化學(xué)干預(yù)煤炭高性能燃燒催化劑介紹課件

化學(xué)干預(yù)煤炭高性能燃燒催化劑（HPC）介紹概述

HPC是華南理工大學(xué)創(chuàng)新研制的新型化學(xué)干預(yù)煤炭燃燒催化劑，通過(guò)消除點(diǎn)燃過(guò)程中煤的內(nèi)耗和不完全燃燒熱損失，提高煤炭彈筒發(fā)熱量約5%～15%，且降低物理不完全燃燒和化學(xué)不完全燃燒，用戶煤耗相應(yīng)降低10％～20％。另外，用于水泥廠時(shí)，HPC兼有完整的礦化作用，將降低最低共熔點(diǎn)、促進(jìn)A礦發(fā)育。HPC本身不燃不揮發(fā)無(wú)腐蝕，不含對(duì)環(huán)境和皮膚有害或腐蝕元素，不改變煤炭的坩鍋粘結(jié)等特性。用戶不需更換或變動(dòng)任何設(shè)備。一.HPC作用原理、方式和特點(diǎn)1.1化學(xué)干預(yù)煤炭催化燃燒在煤中加入少量的化學(xué)添加劑可以改變煤的燃燒性能，這就是煤的化學(xué)干預(yù)煤炭催化燃燒技術(shù)。隨著燃燒技術(shù)的提高，煤在燃燒器中的物理不完全燃燒已經(jīng)很少，常規(guī)的靠提高燃燒效率的辦法來(lái)節(jié)能無(wú)法取得好的效果。煤在燃燒過(guò)程中，借助催化劑的催化作用，可提高分子活度、降低著火溫度、提高燃燒速度、加速內(nèi)能的釋放，縮短煤在爐膛里的燃盡時(shí)間，既可提高煤的燃燒強(qiáng)度和爐膛溫度，改善煤的燃燒性能，又可較大幅度降低空氣過(guò)剩系數(shù)，降低廢氣排放量，達(dá)到節(jié)煤、減少環(huán)境污染的目的。1.2HPC作用機(jī)理是

煤炭在燃燒過(guò)程中，煤炭本身燃燒所消耗的活化能占煤炭總能量的20％～40％，根據(jù)燃燒的作用機(jī)理，通過(guò)引入催化劑可以降低燃燒過(guò)程的活化能，從而達(dá)到降低燃燒內(nèi)耗、增加顯熱發(fā)熱量和從根本上節(jié)能的目的。同時(shí)，由于著火點(diǎn)的降低，煤炭在鍋爐中的燃燒時(shí)間增長(zhǎng)，物理不完全燃燒損耗小，因此可以降低煤灰中的含炭量和煙氣中的CO含量，從而起到很好的綜合效果。如右圖所示，未加催化劑前，煤炭的著火活化能為Q1、著火點(diǎn)為T(mén)1，加催化劑后可以使得煤炭的著火活化能降為Q2、著火點(diǎn)降為T(mén)2。那么實(shí)際燃燒過(guò)程中可以多釋放出的顯熱發(fā)熱量為：ΔQ=Q1-Q2熱分析圖1雞西煤加催化節(jié)煤劑前、后TG和DTG曲線雞西煤煤質(zhì)分析工業(yè)分析w/％元素分析w/％MadAadVadFCadCHNSO3.5029.4612.2229.8244.423.351.231.013.81

從圖可以看出加入HPC后，煤炭的著火點(diǎn)、燃盡溫度均減低，燃盡率提高；并且，燃燒溫度區(qū)間縮短。表明煤炭加入HPC后煤燃燒的反應(yīng)速度加快，燃燒放熱集中。根據(jù)TG分析結(jié)果，計(jì)算可以得到煤炭在未加HPC前的燃燒活化能為166KJ/mol，而添加HPC后燃燒活化能為141KJ/mol，其活化能降低達(dá)到25KJ/mol。因此，加入HPC后可以提高煤炭的顯熱量，達(dá)到很好的節(jié)能效果。1.3HPC煤炭催化劑對(duì)煤樣的作用方式

