專利名稱：一種煤炭助燃水凝膠及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤炭助燃劑，具體涉及一種煤炭助燃水凝膠及其制備方法與應(yīng)用，該煤炭助燃水凝膠在助燃的同時(shí)還具有消煙、除塵、節(jié)能的效果，適用于工業(yè)鍋爐、電站爐、窖爐、蒸汽爐和生活型煤爐。
背景技術(shù)：
我國的煤炭資源相當(dāng)豐富，已探明的儲(chǔ)量位居世界前列，但它們?cè)?00年后將逐漸枯竭。就煤炭的質(zhì)量看，煤的品質(zhì)參差不齊，煤中含硫量達(dá)2%以上的中高硫煤和高硫煤約占總儲(chǔ)量的1/3。正因?yàn)檫@個(gè)因素，煤炭在燃燒過程當(dāng)中，由于其品質(zhì)較差而使得燃燒不夠充分，造成爐膛溫度偏低、燃點(diǎn)高、不易著火、熱容大、不易傳熱等等，加上隨著燃煤所排 放的S0x、N0x等有害氣體和煙塵不斷增多，其結(jié)果不僅是能源浪費(fèi)，環(huán)境污染的問題也同樣突出。當(dāng)前，工業(yè)燃煤為我國解決能源需求量的70%左右，大約有40多萬臺(tái)鍋爐在運(yùn)作，由于設(shè)備技術(shù)陳舊，許多鍋爐效率低，能源消耗量大，廢氣排放超標(biāo)，大氣污染嚴(yán)重，成為亟待解決的全國性問題。為了降低燃煤鍋爐的能耗以及減少燃煤鍋爐對(duì)環(huán)境的污染，需要對(duì)燃煤鍋爐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，但是這樣做需要投入巨大的資金，而且改造后也需要高額的運(yùn)行費(fèi)用。現(xiàn)有技術(shù)中，為了提高燃煤的燃燒效率，采用助燃劑是相對(duì)經(jīng)濟(jì)的辦法。目前國內(nèi)外關(guān)于煤炭助燃劑的研究已有不少的成果，成分主要包含膨松劑、氧化劑、催化劑、脫硫劑、消煙劑、水及有機(jī)助劑等。在燃煤中添加助燃劑，能顯著改善煤的燃燒特性，降低著火溫度，加快焦炭的燃燒速度，縮短燃燒時(shí)間，提高燃燒效率。助燃劑在煤炭燃燒過程中，當(dāng)中的金屬離子，例如三價(jià)鐵離子、四價(jià)錳離子等可參與碳在燃燒過程中所必需的氧傳遞過程，有助于電子轉(zhuǎn)移，可以降低煤炭燃燒的活化能，起到助燃、增能、節(jié)煤的作用。通過調(diào)整不同金屬離子之間的比例關(guān)系，可以調(diào)控在不同的燃燒溫度下的助燃效果，適合于不同種類的鍋爐。利用氯化鈉等電解質(zhì)材料在高溫下的爆裂特性，也可以提高燃燒過程中煤炭與氧氣的接觸效果。另外，助燃劑中的堿性氧化物等成分與受熱面上的煙垢和煙氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使煙垢和煙氣中的硫化物生成硫酸鹽，隨爐渣一起排出，減少二氧化硫、二氧化氮等有害氣體的排放，有利于環(huán)保。因此，采用適當(dāng)?shù)拿禾恐紕?，使用方便，投資少，比較適用于我國現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)條件和環(huán)保要求，具有一定的廣泛適用性。中國專利申請(qǐng)200710050000. 2、200610046154. X、200510013262.2、200810028083. X等主要是利用某些金屬氧化物、工業(yè)廢渣、生石灰、尾礦等作為添加劑，利用其助燃效果，添加到煤中，提高煤的熱值。也可以利用工農(nóng)業(yè)的可燃性廢棄物，添加到原煤中，提高煤的熱值。專利申請(qǐng)03124816. 0公開了一種“煤炭添加劑”，將生石灰、氯化鈉、三氧化二鐵、
