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催化剂对高热煤燃烧特性的影响研究作者：郁建国郁建元来源：《科技资讯》 2015年第11期郁建国1 郁建元2（1.中材建设有限公司北京 100176；2.唐山学院河北唐山 063000）摘要：利用碱金属类催化剂对高热煤进行催化燃烧实验，实验使用综合热重分析仪研究了煤粉中添加催化剂后其燃烧特性。
实验研究结果表明，煤的燃烧受催化剂种类及担载量的影响，NaCl、CaCO3、CeO2、Fe2O3对煤粉燃烧都有或多或少的催化作用，且催化作用的方向不同。
Fe2O3使煤粉燃烧更剧烈；CaCO3、CeO2降低煤粉燃烧的放热量，使煤粉燃烧不稳定；NaCl的加入，对煤粉燃烧燃烧点没有太大的影响，但是出现波峰的峰值较大，提高了煤粉燃烧的放热量，且后期再次出现波峰，增加了煤粉持续燃烧的能力。
NaCl的最佳添加量为10%。
关键词：热重分析催化燃烧中图分类号：TQ015.9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0220-02造成大气环境污染雾霾最主要的因素就是煤烟型大气污染，尤其是煤烟中含有大量的PM2.5[1]。
煤炭在燃烧过程中，存在很多问题（着火温度高、燃烧速率低及燃不尽等）使得煤炭在燃烧中得不到有效利用，污染排放严重。
如何提高煤炭的利用率，近年来许多研究者做了大量的研究工作，学者的研究结果表明，催化剂可以有效地提高煤粉的燃烧效率[2-4]。
张淑会[5]等针对氯化物对高炉喷吹用煤粉燃烧性能研究，结果表明，适量的CaCl2，MgCl2，NaCl和FeCl3均能改善高炉喷吹用煤的燃烧性能。
杨友，罗俊韬[6]对高温条件下催化剂对煤粉燃烧特性进行了研究，研究结果表明KNO3的催化效果好于NaCl和锰矿物质，随着添加剂量的增加，燃烧率在添加量1%处出现了拐点。
是为了实现燃煤高效、洁净的燃烧，采用了燃煤添加剂。
该文利用综合热重分析仪，通过添加碱金属等催化剂对开滦高热煤燃烧特性进行深层研究。
1 实验部分1.1 实验原料实验选取的是开滦煤，粒级为150～100um。
燃煤催化剂在高热值烟煤水泥厂的应用刘瑞芝;王文荟;韩磊磊;王秀龙;赵艳妍【摘要】对天津水泥工业设计研究院有限公司开发的新型燃煤催化剂在华南某4 500t/d高热值烟煤生产线上的工业试验,进行了数据检测及分析,结果表明:使用该催化剂后,熟料质量有所提升,游离氧化钙合格率提高8.76％;烧成系统稳定性明显改善,烟室结皮减少,窑工况明显改善;吨熟料标煤耗较使用前降低了3.40kg,节煤率3％,具有显著的经济效益和社会效益.【期刊名称】《水泥技术》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】4页(P26-29)【关键词】燃煤催化剂;水泥工业;节煤【作者】刘瑞芝;王文荟;韩磊磊;王秀龙;赵艳妍【作者单位】天津水泥工业设计研究院有限公司,天津300400;天津水泥工业设计研究院有限公司,天津300400;天津水泥工业设计研究院有限公司,天津300400;天津水泥工业设计研究院有限公司,天津300400;天津水泥工业设计研究院有限公司,天津300400【正文语种】中文【中图分类】TQ172.625.21 引言煤炭是我国水泥行业的主要燃料，燃料的选取在很大程度上决定了一个水泥企业的经济效益。
限于当前的工艺水平，使用劣质煤存在的问题较多，如：着火温度高，燃烧速率慢，燃尽时间长等。
一般大中型企业多使用较优质的烟煤，但优质烟煤价格较高。
在目前煤炭供应日趋紧张的形势下，应用燃煤催化剂节煤增产是水泥厂优选的一个思路。
应用天津水泥工业设计研究院有限公司开发的燃煤催化剂可以降低着火点、加快煤的燃烧速率、减少燃尽时间、提高燃尽率、节约成本。
国内外针对电厂或工业锅炉用煤的催化燃烧已进行了大量研究[1-5]，实践证明催化燃烧是很有效的方法。
但由于水泥生产过程中，煤燃烧灰渣也将参与水泥熟料的烧成过程，电厂或工业锅炉所用催化剂有可能会对水泥性能产生不利影响，所以不能直接被水泥窑使用。