催化劑中的離子與煤結(jié)構(gòu)中的表面基團(tuán)反應(yīng)形成了新的基團(tuán)，但并未破壞原有的煤中C、C，C、H化學(xué)鍵，外加基團(tuán)的影響導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)所需要的活化能將降低，同時(shí)由于加入的離子在反應(yīng)過(guò)程中變成氧化物對(duì)燃燒進(jìn)行催化，進(jìn)一步降低燃燒內(nèi)耗和反應(yīng)活化能，從而達(dá)到提高煤燃燒熱值的目的。二、HPC對(duì)鍋爐腐蝕性檢測(cè)HPC對(duì)鍋爐用20#鋼腐蝕性研究報(bào)告鍋爐用20#鋼成分分析成分CMnSi含量/%0.200.380.172.1實(shí)驗(yàn)方法（1）金相觀察將實(shí)驗(yàn)用20#鋼按照GB/T13298-1991要求制備金相試樣，并用偏光顯微鏡觀察表面、顯微組織。顯微鏡放大倍率為×200。試樣觀察、拍照后，用HPC浸泡試樣（HPC液體的濃度根據(jù)實(shí)際情況定為0.2wt%），并記錄1d、3d、7d經(jīng)浸泡后實(shí)驗(yàn)的顯微組織變化情況。（2）表面腐蝕變化觀察用實(shí)驗(yàn)用20#鋼制備50mm×50mm的試樣，浸泡于0.2wt%HPC溶液中，拍照記錄試樣經(jīng)浸泡7d后的表面變化腐蝕情況。2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）金相觀察圖1未浸泡試樣金相

圖2浸泡1d試樣金相圖3浸泡3d試樣金相圖4浸泡7d試樣金相

對(duì)比觀察浸泡前后試樣的金相組織，試樣金相組織完整，未見(jiàn)晶界腐蝕現(xiàn)象，HPC未對(duì)試樣造成腐蝕。

（2）表面腐蝕變化觀察圖1未浸泡試樣表面圖20.2wt%HPC液浸泡7d試樣表面從圖可以看出，試樣在0.2wt%HPC液浸泡7d后，表面無(wú)蝕坑，溶液未腐蝕試樣表面。三、氧彈法熱量測(cè)試一、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GB/T213-2003煤的發(fā)熱量測(cè)定方法GB/T211煤中全水分的測(cè)定方法GB/T212-2001煤的工業(yè)分析方法GB/T214-1996煤中全硫的測(cè)定方法GB/T483煤炭分析試驗(yàn)方法一般規(guī)定測(cè)試用煤煤質(zhì)分析項(xiàng)目MadAadVadFCad全硫空氣干燥基高位發(fā)熱量/MJ·kg-1含量/%3.535.023.038.51.021.33加入HPC量為0.1%、0.15%、0.2%、0.25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）后，測(cè)試結(jié)果列于下表。項(xiàng)目加入HPC/%空氣干燥基低位發(fā)熱量/MJ·kg-1變化量/%干燥基高位發(fā)熱量/MJ·kg-1變化量/%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

由于實(shí)際燃燒過(guò)程和氧彈測(cè)試過(guò)程中煤炭的燃燒過(guò)程有很大差異，實(shí)際燃燒過(guò)程中將能夠取得更好的效果。通過(guò)對(duì)種煤炭測(cè)試的結(jié)果，HPC能夠提高煤炭的干燥基高位發(fā)熱量5~13%。SGS對(duì)比測(cè)試結(jié)果四、實(shí)際應(yīng)用實(shí)例一：混油燃煤鍋爐實(shí)驗(yàn)

在某廠130t/h鍋爐上進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。用實(shí)驗(yàn)中所用的煤種，在鍋爐運(yùn)行工況相同下，按照HPC的最佳配比加入煤中燃燒運(yùn)行，與未加催化劑燃燒的情況進(jìn)行對(duì)比分析，以研究該系列催化劑的應(yīng)用效果。加入后鍋爐運(yùn)行效果如下：（1）不加HPC時(shí)，平均噸汽耗標(biāo)煤量為106.6kg煤/t汽，加HPC后運(yùn)行1個(gè)月，平均噸汽耗標(biāo)煤量為85.7kg煤/t汽，節(jié)煤率為19.6％，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益；（2）滅火次數(shù)減少90％，掉焦次數(shù)減少1/2，鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定性增強(qiáng)，爐膛結(jié)焦?fàn)顩r改善，月可節(jié)約穩(wěn)燃油量為3t。實(shí)例二：鏈條爐鍋爐實(shí)驗(yàn)

