煤炭催化燃燒實(shí)驗研究

--φ-中國新技術(shù)新產(chǎn)2014. NOSF)China New Technologies and Products工程技術(shù)煤炭催化燃燒實(shí)驗研究陳彥杰(重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶沙坪壩4007 )摘要:利用熱重分析法研究了高錳酸鉀、硫鐵礦燒渣、電解金屬錳浸出渣等對煤炭的催化燃燒性能和動(dòng)力學(xué)的影響.結果表明:該三種物質(zhì)都可以在一定程度上降低煤炭燃燒的著(zhù)火點(diǎn)、最大失重速率溫度和燃燼溫度.分析了這三種物質(zhì)中起催化燃燒作用的主要物質(zhì)成分,并對各成分的催化燃燒機理進(jìn)行了探討，關(guān)鍵詞: PM2.5;催化燃燒;熱重分析;硫鐵礦燒渣;電解金屬錳浸出渣中圖分類(lèi)號:TQ534文獻標識碼: 1概述h 420°煤煙型大氣污染是中國環(huán)境污染的00400C重要因素，尤其是燃煤PM2.5是造成中國霧霾天氣的主要原因之一。傳統煤炭燃燒過(guò)程中普遍存在著(zhù)火溫度高、燃燒原樣(無(wú)催化劑)g/nin 駕0. 5高錳酸鉀ng/min速率低及燃不盡等問(wèn)題，使得煤炭燃燒530C'有效利用率低、污染物排放嚴重。煤炭催化燃燒技術(shù)，通過(guò)應用游離基催化及.550C2n擴散燃燒機理，可以有效地改善燃煤燃100 200300400500600 700)0 200o 300 400500600燒的動(dòng)力學(xué)特征，可以降低煤炭的著(zhù)火溫度C點(diǎn)、提高煤炭燃燒速度及燃燒效率，達-}2到節煤的目的，同時(shí)可以減少粉塵、氮420C氧化物、硫氧化物以及其它燃燒副產(chǎn)物等污染物的排放。目前，煤炭催化劑研究主要集中于鹵化物類(lèi)、硝酸鹽類(lèi)、堿金屬、堿土金屬鹽類(lèi)物質(zhì)及稀土元素等。1%高錳酸鉀ng/min 致50↑1. 5s高錳酸鉀490480C這些催化劑基本上為純凈的化學(xué)物質(zhì),10 |價(jià)格昂貴，難以實(shí)現工業(yè)應用。本文嘗.30 j0試對工業(yè)生產(chǎn)中的相關(guān)廢料催化煤燃燒10 t520C t -2560C的效果進(jìn)行深人的研究，以達到尋找高100200 300400500 600效廉價(jià)助燃劑之目的，取得顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益圖1原煤粉及添加不同用量高錳酸鉀后煤粉催化燃燒特性1煤炭催化燃燒實(shí)驗設計1.1實(shí)驗原料采用工業(yè)應用混合煤，碾磨成80%小于80網(wǎng)目.<2%)。研究不同種類(lèi)的催化劑在不同的煤粉粒度小于80網(wǎng)8的煤粉。原料工1.2實(shí)驗方法添加量的情況下，對煤粉催化燃燒特性業(yè)分析如表1。實(shí)驗用的催化劑主要為工采用WRT-3P量熱天平分析儀進(jìn)的影響。利用量熱天平分析儀進(jìn)行煤粉業(yè)性高錳酸鉀、硫鐵礦燒渣、電解金屬行煤粉燃燒特性研究。 實(shí)驗條件:穩態(tài)燃燒特性,研究記錄試樣質(zhì)量隨溫度的錳浸出渣。硫鐵礦燒渣、電解金屬錳漢流動(dòng)空氣中， 空氣的流速為10m變化即得熱重曲線(xiàn)。