第7卷第2期雞西大學(xué)學(xué)報Vol.7 No. 22007年4月JOURNAL OF JIXI UNIVERSITYApr 2007文章編號:1672 - 6758(2007)02 -0062 -2燃煤添加劑的性能研究白云起摘要:本文從煤炭的燃燒機理出發(fā), 分析了燃煤過程中熱值低及產(chǎn)生污染的主要原因,通過單一和復(fù)合添加劑實驗測定,證明添加劑能夠降低燃點、促進燃燒、增加熱值、減少污染;并討論了添加劑的性能。添加劑一方面促進煤的鹽基交換,使煤成為著火性能較好的腐植酸鹽,另一方面使煤分子斷裂成相對較小的分子,有利于析出易燃揮發(fā)分和煤的熱傳導(dǎo)。使用復(fù)合的添加劑,可以在不同溫度下釋放出活性氧、降低活化能,利于煤的完全燃燒效率。關(guān)鍵詞:煤;添加劑;燃點;煤炭燃燒中圖分類號:TQ038. 1文獻標(biāo)識碼:A .我國是世界.上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國，每年以C+O:-+C02+393.509kJ.mol-1燃燒方式消耗的煤炭達84%,并且在相當(dāng)長的時間內(nèi),以2C +O:- +2C0 + 221.050kJ. mol-1煤為主的能源結(jié)構(gòu)不會改變。但煤的燃燒存在著- - 系列C0+ 1/20:→C0: + 282.984 kJ. mol -1問題:煤的熱值低，其主要原因在于煤的熱容大、不易著CO:+C→2C0 - 172. 459 kJ. mol-'火、燃點高、不易傳熱。同時,煤燃燒的基本反應(yīng)C + 0:生成CO和CO:兩種氣體的多少,主要取決于溫度。在→COz，在高溫下易發(fā)生副反應(yīng)C + COz→2CO -熱1200C左右時兩種百分含量相等。當(dāng)溫度升高時CO增多。量,不僅造成了環(huán)境污染,而且使煤的熱效率大大降低。通過煤的燃燒機理可知,煤的燃燒熱容大、不易著火針對這種情況，經(jīng)我們研究發(fā)現(xiàn):在煤中加入-些添和傳熱。煤的活化需要較多的能量,造成了煤的熱效率降加劑能有效地降低煤的燃點，提高煤的燃燒效率，控制低,傳熱性能低又造成燃燒過程中煤內(nèi)部溫度聚增,使得CO的生成,減少環(huán)境污染。下面就此研究作一闡述。燃燒產(chǎn)物CO2很容易與碳發(fā)生副反應(yīng)1煤的燃燒機理CO: +C→2C0 - 172. 459 kJ. mol-'煤的燃燒過程一般分為三個階段:煤著火前的階段又消耗煤的熱值。由此可見,增加煤的熱值的關(guān)鍵在(包括煤的預(yù)燃、干燥、析出揮發(fā)分和形成焦炭);揮發(fā)分于降低煤的著火溫度、增加煤的傳熱能力,才能使煤完全和焦炭的燃燒;爐渣爐灰中殘余焦炭燃盡。燃燒。煤在爐中加熱、干燥、蒸發(fā)水分。隨著溫度增高,煤中燃煤添加劑的研究和應(yīng)用是在不改變?nèi)济涸O(shè)備的情有機質(zhì)開始熱分解，主要是從煤大分子上斷裂下來的側(cè)況下，依據(jù)煤燃燒機理，采用投入少量添加劑的方法，改鏈和官能團所形成的揮發(fā)分,其主要成分為C0.CO2、H2、善煤炭的燃燒特性.降低其著火點,提高其燃盡率和發(fā)熱H20、CH。及各種烴類化合物，含硫、含氮化合物等,熱解量,從而達到節(jié)約能源和減少污染排放的目的。本文選擇剩余產(chǎn)物是稠環(huán)芳香核縮聚成的焦炭(固定炭)。這一過了8種堿金屬、堿土金屬和過渡金屬的氧化物及鹽類作程煤要吸收熱量。為添加劑的基本成分，運用正交實驗的方法,考察各種物當(dāng)溫度達到煤的燃點時,開始著火,然后可燃揮發(fā)分質(zhì)對炭粒燃燒特性的影響，包括著火溫度、發(fā)熱量、最大和焦炭開始燃燒,這一階段煤要放出熱量。燃燒速率、燃燒失重等,經(jīng)實驗得到了最佳組合方式，并:揮發(fā)分的燃烤主要反應(yīng)如下: (熱值以標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為基準(zhǔn),對此進行了評價。據(jù)O, H .*(298.15K)= Zγ pO H *(298. 15K)計算求得)2實驗CO + 1/20:→C02+ 282. 984 kJ. mol-'2.1實驗方法。H: + 1/202→H2O + 241. 818 kJ. mol-1煤樣燃燒特性用熱分析方法測定。