一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉配方及其制備方法與流程

本發(fā)明屬于煤粉燃燒技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉配方及其制備方法。

背景技術(shù)：

我國自然資源的基本特點是富煤、貧油、少氣，這就決定了煤炭在一次能源中不可或缺的重要地位。我國煤炭的儲量占世界儲量的11.60％，煤炭資源總量為5.6萬億噸，其中已探明儲量為1萬億噸，到目前為止，我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國。改革開放三十多年來，在我國工業(yè)的快速崛起、工業(yè)的快速發(fā)展過程中，煤炭作為主要的能源起到了舉足輕重的作用。

然而，煤炭資源的利用前景卻頗為令人憂心。從開采方面看，我國煤炭資源在開采規(guī)模、采煤方法、技術(shù)裝備水平上的差別，使得煤炭資源的回收水平差異較大，開采技術(shù)落后的小型煤礦數(shù)量較大，使得我國的煤炭開采技術(shù)水平整體偏低。有些企業(yè)采用一次采全高的方法，只采中間一層，頂?shù)酌罕粡U棄，采一丟四；一些小型煤炭企業(yè)采煤方法落后，對煤炭的回采率有的甚至不到30％，造成了資源的極大浪費。從使用方面看，煤燃燒生成的污染物NOx等造成的環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重，嚴(yán)重地威脅著人類的健康，主要表現(xiàn)為酸雨和光化學(xué)煙霧，已經(jīng)嚴(yán)重地影響到人類的生活和發(fā)展。

因此，提高煤粉燃燒效率、降低燃燒污染物排放對于我國煤資源的利用尤其重要?，F(xiàn)有技術(shù)中提高煤粉的燃燒效率，降低燃燒污染的手段有很多，如改變燒嘴的類型，但是這種方法需要對現(xiàn)有的設(shè)備進行改造，消耗成本并且影響生產(chǎn)，操作復(fù)雜，不適于工業(yè)應(yīng)用。煤粉添加劑的應(yīng)用是在不改變煤燃燒設(shè)備的前提下，依照煤燃燒的化學(xué)反應(yīng)原理，用添加少量添加劑的方法來改善煤粉的燃燒性能，達到提高煤粉燃燒效率和降低污染物含量的目的。近年來，國內(nèi)很多研究者開始廣泛研究添加各種添加劑對煤粉燃燒性能的影響，并取得了一定的成果。

如，中國專利申請?zhí)枮?01110100569.1的申請案公開了一種煤炭燃燒改性催化添加劑，該申請案的煤炭燃燒改性催化添加劑由硝酸稀土10-15％、銅及其化合物10-15％、鐵及其化合物8-10％、鎂及其化合物35-52％和無機鹽20-25％組成，其所用無機鹽為硝酸鉀、硝酸鈉中的一種或二種。通過向煤粉中添加該申請案的添加劑在一定程度上能夠提高煤粉的燃燒效率，有利于實現(xiàn)節(jié)煤減排的效果。

又如，中國專利申請?zhí)枮?00910231034.0的申請案公開了一種燃煤添加劑及其制備方法， 該申請案的燃煤添加劑的質(zhì)量組成為：煤渣改良劑5～13份、助燃劑6～19份、固硫劑10～25份、催化劑4～10份；其中，所述煤渣改良劑由氯化鎂和硫酸鈉組成，所述助燃劑由硝酸鉀、高錳酸鉀和氯酸鈉組成，所述固硫劑由乙醇胺、異丙醇胺和氫氧化鈣組成，所述催化劑為硝酸鈰。該申請案通過多種組分的配合從而能夠同時兼有催化助燃、減少污染物排放和保持設(shè)備清潔的三重作用，且添加劑的添加量相對較少。

但現(xiàn)有煤粉燃燒用添加劑的組分配方大多相對復(fù)雜，成本較高，且其對煤粉燃燒性能的改善仍有待進一步提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有煤粉添加劑的組分配方相對復(fù)雜、成本高，且煤粉的燃燒性能有待進一步提高的不足，提供了一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉配方及其制備方法。采用本發(fā)明的技術(shù)方案能夠有效提高煤粉燃燒效率，同時降低NOx及SO₂污染物的排放，且其工藝配方簡單，成本低，有利于工業(yè)推廣應(yīng)用。

2.技術(shù)方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉配方，其是通過向煤粉中添加一定量的海鹽作為添加劑制備而成的，其中，所述海鹽與煤粉的混合質(zhì)量比例為2:100～5:100。

