程中,同时记录样品的重量随温度的变化，区间、放热峰面积大小(可衡量放热焓的大小)等燃并且记录升温过程中的热重曲线(TG曲线)和热重烧性能方面的明显差别。微分曲线(DTG曲线),同时将处理器接在差热天平从图3曲线1可见,在原煤燃烧时,初始放热速的差热信号输出端，即可将差热分析曲线(CTA曲度平中国煤化工间内放热基本停线)的面积求出,该面积与发热量成正比,即可比较滞,到HCN MH G故热峰,表明此时发热量的大小。煤炭的着火温度是煤炭燃烧性能的煤炭才激烈燃烧。而添加了0.5%添加剂的样品的重要指标。图1、图2分别为采用热失重(TG)法快燃烧放热情况就大不相同了,从曲线3明显可见,其2007年第1期节能(总第294期)ENERGY CONSERVATION二29二.初始升温速率就比原煤快,恰恰在原煤停滞放热的空气污染和能源浪费。600~ 700C区间,其放热达到最强的峰,最后燃尽的常用的固体氧化剂有硝酸盐类如Ba(NO3)2、温度也比原煤提前了。这充分说明了添加剂改善了NaNO3、NHNO3、KNO3;氯酸盐类如KCIO3、Na-原煤的燃烧性能,使煤炭提前着火燃烧速度快、放CIO;高锰酸钾类如KMnO4。三类氧化剂与碳反应热强度大且易燃尽,有利于煤炭利用率和热能利用的生成物为N2和CO2,N2不会造成空气污染,而且率的提高。本添加剂的大量对比试验表明,它能提气体的产生有利于燃料的疏松,使煤粒易和氧接触，高锅炉热效率10%左右,节煤15% ~ 20% ,并大大燃烧更充分;氯酸盐和碳的反应产物为氯化物和改善了燃烧工况:煤的着火提前,火焰中心前移,煤CO2,高锰酸钾和碳的反应产物为Mn2+和CO2,生层火苗增强,炉膛温度提高60~ 100C ,炉渣颜色变成氯化物和Mn2+对燃烧有催化作用,亦有利于煤白,含碳量明显下降。的燃烧,但从价格上考虑,氧化剂应以硝酸盐为主,180其他为辅。160对硝酸盐类氧化剂,我们对几种氧化剂进行对140120比实验,发现硝酸钡挥发性小，燃烧平稳,使用效果. 100i 80比较理想。60403.3催化剂在节煤添加剂当中的作用20如前所述,催化剂的加入可以增加煤的活性,这300 400 500600700800900是因为加入催化剂后,碳的晶格发生扭曲变化,碳-1-原煤;2 -0.25%助燃剂;3 - 0.5%助燃剂;4 - 1.5%助燃剂。金属络合物容易从晶格中脱离出来,碳的活性提高。圉3助燃剂对太西煤燃烧性能的影响经实验表明,钾和钠的氧化物或盐类对提高煤和碳3实验结果与讨论的活性最为明显,但从降低成本考虑,宜选用钠盐为3.1添加剂的作用原理催化剂。节煤添加剂主要是由氧化剂、催化剂、膨松剂、综上所述,同-种节煤添加剂对不同煤样的助稳定剂等化工原料复配而成，以燃煤氧化催化(活燃效果是不同的，在实际应用过程中必须针对不同化)为主,根据燃烧过程的低、中、高温各阶段所需不的煤种来研制节煤添加剂。同作用，合理选择氧化剂和催化剂以改善燃烧条件，4结论使燃煤燃烧得更加充分,降低燃煤的燃点,加快燃烧(1)选取了5种金属氧化物和盐组成添加剂,利速度,提高炉膛温度和火焰高度,强化供热过程。同用正交试验的方法,研究其助燃效果,并且制备了节时节煤添加剂中还有一种无机盐受热达到一定温度煤添加剂。.时发生微爆,使周围的可燃物膨松，增加供氧面积，(2)研究结果表明,在煤炭燃烧过程中加入节煤使燃煤能够得到更加充分的燃烧,燃煤热效率得到添加剂能有效地降低煤炭的着火温度,增加煤炭的了显著的提高,又降低了烟尘的排放量,减少了环境发热量。污染(3)该节煤添加剂可有效降低煤的着火温度、增3.2氧化剂在节煤添加剂当中的作用加煤燃烧的发热量,当节煤添加剂加入量为0.6%由于煤炭在燃烧过程中容易因局部缺氧而产生左右时,可使炉膛温度提高60~100C,提高高炉热不完全燃烧而形成煤烟,或在粉煤灰中含有碳颗粒,效率10%左右,节煤15% ~ 20%。其对层状燃烧更容易局部缺氧造成煤烟或煤颗粒包参考文献夹于炉渣之中,从而造成能源浪费和空气污染,为克[1]温:必宏.锅炉燃煤添加剂的开发[J].广东化工, 199服煤燃烧的不完全,就要增加其反应速度,加入氧化(4):46 -47.剂可达到这一-目 的。因此,我们在燃煤助燃剂中首[2]武增华.用微机热分析仪快速、直观地评价煤炭的燃烧中国煤化工:50-52.先加入固体氧化剂,可以起到增氧作用,改变煤燃烧作者二皇岛人,高级工程师，时局部缺氧的状况,且热量集中,有助于煤的进- -步从事MHCNMHG住战上己儿四的明几0燃烧,继而提高煤的燃烧效率,减小煤粒外排,降低收稿日期:2006-08-11.