世界上煤炭资源有限,而且储存量在不断的减少,可是社会发展对煤炭的需求日益增长,煤炭价格也不断上升。这样一方面需要节煤,另一方面要求采取措施提高煤炭的利用效率。因此如何通过提高煤炭的燃烧效率进而提高设备热效率以达到节约能源的目的引起了众多关注,其中煤炭助燃剂这一块就是目前研究的热点。通过在煤中加入少量助燃添加剂促进煤的完全燃烧,既可减少不完全燃烧的热损失,又可减少烟尘的排放。从节能和环保的角度而言,都具有十分重要的现实意义。本文对燃煤助燃剂的原理进行了解释,总结了近年来国内外燃煤助燃剂的研究和应用成果,为进一步开发新型的高效燃煤助燃剂提供一定的指导作用。
1. 燃煤助燃剂的作用及其助燃机理
1.1 燃煤助燃剂的作用
1)促使煤炭充分燃烧,起到助燃、增能、节煤的作用
燃煤助燃剂中含有提供氧源的氧化剂,可以在高温条件下分解出氧气促使煤炭充分燃烧。另外不含腐蚀性物质的催化剂,能有效降低氧的离解能和碳燃烧时所需的活化能,强化煤炭的燃烧,起到强烈助燃、增能、节煤作用。
2) 减少有害气体的排放,保护环境
燃煤助燃剂中的碱性氧化物与受热面上的烟垢和烟气发生化学反应,使烟垢和烟气中的硫化物生成硫酸盐,随炉渣一起排出炉外,减少二氧化硫、二氧化氮等有害气体的排放,有利于保护环境。
3) 降低企业成本,带来巨大经济效益
高效的助燃剂制作成本低、效果明显,使用时仅需添加燃煤重量的百分之一到百分之二。采用中国专利 CN 1757702A 所述的燃煤助燃剂,实验结果证明用于锅炉可节煤15%-22%,如原煤每天20吨的锅炉,加入该助燃剂1.5%后,每天可以节约煤炭3.8吨。
1.2 燃煤助燃剂助燃机理
目前关于燃煤助燃剂的作用机理主要有两个:一个是氧传递理论;另外一个是电子转移理论。
氧传递理论认为:加热条件下助燃剂中的金属类添加剂首先被还原成金属,然后金属吸附氧气,使金属氧化为氧化物,紧接着碳直接还原金属氧化物,这样金属一直处于氧化-还原循环中,在金属和氧化物两种状态中来回转换,氧原子不断从金属向碳原子传递,加快氧气扩散的速度,使燃烧更易进行。
电子转移理论认为:助燃剂中的金属离子能够被活化,从而使自身的电子发生转移,成为电子给予体,金属离子形成空穴,而碳表面的电子结构也发生变化,这种电荷的迁移将加快某些反应,从而提高整个反应的速度,使碳燃烧更完全。
2. 燃煤助燃剂的组成部分及其作用
燃煤助燃剂的组成包括膨松剂、氧化剂、催化剂、脱硫剂或固硫剂、消烟剂、水以及其他有机助剂。
2.1 膨松剂
膨松剂在炉膛高温区会受热爆裂,搅动煤层中的气流,促使碳粒表面的灰烬或燃烧产物CO脱离,使之充分燃烧。目前所用的膨松剂主要指的是工业食盐氯化钠。
2.2 氧化剂
氧化剂有助于提供燃烧在预热段、燃烧段和燃烧尽段所必须的活性氧,促使煤在燃烧过程中释放可燃的挥发份和碳粒的燃烧。常用的氧化剂有高锰酸钾,氯酸钾,高氯酸钾等。高锰酸钾可以在200-240℃温区分解出氧气;氯酸钾可以在300-350℃温区分解放出氧气;高氯酸钾可以在400℃以上分解出氧气;这些分解出的氧气为煤炭燃烧提供了必要的氧源。
另外,硝酸盐类如硝酸钠、硝酸钾、硝酸铈、硝酸钡等固体硝酸盐加热时能分解放出氧气,其中最活泼的金属的硝酸盐仅放出一部分氧气而变成亚硝酸盐,其余大部分金属的硝酸盐,分解为金属的氧化物、氧气和二氧化氮。硝酸盐在高温时也是强氧化剂。
2.3 催化剂