硝酸鈉等進(jìn)行粉碎，將粉末投入煤炭中，雖然起到一定脫硫節(jié)煤作用，但是缺乏對(duì)鍋爐本身的清焦、緩蝕等效果。尤其在品質(zhì)較差的煤的燃燒過程中，受有效接觸面積以及爐膛結(jié)構(gòu)所限制，助燃劑中的有效成分并不能大部分和煤炭進(jìn)行接觸，反而與不支持燃燒的雜質(zhì)和爐渣進(jìn)行接觸，使得助燃的效果大打折扣；加上活性物質(zhì)釋放速度過快，例如氧氣和水在接近爐膛入口的位置就脫離了煤炭并消散到空氣中，不利于在爐膛中心發(fā)揮作用，失去最佳的助燃效果。綜合所述，目前市面上大多數(shù)的燃煤添加劑在工業(yè)鍋爐的大規(guī)模應(yīng)用中仍存在以下問題(I)工業(yè)廢渣、石灰石等材料有效成分量較低、需添加量大；(2)固體顆粒添加劑不利于分散，有效接觸面積過低；(3)固硫產(chǎn)物為單純性的硫酸鈣，在高溫下不夠穩(wěn)定，容易再次分解放出二氧化硫等污染物；(4)工業(yè)廢渣及尾礦中的大量重金屬以及放射性物質(zhì)容易產(chǎn)生新污染；(5)氧氣和水蒸氣在煤炭燃燒中心停留時(shí)間較短，不利于助燃效果的提升；(6)清焦、緩蝕效果不甚理想。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有煤炭助燃劑的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種煤炭助燃水凝膠的制備方法。本發(fā)明的另一目的在于提供由上述方法制備得到的煤炭助燃水凝膠，該煤炭助燃水凝膠在助燃的同時(shí)還具有消煙、除塵、節(jié)能的效果。本發(fā)明的再一目的在于提供上述煤炭助燃水凝膠的用途。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種煤炭助燃水凝膠的制備方法，包括以下步驟(I)將以下質(zhì)量百分比的成分混合均勻，得到混合物金屬硝酸鹽 30 89%氯酸鉀5 60%稀土元素I 3%堿金屬氫氧化物5 30%硅酸鈉0 20% ； (2)取3%的聚N-異丙基丙烯酰胺和30%的雙氧水溶于水中，攪拌均勻，得到溶劑；所述百分比為占溶劑總體積的百分比；(3)將混合物溶于溶劑中，得到煤炭助燃水凝膠；優(yōu)選地，步驟(I)所述的混合物由以下質(zhì)量百分比的成分混合均勻后得到金屬硝酸鹽 67 80%氯酸鉀7 15%稀土元素I 3%堿金屬氫氧化物5 10%硅酸鈉5 8% ；步驟(I)所述的金屬硝酸鹽為硝酸鈣、硝酸鎂、硝酸鍶、硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鐵、硝酸錳、硝酸鎳或硝酸鈷中的一種以上；步驟(I)所述的堿金屬氫氧化物為氫氧化鉀或氫氧化鈉；步驟(I)所述的稀土元素為氧化稀土或稀土硝酸鹽；步驟(2)所述聚N-異丙基丙烯酰胺的數(shù)均分子量為5000-1000000 ；步驟(2)所述的雙氧水可以采用工業(yè)級(jí)雙氧水，其中H2O2的含量為50% ；步驟(3)所述的煤炭助燃水凝膠其固含量?jī)?yōu)選30%。由上述方法制備得到的煤炭助燃水凝膠可用于煤炭助燃。煤炭在燃燒前，先將本發(fā)明的煤炭助燃水凝膠與煤炭按質(zhì)量比I : (5(T300)混合，再燃燒。本發(fā)明的機(jī)理是以工業(yè)級(jí)硝酸鐵、硝酸錳、硝酸鈉、硝酸鈣作為助燃劑，硝酸鈣作為固硫劑前體，通過在溶液相加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)凝膠流變性能，獲得穩(wěn)定的燃煤添加劑水凝膠。當(dāng)中亦添加適量的稀土元素作為助燃催化劑，用以催化燃燒效率較低的煤。將活性成分按照合適的比例制備成性質(zhì)穩(wěn)定的凝膠，在燃燒過程中逐步釋放活性物質(zhì)，從而提高助燃效果；解決了助燃劑在與煤炭表面接觸的過程中活性物質(zhì)釋放效率低下的問題。凝膠中的氫氧化鐵、氫氧化錳、氫氧化鈣等在煤炭燃燒過程中燒結(jié)成為多孔狀復(fù)合氧化物，有利于提升吸附效果，達(dá)到固定爐渣，達(dá)到清焦、緩蝕、固硫的目的。
