專利名稱：燃料改進(jìn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于改進(jìn)化石燃料燃燒的方法，并且更具體地涉及一種產(chǎn)生具有 低碳含量的灰副產(chǎn)物的用于煤燃燒的改進(jìn)方法，以及涉及用于該方法的燃料改進(jìn)劑組合 物。
背景技術(shù)：
灰是在煤燃燒中產(chǎn)生的副產(chǎn)物。飛灰通常由發(fā)電站的煙囪捕獲，底灰從爐子的底 部去除。在英國(guó)，每年產(chǎn)生稍微超過(guò)1，000，000噸的飛灰。在世界范圍內(nèi)，大部分從燒煤的發(fā)電站產(chǎn)生的灰在填埋場(chǎng)進(jìn)行處理或儲(chǔ)存在熔渣 場(chǎng)。一些國(guó)家對(duì)這樣的廢物在填埋場(chǎng)的處理征稅。近年來(lái)，由于增加的填埋成本以及環(huán)境 成本，灰的回收已經(jīng)成為日益增加的問(wèn)題。這種灰的顯著部分在性質(zhì)上是凝硬性的(火山灰的)，這意味著當(dāng)與氫氧化鈣組 合時(shí)，它呈現(xiàn)出水泥質(zhì)性質(zhì)。原則上，飛灰可以用作混凝土混合物的一部分波特蘭水泥含 量的代替物。波特蘭水泥本身的生產(chǎn)是能源密集的并產(chǎn)生大量的二氧化碳，每噸波特蘭水 泥大約產(chǎn)生一噸二氧化碳，因此這個(gè)的一部分被另外不用的副產(chǎn)物代替可以顯著降低碳排 放。然而，包含高百分比的未燃燒的碳的灰不可用作波特蘭水泥替代品，則是因?yàn)樗?述灰具有在混合工藝過(guò)程中從混凝土吸附重要的水泥質(zhì)化學(xué)混合物的傾向。這使得混合物 無(wú)法使用以影響它們預(yù)期的目的。具有或更小的碳含量的灰對(duì)于用作火山灰是理想的?？梢约庸わw灰以使碳含量減少到足以用作火山灰的水平。這樣的方法的實(shí)例包括 重新燃燒飛灰以降低碳含量；產(chǎn)生低碳部分的靜電分離方法以及化學(xué)處理飛灰，以通過(guò)降 低碳的吸附性能而使碳含量的影響最小化。所有這些方法需要至少一個(gè)另外的加工步驟， 增加了產(chǎn)生有用的副產(chǎn)物而不是廢產(chǎn)物的總成本。在歐洲，對(duì)于發(fā)電站存在法律上的要求以降低含氮和含硫氧化物的排放，稱為NOx 和SOx排放物。這已經(jīng)導(dǎo)致燒煤發(fā)電站裝配有低NOx燃燒器。當(dāng)減少NOx和SOx排放物 時(shí)，這些燃燒器也導(dǎo)致燃燒效率的輕微損失，其可以進(jìn)而導(dǎo)致灰中高水平的碳，通常在20% 碳的區(qū)域中，使得灰成為不希望的廢產(chǎn)物。中國(guó)專利號(hào)CN1077482、CN1396239、和CN1396239描述了燃料燃燒添加劑。這樣 的添加劑由以一定重量比混合的一個(gè)范圍的金屬和金屬氧化物組成。將所有這些添加劑加 入到超過(guò)其標(biāo)準(zhǔn)量的燃料中，以致所使用的燃料的量沒有減少。還存在幾百萬(wàn)噸從來(lái)自礦石的金屬的提取物產(chǎn)生的熔渣。期望提供一種用于煤的燃燒的改進(jìn)方法，提供具有低碳含量的灰，其使得灰成為 理想的和可出售的副產(chǎn)物，而不是需要以滿足環(huán)境規(guī)章的方式處理的廢產(chǎn)物。此外，期望提 供一種改進(jìn)的方法，其中減少燃燒的煤的量，同時(shí)不降低能量輸出并優(yōu)選增加能量輸出和 減少碳排放物。還期望提供一種用于熔渣副產(chǎn)物的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種用于降低來(lái)自燃燒器的灰的碳含量的方法，包括在 燃燒器中在存在燃料改進(jìn)劑的情況下加熱碳基燃料，燃料改進(jìn)劑包括選自包括鐵氧化物、 氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂和氧化鋁的組中的至少一種金屬氧化物，其中燃料改進(jìn)劑的平均 粒徑在1到100微米的范圍內(nèi)。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種燃料改進(jìn)劑組合物，包括選自包括鐵氧化物、氧 化鈣、二氧化硅、氧化鎂和氧化鋁的組中的至少一種金屬氧化物，其中燃料改進(jìn)劑在1到 100微米的范圍內(nèi)。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種生產(chǎn)火山灰的方法，包括在燃燒器中在燃料改 進(jìn)劑存在的情況下加熱碳基燃料，燃料改進(jìn)劑包括選自包括鐵氧化物、氧化鈣、二氧化硅、 氧化鎂和氧化鋁的組中的至少一種金屬氧化物，其中燃料改進(jìn)劑的平均粒徑在1到100微 米的范圍內(nèi)；以及從燃燒器回收灰。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種生產(chǎn)水泥質(zhì)組合物(膠凝組合物，cementitious composition)的方法，包括在燃燒器中在燃料改進(jìn)劑存在的情況下加熱碳基燃料，燃料 改進(jìn)劑包括選自包括鐵氧化物、氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂和氧化鋁的組中的至少一種金屬 氧化物，其中燃料改進(jìn)劑的平均粒徑在1到100微米的范圍內(nèi)；從燃燒器回收灰以及將灰與
