一种可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂及制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于煤炭能源技术领域，特别涉及一种可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂及制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]中国是目前全球经济发展速度最快的国家之一，对能源的需求量也在逐年递增，其中煤炭在能源消费结构中约占70%，是中国大气的主要污染来源，节能减排，特别是煤炭燃烧过程中的节能减排工作，是当今我国节能减排工作的重中之重。2012年中国煤炭产量为36.6亿吨，比上年增长4%左右，煤炭燃烧过程中所产生的大量污染物是影响我国公众健康的重要危险因素之一。燃煤大气污染物虽然排放浓度不高，但排放量巨大，在我国几种最主要能源的大气污染物排放总量中占到了七成以上，每年给中国造成相当大的健康经济损失和疾病负担。同时，煤炭的大量使用还引起了我国酸雨、生物多样性破坏等环境及与之相关的人类健康问题。
[0003]随着全社会对环境与健康问题的关注度日益提高，减轻大气污染物水平，其中关键措施之一就是降低对煤炭的依赖，找出低成本的替代材料，实现节能减排。同时，煤炭作为一种不可再生化石燃料，为了实现可持续发展和给子孙后代留下宝贵的财富，也需要不断的研宄开发新的替代技术，实现煤炭用量的下降。
[0004]众所周知，在煤炭中添加入能够起到催化煤炭燃烧、且与煤炭灰分能够形成化学反应的微纳粉体，能够形成新的无机固相反应放热体系，并催化煤炭燃烧、提升锅炉内部辐射传热效率等过程，从而带来综合热值贡献，实现部分替代煤炭的效果，但目前研宄成果较少，效果也不理想。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂，该添加剂替代部分煤炭进行使用，可实现替代煤炭5?12%的效果，实现了降低煤炭耗量和燃煤节能减排，且本发明的添加剂燃烧后污染性相比煤炭大大降低，有利于环境保护。
[0006]本发明另一目的在于提供一种上述可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂的制备方法。
[0007]本发明再一目的在于提供上述可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂在煤炭使用领域中的应用。
[0008]本发明的目的通过下述方案实现:
[0009]一种可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂，包含以下质量百分数的组分:5?10%氧化轻稀土、30?40%煤系高岭土、50?65%石灰石。
[0010]所述的氧化轻稀土可为本领域任意已知的氧化轻稀土，优选为镝、钟、镨、钕、钷和钐的氧化物中的至少一种和二氧化硅的混合物。
[0011]所述的煤系高岭土、石灰石为本领域公知的煤系高岭土、石灰石即可。
[0012]本发明还提供了一种上述可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂的制备方法，包括以下步骤:将5?10wt%氧化轻稀土、30?40wt%煤系高岭土、65?50wt%5灰石混合后研磨至200?400目，即得到可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂。
[0013]本发明的可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂可直接添加到煤炭中使用，添加量可为等量代替5?12被％的煤炭，因此可广泛应用于煤炭使用领域中，特别是煤粉炉、循环流化床锅炉等大型锅炉中。
[0014]本发明的机理为:
[0015]根据本发明的煤炭聚合添加剂的组成、结合煤的燃烧基本理论以及催化化学、矿物学、硅酸盐物理化学、固相反应动力学理论、化学链燃烧等理论，本发明的煤炭聚合添加剂在锅炉内煤炭燃烧过程中的作用机理包含如下方面:
[0016](I)催化助燃机理
[0017]本发明的煤炭聚合添加剂中含有大量的碱土金属(Ca)以及稀土氧化物，根据煤催化燃烧理论，这些碱金属和稀土金属的复合物在高温下通过原子氧传递以及电子转移来催化固体碳颗粒以及碳氢化合物的燃烧，可以促进着火、燃尽，减少不完全燃烧热损失。同时，本发明的煤炭聚合添加剂颗粒小，属于超细粉体，与煤掺混改变了制粉系统煤粉颗粒粒径分布，这些微小粉体与煤颗粒的充分混合有助于降低碳的氧化反应的活化能，提高煤粉颗粒的燃烧效率，缩短燃烧时间以及提高燃尽特性。
[0018](2)高温放氧解偶燃烧作用
[0019]炉内燃烧过程中存在局部的还原性气氛，本发明的煤炭聚合添加剂中的成分具有高温放氧功能，可以起到固体氧载体的作用，使得燃烧更加完全。作用过程如下:
[0020]M+02— MO 2
[0021 ] M02— MO+0* — Μ+ΟΦ+Ο*
[0022]C+0* — CO
[0023]C0+0* — CO2
[0024]式中，M为金属氧化物，O*为活性氧原子。
[0025](3)无机组分的多相固相反应放热作用
[0026]本发明的煤炭聚合添加剂与煤中的无机成分发生固相反应，形成新的含钙硅酸盐、铝酸盐以及硫铝酸盐类矿物，具有高温放热作用。
[0027](4)炉内传热增强
[0028]本发明的煤炭聚合添加剂的加入改变了颗粒的辐射特性、促进了高温受热面的吸热。
