煤炭催化燃烧实验研究

--φ-中国新技术新产2014. NOSF)China New Technologies and Products工程技术煤炭催化燃烧实验研究陈彦杰(重庆工程职业技术学院，重庆沙坪坝4007 )摘要:利用热重分析法研究了高锰酸钾、硫铁矿烧渣、电解金属锰浸出渣等对煤炭的催化燃烧性能和动力学的影响.结果表明:该三种物质都可以在一定程度上降低煤炭燃烧的着火点、最大失重速率温度和燃烬溫度.分析了这三种物质中起催化燃烧作用的主要物质成分,并对各成分的催化燃烧机理进行了探讨，关键词: PM2.5;催化燃烧;热重分析;硫铁矿烧渣;电解金属锰浸出渣中图分类号:TQ534文献标识码: 1概述h 420°煤烟型大气污染是中国环境污染的00400C重要因素，尤其是燃煤PM2.5是造成中国雾霾天气的主要原因之一。传统煤炭燃烧过程中普遍存在着火温度高、燃烧原样(无催化剂)g/nin 驾0. 5高锰酸钾ng/min速率低及燃不尽等问题，使得煤炭燃烧530C'有效利用率低、污染物排放严重。煤炭催化燃烧技术，通过应用游离基催化及.550C2n扩散燃烧机理，可以有效地改善燃煤燃100 200300400500600 700)0 200o 300 400500600烧的动力学特征，可以降低煤炭的着火温度C点、提高煤炭燃烧速度及燃烧效率，达-}2到节煤的目的，同时可以减少粉尘、氮420C氧化物、硫氧化物以及其它燃烧副产物等污染物的排放。目前，煤炭催化剂研究主要集中于卤化物类、硝酸盐类、碱金属、碱土金属盐类物质及稀土元素等。1%高锰酸钾ng/min 致50↑1. 5s高锰酸钾490480C这些催化剂基本上为纯净的化学物质,10 |价格昂贵，难以实现工业应用。本文尝.30 j0试对工业生产中的相关废料催化煤燃烧10 t520C t -2560C的效果进行深人的研究，以达到寻找高100200 300400500 600效廉价助燃剂之目的，取得显著的经济效益和社会效益图1原煤粉及添加不同用量高锰酸钾后煤粉催化燃烧特性1煤炭催化燃烧实验设计1.1实验原料采用工业应用混合煤，碾磨成80%小于80网目.<2%)。研究不同种类的催化剂在不同的煤粉粒度小于80网8的煤粉。原料工1.2实验方法添加量的情况下，对煤粉催化燃烧特性业分析如表1。实验用的催化剂主要为工采用WRT-3P量热天平分析仪进的影响。利用量热天平分析仪进行煤粉业性高锰酸钾、硫铁矿烧渣、电解金属行煤粉燃烧特性研究。 实验条件:稳态燃烧特性,研究记录试样质量随温度的锰浸出渣。硫铁矿烧渣、电解金属锰汉流动空气中， 空气的流速为10m变化即得热重曲线。出渣主要化学组成分别见表2。硫铁矿烧min，以15K/min的升温速率为试样2煤炭催化燃烧实验结果与分析渣、电解金属锰浸出渣同样碾磨至粒度升温，实验样品总质量为20mg(误差煤样添加催化剂前后的TG_DTC图可用热重分析仪获得，可以绘制出1-升表1煤样化验指标温速率曲线，2-煤燃烧热重微分曲线DTC和3-煤燃烧热重曲线TC。在DTGM.(%)A.(%) .V.(%)Q(MJ .kg-1) .曲线上,过峰值点作垂线与TG曲线交于2.822.89 .28.9426.85- -点M，过M点作TG曲线切线。该切线与失重开始时平行线的交点所对应的表2硫铁矿烧渣和电解金属錳浸出渣的主要化学组成(%)FeO,Si02Mg0Al203其他成分硫铁矿烧渣55~608~ 124~82~41~313~ 30MnOCaOSiO2Fe20;K,O电解金属锰浸出渣4~616~1924~266~ 10中国煤化工YHCNMH G .- 102- 中国新技术新产品新技术5期下indd 102-中2014-6-28 14:18:00--φ-2014 NO.05(下 )?国新技术新产品工程技术China New Technologies and Products温度定义为着火温度;该切线与失重结煤粉重 量的0.5%、41390C束时平行线的交点所对应的温度定义为1.0% 和1.5%时，燃烬温度;M点所对应的温度为最大失做煤粉催化燃烧重速率温度。的热重曲线，并2.1高锰酸钾对煤粉燃烧特性的影响与原煤粉热重曲先对原煤粉做热重曲线，然后取高线做了对比， 测锰酸钾添加量分别为煤粉重量的0.5%、定结果如图3。