在該體系下，雙氧水的分解過程以及水汽升騰過程變得緩慢，從而達(dá)到在接近燃燒中心的位置集中釋放，提高自由基反應(yīng)的效率并且改善傳熱。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果I、本發(fā)明采用水凝膠的形式的助燃劑有助于助燃成分的緩釋，從而隨著煤炭在鏈條爐中前進(jìn)的過程，助燃劑的助燃效果能在爐膛中心的位置集中和更為有效地發(fā)揮出來，另外，能利用其結(jié)構(gòu)蓬松以及攜帶陽離子較多的特性，在接近爐尾的位置更好地吸附煤煙等排放物，達(dá)到降低煙塵的效果。2、本發(fā)明的煤炭助燃水凝膠采用溶膠-凝膠法制備，無腐蝕性，性質(zhì)穩(wěn)定，易于吸附在煤粉表面，形成疏松多孔的助燃劑層，可通過噴淋裝置同煤炭直接混合，使用方便，適用于工業(yè)鍋爐、電站爐、蒸汽爐和窯爐等燃煤。3、經(jīng)環(huán)保部門和節(jié)能監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)，使用本發(fā)明的煤炭助燃水凝膠脫硫率達(dá)85%，節(jié)標(biāo)煤率14. 6%，提高鍋爐熱效率10. 6%，爐渣含碳量降低12. 7%，清焦、消煙、緩蝕達(dá)92%以上，起到節(jié)煤和減少污染物排放的綜合作用。4、本發(fā)明的煤炭助燃水凝膠使用簡(jiǎn)單、原料充足、制備工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境無污染，是一種理想的煤炭助燃劑。5、在使用本發(fā)明的煤炭助燃水凝膠時(shí)，將煤的含水量保持在10%左右，水份可以將煤粉粘結(jié)在一起，不被氣流吹起，所以煙氣中的飛灰數(shù)和粉塵大為減少，除塵器中的飛灰減少9. 2%。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例I一種煤炭助燃水凝膠，由以下步驟制備得到
(I)將以下質(zhì)量百分比的成分混合均勻，得到混合物硝酸鈣32%硝酸鈉20%硝酸錳15%氯酸鉀15%硝酸鑭3% 氫氧化鈉10%硅酸鈉5%；(2)取3%聚N-異丙基丙烯酰胺和30%雙氧水溶于水中，攪拌均勻，得到溶劑；所述百分比為占溶劑總體積的百分比；(3)將混合物溶于溶劑中，配成固含量為30%的煤炭助燃水凝膠。將本實(shí)施例的煤炭助燃水凝膠與劣質(zhì)煤按質(zhì)量比I : 200混合后燃燒，用于不合格的一類煙煤(2000千卡/公斤以下)，如煤中摻有大量的煤矸石或常年堆積的不能燃燒的廢煤，單獨(dú)燃燒則無法使用，但加入該水凝膠后，經(jīng)合理配制可以實(shí)現(xiàn)充分的燃燒，并能提高1100千卡/公斤的產(chǎn)能效果，實(shí)現(xiàn)廢物利用。另外，發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)煤的燃燒值提高到3700^4100千卡/公斤，提高了 850千卡/公斤左右；熱效率提高了 23%以上，節(jié)省原煤約29%，含硫量由I. 0%降低至IJ 0. 7%以下。用于優(yōu)質(zhì)煤(燃燒值在5000大卡以上)，添加該水凝膠可大大提高熱值，同時(shí)降低有害氣體和煙塵排放量；將本實(shí)施例的煤炭助燃水凝膠與優(yōu)質(zhì)煤按質(zhì)量比I : 200混合后燃燒，發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)煤的燃燒值提高到5800飛400千卡/公斤，提高了 1000千卡/公斤左右；熱效率提高了 22%以上，節(jié)省原煤約28%，含硫量由I. 0%降低到0. 7%以下。實(shí)施例2一種煤炭助燃水凝膠，由以下步驟制備得到(I)將以下質(zhì)量百分比的成分混合均勻，得到混合物硝酸鈣32%硝酸鈉17%硝酸錳30%氯酸鉀10%硝酸鈰1%氫氧化鈉5%硅酸鈉5%；(2)取3%聚N-異丙基丙烯酰胺和30%雙氧水溶于水中，攪拌均勻，得到溶劑；所述百分比為占溶劑總體積的百分比；(3)將混合物溶于溶劑中，配成固含量為30%的煤炭助燃水凝膠。將本實(shí)施例的煤炭助燃水凝膠與劣質(zhì)煤按質(zhì)量比I : 200混合后燃燒，用于不合格的一類煙煤(2000千卡/公斤以下)，如煤中摻有大量的煤矸石或常年堆積的不能燃燒的廢煤，單獨(dú)燃燒則無法使用，但加入該水凝膠后，經(jīng)合理配制可以實(shí)現(xiàn)充分的燃燒，并能提高1050千卡/公斤的產(chǎn)能效果，實(shí)現(xiàn)廢物利用。另外，發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)煤的燃燒值提高到3700^4100千卡/公斤，提高了 870千卡/公斤左右；熱效率提高了 23%以上，節(jié)省原煤約29%，含硫量由I. 