[0029]因此，本发明的煤炭聚合添加剂加入煤炭中进行使用，完全可实现替代动力煤5?12wt%的效果，实现了降低煤炭耗量和燃煤节能减排的目的，同时大大降低能耗和成本，适宜于在煤粉炉、循环流化床锅炉等大型锅炉上应用。
[0030]本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果:
[0031](I)本发明的煤炭聚合添加剂中含有大量的碱金属和稀土金属及氧化物，燃烧过程中，这些含氧化合物能够起到供氧载体的作用，起到催化煤炭燃烧，提升煤炭燃烧放热量的效果。
[0032](2)本发明的煤炭聚合添加剂的使用减低了煤炭的用量，且其使用后污染性相比煤炭大大降低，具有降低煤炭耗量、燃煤节能减排、减轻环境污染的环保效益。
[0033](3)利用综合固相反应放热和催化燃烧的效果，在实际的应用中本发明的煤炭聚合添加剂可以实现等量替代煤炭5?12?^%的效果。
【具体实施方式】
[0034]下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0035]实施例1
[0036]一种可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂，包含以下质量百分数的组分:5%氧化轻稀土(湖南省稀土金属研宄院)、30%煤系高岭土(淄博鲁科耐火材料有限公司)、65%石灰石。将上述各组分混合后通过粉磨均匀至直径粒径小于200目，即得到煤炭聚合添加剂。
[0037]将上述得到的煤炭聚合添加剂等量替代6?10wt%的煤炭，应用于煤粉炉电站锅炉中，可实现4200?4500Kcal/kg的煤炭6?1wt%效果，且锅炉无结焦现象，污染气体(NOx, SO2)的排放减少。
[0038]实施例2
[0039]一种可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂，包含以下质量百分数的组分:6%氧化轻稀土(湖南省稀土金属研宄院)、35%煤系高岭土(淄博鲁科耐火材料有限公司)、59%石灰石。将上述各组分混合后通过粉磨均匀至直径粒径小于250目，即得到煤炭聚合添加剂。
[0040]将上述得到的煤炭聚合添加剂等量替代5?10wt%的煤炭，应用于煤粉炉电站锅炉中，可实现4500?5000Kcal/kg的煤炭5?1wt%的效果，且锅炉无结焦现象，污染气体(N0X, SO2)的排放减少。
[0041]实施例3
[0042]一种可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂，包含以下质量百分数的组分:10%氧化轻稀土(湖南省稀土金属研宄院)、40%煤系高岭土(淄博鲁科耐火材料有限公司)、50%石灰石。将上述各组分混合后通过粉磨均匀至直径粒径小于400目，即得到煤炭聚合添加剂。
[0043]将上述得到的煤炭聚合添加剂等量替代6?12wt%的煤炭，应用于煤粉炉电站锅炉中，可实现5000?5500Kcal/kg的煤炭6?12wt%的效果，且锅炉无结焦现象，污染气体(N0X, SO2)的排放减少。
[0044]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂，其特征在于包含以下质量百分数的组分:5?10%氧化轻稀土、30?40%煤系高岭土、50?65%石灰石。
2.根据权利要求1所述的可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂，其特征在于:所述的氧化轻稀土为镝、铈、镨、钕、钷和钐的氧化物中的至少一种和二氧化硅的混合物。
3.—种根据权利要求1?2任一项所述的可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤:将5?10wt%氧化轻稀土、30?40wt%煤系高岭土、65?50wt%石灰石混合后研磨至200?400目，即得到可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂。
4.根据权利要求1?2任一项所述的可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂在煤炭使用领域中的应用。
5.根据权利要求4所述的可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂在煤炭使用领域中的应用，其特征在于:所述可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂可等量代替5?12被％的煤炭。
【专利摘要】本发明属于煤炭能源技术领域，公开了一种可替代部分煤炭的煤炭聚合添加剂及制备方法和应用。该添加剂包含以下质量百分数的组分：5～10％氧化轻稀土、30～40％煤系高岭土、50～65％石灰石。本发明的煤炭聚合添加剂中含有大量的碱金属和稀土金属及氧化物，燃烧过程中，这些含氧化合物能够起到供氧载体的作用，起到催化煤炭燃烧，提升煤炭燃烧放热量的效果，具有降低煤炭耗量、燃煤节能减排、减轻环境污染的环保效益，实现了降低煤炭耗量和燃煤节能减排的目的，在实际的应用中本发明的煤炭聚合添加剂可以实现等量替代煤炭5～12wt％的效果，可广泛应用于煤炭使用领域中，特别适于在煤粉炉、循环流化床锅炉等大型锅炉中应用。
【IPC分类】C10L9-12
【公开号】CN104593117
【申请号】CN201510041154
【发明人】杨劲伟, 胡大为, 朱方彬
【申请人】聚合绿能科技发展（北京）有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月27日