1.0%和1.5%时，做煤粉催化燃烧的热通过图3分重曲线，测定结果如图1o析，煤粉中添加心1-升温速率曲线;2-煤燃烧热重微电解金属锰浸出分曲线DTC; 3- 煤燃烧热重曲线TG渣催化燃烧，能通过图1分析,煤粉中添加高锰酸有效降低煤粉的1. 05硫铁矿烧潼钾催化燃烧，能有效降低煤粉的着火点、着火点、 加快煤加快煤粉燃烧失重速率，并降低煤粉燃粉燃烧失重速率，390C -20当添加0高锰酸钾时，并降低煤粉燃烧0000煤粉催化燃烧效果最好，着火点降低约燃烬温度。 当添20C，最大失重速率温度降低了50%左加1.0%电解金图2原煤粉及添加不同用量硫铁矿烧渣后煤粉催化燃烧特性右，燃烬温度降低了约60C。属锰浸出渣时，2.2硫铁矿烧渣对煤粉燃烧特性的影煤粉催化燃烧效果最好，着火点降低约度。挥发分的燃烧迅速提升了燃烧空间响30C，最大失重速率温度降低了80C左的温度，进--步促进了煤炭燃烧速度，取硫铁矿烧渣添加量分别为煤粉重右， 燃烬温度降低了约70°C,增强了煤炭燃烧失重速率，并最终减低量的0.5%、1.0%和1.5%时，做煤粉催3煤炭催化燃烧机理研究与探讨了煤炭燃烬温度。硫铁矿烧渣中主要起化燃烧的热重曲线，并与原煤粉热重曲高锰酸钾作为强氧化剂,在300C左催化燃烧作用的是Fe2O3，电解金属锰浸线做了对比，测定结果如图2。右分解出O,和MnO2。MnO2在高温下被出渣中主要起催化燃烧作用的是MnO、通过图2分析，煤粉中添加硫铁矿煤中焦炭快速还原成金属Mn,促进煤中Fe2O3和K20。这些金属化合物催化燃烧烧渣催化燃烧，能有效降低煤粉的着火c _C的断裂，形成挥发分;同时，MnO2机理和MnO2相同,遵循氧传递催化理论。点、加快煤粉燃烧失重速率，并降低煤在被还原成金属Mn的过程中为焦炭提供结语粉燃烧燃烬温度。当添加1.5%硫铁矿烧氧离子, 改变焦炭表面活性，促进焦炭利用热重分析法研究了高锰酸钾、渣时，煤粉催化燃烧效果最好，着火点的燃烧。然后，金属Mn在高温下又被氧硫铁矿烧渣、电解金属锰浸出渣对煤炭中降低约40C，最大失重速率温度降低了化成 MnO2,并再次被还原释放出氧离子，的 催化燃烧性能和动力学的影响。结果30C左右，燃烬温度降低了约30C.从而实现周而复始的催化作用。煤炭释表明: 这些物质都可以在- -定程度上降2.3电解金属锰浸出渣对煤粉燃烧特放出的挥发分着火点较低， 在与02接触低煤 炭燃烧的着火温度、最大失重速率性的影响后迅速燃烧，加快了煤粒着火初期的火温度和燃烬温度。MnO2、 MnO、Fe2O3和取电解金属锰浸出渣添加量分别为焰传播速率，从而减低了煤炭的着火温K,0等金属氧化物是起催化燃烧作用的物质成分，各成分的催化燃烧机理符合氧传递理论。400C1000↑参考文献[1] Babich A, Yaroshevskii, Formoso4s0CA.Increase of pulverized col use eficiency in星6原样(无催化剂)blast furnace .IsIJ Int, 1996,10:1250 - 1258.点50[2]马保国，徐立，李相国，等.碱/碱10-0.5%电解全属锰浸出渔土金属盐对高灰分煤粉燃烧的催化作用U].煤炭科学技术，2007, 35 (09) :80Cof520C“-2(69-72100200300400500600700100 200300 400 500 600[3]范浩杰，曹欣玉，冯元群，等.金属温度CP化物催化煤燃烧的规律研究U].燃烧科学与技术，1995, 01 (03) : 212-218.00~.400C[4]熊礼国，杨少俊，王祖卫，等.热重法研究煤燃烧添加剂的催化效果U]. 环境靠与开发，20，15(04) : 33-34.70ng/ninmng/min 数 50个.1$电解全属锰浸出淮401.5s电解金层钰浸出潼S10C100200300400500 600温度仁.图3原煤粉及添加不同用量电解金属锰浸出渣后煤粉催化燃烧特性中国煤化工MYHCNMH G .中国新技术新产品- 103 -新技术5期下indd 103-中2014-6-28 14:18:00