燃煤添加劑的節(jié)能減排作用及配方原理

摘要：煤炭資源有限，儲量不斷減少，而需求量卻日益增加，從能源稟賦，能源供需情況，能源安全角度考慮，我們必須節(jié)約能源或以較低的能源消費增長率來支持國民經(jīng)濟增長速度。本文總結(jié)了燃煤添加劑的作用，助燃機理，介紹了國內(nèi)燃煤添加劑的研究與應(yīng)用成果和配方原理，并提出今后的研究方向和發(fā)展構(gòu)想。

關(guān)鍵詞：燃煤添加劑；節(jié)能減排；作用；配方；應(yīng)用

中圖分類號：S232.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1674-0432（2014）-06-92-1

1 燃煤添加劑的節(jié)能減排作用

1.1 燃煤添加劑的作用

燃煤添加劑中含有提供氧源的氧化劑，可以在高溫燃燒中分解出氧氣促進(jìn)煤的充分燃燒，同時催化劑能有效降低氧的離解能和碳燃燒時所需的活化能，強化了煤的燃燒，起到助燃、增能、節(jié)煤的作用。

固硫、固氮、凈化煙氣的作用。添加劑中堿性氧化物與受熱面上的煙垢和煙氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使煙垢和煙塵中含硫氧化物生成硫酸鹽，隨煤渣一起排出爐外，減少了二氧化硫、二氧化氮等有害氣體排放。

降低燃煤成本，為使用者帶來經(jīng)濟效益。燃煤添加劑生產(chǎn)成本低，效果明顯。以吉林鑫興科技開發(fā)有限公司的專利產(chǎn)品試驗成果為例（專利號ZL200610017001.2）：大型燃煤鍋爐可節(jié)煤5.5%，一般鍋爐可節(jié)煤11%，減少二氧化硫排放40%～50%，減少氮氧化物排放20%～30%，減少煙塵排放60%。

1.2 燃煤添加劑的助燃機理

煤在燃燒時，將添加劑中的金屬氧化物還原成金屬，同時放出氧氣，然后金屬與煤中氧氣反應(yīng)，使金屬氧化成氧化物，緊接著碳直接還原金屬氧化物。這樣金屬一直處于氧化-還原循環(huán)中，在金屬和氧化物兩種狀態(tài)中來回轉(zhuǎn)換，氧原子不斷從金屬向碳原子傳遞，加快氧氣的擴散速度，使燃燒更易進(jìn)行。同時添加劑中的氧化劑燃燒分解，放出大量氧氣，人為制造一個富氧環(huán)境，提高了燃燒速度，起到強烈助燃作用。另外催化劑降低氧的離解能和碳燃燒時所需的活化能，強化了煤的燃燒。

2 燃煤添加劑的配方原理

燃煤添加劑主要成分包括氧化劑、催化劑、脫硫劑、膨松劑、消煙劑和其他有機助劑構(gòu)成。氧化劑提供了煤燃燒過程所需的活性氧，促使燃燒過程中釋放出可燃的揮發(fā)分和碳粒的燃燒。常用的氧化劑有高錳酸鉀、氯酸鉀、高氯酸鉀等。高錳酸鉀可以在200℃～240℃溫區(qū)分解放出氧氣；氯酸鉀可以在300℃～350℃溫區(qū)分解放出氧氣；高氯酸鉀可以在400℃以上分解放出氧氣。此外硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鋇等也是強氧化劑在高溫燃燒中的分解產(chǎn)物依次是金屬氧化物、氧氣、氮氣。

催化劑主要有二氧化錳、氧化鎂、三氧化二鋁、四氧化三鐵、三氧化二鐵、二氧化鈦、氯化鐵、碳酸鈉、稀土元素、鋁土等。其中三氧化二鋁能在高溫條件下，抑制硫酸鈣的分解，同時可以形成穩(wěn)定的硫酸鈣、氧化鈣和三氧化二鋁的復(fù)鹽。金屬氧化物則是在氧傳遞過程中起著至關(guān)重要的作用。含鐵化合物通過降低煤燃燒的著火溫度與反應(yīng)的活化能來改善煤的燃燒特性，提高低溫燃燒過程的燃燒速率，使煤的著火與燃燒更加容易。常用的主要是三氯化鐵和二氯化鐵，其效果三氯化鐵優(yōu)于二氯化鐵。三氧化二鐵對煤的燃燒過程影響不大，但550℃左右具有助燃作用。

膨松劑在爐膛高溫區(qū)產(chǎn)生微爆，攪動煤層中的氣流，促使碳粒表面的灰燼或燃燒產(chǎn)物一氧化碳脫落，使之充分燃燒，目前所有膨松劑主要是工業(yè)食鹽氯化鈉。

固硫劑種類很多，常用的有鈣基、鎂基、鋇基固硫劑，納米材料固硫劑。使用最多還是價廉易得的鈣基固硫劑，主要有碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣，效果最好是氫氧化鈣，其次是碳酸鈣、氧化鈣。在碳酸鈣中添加三氧化二鐵在固硫反應(yīng)中起促進(jìn)作用，降低反應(yīng)活化能，使反應(yīng)更易進(jìn)行。此外有機鈣固硫效果更好，但實際使用不多。

3 燃煤添加劑分類及應(yīng)用現(xiàn)狀

從目前實際應(yīng)用情況來看，依據(jù)現(xiàn)有添加劑的原理及配方總體分類如下：一是工業(yè)鹽類，主要是氧化劑、金屬氧化物等，再輔以其他助劑。此類添加劑對降低燃燒的燃點，促進(jìn)燃燒，脫硫、脫氮等具有良好的效果，目前使用最多的添加劑大多都屬于這一類；二是金屬氧化物及礦物，一般作催化劑，主要用于工業(yè)，如高爐的催化助燃，純?nèi)济浩髽I(yè)很少使用；三是以有機分子為主，主要是有機醇類，如甲醇、乙醇等，其次是親油性礦物油、植物油、乳化劑及親水性表面活性劑為主添加劑；四是以金屬羥酸鹽類為主，包括醋酸鹽，脂肪酸鹽類有機鹽，其主要作用與第二類相似，實際使用較少。

4 未來發(fā)展構(gòu)想

燃煤添加劑具有良好的助燃作用和脫硫、脫氮作用，人們對燃煤添加劑長期研究取得一定的成果。但還有很多東西有待于我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，比如：煤灰分中的化學(xué)成分與添加劑的成分大部分相同，這說明煤中本來就含有催化助燃類物質(zhì)，能夠使煤完全燃燒。所謂不完全燃燒，是燃燒環(huán)境所致。因此在現(xiàn)有的研究成果的基礎(chǔ)上，有必要在燃煤添加劑的原料選擇、添加劑的配方和防止二次污染等方面開展深入的研究工作，不斷探索、不斷發(fā)現(xiàn)煤的燃燒特性，開發(fā)出一種既能外在助燃，又能激活煤中固有的催化燃燒作用，有效促進(jìn)煤的完全燃燒，清潔燃燒，以控制污染，節(jié)約能源。

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作者簡介：邢鳳義，撫松縣撫松鎮(zhèn)人民政府，工程師。