出渣主要化學(xué)組成分別見(jiàn)表2。硫鐵礦燒min，以15K/min的升溫速率為試樣2煤炭催化燃燒實(shí)驗結果與分析渣、電解金屬錳浸出渣同樣碾磨至粒度升溫，實(shí)驗樣品總質(zhì)量為20mg(誤差煤樣添加催化劑前后的TG_DTC圖可用熱重分析儀獲得，可以繪制出1-升表1煤樣化驗指標溫速率曲線(xiàn)，2-煤燃燒熱重微分曲線(xiàn)DTC和3-煤燃燒熱重曲線(xiàn)TC。在DTGM.(%)A.(%) .V.(%)Q(MJ .kg-1) .曲線(xiàn)上,過(guò)峰值點(diǎn)作垂線(xiàn)與TG曲線(xiàn)交于2.822.89 .28.9426.85- -點(diǎn)M，過(guò)M點(diǎn)作TG曲線(xiàn)切線(xiàn)。該切線(xiàn)與失重開(kāi)始時(shí)平行線(xiàn)的交點(diǎn)所對應的表2硫鐵礦燒渣和電解金屬錳浸出渣的主要化學(xué)組成(%)FeO,Si02Mg0Al203其他成分硫鐵礦燒渣55~608~ 124~82~41~313~ 30MnOCaOSiO2Fe20;K,O電解金屬錳浸出渣4~616~1924~266~ 10中國煤化工YHCNMH G .- 102- 中國新技術(shù)新產(chǎn)品新技術(shù)5期下indd 102-中2014-6-28 14:18:00--φ-2014 NO.05(下 )?國新技術(shù)新產(chǎn)品工程技術(shù)China New Technologies and Products溫度定義為著(zhù)火溫度;該切線(xiàn)與失重結煤粉重 量的0.5%、41390C束時(shí)平行線(xiàn)的交點(diǎn)所對應的溫度定義為1.0% 和1.5%時(shí)，燃燼溫度;M點(diǎn)所對應的溫度為最大失做煤粉催化燃燒重速率溫度。的熱重曲線(xiàn)，并2.1高錳酸鉀對煤粉燃燒特性的影響與原煤粉熱重曲先對原煤粉做熱重曲線(xiàn)，然后取高線(xiàn)做了對比， 測錳酸鉀添加量分別為煤粉重量的0.5%、定結果如圖3。1.0%和1.5%時(shí)，做煤粉催化燃燒的熱通過(guò)圖3分重曲線(xiàn)，測定結果如圖1o析，煤粉中添加心1-升溫速率曲線(xiàn);2-煤燃燒熱重微電解金屬錳浸出分曲線(xiàn)DTC; 3- 煤燃燒熱重曲線(xiàn)TG渣催化燃燒，能通過(guò)圖1分析,煤粉中添加高錳酸有效降低煤粉的1. 05硫鐵礦燒潼鉀催化燃燒，能有效降低煤粉的著(zhù)火點(diǎn)、著(zhù)火點(diǎn)、 加快煤加快煤粉燃燒失重速率，并降低煤粉燃粉燃燒失重速率，390C -20當添加0高錳酸鉀時(shí)，并降低煤粉燃燒0000煤粉催化燃燒效果最好，著(zhù)火點(diǎn)降低約燃燼溫度。 當添20C，最大失重速率溫度降低了50%左加1.0%電解金圖2原煤粉及添加不同用量硫鐵礦燒渣后煤粉催化燃燒特性右，燃燼溫度降低了約60C。屬錳浸出渣時(shí)，2.2硫鐵礦燒渣對煤粉燃燒特性的影煤粉催化燃燒效果最好，著(zhù)火點(diǎn)降低約度。揮發(fā)分的燃燒迅速提升了燃燒空間響30C，最大失重速率溫度降低了80C左的溫度，進(jìn)--步促進(jìn)了煤炭燃燒速度，取硫鐵礦燒渣添加量分別為煤粉重右， 燃燼溫度降低了約70°C,增強了煤炭燃燒失重速率，并最終減低量的0.5%、1.0%和1.5%時(shí)，做煤粉催3煤炭催化燃燒機理研究與探討了煤炭燃燼溫度。