专利名称：燃料改进方法
技术领域：
本发明涉及一种用于改进化石燃料燃烧的方法，并且更具体地涉及一种产生具有 低碳含量的灰副产物的用于煤燃烧的改进方法，以及涉及用于该方法的燃料改进剂组合 物。
背景技术：
灰是在煤燃烧中产生的副产物。飞灰通常由发电站的烟囱捕获，底灰从炉子的底 部去除。在英国，每年产生稍微超过1，000，000吨的飞灰。在世界范围内，大部分从烧煤的发电站产生的灰在填埋场进行处理或储存在熔渣 场。一些国家对这样的废物在填埋场的处理征税。近年来，由于增加的填埋成本以及环境 成本，灰的回收已经成为日益增加的问题。这种灰的显著部分在性质上是凝硬性的(火山灰的)，这意味着当与氢氧化钙组 合时，它呈现出水泥质性质。原则上，飞灰可以用作混凝土混合物的一部分波特兰水泥含 量的代替物。波特兰水泥本身的生产是能源密集的并产生大量的二氧化碳，每吨波特兰水 泥大约产生一吨二氧化碳，因此这个的一部分被另外不用的副产物代替可以显著降低碳排 放。然而，包含高百分比的未燃烧的碳的灰不可用作波特兰水泥替代品，则是因为所 述灰具有在混合工艺过程中从混凝土吸附重要的水泥质化学混合物的倾向。这使得混合物 无法使用以影响它们预期的目的。具有或更小的碳含量的灰对于用作火山灰是理想的。可以加工飞灰以使碳含量减少到足以用作火山灰的水平。这样的方法的实例包括 重新燃烧飞灰以降低碳含量；产生低碳部分的静电分离方法以及化学处理飞灰，以通过降 低碳的吸附性能而使碳含量的影响最小化。所有这些方法需要至少一个另外的加工步骤， 增加了产生有用的副产物而不是废产物的总成本。在欧洲，对于发电站存在法律上的要求以降低含氮和含硫氧化物的排放，称为NOx 和SOx排放物。这已经导致烧煤发电站装配有低NOx燃烧器。当减少NOx和SOx排放物 时，这些燃烧器也导致燃烧效率的轻微损失，其可以进而导致灰中高水平的碳，通常在20% 碳的区域中，使得灰成为不希望的废产物。中国专利号CN1077482、CN1396239、和CN1396239描述了燃料燃烧添加剂。这样 的添加剂由以一定重量比混合的一个范围的金属和金属氧化物组成。将所有这些添加剂加 入到超过其标准量的燃料中，以致所使用的燃料的量没有减少。还存在几百万吨从来自矿石的金属的提取物产生的熔渣。期望提供一种用于煤的燃烧的改进方法，提供具有低碳含量的灰，其使得灰成为 理想的和可出售的副产物，而不是需要以满足环境规章的方式处理的废产物。此外，期望提 供一种改进的方法，其中减少燃烧的煤的量，同时不降低能量输出并优选增加能量输出和 减少碳排放物。还期望提供一种用于熔渣副产物的应用。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种用于降低来自燃烧器的灰的碳含量的方法，包括在 燃烧器中在存在燃料改进剂的情况下加热碳基燃料，燃料改进剂包括选自包括铁氧化物、 氧化钙、二氧化硅、氧化镁和氧化铝的组中的至少一种金属氧化物，其中燃料改进剂的平均 粒径在1到100微米的范围内。本发明的另一个方面提供了一种燃料改进剂组合物，包括选自包括铁氧化物、氧 化钙、二氧化硅、氧化镁和氧化铝的组中的至少一种金属氧化物，其中燃料改进剂在1到 100微米的范围内。本发明的另一个方面提供了一种生产火山灰的方法，包括在燃烧器中在燃料改 进剂存在的情况下加热碳基燃料，燃料改进剂包括选自包括铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、 氧化镁和氧化铝的组中的至少一种金属氧化物，其中燃料改进剂的平均粒径在1到100微 米的范围内；以及从燃烧器回收灰。本发明的另一个方面提供了一种生产水泥质组合物(胶凝组合物，cementitious composition)的方法，包括在燃烧器中在燃料改进剂存在的情况下加热碳基燃料，燃料 改进剂包括选自包括铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、氧化镁和氧化铝的组中的至少一种金属 氧化物，其中燃料改进剂的平均粒径在1到100微米的范围内；从燃烧器回收灰以及将灰与