在程序升溫過程C.H.+ (m+n/4)Oz- +mCO: + n/2H:O +熱量中同時記錄升溫歷程、樣品熱重及熱重變化率以及樣品.通常,煤的揮發(fā)分越高燃燒速度就越快。而焦炭的燃的差熱變化。對熱重曲線(TG線)微分處理后所得的熱重?zé)谡麄€燃燒過程中，碳的重量百分?jǐn)?shù)是主要的且隨著微分曲線(DTC線),取曲線的最大值所對應(yīng)的溫度作煤的種類不同而不同，碳的燃燒時間占全部燃燒時間的為著火溫度。對差熱曲線(DTA線)取其峰的積分面積，90%。碳的燃燒過程主要是碳和氧的化學(xué)反應(yīng)過程。由于焦并對照，以確定差熱峰炭被揮發(fā)物所包圍,氧首先和可燃?xì)怏w反應(yīng)燃燒。因此,焦炭面積中國煤化工重微分佛線的峰值的燃燒- -般要落后于揮發(fā)物，只有當(dāng)爐中的氧擴散到熾熱的來確!YHCNMHG曲線直接計算出升焦炭表面時,焦炭才能燃燒。其主要反應(yīng)如下:溫過程中煤樣的失重，進而由初始樣品總質(zhì)量而求得其作者簡介:白云起,副教授,黑龍江科技學(xué)院資源環(huán)境工程系,黑龍江●哈爾系。郵政編碼: 150027●62●第2期白云起:燃煤添加劑的性能研究2007年燃燒失重率。0. 2mol/g(按HFX平均分子量計算)2. 2實驗條件。濃度mmol/g 0.0 0.1 0.3 0.5 1.0 1.5 2.0實驗所用煤為七臺河礦、牙克石二礦、勝利礦、三礦_燃點C426 415 320_ 267 235 210 21 3煤,煤樣的工業(yè)分析結(jié)果如表1所示。表4 HFX與市售商品添加劑DHP對七臺河煤表1 煤樣的工業(yè)分析結(jié)果樣的助燃效果比較Mad/% V ad/% A ad/% FC ad/%_添加劑加入量/% .七臺河1. 1627. 4127. 0744. 36助燃指標(biāo)DHPHFX二礦8.1139. 626. 0546. 220 2.0 5.0 8.08.0勝利礦11.7634. 7711.7941.68三礦_8.27 .25. 8933. 84Sors/(v.s) 1.50 1.62 1.54 1.581.92表中各項均按CB212-91方法測定的煤樣中水分、T/C646 637 604 599600揮發(fā)分、灰分和固定炭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。對每種煤進行破碎、對DHP燃煤添加劑來說，當(dāng)加入量從2%增加到8%篩分、縮分得煤樣。時，隨著添加劑用量的增加，著火溫度顯著下降，但是煤樣品粒度200目，樣品質(zhì)量5mg;升溫速率20C/樣的發(fā)熱量變化較小,而HFX添加劑加入量為8%時,可min,溫度范圍為室溫到1 000;氣氛條件為空氣，流量使煤樣的著火溫度下降約44C，同時，可使其發(fā)熱量增30mL/ min,從 上下進氣口同時進氣。加。但在實際應(yīng)用時，考慮經(jīng)濟性問題,必須減少添加劑2. 3單一添加劑和復(fù)合添加劑對煤燃點的影響。的用量。在相同燃煤條件下加人不同的添加劑，再用熱分析3添加劑的作用機理儀進行測定。常用三類添加劑為:(1)煤炭中含有腐植酸鹽(一般是不溶性的腐植酸(1)金屬的氯酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽或某些有機酸鹽鈣),當(dāng)在煤炭中加入一-些含有鉀、鈉、鈣、鎂等金屬離子類。以KCI0 ;為例,見(圖1)的金屬鹽后，它們之間將進行鹽基交換而生成著火點較低的腐植酸鹽,改變了煤炭的著火性能。(2)添加劑是由氧化劑和催化劑為主要成分的一種助燃劑，能使煤炭降低著火溫度，,提高燃燒率。氧化劑有助于提供燃燒在預(yù)熱段、燃燒段和燃盡段所必須的活性氧,促進煤在燃燒過程中釋放的可燃的揮發(fā)分和炭粒的燃燒。若采用復(fù)合添加劑，由于不同氧化劑的起始分解溫度不同(180 ~ 900C)，保證了不同燃燒過程的活性氧的補充,使煤炭燃燒充分,減少煙塵的產(chǎn)生。圖1添加氯酸鉀(0 - 0.5mmol/g)對燃點影響復(fù)合添加劑提供煤炭燃燒過程低溫、中溫和高溫段(2)堿金屬和過渡金屬的氧化物類,如:高錳酸鉀、重所需不同作用的催化劑,通過降低活化能的方式，降低煤鉻酸鉀等。以MnO 2為例,見(圖2)的著火點,加快煤炭的燃燒進度。