0%降低至IJ 0. 6%以下。用于優(yōu)質(zhì)煤(燃燒值在5000大卡以上)，添加該水凝膠可大大提高熱值，同時(shí)降低有害氣體和煙塵排放量；將本實(shí)施例的煤炭助燃水凝膠與優(yōu)質(zhì)煤按質(zhì)量比1:200混合后燃燒，發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)煤的燃燒值提高到5700飛300千卡/公斤，提高了 900千卡/公斤左右；熱效率提高了 21%以上，節(jié)省原煤約27%，含硫量由I. 0%降低到0. 7%以下。實(shí)施例3一種煤炭助燃水凝膠，由以下步驟制備得到(I)將以下質(zhì)量百分比的成分混合均勻，得到混合物硝酸鈣37%硝酸鈉38%氯酸鉀10%硝酸鈰2%氫氧化鈉5%硅酸鈉8%；(2)取3%聚N-異丙基丙烯酰胺和30%雙氧水溶于水中，攪拌均勻，得到溶劑；所述百分比為占溶劑總體積的百分比；(3)將混合物溶于溶劑中，配成固含量為30%的煤炭助燃水凝膠。將本實(shí)施例的煤炭助燃水凝膠與劣質(zhì)煤按質(zhì)量比I : 200混合后燃燒，用于不合格的一類煙煤(2000千卡/公斤以下)，如煤中摻有大量的煤矸石或常年堆積的不能燃燒的廢煤，單獨(dú)燃燒則無法使用，但加入該水凝膠后，經(jīng)合理配制可以實(shí)現(xiàn)充分的燃燒，并能提高1150千卡/公斤的產(chǎn)能效果，實(shí)現(xiàn)廢物利用。另外，發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)煤的燃燒值提高到3700^4100千卡/公斤，提高了 880千卡/公斤左右；熱效率提高了 24%以上，節(jié)省原煤約30%，含硫量由I. 0%降低至IJ 0. 7%以下。用于優(yōu)質(zhì)煤(燃燒值在5000大卡以上)，添加該水凝膠可大大提高熱值，同時(shí)降低有害氣體和煙塵排放量；將本實(shí)施例的煤炭助燃水凝膠與優(yōu)質(zhì)煤按質(zhì)量比1:200混合后燃燒，發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)煤的燃燒值提高到5600飛200千卡/公斤，提高了 800千卡/公斤左右；熱效率提高了 20%以上，節(jié)省原煤約25%，含硫量由I. 0%降低到0. 7%以下。實(shí)施例4一種煤炭助燃水凝膠，由以下步驟制備得到(I)將以下質(zhì)量百分比的成分混合均勻，得到混合物硝酸鈣40%硝酸錳10%硝酸鈉30%氯酸鉀7%硝酸鈰1%氫氧化鈉5%硅酸鈉7%;(2)取3%聚N-異丙基丙烯酰胺和30%雙氧水溶于水中，攪拌均勻，得到溶劑；所述百分比為占溶劑總體積的百分比；
(3)將混合物溶于溶劑中，配成固含量為30%的煤炭助燃水凝膠。
將本實(shí)施例的煤炭助燃水凝膠與劣質(zhì)煤按質(zhì)量比I : 200混合后燃燒，用于不合格的一類煙煤(2000千卡/公斤以下)，如煤中摻有大量的煤矸石或常年堆積的不能燃燒的廢煤，單獨(dú)燃燒則無法使用，但加入該水凝膠后，經(jīng)合理配制可以實(shí)現(xiàn)充分的燃燒，并能提高1000千卡/公斤的產(chǎn)能效果，實(shí)現(xiàn)廢物利用。另外，發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)煤的燃燒值提高到3700^4100千卡/公斤，提高了 820千卡/公斤左右；熱效率提高了 19%以上，節(jié)省原煤約25%，含硫量由I. 0%降低至IJ 0. 7%以下。用于優(yōu)質(zhì)煤(燃燒值在5000大卡以上)，添加該水凝膠可大大提高熱值，同時(shí)降低有害氣體和煙塵排放量；將本實(shí)施例的煤炭助燃水凝膠與優(yōu)質(zhì)煤按質(zhì)量比I : 200混合后燃燒，發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)煤的燃燒值提高到5400飛000千卡/公斤，提高了 600千卡/公斤左右；熱效率提高了 18%以上，節(jié)省原煤約23%，含硫量由I. 