更進一步的，所述的煤粉為由天然煤粉礦石經(jīng)粉碎研磨后，使用目數(shù)為200目的篩網(wǎng)篩分后獲得的粒徑小于74μm的煤粉顆粒。

更進一步的，所述的海鹽包括如下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分：Cl元素：50-55％；Na元素：15-20％；S元素：＜3％；F元素：5-8；Mg元素：5-8；Ca元素：4-6；Al元素：＜3％

更進一步的，所述的海鹽為由海水直接經(jīng)除雜處理后獲得或采用市售海鹽。

更進一步的，所述海鹽與煤粉的混合質(zhì)量比例為4:100～5:100。

更進一步的，所述海鹽與煤粉的混合質(zhì)量比例為4:100。

本發(fā)明的一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉的制備方法，其步驟為：將所述的海鹽溶于去離子水中，經(jīng)過濾處理后與煤粉按照質(zhì)量比混合，然后于水浴條件下對混合液進行攪拌，使其充分混合，隨后置于烘箱中烘干，即得本發(fā)明的煤粉。

更進一步的，所述水浴的溫度為40～60℃，且將混合液在水浴條件下進行攪拌1～2h。

更進一步的，所述烘箱溫度為100～110℃，烘干處理時間為2～3h。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著效果：

(1)本發(fā)明的一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉配方，是通過向煤粉中添加特定含量的海鹽作為添加劑制備而成的，從而可以有效促進揮發(fā)分的析出與煤粉的燃燒，使煤粉的燃盡溫度及最大失重溫度均有所提前，煤粉的著火點也得到了有效的降低，催化劑效果明顯。同時，本發(fā)明通過海鹽的添加還能夠顯著減少燃料氮向NO的轉(zhuǎn)化及SO₂的排放量，并減短污染物的生成時間。

(2)本發(fā)明的一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉配方，通過選擇特定的海鹽種類，并將海鹽與煤粉的混合比例進一步優(yōu)化為4:100～5:100，從而可以使煤粉的燃燒效率等燃燒性能的改善與煤粉燃燒污染物的排放量之間實現(xiàn)最佳配合，在保證顯著提高煤粉燃燒效率、降低其著火點的基礎(chǔ)上，具有綜合最佳的NO_x與SO₂脫除效果。

(3)本發(fā)明的一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉配方，其添加劑海鹽可通過將海水進行簡單的除雜處理之后獲得，來源廣泛，價格低廉，有廣泛的應(yīng)用前景，同時也可直接使用市場上的海鹽。

(4)本發(fā)明的一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉的制備方法，通過向煤粉中添加特定比例的海鹽制備而成，其配方組成及制備工藝簡單，成本較低，且能夠有效提高煤粉的燃燒性能，降低燃燒污染物的排放量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中海鹽與煤粉按不同比例混合后煤粉燃燒的著火點變化關(guān)系圖；

圖2是海鹽與煤粉按不同比例混合后煤粉燃燒的SO₂的累計排放量關(guān)系圖；

圖3為海鹽與煤粉按不同比例混合后煤粉燃燒的NO_x的累計排放量關(guān)系圖。

具體實施方式

本發(fā)明的一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉配方，其是通過向煤粉中添加一定量的海鹽作為添加劑制備而成的，其中，所述的煤粉為由天然煤粉礦石經(jīng)粉碎研磨后，使用目數(shù)為200目的篩網(wǎng)篩分后獲得的粒徑小于74μm的煤粉顆粒，海鹽與煤粉的混合質(zhì)量比例為2:100～5:100，更優(yōu)選為4:100～5:100，其最佳混合比例為4:100。本發(fā)明中的海鹽由海水直接經(jīng)除雜處理后獲得，也可采用市售海鹽，其主要包括如下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分：Cl元素：50-55％；Na元素：15-20％；S元素：＜3％；F元素：5-8；Mg元素：5-8；Ca元素：4-6；Al元素：＜3％

針對現(xiàn)有煤粉燃燒性能相對較差，其燃燒污染物的排放量較大的問題，國內(nèi)研究者展開了大量實驗研究，并且得到了許多煤粉添加劑的配方。采用現(xiàn)有煤粉添加劑雖然能在一定程度上提高煤粉的燃燒效率，但其組分配方和制備工藝相對復(fù)雜，成本較高，且其對煤粉燃燒性能的改善能力有待進一步提高，這也是影響煤粉添加劑推廣應(yīng)用的主要問題。發(fā)明人結(jié)合煤粉燃燒過程的理論分析，并通過長期大量的實驗研究發(fā)現(xiàn)，通過向煤粉中加入一定含量的 海鹽作為添加劑，從而可以有效促進揮發(fā)分的析出與煤粉的燃燒，使煤粉的燃盡溫度及最大失重溫度均有所提前，煤粉的著火點也得到了有效降低，這可能是由于海鹽中的金屬元素在煤粉燃燒過程中充當(dāng)了氧的活性載體，在供電子效應(yīng)下，將氧傳遞到碳表面，從而促進了煤粉的燃燒。同時，本發(fā)明通過海鹽的添加還能夠顯著減少燃料氮向NO的轉(zhuǎn)化及SO₂的排放量，并減短污染物的生成時間，從而降低煤粉燃燒污染物的排放量。