催化劑中的銅、鐵、錳等金屬化合物受熱分解出金屬離子,促使C=0鍵的形成和加強，削弱煤中C-C鍵,使之易斷裂,且C=0鍵作為電子給予體與具有未滿d能帶的過渡金屬形成絡(luò)合物CO-M*(M "為添加劑的金屬離子),該絡(luò)合物擔(dān)負(fù)著反應(yīng)活性中心的作用。首先，中間絡(luò)合物氧化分解成金屬氧化物.MO,MO被炭還原成金屬或低價金屬氧化物M20,然后依靠金屬或低價金屬氧化物吸附氧氣，便又得到金屬氧化圖2添加 二氧化錳(0 - 0.5mmol/ g)對燃點影響物，就這樣金屬- -直處于氧化-還原的循環(huán)中。由于氧氣(3)化學(xué)工業(yè)或金屬煉制工業(yè)廢渣。不斷從金屬向炭原子傳遞，加快了氧氣的擴散速度，有利隨著添加劑的加入，煤炭的燃點逐漸下降,不同的添于增加炭的燃燒。增加煤的燃盡率。加劑及其不同濃度時對燃點的影響不同,據(jù)此,添加劑可(3)添加劑可改善通風(fēng)透氣能力，使板結(jié)的煤層疏松以復(fù)合使用。并且據(jù)文獻資料表明,堿金屬和堿土金屬的和燃盡。添加劑在高溫下分解、氣化和炸裂,攪動煤層中氧化物及其鹽類對煤的燃燒有很大的促進作用，因此，分氣體，使板結(jié)煤層疏松、通氣性改善，使氧氣在煤層中分別選擇堿金屬、堿土金屬及過渡金屬氧化物及其鹽類作布均勻、供應(yīng)充足，還在- -定程度上增加熱傳導(dǎo),并通過為添加劑的基本組成分，利用正交實驗法得到了復(fù)合添化學(xué)反應(yīng)疏松煤層,促進包裹在內(nèi)的煤粒充分燃燒。金屬加劑HFX。見表2和表3鹽類或金屬氧化物能使煤炭中長鏈脂肪族烷烴的C-C表2 HFX 添加劑的化學(xué)組成鍵的學(xué)如分子的熱運動，降低煤中國煤化工組份K20 Si0: MnOz Fe20; Al20; MgO CaO其它YHCNMHG低.熱傳導(dǎo)加快，煤:重量% 10.0 13.2 10.0 10.0 7.8 11.2 17.8 20.0炭內(nèi)部溫度相對降低，不利于反應(yīng)“:+CO 2- +2C0-172. 459 kJ. mol -1的發(fā)生,堿少了環(huán)境污染,表3，添加不同濃度 HFX對燃點的影響0~(5)添加劑具有固硫.除臭、清除鍋分長面(下轉(zhuǎn) 76頁)●63.第2期雞西大學(xué)學(xué)報2007年(2)然后解方程組:表2{ f",(x,y)=3x2-8x +2y=0,駐點(xo,yo)| A | B| C△=B°-AC的符號(f",(x,y)=2x-2y =0,(1, 0)120得到駐點(0，0)和(2, 2)。(1, 2)120-6(3)列表進行判斷:(-3, 0-1206表1(-3，2駐點(xe,yo)LAB(△=B2- AC的符號(4)結(jié)論:(0，0)I -8 2-2在點(1, 0)處,0 <0且A> 0 ,所以二元函數(shù)在點(2. 2)42-2(1，0)處取得極小值即f(1,0)= -5;(4)求二元函數(shù)的極值:在點(1，2)處,△> 0,所以二元函數(shù)在點(1，2)處綜合以上得出結(jié)論是二元函數(shù)在點(0. 0)處取得極不取得極值;大值，在點(2, 2)處不存在極值,即二元函數(shù)的極大值f在點(-3，0)處,△> 0,所以二元函數(shù)在點(-3,(0,0) =1。0)處不取得極值;例6.2求二元函數(shù)f(x,y)=x'-y +3x2 +3y2 -9x的在點(-3，2)處,△<0且A <0, 所以二元函數(shù)在極值。點(-3，2)處取得極大值即f(-3,2)=31。解:(1)首先求二元函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù):7結(jié)束語f.(x,y)=3x2 +6x-9,f',(x,y)= -3y2 +6y,"'x(x,利用偏導(dǎo)數(shù)求二元函數(shù)的極值問題，與一元函數(shù)類y)=6x +6,f"xr(x.y)=0,f"rr(x,y)= -6y +6。似，二元可微函數(shù)的極值點- -定是駐點,但是對于不可微二元函數(shù)來說，極值點不一定是駐點。例如,點(0, 0)是f',(x,y)=3x2 +6x-9=0,二元函數(shù)Z=vx +y的極小值點,但點(0, 0)并不是駐f,(x,y)= -3y2 +6y=0,點，因為此二元函數(shù)在該點處的偏導(dǎo)數(shù)不存在。