0%降低到0. 7%以下。由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的煤炭助燃水凝膠可以與任何煤種配合使用，適用范圍廣。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種煤炭助燃水凝膠的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (1)將以下質(zhì)量百分比的成分混合均勻，得到混合物 金屬硝酸鹽 30 89% 氯酸鉀5 60% 稀土元素廣3% 堿金屬氫氧化物5 30% 硅酸鈉0 20% ； (2)取3%的聚N-異丙基丙烯酰胺和30%的雙氧水溶于水中，攪拌均勻，得到溶劑；所述百分比為占溶劑總體積的百分比； (3)將混合物溶于溶劑中，得到煤炭助燃水凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤炭助燃水凝膠的制備方法，其特征在于步驟(I)所述的混合物由以下質(zhì)量百分比的成分混合均勻后得到 金屬硝酸鹽 67 80% 氯酸鉀7 15% 稀土元素廣3% 堿金屬氫氧化物5 10% 娃酸鈉5 8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的煤炭助燃水凝膠的制備方法，其特征在于步驟(I)所述的金屬硝酸鹽為硝酸鈣、硝酸鎂、硝酸鍶、硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鐵、硝酸錳、硝酸鎳或硝酸鈷中的一種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的煤炭助燃水凝膠的制備方法，其特征在于步驟(I)所述的堿金屬氫氧化物為氫氧化鉀或氫氧化鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的煤炭助燃水凝膠的制備方法，其特征在于步驟(2)所述聚N-異丙基丙烯酰胺的數(shù)均分子量為5000-1000000。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的煤炭助燃水凝膠的制備方法，其特征在于步驟(3)所述的煤炭助燃水凝膠其固含量為30%。
7.一種煤炭助燃水凝膠，其特征在于是由權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法制備得到。
8.權(quán)利要求7所述的煤炭助燃水凝膠在煤炭助燃中的應(yīng)用。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤炭助燃水凝膠在煤炭助燃中的應(yīng)用，其特征在于煤炭在燃燒前，先將權(quán)利要求7所述的煤炭助燃水凝膠與煤炭按質(zhì)量比I : (5(T300)混合，再燃Jyti o
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤炭助燃水凝膠及其制備方法與應(yīng)用，該煤炭助燃水凝膠由以下步驟制備得到(1)將30~89%的金屬硝酸鹽、5~60%的氯酸鉀、1~3%的稀土元素、5~30%的堿金屬氫氧化物和0~20%的硅酸鈉混合均勻，得到混合物；(2)取3%聚N-異丙基丙烯酰胺和30%雙氧水溶于水中，攪拌均勻，得到溶劑；(3)將混合物溶于溶劑中，得到煤炭助燃水凝膠。本發(fā)明的煤炭助燃水凝膠無腐蝕性，性質(zhì)穩(wěn)定，易于吸附在煤粉表面，形成疏松多孔的助燃劑層，可通過噴淋裝置同煤炭直接混合，使用方便。使用本發(fā)明的煤炭助燃水凝膠脫硫率達(dá)85%，節(jié)標(biāo)煤率14.6%，提高鍋爐熱效率10.6%，爐渣含碳量降低12.7%，清焦、消煙、緩蝕達(dá)92%以上，起到節(jié)煤和減少污染物排放的綜合作用。
文檔編號(hào)C10L9/10GK102643705SQ20121014870
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者潘偉強(qiáng), 陳超云 申請(qǐng)人:清遠(yuǎn)市衛(wèi)爾信化工建材有限公司