在某廠20t/h鏈條爐鍋爐上進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。用實(shí)驗(yàn)中所用的煤種，在鍋爐運(yùn)行工況相同下，按照HPC的最佳配比加入煤中燃燒運(yùn)行1天，與未加催化劑燃燒的情況進(jìn)行對(duì)比分析，以研究該系列催化劑的應(yīng)用效果。使用后，在不降低鏈條傳輸速度的情況下，爐膛溫度從750℃提高到927℃，實(shí)際觀測(cè)燃燒過(guò)程發(fā)現(xiàn)：煤炭加HPC后，燃燒時(shí)間提前，火焰較之前明亮，燃燒后的煤灰顏色明顯變白，煙氣顏色得到明顯的變淺，排除煙塵量減少。將鏈條傳輸速度降低20％后，爐膛溫度緩慢降低到670℃左右。實(shí)際分析節(jié)煤量約26.5％。鏈條爐實(shí)驗(yàn)實(shí)例三：水煤漿爐鍋爐實(shí)驗(yàn)

在某陶瓷原料制備廠燃燒水煤漿烘干爐上進(jìn)行工業(yè)實(shí)驗(yàn)，按照HPC的最佳配比加入水煤漿中燃燒運(yùn)行1天，與未加催化劑燃燒的情況進(jìn)行對(duì)比分析，以研究該系列催化劑的應(yīng)用效果。將HPC緩慢倒入水煤漿儲(chǔ)罐，并攪拌均勻后，在鍋爐參數(shù)不變的情況下10min左右后，鍋爐熱空氣出口處溫度由772℃升到829℃，實(shí)際觀測(cè)發(fā)現(xiàn)：水煤漿加HPC煤炭燃燒催化劑后，火焰較之前明亮，燃燒后的煤灰顏色變白，煙氣顏色變淺。將輸漿泵轉(zhuǎn)速由800r/min調(diào)整到680r/min后，鍋爐熱空氣出口處溫度降低到780℃左右。實(shí)際分析節(jié)省水煤漿量為13.7％。水煤漿爐實(shí)驗(yàn)實(shí)例四：水泥立窯實(shí)驗(yàn)

在某立窯水泥廠進(jìn)行工業(yè)實(shí)驗(yàn)，按照HPC的最佳配比加入水煤漿中燃燒運(yùn)行1天，與未加HPC的情況進(jìn)行對(duì)比分析，以研究該系列催化劑的應(yīng)用效果。運(yùn)行一周后，節(jié)煤量達(dá)到12%。實(shí)例五烤漆爐試驗(yàn)在廣東省新美銳科技有限公司烤漆爐進(jìn)行工業(yè)實(shí)驗(yàn)，按照HPC煤炭燃燒催化劑按照煤的0.2%的量加入混勻后，試燒效果表明，加入高性能煤炭燃燒催化節(jié)煤劑后：1、鍋爐內(nèi)煤炭燃燒性能得到很好的改善，火苗高度提高、接火速度快、溫度維持時(shí)間長(zhǎng)；2、鍋爐加煤時(shí)間由過(guò)去的每40分鐘加一次煤，延長(zhǎng)到每50分鐘加一次煤；3、爐渣顏色變淺，渣內(nèi)含碳量降低；4、節(jié)煤率=（加催化節(jié)煤劑后燃燒時(shí)間-未加催化節(jié)煤劑后燃燒時(shí)間）/未加催化節(jié)煤劑后燃燒時(shí)間×100%=（50-40）/40×100%=25%。實(shí)例六型煤試驗(yàn)

在某蜂窩煤廠進(jìn)行型煤工業(yè)實(shí)驗(yàn)，按照HPC煤炭燃燒催化劑按照煤的0.2%的量加入混勻后，做成蜂窩煤。試燒效果表明，可多加20~30%的粘土，燃燒過(guò)程中基本上沒(méi)有SO2的刺激性氣味，接火性能提高，燃燒溫度提高。目前，已經(jīng)在湖南、江西等地推廣應(yīng)用。五、研究成果、專利與獎(jiǎng)勵(lì)已發(fā)表研究成果[1]新型煤低成本高性能環(huán)保燃燒催化劑.潔凈煤技術(shù).2008.2[2]煤加催化劑后漫反射紅外光譜與彈筒發(fā)熱量變化關(guān)系.煤化工.2007.3獲得獎(jiǎng)勵(lì)中華環(huán)?；饡?huì)——“綠動(dòng)未來(lái)·2008”最佳創(chuàng)意獎(jiǎng)申請(qǐng)發(fā)明專利六、節(jié)煤添加劑市場(chǎng)分析

目前，國(guó)內(nèi)節(jié)煤添加劑主要為在受熱過(guò)程中能夠放出氧氣的物質(zhì)，無(wú)法滿足在先進(jìn)的鍋爐上應(yīng)用（比如電廠鍋爐，其燃燒效率基本上均在90%以上，但該行業(yè)消耗的煤炭總量最大），因此推行高性能煤炭燃燒催化節(jié)煤劑具有重要的意義和市場(chǎng)價(jià)值。當(dāng)前，能夠通過(guò)國(guó)標(biāo)檢測(cè)處效果的節(jié)煤劑，據(jù)我們的研究了解，只有我們的HPC能夠?qū)崿F(xiàn)，因此，HPC系列產(chǎn)品具有很好的市場(chǎng)價(jià)值。