但需要說明的是，發(fā)明人在研究過程中發(fā)現(xiàn)，海鹽的添加量對于煤粉的燃燒性能至關(guān)重要，當(dāng)海鹽添加量過少時，其對煤粉燃燒性能的改善作用相對較小，但當(dāng)海鹽的添加量過多時，海鹽中的一部分Na易覆蓋在部分碳表面上，阻塞部分氣孔，加大了氧擴散的阻力，阻礙煤的燃燒，從而減小了體系的表觀活化能，提高了反應(yīng)速率，使催化著火的作用減弱，進而不能進一步降低煤粉的著火溫度，甚至使著火溫度有所提高。海鹽添加量過多時還會降低燃煤污染物NO_x的脫除率，且易發(fā)生結(jié)焦粘結(jié)現(xiàn)象，存在堵塞碳?？紫兜奈：?。同時發(fā)明人在實驗過程中還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)海鹽添加量過多時，還會導(dǎo)致燃燒過程中產(chǎn)生一些難熔物，這些難熔物在升高到900℃甚至更高溫度時才會消失，從而影響煤粉的燃燒性能。發(fā)明人通過實驗研究對海鹽的添加量進行優(yōu)化設(shè)計，當(dāng)海鹽與煤粉的混合質(zhì)量比例為2:100～5:100，可以在有效提高煤粉燃燒性能的基礎(chǔ)上同時降低燃煤污染物NO_x及SO₂的排放量，尤其當(dāng)海鹽與煤粉的混合質(zhì)量比例為4:100～5:100時，可以使煤粉的燃燒性能、NO_x的排放及SO₂的排放三者之間實現(xiàn)最佳配合，這也是本發(fā)明的關(guān)鍵點。

本發(fā)明的上述具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉的制備方法，其步驟為：將所述的海鹽溶于去離子水中，經(jīng)過濾處理后與煤粉按照質(zhì)量比混合，然后于40-60℃水浴條件下對混合液進行攪拌，使其充分混合，隨后置于烘箱中于100～110℃烘干2～3h，即得本發(fā)明的煤粉。由于本發(fā)明中的海鹽可直接由海水經(jīng)除雜處理后獲得，來源廣泛，價格低廉，且制備工藝簡單，操作要求低，便于工業(yè)推廣應(yīng)用，這對于我國煤粉資源的充分利用具有重大的意義，解決了現(xiàn)有煤粉添加劑的組分配方較為復(fù)雜、成本高的不足，且同時能有效保證煤粉的燃燒性能。

具體的，本發(fā)明通過海鹽中各金屬元素的相互配合作用可以有效促進煤粉的揮發(fā)分的析出以及著火溫度的降低，同時具有增加煤粉顆?？讖降淖饔茫姑悍垲w粒內(nèi)孔面積得到增大，煤粉比表面積相應(yīng)變大，孔徑通暢，與氧化劑接觸更加充分，達到了燃燒時降低著火溫度的作用。此外，通過控制合適的海鹽添加量，可以有效保證煤粉燃燒性能得到有效改善的基礎(chǔ)上，具有最佳配合的NO_x及SO₂脫除效果，且能夠有效防止結(jié)焦粘結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生及燃燒過程中難熔物的產(chǎn)生。

為進一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，現(xiàn)結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作詳細描述。

實施例1

本實例的一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉的制備方法，將天然煤礦石利用磨煤機粉碎研磨，用目數(shù)為200目的篩網(wǎng)篩分后獲得的粒徑小于74μm的煤粉顆粒，分別稱量0.02g海鹽與2g煤粉(質(zhì)量比為1:100)，將海鹽溶于去離子水，過濾處理后與煤粉混合，在40℃水浴中對混合液攪拌1h，充分混合后，放入烘箱中烘干，設(shè)置烘箱溫度為100℃，2h后拿出即可獲得所需的煤粉。本實施例中煤粉的化學(xué)元素分析及工業(yè)分析結(jié)果如下表1所示，所用海鹽為由海水直接經(jīng)除雜處理后獲得，其包括如下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分：Cl元素：55％；Na元素：15％；S元素：2.5％；F元素：5％；Mg元素：8％；Ca元素：6％；Al元素：2％。

