燃烧添加剂的制作方法

专利名称:燃烧添加剂的制作方法
本发明涉及一种以煤矸石为基本原料的燃烧添加剂，将它按一定比例添加到烟煤或无烟煤中，可获得发热量高，对大气污染少的优质固体燃料。
我国的烟炭资源极为丰富，但原煤的含矸量也较高，约为20～30%，这意味着每生产四吨煤炭，就要同时产生一吨左右的煤矸石。有资料介绍，目前我国已积存煤矸石14亿吨。煤矸石露天堆放不仅要占用大片土地，而且会排出硫化物污染环境，有时甚至会发生自燃并酿成火灾。因此，如何变害为利，充分利用这一能源资源，早已成为公众瞩目的重大课题。
煤矸石的灰分含量高达70～90%，而发热量仅为2000卡上下，个别产地的甚至低于1000卡，因此燃用价值低。为了能将煤矸石作为能源，人们进行了各种各样的试验研究。目前只知的一种方法，是将煤矸石粉碎后，掺到大量发热量高，含灰量少的优质煤中(通常的比例为煤矸石∶优质煤＝1∶8～10)，这样得到的燃料，存在着难以点燃，发热量下降而且不耐烧的缺点，并不受人欢迎;也有人从革新燃烧装置入手，力求通过改善外在燃烧条件来达到正常烧用煤矸石的目的，这种办法虽然已有成功的实例(例如使用沸腾炉燃用发热量900大卡的煤矸石发电)，但这种方法一次性投资大，难以普遍推广;至于用物理方法对煤矸石颗粒进行洗除灰分、硫分的处理，虽说见诸各种专利文献，但也与革新燃烧装置的方法存在着相似的弊病。
一九八三年九月廿九日公开的日本专利申请昭58-164696提出了一种由劣质煤及煤矸石制造优质煤的方法，其要点是向3600份劣质煤及煤矸石中混入一份下述配比的添加剂
硅酸 SiO220%氧化铁 Fe2O320%硝酸钠 NaNO325%硅藻土SiO10%氧化镁MgO25%随后将混合物在50℃下加热40～50分钟，结果获得了发热量在6000卡上下并且耐烧的优质燃料。虽说该项发明所用添加剂的量不多，但从公开的资料看，至少存在着两个问题一是混合物的加热处理既耗能又费时，二是所得燃料依旧难以点燃，依旧不便于推广应用。
本发明则提供了一条能简便而有效地利用煤矸石作为能源的途径，其要点是将煤矸石破碎至一定粒度后，向其中添加若干石灰，再加入少量钾盐(KNO3、K2CO3、K2C2O4等)和/或钡盐(硝酸钡、BaCO3、BaC2O4等)，以及含氧化铁、氧化锰、氧化镁、氧化钛等金属氧化物的矿渣或矿石，结果便可获得一种煤用燃烧添加剂;将添加剂按一定比例与烟煤或无烟煤混匀，即可获得发热量高且不易污染大气的优质固体燃料。
本发明者曾参与了一种以工业无机废渣为基本原料的煤用燃烧添加剂的开发研究，并就此于一九八六年八月四日向中国专利局递交了发明专利申请。该添加剂的一种典型配方如下工业无机废渣100公斤石灰石10～30公斤硅酸盐10～15公斤烟囱灰10～15公斤食盐5～15公斤所述工业无机废渣指各种工业锅炉炉渣，冶炼厂废渣、机械行业的金属屑、渣等。这些废渣中含有若干种金属氧化物如Fe2O3、MnO2Cr2O3等，它们不仅能促进燃烧，同时还可能有受激发射出红外线的功能;废渣中还含有碳、铁、铝、锌等可燃成分，铝屑与Fe2O3还能构成众所周知的铝热剂。添加剂中的石灰石受热后分解出的CaO有明显的促进燃烧，降低SO2污染的作用;而硅酸盐在固体燃料的燃烧过程中可生成多孔性骨架，这有益于富氧区的形成，使燃烧进行得更完全。可以说，上述煤用燃烧添加剂的开发成功，是我们完成本发明的基础。