天津水泥工业设计研究院有限公司开发的高热值烟煤应用的燃煤催化剂近期在华南某厂进行了工业试验，取得了显著的节煤效果。
煤炭催化燃烧实验研究作者：陈彦杰来源：《中国新技术新产品》2014年第10期摘要：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温度.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： A概述煤烟型大气污染是中国环境污染的重要因素，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、燃烧速率低及燃不尽等问题，使得煤炭燃烧有效利用率低、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扩散燃烧机理，可以有效地改善燃煤燃烧的动力学特征，可以降低煤炭的着火点、提高煤炭燃烧速度及燃烧效率，达到节煤的目的，同时可以减少粉尘、氮氧化物、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。
这些催化剂基本上为纯净的化学物质，价格昂贵，难以实现工业应用。
本文尝试对工业生产中的相关废料催化煤燃烧的效果进行深入的研究，以达到寻找高效廉价助燃剂之目的，取得显著的经济效益和社会效益。
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%的煤粉粒度小于80网目的煤粉。
原料工业分析如表1。
实验用的催化剂主要为工业性高锰酸钾、硫铁矿烧渣、电解金属锰浸出渣。
硫铁矿烧渣、电解金属锰浸出渣主要化学组成分别见表2。
硫铁矿烧渣、电解金属锰浸出渣同样碾磨至粒度小于80网目。
1.2 实验方法采用WRT-3P量热天平分析仪进行煤粉燃烧特性研究。
实验条件：稳态流动空气中，空气的流速为100mL／min，以15K／min的升温速率为试样升温，实验样品总质量为20mg（误差2 煤炭催化燃烧实验结果与分析煤样添加催化剂前后的TG-DTG图可用热重分析仪获得，可以绘制出1-升温速率曲线，2-煤燃烧热重微分曲线DTG和3-煤燃烧热重曲线TG。
催化剂对煤粉燃烧特性的影响【摘要】在新型干法水泥生产工艺中，选用无烟煤，将不同质量分数的K2CO3、Ca（NO3）2、Fe（NO3）3用浸渍法加入到不同密度级别的煤粉中，再经制焦，研究了其燃烧特性。
【关键词】煤粉；催化；燃烧0 概述多年来，在国内外针对煤的催化燃烧都做了许多工作，并已经取得了一定的成果，但是这些成果主要是针对发电厂或锅炉行业进行的，因为它们所用的催化剂会对水泥生产和性能产生不利的影响，而不能被水泥行业所利用。
针对水泥生产特点，为实现对低挥发分和高灰分煤的利用，运用热重实验方案进行煤粉催化燃烧研究，对几种典型煤样在添加催化剂前后的燃烧特性进行比较与分析，定性了解不同催化剂对煤燃烧及熟料质量的影响，从而为水泥工业中煤粉的催化燃烧提供必要的理论依据。
1 催化剂对不同密度低灰煤焦燃烧特性的影响1.1 Ca（NO3）2催化低灰煤粉焦燃烧特性研究浸渍过Ca（NO3）2催化剂的低灰分煤焦着火点从三种不同浓度中由585.60℃降低到了582.50℃成递减趋势，着火点之间变化不明显。
最大燃烧速率温度由634.80℃上升了1.2℃后又开始降到了633.30℃，燃烬温度由710.10℃升到821.00℃后开始下降到713.50℃燃烬温度下降过快，燃烬温度变化比较明显。
燃烬速率由14.04%/min降到了12.52%/min成递减趋势，说明催化剂促进了煤粉的着火和燃烬，但随着催化浓度的增大，使得最大燃烧速率下降。
是由于煤中的无机显微组分即矿物吸收热量和可燃质含量下降而引起的。
说明低灰分煤焦通过浸渍Ca（NO3）2催化剂在不同浓度的优越性为25%>5%>15%。
1.2 K2CO3催化低灰分煤粉燃烧特性研究浸渍过K2CO3催化剂的低灰分煤粉着火点从三种不同浓度中由543.10℃降低到480.90℃后开始上升到520.60℃，着火点之间下降速度过快，升温相对较慢，很明显浓度15%的催化效果明显比5%和15%要好。