氫氧化鈣混合。優(yōu)選地，燃料改進(jìn)劑的平均粒徑在1到80微米的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，平均粒徑在 到33微米的范圍內(nèi)。還更優(yōu)選地，平均粒徑在5到25微米的范圍內(nèi)。仍然更優(yōu)選地，平均 粒徑在8到20微米的范圍內(nèi)。典型地，減小燃料改進(jìn)劑材料以產(chǎn)生在上面提及的范圍內(nèi)的平均粒徑。優(yōu)選地，燃料改進(jìn)劑的平均粒徑通過(guò)磨碎(粉碎，pulverisation)而減小。優(yōu)選地，燃料改進(jìn)劑以按重量計(jì)在2. 5%到33%的范圍內(nèi)的量代替一定比例的碳 基燃料。更優(yōu)選地，燃料改進(jìn)劑以按重量計(jì)在5%到33%的范圍內(nèi)的量代替一定比例的碳 基燃料。仍然更優(yōu)選地，燃料改進(jìn)劑以按重量計(jì)在5%到15%的范圍內(nèi)的量代替一定比例 的碳基燃料。碳基燃料可以為化石燃料。優(yōu)選地，化石燃料為煤。更優(yōu)選地，在引入到燃燒器中 之前磨碎煤。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種提高燃燒過(guò)程的燃料效率的方法，包括用燃料改 進(jìn)劑代替一定比例的待燃燒的碳基燃料的步驟，燃料改進(jìn)劑包括選自包括鐵氧化物、氧化 鈣、二氧化硅、氧化鎂和氧化鋁的組中的至少一種金屬氧化物。優(yōu)選地，燃料改進(jìn)劑的平均粒徑在1到100微米的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，燃料改進(jìn)劑 的平均粒徑在1到80微米的范圍內(nèi)。還更優(yōu)選地，平均粒徑在3到33微米的范圍內(nèi)。仍 然更優(yōu)選地，平均粒徑在5到25微米的范圍內(nèi)。仍然更優(yōu)選地，平均粒徑在8到20微米的 范圍內(nèi)。該方法可以包括減小燃料改進(jìn)劑材料的粒徑以產(chǎn)生在上面提及的范圍內(nèi)的粒徑 的步驟。優(yōu)選地，燃料改進(jìn)劑的平均粒徑通過(guò)磨碎而減小。有利地，燃料改進(jìn)劑組合物包含屬于周期表的3和4周期(II-V族)的化學(xué)元素。
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有利地，燃料改進(jìn)劑組合物包含屬于周期表的3和4周期(II-V族)的化學(xué)元素 的氧化物或其他化合物。本發(fā)明提供了一種在引入到燃燒室之前與碳基燃料混合或與燃料一起注入到燃 燒室中的燃料改進(jìn)劑。該燃料改進(jìn)劑在加熱時(shí)釋放游離氧基。這種燃料改進(jìn)劑的存在改進(jìn) 了煤的碳餾分的氧化，導(dǎo)致提高的效率和得到的灰的碳含量的降低，產(chǎn)生有用的材料代替 廢產(chǎn)物。燃料添加劑的使用也導(dǎo)致NOx和SOx氣體的排放物的減少，這是因?yàn)閷?duì)于相同的 碳輸入，燃燒器的空氣需求減少，完成燃料的燃燒的額外的氧來(lái)源于燃料改進(jìn)劑而不是來(lái) 源于另外的空氣。由于改進(jìn)了燃料的碳餾分的氧化，這也導(dǎo)致用于相同的能源輸出的固體 燃料的消耗減少。


在附圖中，該附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式圖1為示出了在利用輥壓機(jī)磨碎后燃料改進(jìn)劑的粒徑的分布的圖；圖2為示出了粒徑的磨碎的燃料改進(jìn)劑的照片；圖3為示出了在燃料改進(jìn)劑和煤的不同混合物的燃燒期間CO釋放的圖；圖4為示出了在5%燃料改進(jìn)劑和95%煤的混合物的燃燒期間CO釋放的圖；圖5為示出了在燃料改進(jìn)劑和煤的不同混合物的燃燒期間CO釋放的圖；以及圖6為示出了與單獨(dú)的煤燃燒期間CO釋放相比，單獨(dú)的燃料改進(jìn)劑燃燒期間CO 釋放的圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明改進(jìn)的燃燒方法涉及燃料改進(jìn)劑注入碳基燃料燃燒器如燒煤的發(fā)電站中 的主要燃燒器中。燃料改進(jìn)劑來(lái)源于金屬氧化物的混合物，該金屬氧化物通常來(lái)源于是金 屬熔煉過(guò)程副產(chǎn)物的熔渣，通常在銅和鎳的生產(chǎn)中。熔渣材料包括以金屬氧化物形式的過(guò) 量的氧，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)通過(guò)加熱到足夠的溫度可以將這種氧釋放到燃燒器中。燃料改進(jìn) 劑可以包括氧化物如鐵氧化物、氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂和氧化鋁，尤其是如表1中示出 的。參見表1，對(duì)于兩種燃料改進(jìn)劑樣品的X-射線熒光(XRF)分析?？梢詠?lái)自不同的來(lái)源 和以不同的量來(lái)使用多種不同的氧化物。熔渣的組成將取決于被熔煉的礦石的類型和礦石 本身的起源而變化。如表中所示，鐵和硅的氧化物占主導(dǎo)。表1 燃料添加劑的兩種樣品的XRF分析。