表1本實施例中煤粉的元素分析及工業(yè)分析結(jié)果

實施例2

本實例的一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉的制備方法，將天然煤礦石利用磨煤機粉碎研磨，用目數(shù)為200目的篩網(wǎng)篩分后獲得的粒徑小于74μm的煤粉顆粒，分別稱量0.04g海鹽與2g煤粉(質(zhì)量比為2:100)，將海鹽溶于去離子水，過濾處理后與煤粉混合，在55℃水浴中對混合液攪拌1.5h，充分混合后，放入烘箱中烘干，設(shè)置烘箱溫度為107℃，2h后拿出即可獲得所需的煤粉。本實施例中所用煤粉的化學(xué)元素分析及工業(yè)分析結(jié)果同實施例1，所用海鹽為由海水直接經(jīng)除雜處理后獲得，其包括如下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分：Cl元素：53％；Na元素：20％；S元素：2.3％；F元素：6％；Mg元素：5％；Ca元素：5％；Al元素：2.7％。

實施例3

本實例的一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉的制備方法，將天然煤礦石利用磨煤機粉碎研磨，用目數(shù)為200目的篩網(wǎng)篩分后獲得的粒徑小于74μm的煤粉顆粒，分別稱量0.06g海鹽與2g煤粉(質(zhì)量比為3:100)，將海鹽溶于去離子水，過濾處理后與煤粉混合，在60℃水浴中對混合液攪拌2h，充分混合后，放入烘箱中烘干，設(shè)置烘箱溫度為100℃，2h后拿出即可獲得所需的煤粉。本實施例中所用煤粉的化學(xué)元素分析及工業(yè)分析結(jié)果同實施例1，所用海鹽為由海水直接經(jīng)除雜處理后獲得，其包括如下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分：Cl元素：54％；Na元素：17％；S元素：2.85％；F元素：6.87％；Mg元素：6.8％；Ca元素：4％；Al元素：1.6％。

實施例4

本實施例的一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉的制備方法，其制備步驟與實施例1基本相同， 不同之處在于，海鹽與煤粉的質(zhì)量比例為4:100，分別稱量0.08g海鹽和2g煤粉；水浴攪拌時間為1.5h，設(shè)置烘箱溫度為105℃，干燥時間為2.5h。本實施例中所用煤粉的化學(xué)元素分析及工業(yè)分析結(jié)果同實施例1，所用海鹽為美國珊瑚礁精裝海鹽，其包括如下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分：Cl元素：50.81％；Na元素：18.51％；S元素：2.99％；F元素：7.99；Mg元素：6.32；Ca元素：4.25；Al元素：1.32％。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)海鹽與煤粉的質(zhì)量比例為4:100，且所用海鹽為本實施例中的美國珊瑚礁精裝海鹽時，所得煤粉的燃燒性能、NO_x的脫除效果及SO₂的脫除效果實現(xiàn)最佳配合。

實施例5

本實施例的一種具有優(yōu)良燃燒性能的煤粉的制備方法，其制備步驟與實施例1基本相同，不同之處在于，海鹽和煤粉的質(zhì)量比例為5:100，分別稱量0.1g海鹽和2g煤粉；水浴攪拌2h，設(shè)置烘箱溫度為110℃，干燥時間為3h，本實施例中所用煤粉的化學(xué)元素分析及工業(yè)分析結(jié)果同實施例1，所用海鹽組分與實施例3相同。

將本發(fā)明實施例1-實施例5中制備所得煤粉與未添加海鹽的煤粉在相同條件下進行燃燒測試，并對煤粉的燃燒性能及污染物排放量進行測試比較，結(jié)果如圖1-圖3所示。其中，采用熱分析儀(NETZSCH-STA 449C)對煤粉的燃燒性能分別進行研究，實驗條件為：實驗條件為：溫度范圍30-1000℃，實驗氣體為空氣，升溫速率為15K/min，樣品質(zhì)量為9-12mg。由圖1-圖3可以看出，通過向煤粉中添加特定含量的海鹽作為添加劑，可以顯著提高煤粉的燃燒特性、降低煤粉的燃燒點，同時能夠有效降低煤粉燃燒過程中產(chǎn)生的NO_x和SO₂，且其原料組成及制備工藝簡單，成本較低，利于推廣應(yīng)用。其中，當(dāng)海鹽與煤粉的質(zhì)量比為4:100～5:100時效果最好。