收稿日期:1999202212. 第一作者:谭志诚,男,1941年生,研究员.联系人:谭志诚.Tel :(0411)46719912713;Fax :(0411)4691570;E 2mail :tzc @.3国家“八・五”科技攻关项目,批准号852*********.热重法研究煤燃烧添加剂的催化助燃效果及作用机理3谭志诚王树东李 莉吴迪镛(中国科学院大连化学物理研究所,大连116023)提 要 用热重法研究了一种煤燃烧添加剂对南票煤和阜新矸石的催化助燃效果.结果表明,在煤样和矸石中加入添加剂后,都能加快燃烧速率,但对煤样的助燃效果更加明显.与此同时,研究了该添加剂对石墨燃烧反应动力学的影响,发现添加剂降低了石墨燃烧反应的活化能,加快了反应速率,从而产生助燃效果;揭示了添加剂的助燃作用机理.关键词 热重法,煤,矸石,石墨,燃烧,添加剂,动力学分类号 O643我国是产煤大国也是消耗煤大国,出产的煤绝大多数用于直接燃烧.对煤燃烧的要求是高效率和低污染,除了改进燃烧设备和工艺外,使用煤燃烧添加剂也是实现煤高效洁净燃烧的有效措施.国外在70年代就广泛开展了有关煤的催化燃烧及燃烧添加剂的研究.国内也在这方面开展了大量的工作[1～4],特别是近年来,煤燃烧添加剂的开发和应用发展很快,一些产品已在民用炉具中使用,并逐步开始在工业窑炉及其它方面试用[5].但是,目前这些工作多处于探索阶段,具有一定的盲目性;无论是对添加剂组成配方、效果评价、作用机理,还是添加量的优化及与煤种匹配等应用规律,都缺乏系统的研究和正确的理论指导.为了使我国煤燃烧添加剂的研究开发和应用工作走上科学的轨道,我们开展了有关煤燃烧添加剂的系统研究工作[6,7].本文应用热重法研究了北京地区生产的煤燃烧添加剂对煤和矸石的助燃效果,以及对石墨催化氧化反应动力学参数的影响,从而揭示添加剂的助燃作用机理.1 实验部分1.1 实验用原煤、矸石和石墨 实验用南票煤和阜新矸石的成分分析见表1.表1 南票煤和阜新矸石的工业分析及元素分析结果Table 1 Proximate and ultimate analysis result of Nanpiao coal and Fuxin gangueSampleProximate analysis result (w /%)M ad A d V daf Ultimate analysis result (w /%)C daf H daf O daf S daf N daf Nanpiao coal3.9925.4237.7880.13 5.3611.02 1.72 1.80Fuxin gangue 3.1763.8229.7885.594.677.71 1.050.96M —moisture ,A —ash ,V —volatile ,d —dried ,ad —air dried ,daf —dried ash 2free煤和矸石经粉碎磨细至通过150目筛,煤燃烧添加剂以粉末与之均匀混合,添加量为5%.石墨为高纯石墨试样,经光谱分析检出其杂质总含量为0101%,即含碳量为99199%.1.2 煤燃烧添加剂 实验用煤燃烧添加剂为北京地区生产(本文简记为BJ ),其主要成分为碱金属和碱土金属的氧化物及其盐类.实验时直接采用厂家商品原料,未作其它处理.1.3 实验装置及方法 热重实验装置为美国Dupout TA 2000系列TG 951型热天平(最高灵第20卷第3期催 化 学 报1999年5月Vol.20No.3Chinese Journal of Catalysis May 1999敏度1μg ),铂丝炉加热,铂铑热电偶测温和控温.试样置于炉管的恒温区,测试温区为室温至1473K ,升温速率在015～30K/min 范围内.样品量为10～100mg ,测试气氛有空气和氮气两种.所有热重数据均由与热天平配用的计算机系统自动采集与处理.本文采用稳态流动空气气氛,空气流速为100ml/min ,以20K/min 的升温速率使试样程序升温,样品量为50mg 左右.记录试样质量随温度的变化即得热重曲线,并以此计算试样的燃烧失重率R ,计算公式如下:R =1-w -w ′100-w 0′×100%(1)式中,w —样品剩余分数(%),w ′—BJ 剩余分数(%),w 0′—BJ 添加分数(%).2 结果与讨论2.1 煤燃烧添加剂对南票煤的助燃效果 图1为南票煤和含5%BJ 的南票煤的TG 和D TG 曲线,图2为两者的燃烧失重率随时间的变化曲线.