本发明者的基本设想是，既然煤矸石中都含有可燃成分碳，同时还含有一定量的铁、铝氧化物及大量二氧化硅，那么，再向其中添加适量氧化剂等化学药品，就有可能制得以煤矸石为基本原料的煤用燃烧添加剂。
本发明是这样实现的取含碳量不低于10%的煤矸石100公斤，向其中加入铁锈渣2～5公斤和石灰石15～40公斤，破碎至粒径1～3毫米后，再掺入加热后可分解出氧化钾的钾盐(KNO3、K2CO3、K2C2O4等)0.5～3公斤和/或加热后可分解出氧化钡的钡盐(硝酸钡、碳酸钡、草酸钡等)0.5～2公斤，混匀后即得燃烧添加剂;将所得添加剂与150～350公斤的粒状烟煤或无烟煤混合后即得优质固体燃料。添加剂与烟煤混合，可得适用于各型锅炉的工业燃料;与无烟煤混合，则可得适于压制各种成型煤制品(蜂窝煤、煤砖、煤球等)的民用煤。
8.4～22.4公斤的石灰与上述配方中的石灰石等效，也可用15～40公斤的菱苦土、滑石或白云石代替上述石灰石。配方中的铁锈渣，可以用钛铁矿渣或其他含铁、锰、铬、钛等黑色或有色金属的矿物或矿渣代替，也可以用含铈、钍等稀土元素的稀土矿渣代替，其用量为每百公斤矸石添加4～10公斤。在所有这些铁锈渣的替代物中，以钛铁矿渣，锰矿渣和稀土矿渣的效果为最佳。
若所用原煤的煤质优良(烟煤发热量在7000卡以上，无烟煤发热量在6000卡以上)，则上述原煤用量的下限可减至120公斤以下通过实施例对发明进行更详细的说明。
实施例1取含碳量10%以上的煤矸石60公斤，石灰石10公斤，矾土5公斤，破碎至粒径1毫米后，加入硝酸钾1公斤，混入粒状无烟煤160公斤，和匀兑水后压制成直径105毫米，厚65毫米的十二孔蜂窝煤。
取同样的无烟煤粉60公斤，掺过筛黄土12公斤，兑水后也压制成直径105毫米、厚65毫米的十二孔蜂窝煤。
将两种蜂窝煤在同样的蜂窝煤炉上进行燃烧试验，观察结果如下1.着火难易两种成型煤均未经烘干。加有添加剂的蜂窝煤放入加有着火底煤的炉中后15分钟即点燃，而未加添加剂的20分钟后才被点燃。
2.焰色和焰长加有添加剂的蜂窝煤焰色亮黄，焰长约150毫米;未加添加剂的蜂窝煤焰色为浅兰，焰长约100毫米。
3.火力比较取20公分水壶装满冷水后，置炉火上加温。加有添加剂的蜂窝煤烧开一壶水仅需13分钟。而未加添加剂的则费时16分钟。
试验时气温25℃。
4.耐烧程度在敞开炉门的情况下，一块加有添加剂且干重为0.8公斤的蜂窝煤，保持有火苗的时间为1.5小时以上，而同样重量的对照煤仅为1～1.2小时。
实施例2取矸石10公斤、钛铁矿渣0.5公斤，破碎至约1毫米粒径后，再加入石灰2.2公斤、碳酸钾0.3公斤和硝酸钡0.2公斤，和匀;将所得添加剂与18公斤无烟煤粉混匀，兑水后压制成直径105毫米，厚65毫米的十二孔蜂窝煤。再取实施例1中的普通蜂窝煤作参照物，进行燃烧对比试验。
试验结果表明，除耐烧程度与普通蜂窝煤相当外，其余项目皆与实施例1中的情况相似。
实施例3取煤矸石100公斤、铁锈渣5公斤，破碎至1～3毫米粒径后，再添加石灰18公斤和硝酸钾2公斤、碳酸钾2公斤;将所得混合物掺入河南平顶山烟煤200公斤，和匀后在1(直径)×3.8(高)米立式饮水锅炉(手投式)中试烧。与河南平顶山烟煤对比结果如下1.点燃难易加有本添加剂的煤，投炉后10秒钟左右即着火，且烟尘大为减少;平顶山烟煤投炉后10秒钟左右冒出浓重黑烟，15秒后才开始点燃。