硫鐵礦燒渣中主要起化燃燒的熱重曲線(xiàn)，并與原煤粉熱重曲高錳酸鉀作為強氧化劑,在300C左催化燃燒作用的是Fe2O3，電解金屬錳浸線(xiàn)做了對比，測定結果如圖2。右分解出O,和MnO2。MnO2在高溫下被出渣中主要起催化燃燒作用的是MnO、通過(guò)圖2分析，煤粉中添加硫鐵礦煤中焦炭快速還原成金屬Mn,促進(jìn)煤中Fe2O3和K20。這些金屬化合物催化燃燒燒渣催化燃燒，能有效降低煤粉的著(zhù)火c _C的斷裂，形成揮發(fā)分;同時(shí)，MnO2機理和MnO2相同,遵循氧傳遞催化理論。點(diǎn)、加快煤粉燃燒失重速率，并降低煤在被還原成金屬Mn的過(guò)程中為焦炭提供結語(yǔ)粉燃燒燃燼溫度。當添加1.5%硫鐵礦燒氧離子, 改變焦炭表面活性，促進(jìn)焦炭利用熱重分析法研究了高錳酸鉀、渣時(shí)，煤粉催化燃燒效果最好，著(zhù)火點(diǎn)的燃燒。然后，金屬Mn在高溫下又被氧硫鐵礦燒渣、電解金屬錳浸出渣對煤炭中降低約40C，最大失重速率溫度降低了化成 MnO2,并再次被還原釋放出氧離子，的 催化燃燒性能和動(dòng)力學(xué)的影響。結果30C左右，燃燼溫度降低了約30C.從而實(shí)現周而復始的催化作用。煤炭釋表明: 這些物質(zhì)都可以在- -定程度上降2.3電解金屬錳浸出渣對煤粉燃燒特放出的揮發(fā)分著(zhù)火點(diǎn)較低， 在與02接觸低煤 炭燃燒的著(zhù)火溫度、最大失重速率性的影響后迅速燃燒，加快了煤粒著(zhù)火初期的火溫度和燃燼溫度。MnO2、 MnO、Fe2O3和取電解金屬錳浸出渣添加量分別為焰傳播速率，從而減低了煤炭的著(zhù)火溫K,0等金屬氧化物是起催化燃燒作用的物質(zhì)成分，各成分的催化燃燒機理符合氧傳遞理論。400C1000↑參考文獻[1] Babich A, Yaroshevskii, Formoso4s0CA.Increase of pulverized col use eficiency in星6原樣(無(wú)催化劑)blast furnace .IsIJ Int, 1996,10:1250 - 1258.點(diǎn)50[2]馬保國，徐立，李相國，等.堿/堿10-0.5%電解全屬錳浸出漁土金屬鹽對高灰分煤粉燃燒的催化作用U].煤炭科學(xué)技術(shù)，2007, 35 (09) :80Cof520C“-2(69-72100200300400500600700100 200300 400 500 600[3]范浩杰，曹欣玉，馮元群，等.金屬溫度CP化物催化煤燃燒的規律研究U].燃燒科學(xué)與技術(shù)，1995, 01 (03) : 212-218.00~.400C[4]熊禮國，楊少俊，王祖衛，等.熱重法研究煤燃燒添加劑的催化效果U]. 環(huán)境靠與開(kāi)發(fā)，20，15(04) : 33-34.70ng/ninmng/min 數 50個(gè).1$電解全屬錳浸出淮401.5s電解金層鈺浸出潼S10C100200300400500 600溫度仁.圖3原煤粉及添加不同用量電解金屬錳浸出渣后煤粉催化燃燒特性中國煤化工MYHCNMH G .中國新技術(shù)新產(chǎn)品- 103 -新技術(shù)5期下indd 103-中2014-6-28 14:18:00