由图中可以看到,添加5%BJ 的南票煤与南票煤相比,其峰顶温度约下降80K;在相同时间(25min )内,其燃烧失重率从2917%增加到3612%,增加率约为22%.由此可见,煤燃烧添加剂BJ 对南票煤有明显的助燃效果.图1 南票煤和含5%BJ 的南票煤的TG 和DTG 曲线Fig 1 TG and DTG curves of Nanpiao coaland 5%BJ 2Nanpiao coal 图2 南票煤和含5%BJ 的南票煤的燃烧失重率曲线Fig 2 Mass 2loss rates of Nanpiao coal and 5%BJ 2Nanpiao coal图3 阜新矸石和含5%B J 的阜新矸石的TG 和DTG 曲线Fig 3 TG and DTG curves of Fuxin gangueand 5%BJ 2Fuxin gangue 图4 阜新矸石和含5%BJ 的阜新矸石的燃烧失重率曲线Fig 4 Mass 2loss rates of Fuxin gangue and 5%BJ 2Fuxin gangue2.2 煤燃烧添加剂对阜新矸石的助燃效果 图3为阜新矸石和含5%BJ 的阜新矸石的TG 曲线及D TG 曲线,图4为两者的燃烧失重率随时间的变化曲线.由图中可以看到,添加5%BJ 的阜新矸石与阜新矸石相比,其峰顶温度从733K 降至723K ,下降了10K.在相同时间内,加入BJ 的阜新矸石与不加BJ 的相比,其燃烧失重率增加.以程序升温到773K ,即反应时间为25min 为例,燃烧失重率从20%增加到21%,增加率约为5%,说明煤燃烧添加剂BJ 对低462催 化 学 报20卷热值阜新矸石也有一定的助燃作用,但效果远不如对南票煤好.2.3 石墨催化氧化动力学 石墨为纯碳物,研究煤燃烧添加剂对石墨催化氧化动力学的影响有助于了解煤燃烧添加剂催化碳燃烧作用的机理.图5为石墨和含5%BJ 的石墨的TG 和D TG 曲线.图5 石墨和含5%BJ 的石墨的TG 和DTG 曲线Fig 5 TG and DTG curves of graphite and5%BJ 2graphite 图6 石墨和含5%BJ 的石墨的Δln(-d C /d T )/Δln C ～Δ(1/T )/Δln C 关系曲线Fig 6 Δln (-d C /d T )/Δln C ～Δ(1/T )/Δln C of graphite and 5%BJ 2graphite 石墨氧化反应是简单反应,在本实验条件下不存在扩散障碍,因此可用Arrhenius 方程处理其反应速率问题.对程序升温(非等温)过程,有[7,8]:-d C d T=A β・e -E/R T ・C n (2)式中C —剩余分数(%),A —频率因子(min -1),E —活化能(kJ /mol ),β—升温速率(K/min ),n —反应级数,R —气体常数(J /(mol ・K )).将(2)式表述为:Δln -d C d T Δln C =-E R ・Δ1T Δln C +n (3)用差减微分法求解(3)式,以Δln (-d C /d T )/Δln C 对Δ(1/T )/Δln C 作图应得一直线(如图6所示),由斜率可得反应活化能E ,截距便是反应级数,再由(2)式可计算出频率因子A .计算得出石墨与添加5%BJ 的石墨的动力学参数和其它重要参数列于表2.结果表明,煤燃烧添加剂能够通过催化作用来改变碳氧化(或燃烧)反应过程,降低反应活化能,进而提高反应速率,从而体现出一定的助燃效果.表2 石墨和含5%BJ 的石墨氧化反应的主要参数Table 2 The main parameters for the oxidation of graphite and 5%BJ 2graphiteParameterT 0/K T P /K (-Δm/m )/%T F /K E /(kJ/mol )n A /min -1Graphite903112334.71343241.0 4.88.9×10125%BJ 2graphite 873111343.31303174.3 2.6 5.4×1010BJ —additive ,T 0—initial temperatuer ,T P —DTG peak temperature ,T F —final temperature5623期谭志诚等:热重法研究煤燃烧添加剂的催化助燃效果及作用机理662催 化 学 报20卷参考文献1 李华,林器.