HPC系列化學(xué)干預(yù)煤炭燃燒催化節(jié)煤劑，能夠穩(wěn)定的達(dá)到節(jié)煤7~25%的效果，在多家公司應(yīng)用取得了很好的效果。該系列高性能煤炭燃燒催化節(jié)煤劑用量為煤炭總量的0.1~0.3%，全國(guó)每年市場(chǎng)煤炭催化節(jié)煤劑潛在需求量為183~549萬(wàn)噸（只計(jì)算火力發(fā)電和建材行業(yè)消耗原煤）,按此計(jì)算，其潛在市場(chǎng)價(jià)值可到每年百億元以上。HPC適用范圍和使用方法鏈條爐、流化床等工藝：用噴霧方式，在煤的輸送皮帶上添加催化劑；煤粉工藝：在煤入磨時(shí)滴入；水煤漿：磨制水煤漿時(shí)，分散劑加入之前先添加HPC催化劑；焦炭：將HPC加入洗灰池，或在焦炭堆場(chǎng)噴霧滲入；水泥廠：在煤計(jì)量或輸送設(shè)備上加入；煤供應(yīng)商預(yù)處理：HPC與煤接觸后，其催化效果將永久性保留，所以也適用于煤炭坑口預(yù)處理。此時(shí)需用錘式破碎機(jī)將煤破碎至<10mm左右，并同步噴霧添加HPC。破碎時(shí)可調(diào)配低熱值煤或煤矸石，在保證煤質(zhì)的同時(shí)進(jìn)一步提高效益。七、環(huán)保效益分析1、降低硫氧化物（SOx）排放量由于燃煤中所含的硫在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生污染大氣環(huán)境的硫氧化物，HPC以活性大的金屬氧化物作為脫硫劑，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可達(dá)到部分固硫、脫硫的目的。2、減少氮氧化物（NOx）排量氮氧化物為一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）的總稱，煙氣中NO占95％左右，HPC以還原及吸收方式去除氮氧化物。3、一氧化碳及碳?xì)浠锏臏p排

HPC以促進(jìn)完全燃燒的方式，減少一氧化碳及碳?xì)浠衔锏呐欧帕俊?、煙氣粉塵含量降低加入HPC可使?fàn)t內(nèi)燃燒狀況改善，煤炭的可燃成份充分燃燒，不冒黑煙，鼓風(fēng)或引風(fēng)機(jī)開(kāi)得小，氣流速度小，帶來(lái)的塵粒相應(yīng)減少，使?fàn)t渣呈膨松狀，塵粒不易揚(yáng)散。附：部分煤炭加HPC后彈筒發(fā)熱量變化測(cè)試結(jié)果煤種產(chǎn)地煤質(zhì)工業(yè)分析/％HPC煤炭催化劑加入量/％氧彈儀測(cè)試彈筒發(fā)熱量/kJ

kg-1彈筒發(fā)熱量提高百分比/％無(wú)煙煤萍鄉(xiāng)Mad＝1.00023.560.00Aad＝26.720.0524.755.05Vad＝7.230.126.5012.48FCad＝65.050.1527.0914.980.226.9814.52京西Mad＝0.80022.700.00Aad＝23.810.0525.1010.57Vad＝4.520.126.7517.84FCad＝70.860.1526.5016.740.226.0014.54焦作1#Mad＝1.06023.140.00Aad＝22.670.0525.7811.41Vad＝4.540.126.1212.88FCad＝71.720.1527.1417.290.226.8516.03松木坪Mad＝2.09020.450.00Aad＝33.490.0522.9112.03Vad＝11.150.123.2113.50FCad＝53.270.1523.4114.470.223.1413.15鄉(xiāng)寧Mad＝1.29027.140.00Aad＝9.050.0530.3511.83Vad＝14.620.130.5112.42FCad＝75.040.1530.8713.740.230.6713.01密縣Mad＝2.38027.670.00Aad＝20.760.0530.5210.30Vad＝14.010.131.0012.03FCad＝62.850.1530.6410.730.230.6010.59煙煤富源Mad＝2.33025.840.00Aad＝20.980.0528.158.94Vad＝26.320.128.5610.53FCad＝50.370.1528.4510.100.2