氢氧化钙混合。优选地，燃料改进剂的平均粒径在1到80微米的范围内。更优选地，平均粒径在 到33微米的范围内。还更优选地，平均粒径在5到25微米的范围内。仍然更优选地，平均 粒径在8到20微米的范围内。典型地，减小燃料改进剂材料以产生在上面提及的范围内的平均粒径。优选地，燃料改进剂的平均粒径通过磨碎(粉碎，pulverisation)而减小。优选地，燃料改进剂以按重量计在2. 5%到33%的范围内的量代替一定比例的碳 基燃料。更优选地，燃料改进剂以按重量计在5%到33%的范围内的量代替一定比例的碳 基燃料。仍然更优选地，燃料改进剂以按重量计在5%到15%的范围内的量代替一定比例 的碳基燃料。碳基燃料可以为化石燃料。优选地，化石燃料为煤。更优选地，在引入到燃烧器中 之前磨碎煤。本发明的另一个方面提供了一种提高燃烧过程的燃料效率的方法，包括用燃料改 进剂代替一定比例的待燃烧的碳基燃料的步骤，燃料改进剂包括选自包括铁氧化物、氧化 钙、二氧化硅、氧化镁和氧化铝的组中的至少一种金属氧化物。优选地，燃料改进剂的平均粒径在1到100微米的范围内。更优选地，燃料改进剂 的平均粒径在1到80微米的范围内。还更优选地，平均粒径在3到33微米的范围内。仍 然更优选地，平均粒径在5到25微米的范围内。仍然更优选地，平均粒径在8到20微米的 范围内。该方法可以包括减小燃料改进剂材料的粒径以产生在上面提及的范围内的粒径 的步骤。优选地，燃料改进剂的平均粒径通过磨碎而减小。有利地，燃料改进剂组合物包含属于周期表的3和4周期(II-V族)的化学元素。
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有利地，燃料改进剂组合物包含属于周期表的3和4周期(II-V族)的化学元素 的氧化物或其他化合物。本发明提供了一种在引入到燃烧室之前与碳基燃料混合或与燃料一起注入到燃 烧室中的燃料改进剂。该燃料改进剂在加热时释放游离氧基。这种燃料改进剂的存在改进 了煤的碳馏分的氧化，导致提高的效率和得到的灰的碳含量的降低，产生有用的材料代替 废产物。燃料添加剂的使用也导致NOx和SOx气体的排放物的减少，这是因为对于相同的 碳输入，燃烧器的空气需求减少，完成燃料的燃烧的额外的氧来源于燃料改进剂而不是来 源于另外的空气。由于改进了燃料的碳馏分的氧化，这也导致用于相同的能源输出的固体 燃料的消耗减少。
在附图中，该附图示出了本发明的优选的实施方式图1为示出了在利用辊压机磨碎后燃料改进剂的粒径的分布的图；图2为示出了粒径的磨碎的燃料改进剂的照片；图3为示出了在燃料改进剂和煤的不同混合物的燃烧期间CO释放的图；图4为示出了在5%燃料改进剂和95%煤的混合物的燃烧期间CO释放的图；图5为示出了在燃料改进剂和煤的不同混合物的燃烧期间CO释放的图；以及图6为示出了与单独的煤燃烧期间CO释放相比，单独的燃料改进剂燃烧期间CO 释放的图。
具体实施例方式本发明改进的燃烧方法涉及燃料改进剂注入碳基燃料燃烧器如烧煤的发电站中 的主要燃烧器中。燃料改进剂来源于金属氧化物的混合物，该金属氧化物通常来源于是金 属熔炼过程副产物的熔渣，通常在铜和镍的生产中。熔渣材料包括以金属氧化物形式的过 量的氧，本发明人已发现通过加热到足够的温度可以将这种氧释放到燃烧器中。燃料改进 剂可以包括氧化物如铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、氧化镁和氧化铝，尤其是如表1中示出 的。参见表1，对于两种燃料改进剂样品的X-射线荧光(XRF)分析。可以来自不同的来源 和以不同的量来使用多种不同的氧化物。熔渣的组成将取决于被熔炼的矿石的类型和矿石 本身的起源而变化。如表中所示，铁和硅的氧化物占主导。表1 燃料添加剂的两种样品的XRF分析。
权利要求
一种用于降低来自燃烧器的灰的碳含量的方法，包括在燃烧器中在燃料改进剂存在的情况下加热碳基燃料，所述燃料改进剂包括选自包括铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、氧化镁和氧化铝的组中的至少一种金属氧化物，其中，所述燃料改进剂的平均粒径在1到100微米的范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料改进剂的粒径在1到80微米的范围内。