大连理工大学学报,1989,29(3):2892 徐万仁,杜鹤桂.燃料化学学报,1995,23(3):2723 李彩亭,龚建森,赵菊英.环境污染与防治,1989,11(1):174 蒋君衍,张鹤声.能源技术,1993,(55):305 焦学竹,孙树普,栾克玉等.CN1054263.19916 王树东,吴迪镛.燃料化学学报,1998,26(3):2487 谭志诚,张黎明,王树东,吴迪镛.煤化工,1998,(1):98 陈镜泓,李传儒.化学通报,1980,(1):79 Flynn J H,Wall L A.J Res N at B ur S tand A,1966,70(6),487THERMOGRAVIMETRIC STU DY ABOUT THE ACCE L ERATING EFFECT OF COAL2BURNING ADDITIVE ON COMBUSTIBI L IT YOF COAL AN D G ANGUETan Zhicheng,Wang Shudong,Li Li,Wu Diyong(Dalian Institute of Chemical Physics,The Chinese Academy of Sciences,Dalian116023) Abstract The accelerating effect of a coal2burning additive on the combustibility of Nanpiao coal and Fuxin gangue was studied by TG and D TG with linearly increasing temperature at air atmosphere.For Nanpiao bituminous coal,the addition of5%BJ, a coal2burning additive,made the temperature of the maximum combustion rate de2 crease about80K,and made the combustion rate at773K increase by20%.The similar results were obtained for the low rank Fuxin gangue,but the accelerating ef2 fect on it was not so good as that on Nanpiao coal.In addition,the catalytic effect of the coal2burning additive on the combustion of graphite was observed and the kinetic study was carried out.The activation energy,the reaction order and the frequency factor for the combustion of graphite were determined to be24110kJ/mol,418,and 819×1012min-1,respectively.The activation energy,the reaction order and the frequency factor for the catalytic oxidation of graphite doped with5%coal2burning additive were17413kJ/mol,216and514×1010min-1,respectively.K ey w ords thermogravimetry,coal,gangue,graphite,combustion,additive,ki2 netics(Ed W GZh)。