權(quán)利要求
一種用于降低來(lái)自燃燒器的灰的碳含量的方法，包括在燃燒器中在燃料改進(jìn)劑存在的情況下加熱碳基燃料，所述燃料改進(jìn)劑包括選自包括鐵氧化物、氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂和氧化鋁的組中的至少一種金屬氧化物，其中，所述燃料改進(jìn)劑的平均粒徑在1到100微米的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述燃料改進(jìn)劑的粒徑在1到80微米的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述燃料改進(jìn)劑的粒徑通過(guò)磨碎而減小。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述燃料改進(jìn)劑以按重量計(jì)在2.5%到 33%的范圍內(nèi)的量代替一定比例的所述燃料。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述碳基燃料為化石燃料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述化石燃料為煤。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述煤在引入到所述燃燒器中之前被磨碎。
8.一種燃料改進(jìn)劑組合物，包括選自包括鐵氧化物、氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂和氧化 鋁的組中的至少一種金屬氧化物，其中，所述燃料改進(jìn)劑的平均粒徑在1到100微米的范圍 內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料改進(jìn)劑組合物，其中，所述燃料改進(jìn)劑的平均粒徑在1到 80微米的范圍內(nèi)
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的燃料改進(jìn)劑組合物，其中，所述燃料改進(jìn)劑的粒徑通過(guò) 磨碎而減小。
11.一種生產(chǎn)火山灰的方法，包括在燃燒器中在燃料改進(jìn)劑存在的情況下加熱碳基 燃料，所述燃料改進(jìn)劑包括選自包括鐵氧化物、氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂和氧化鋁的組中 的至少一種金屬氧化物，其中所述燃料改進(jìn)劑的平均粒徑在1到100微米的范圍內(nèi)；以及從 所述燃燒器回收所述灰。
12.—種生產(chǎn)水泥質(zhì)組合物的方法，包括在燃燒器中在燃料改進(jìn)劑存在的情況下加熱 碳基燃料，所述燃料改進(jìn)劑包括選自包括鐵氧化物、氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂和氧化鋁的 組中的至少一種金屬氧化物，其中所述燃料改進(jìn)劑的平均粒徑在1到100微米的范圍內(nèi)；從 所述燃燒器回收灰以及將所述灰與氫氧化鈣混合。
13.一種提高燃燒過(guò)程的燃料效率的方法，包括用燃料改進(jìn)劑代替一定比例的待燃燒 的碳基燃料的步驟，所述燃料改進(jìn)劑包括選自包括鐵氧化物、氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂和 氧化鋁的組中的至少一種金屬氧化物。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述燃料改進(jìn)劑的平均粒徑在 1到80微米的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述燃料改進(jìn)劑的粒徑通過(guò)磨 碎而減小。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述燃料改進(jìn)劑以按重量計(jì)在 2. 5%到33%的范圍內(nèi)的量代替一定比例的所述燃料。
17.根據(jù)權(quán)利要求11至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述碳基燃料為化石燃料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于降低來(lái)自燃燒器的灰的碳含量的方法，包括在燃燒器中在燃料改進(jìn)劑存在的情況下加熱碳基燃料。燃料改進(jìn)劑包括選自包括鐵氧化物、氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂和氧化鋁的組中的至少一種金屬氧化物。減小燃料改進(jìn)劑的平均粒徑以產(chǎn)生在1到100微米的范圍內(nèi)的粒徑。
文檔編號(hào)C10L9/12GK101983229SQ200980111877
公開日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月7日
發(fā)明者戴維·狄克遜, 科林·梅特卡夫 申請(qǐng)人:國(guó)際創(chuàng)新技術(shù)有限公司