2.焰色和焰长加有本添加剂的煤，焰色为亮黄白色;平顶山烟煤燃烧后焰色亮黄色。焰长均为350毫米左右。
3烟气分析SO2氮氧化物样品 (mg/标M3) (mg/标米3)加有添加剂的煤165.433.68河南平顶山烟煤25858.614.发热量用氧弹法直接测量两种煤的发热量，结果河南平顶山煤的发热量为5686卡/克，而加有添加剂的煤样为5950卡/克，后者较前者增加4.82%。
实施例4取煤矸石40公斤，加白云石10公斤及铁锈渣2公斤，破碎至1毫米粒径后再加入0.5公斤硝酸钾与0.5公斤硝酸钡，混匀后加到100公斤粒状无烟煤中，和匀兑水压制成直径105毫米，高65毫米的十二孔蜂窝煤。试烧结果，耐烧时间长达1.9小时，而其余结果与实施例1相似。
实施例5取煤矸石70公斤和铁锈渣3公斤，破碎至1毫米粒度后，与石灰15公斤，草酸钾2公斤及硝酸钡0.4公斤混匀，掺入112公斤粒状无烟煤中，和匀兑水后压制成直径105毫米，厚65毫米的十二孔蜂窝煤。试烧结果与实施例1相同。
实施例6取煤矸石100公斤，石灰石40公斤、钛铁矿渣10公斤，破碎至粒径1～3毫米后，再添加草酸钾3公斤和硝酸钡0.5公斤，和匀后与250公斤河南平顶山烟煤混合，在手投式1×3.8米(直径×高)立式饮水锅炉中试烧，结果与实施例3相近。
实施例7取煤矸石10公斤、锰矿渣1公斤、白云石2公斤和稀土(含铈钍)矿0.4公斤，破碎至1毫米粒径后，掺到17.5公斤的颗粒状无烟煤中，混匀后兑以溶有硝酸钾1.5公斤的水，压制成直径105毫米、厚65毫米的蜂窝煤，试烧结果同实施例1。
综上所述，采用本发明添加剂，确能收到有效利用煤矸石，改良燃煤品质及显著减轻大气污染的效果。
权利要求
1.一种含有石灰石或石灰的煤用燃烧添加剂，其特征在于它是以煤矸石为基本原料，同时还含有铁锈渣或钛铁矿渣或其他含铁、钛锰、铬的矿物或矿物废渣中的任何一种矿、渣，以及加热后能分解出金属氧化物的钾盐和/或钡盐，且各组分的用量如下煤矸石100公斤，(石灰石15～40公斤或石灰8.4～22.4公斤，铁锈渣2～5公斤或钛铁矿渣或其他含铁、钛、锰、铬的矿、渣4～10公斤，加热后能分解出金属氧化物的钾盐0.5～3)公斤和/或钡盐0.5～3公斤。
2.按权利要求
1所述的燃烧添加剂，其特征在于配方中的铁锈渣或钛铁矿渣或其他含铁、钛、锰、铬的矿、渣可以是含铈、钍的稀土矿，其用量为每百公斤矸石添加4～10公斤稀土。
3.按权利要求
1所述的燃烧添加剂，其特征在于配料中的石灰或石灰石可以是菱苦土或滑石或白云石，菱苦土或滑石或白云石的用量与石灰石的用量相等。
4.按权利要求
1或2或3所述的燃烧添加剂，其特征在于当它与粒状烟煤或无烟煤按0.4～0.8份重添加剂配1份重煤时，即可获得发热量高且对环境污染少的固体燃料。
专利摘要
本发明涉及一种含有石灰或石灰石的煤用燃烧添加剂，它以煤矸石为基本组分，同时还含有铁锈渣或其他含铁、钛、锰、铬的矿物或矿渣；或是含铈、钍的稀土矿，以及加热后能分解出金属氧化物的钾盐和/或钡盐。将该添加剂按一定比例与烟煤或无烟煤混合，即可获得发热量高、对空气污染小的优质固体燃料。采用本发明的添加剂，可以简便而有效地利用煤矿的废弃物煤矸石。
文档编号C10L9/10GK87100631SQ87100631
公开日1988年8月17日 申请日期1987年2月5日
发明者张继桓, 李忠禄 申请人:张继桓, 李忠禄