常见的燃煤催化剂有：碱金属、碱土金属和过渡元素的氧化物、氢氧化物及其盐类，除此之外，几种常见的生活垃圾和工业废弃物如煤灰、草木灰、造纸黑液、碱厂废液、铁矿石粉等也可用作燃煤催化剂，促进煤炭的燃烧本文在添加氧化剂KMn O4（在加热条件下KMn O4会分解释放出氧气，增大了煤炭的孔隙率，使煤炭粒子能够与空气中的氧气充分接触，提高了煤炭中挥发份的析出速率，从而促进了煤炭的燃烧，起到助燃的作用）的基础上，把不同量的钢铁厂的废渣（约含20%左右的Fe2O3和少量的V2O5）添加到煤块中，探讨其对煤炭燃烧的催化作用以及对煤炭燃烧过程中硫释放的影响。
3.3催化剂Fe2O3废渣在促进煤炭燃烧的同时也促进了煤炭中硫的释放，因此还应添加适量的固硫剂（如Mg O、Ca O 等）成分。
3.4Fe2O3废渣是一种很好的燃煤催化剂，其对煤炭燃烧的催化效果要好于纯的Fe2O3亚洲煤炭催化剂公司（2008年）：CC-88，固硫，提高煤炭燃烧效率本文根据煤的催化氧化反应原理,按照高效实用、价廉易得、使用简便的原则,选择几种碱土金属和过渡金属的盐及氧化物为催化剂。
Fe3+、Fe2+、Ca2+及其与CaC03的混合物有较强的催化作用,且对无烟煤更显著。
其中CaC03一M(Fe、Ca)二元催化剂更适于工业应用,其最佳加入量为5~7W%左右。
催化剂对煤粉燃烧的催化作用与催化剂类型、分散程度和煤的变质程度有关。
Fe(NO3)3和FeS04属易溶盐,eF3+和eF2+可浸入煤粒内部并较均匀地分散在煤粒中,活性表面较大,使催化反应可在整个煤粒中进行,故催化效应较高。
Ca2+实际是CaO水溶液中的微量Ca(OH)2,由于Ca’+量较少,催化作用较Fe3+、FeZ未低,但明显高于机械混合的分散性很差的CaO、Ca-CO3粉末。
CaCO3对煤粉燃烧有一定的催化作用,经加入少量Fe(NO3)3或CaCI:(8W%)根据本实验结果,从催化效果、成本、和作用角度考虑,复合加入含CaZ+或eF3+(eFZ+)工业矿(废)料(如Ca1C2、FeCI。
火电厂燃煤掺烧技术的实际应用研究1. 引言1.1 燃煤掺烧技术的背景燃煤掺烧技术是指在传统的火电厂燃煤过程中，同时掺入其他可燃材料，如生物质、燃气等，以降低煤炭的使用量和减少对环境的影响。
煤炭作为传统的火力发电主要燃料，一直存在着燃烧效率低、排放污染物多的问题。
煤炭的有限资源和对环境的污染，使得燃煤掺烧技术逐渐成为人们关注的焦点。
燃煤掺烧技术的背景可以追溯到20世纪80年代，当时燃煤掺烧技术在欧美国家开始得到应用。
随着人们对煤炭资源的关注以及环境保护意识的增强，燃煤掺烧技术逐渐在全球范围内得到推广和应用。
燃煤掺烧技术的背景主要受到煤炭资源日益紧张和环境污染的双重压力驱动。
通过掺烧其他可燃物料，可以减少煤炭的使用量，减少二氧化碳等温室气体的排放，实现火力发电过程的清洁化和高效化。
燃煤掺烧技术的背景为火电行业提供了一种可持续发展的解决方案，同时也为提高火电厂的竞争力和环保指标提供了重要的技术支持。
随着燃煤掺烧技术的不断创新和发展，其在火电行业的应用前景将更加广阔。
1.2 燃煤掺烧技术的意义燃煤掺烧技术的意义在于提高火电厂的燃烧效率和减少污染排放。
通过将不同种类的燃料混合燃烧，可以有效提高燃烧效率，降低能耗成本。
燃煤掺烧技术可以减少燃煤对环境造成的污染，降低二氧化硫、氮氧化物等有害气体的排放量，有利于保护大气环境和减少温室气体的排放。
燃煤掺烧技术还可以提高煤炭资源的综合利用率，减少对传统煤炭资源的需求，降低煤炭开采的环境压力。
燃煤掺烧技术在提高能源利用效率、减少环境污染、优化资源配置等方面具有重要意义，是推动火电厂清洁高效发展的重要技术手段。
2. 正文2.1 燃煤掺烧技术的原理燃煤掺烧技术是指在火电厂中同时燃烧两种或两种以上的燃料，一种是煤炭，另一种可以是生物质、废弃物或其他可再生能源。
燃煤掺烧技术的原理主要包括以下几个方面：1. 提高燃料种类多样性：通过掺烧不同种类的燃料，可以有效降低燃料的成本，提高燃烧效率和节约能源资源。