因此，二得到駐點(1，0)、(1, 2).(-3，0)和(-3, 2)。元函數(shù)的極值點可能是駐點，也可能是偏導(dǎo)數(shù)中至少有-個不存在的點。Dual Function Minimum ProblemWan ShuxiangAbstract : This article discusses of the extreme the dual function, the existence of the dual function With examples, thenecessary conditions and the functionals steps by esamples.Class Number: 0174.1Document Mark: A(上接63頁)煙灰垢的功能,能使結(jié)渣物多孔而疏松,削弱總含水量控制在10%左右，提前拌于煤中久存不失焦渣與爐壁接觸面的結(jié)合力,使焦渣易于粉化、清除和脫效,但要防雨淋。落，還促使煤中CO和so。發(fā)生放熱反應(yīng),又由于反應(yīng)中5結(jié)論生成的硫經(jīng)燃燒變成so 2,再經(jīng)催化劑氧化成so 3,最后研究結(jié)果表明,燃煤過程中添加劑促使co - M *的形可被添加劑中的二價堿金屬和其它堿性氧化物等固定生成和加強，促使煤中C-C鍵的斷裂，使大分子煤變成相成熔點較高的爐渣而起到固硫作用。對較小的分子，釋放出易燃揮發(fā)份，加快了煤的燃燒速4添加劑的使用方法度，小分子煤的運動加快，促進煤的傳氧速度和傳熱速考慮到實際經(jīng)濟性問題，添加劑按用煤量的2%添度,使煤能夠完全燃燒,提高煤的熱值。C與cO的副反加，劣質(zhì)煤可增加到2.5% -3%，均勻的撒入煤中摻應(yīng)在較高溫度下進行，由于煤傳熱速度加快,避免爐內(nèi)溫勻即可使用,也可將添加劑溶于水后噴酒于煤中,煤中度過高,減緩該反應(yīng)的發(fā)生,減少了環(huán)境污染。Mechanism Study on Chemical Additive During Coal CombustionBai YunqiAbstract: Proceed from burning mechanism of the coal, this paper has analyzed the main reason why the low yield of calorificvalue grows pollution in the combustion process. It determines through the single and compound additive experiment, proves thatthe additive can reduce the ignition point, promotes burming, increase calorific value, reduce pollution. It has discussed the per-formance of the additive respectively. On one hand the additive promotes the salt base of the coal to exchange, makes the coalbecome and catches fire sour salt of rtten bone withetter performance,中國煤化Iolecule rupture intoarelatively smaller molecule, help to precipitate to get the heat - conducticMYHCNMH(. Using the compoundadditive, activation can release active oxygenand reduce at different tempPombustion of the coalto reach the ignition point of reducing, improve calorific value and reach the purpose to reduce pollution.Key Words: coal; additives; ignition temperature; coal bumingClass Number: TQ038.1●76.