3.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述燃料改进剂的粒径通过磨碎而减小。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述燃料改进剂以按重量计在2.5%到 33%的范围内的量代替一定比例的所述燃料。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述碳基燃料为化石燃料。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述化石燃料为煤。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述煤在引入到所述燃烧器中之前被磨碎。
8.一种燃料改进剂组合物，包括选自包括铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、氧化镁和氧化 铝的组中的至少一种金属氧化物，其中，所述燃料改进剂的平均粒径在1到100微米的范围 内。
9.根据权利要求8所述的燃料改进剂组合物，其中，所述燃料改进剂的平均粒径在1到 80微米的范围内
10.根据权利要求8或9所述的燃料改进剂组合物，其中，所述燃料改进剂的粒径通过 磨碎而减小。
11.一种生产火山灰的方法，包括在燃烧器中在燃料改进剂存在的情况下加热碳基 燃料，所述燃料改进剂包括选自包括铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、氧化镁和氧化铝的组中 的至少一种金属氧化物，其中所述燃料改进剂的平均粒径在1到100微米的范围内；以及从 所述燃烧器回收所述灰。
12.—种生产水泥质组合物的方法，包括在燃烧器中在燃料改进剂存在的情况下加热 碳基燃料，所述燃料改进剂包括选自包括铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、氧化镁和氧化铝的 组中的至少一种金属氧化物，其中所述燃料改进剂的平均粒径在1到100微米的范围内；从 所述燃烧器回收灰以及将所述灰与氢氧化钙混合。
13.一种提高燃烧过程的燃料效率的方法，包括用燃料改进剂代替一定比例的待燃烧 的碳基燃料的步骤，所述燃料改进剂包括选自包括铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、氧化镁和 氧化铝的组中的至少一种金属氧化物。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，所述燃料改进剂的平均粒径在 1到80微米的范围内。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，所述燃料改进剂的粒径通过磨 碎而减小。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中，所述燃料改进剂以按重量计在 2. 5%到33%的范围内的量代替一定比例的所述燃料。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中，所述碳基燃料为化石燃料。
全文摘要
本发明提供了一种用于降低来自燃烧器的灰的碳含量的方法，包括在燃烧器中在燃料改进剂存在的情况下加热碳基燃料。燃料改进剂包括选自包括铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、氧化镁和氧化铝的组中的至少一种金属氧化物。减小燃料改进剂的平均粒径以产生在1到100微米的范围内的粒径。
文档编号C10L9/12GK101983229SQ200980111877
公开日2011年3月2日 申请日期2009年2月9日 优先权日2008年2月7日
发明者戴维·狄克逊, 科林·梅特卡夫 申请人:国际创新技术有限公司