煤助燃剂的结构
1,膨松剂
膨松剂在炉膛高温区受热会爆裂,搅动煤层中的气流,促进碳粒表面的灰分或燃烧产物CO分离并充分燃烧。所用的膨松剂主要是指工业盐和氯化钠。
2.氧化剂
氧化剂有助于提供预热段、燃烧段和燃烧末段燃烧所必需的活性氧,促进煤燃烧过程中可燃挥发物和碳粒的燃烧。常用的氧化剂有高锰酸钾、氯酸钾、高氯酸钾。高锰酸钾在200-240℃能分解氧气;氯酸钾在300-350℃能放出氧气;高氯酸钾在400℃以上能分解氧气;这些分解的氧气为煤燃烧提供了必要的氧源。此外,硝酸盐如硝酸钠、硝酸钾、硝酸铈、硝酸钡等固体硝酸盐受热时可分解释放氧气。其中,最活泼金属的硝酸盐只释放出一部分氧气,变成亚硝酸盐,其他大部分金属的硝酸盐分解成金属氧化物、氧气和二氧化氮。硝酸盐在高温下也是一种强氧化剂。
3.催化剂
有二氧化锰、氧化镁、氧化铝、氧化铁、氧化铁、氯化铁、稀土元素、碳酸钠、铝矾土等。其中氧化铝在高温下能抑制CaSO4的分解,同时能与CaSO4、CaO、Al2O3形成高热稳定复盐,本品覆盖或包裹CaSO4晶体表面,抑制CaSO4的分解。金属氧化物在氧转移过程中起着至关重要的作用。铁化合物可以通过降低煤燃烧的着火温度和反应活化能来改善煤的燃烧特性。其作用随剂量增加而增强。其中,FeCl3 _ 3可以增加煤燃烧过程中的挥发分,降低煤焦的着火温度,提高低温燃烧时的燃烧速率,使煤的着火和燃烧更加容易。随着添加量的增加,煤燃烧特性的改善也在不断提高。FeCI2对煤燃烧的催化作用与FeCI3相似,但改善作用相对较小;Fe2O3对煤的燃烧过程影响不大。而Fe2O3在550℃左右对煤燃烧有助燃作用。在煤中添加MnO _ 2可以改善煤粉的燃烧性能。实验结果表明,添加2% ~ 5% MnO 2可使无烟煤和烟煤的燃烧率分别提高14% ~ 18%和3% ~ 8%,富氧与添加MnO 2相结合可进一步提高助燃效果。其助燃机理是热分解释放的活性氧在着火初期加快了火焰传播速度,进而提高了煤粉的燃烧率。
4.脱硫剂或固硫剂
固硫剂的种类很多,有钙基固硫剂、钡基固硫剂、镁基固硫剂、纳米材料固硫剂等,有时也选用电石渣、造纸废液、硼泥、赤泥、盐泥等工业废弃物和石灰石、白云石等天然矿物。钙基固硫剂有三种:CaCO3、CaO和Ca(OH)2。Ca(OH)2的固硫效果最好,其次是CaCO3和CaO。在纯CaCO3中加入氧化铁可以促进固硫反应,降低反应的活性,使反应更容易进行。而且加入氧化铁可以在一定程度上提高CaSO4的分解温度,加速CaSO4的氧化反应。CaCO3、Fe2O3、CaO等的简单机械混合法。对煤燃烧的助燃作用较弱。有的甚至有抑制作用,而加入CaCO3或Ca(OH)2(石灰乳)及其与少量CaCl2、Fe(NO3)3、FeSO4的混合盐,浸渍Fe(NO3)3、FeSO4对烟煤和无烟煤有明显的助燃作用。
大量实验结果表明,有机钙基固硫剂的效果较好。实验结果表明,有机钙的煅烧可分为三个阶段:1阶段以水的析出为主,第二阶段以有机气体的析出为标志,第三阶段为碳酸钙的分解。醋酸钙镁分解容易,丙酮气体在298℃开始沉淀。而醋酸钙和丙酸钙分别在390℃和392℃开始析出丙酮和戊酮气体。添加乙酸镁钙或丙酸钙后,煤的热解温度提前,最大挥发速率增加,挥发分释放特性指数明显提高,热解过程更加剧烈,热解性能得到改善。煤中加入有机钙后,样品在燃烧初期失重很快,燃烧速率远高于原煤。后期样品燃烧平缓,燃烧速率低于原煤。有机钙改善了煤的着火性能和整体燃烧性能。镁基固硫剂包括碳酸镁和氧化镁。其作用原理与钙基固硫剂相似,钡基固硫剂主要是BaCO3。纯硫酸钡的分解温度为1580℃,远高于硫酸钙,表现出较高的热稳定性。而且Ba的金属活性比Ca高,对应的氧化物碱性更强,更有利于与酸性氧化物SO2反应。钡基固硫剂在高温燃煤中的固硫效果明显高于钙基固硫剂,具有良好的应用前景。贝壳固硫剂和纳米材料固硫剂也有应用。使用钙基、镁基和钡基固硫剂,固硫反应发生在SO2或SO3与金属氧化物之间。主要化学反应通式为:MeO+SO2+1/2 O2 = MeSO4 4或MEO+SO3 = MEO 4。
5.抑烟剂:早期的抑烟剂以无机物为主,也有少量有机物作为抑烟剂,包括锰矿粉、氢氧化钾、醋酸、高氯酸钾、生石灰、硝酸锌、硝酸铝、硝酸铅、硝酸钙、环己胺、甲醇、乙醇、吐温、乙醚、硝酸盐水溶液、石灰乳等成分。近年来,煤炭助燃消烟剂向有机溶剂方向发展。在中国专利CN101003759A中描述的制备方法中,使用聚氧乙烯和清水。该配方原料易得,制备方法简单,成本低廉。其消烟的主要原理是高温下搅拌在煤中的助燃消烟剂中的水分子被分离出来,变成氢气和氧气,与煤气混合后同时燃烧,提高燃烧热值,使烟气杂质在相同条件下以与通常不同的燃烧温度同时燃烧,从而达到消烟的目的。中国CN100999690A在抑烟剂中添加了C12脂肪醇聚氧乙烯(4)醚。其他有机化合物助剂包括烷基醇醚、烷基酯、烯烃、芳香族化合物、磷酸酯、氯代烃、烷基醇酰基等。