煤催化燃燒技術(shù)簡(jiǎn)介

煤催化燃燒技術(shù)是由中南大學(xué)、重慶大學(xué)、長(zhǎng)沙紫宸科技開發(fā)有限公司有關(guān)專家在全面分析工業(yè)爐層狀燃燒、粉煤燃燒、旋風(fēng)燃燒、沸騰燃燒等燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，依據(jù)固體燃料—煤（含劣質(zhì)煤、石煤、煤矸石、油頁(yè)巖、城市垃圾等）的燃燒機(jī)理及催化反應(yīng)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)理論，經(jīng)長(zhǎng)期的實(shí)踐探索，聯(lián)合研究開發(fā)的新環(huán)境友好催化燃燒技術(shù)。以節(jié)能環(huán)保為主題，以“煤用催化助燃劑”專利技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用為關(guān)鍵，以提高燃燒效率及使氣體凈化的費(fèi)用和廢物排放量減到最小為主要目的。

      現(xiàn)今可利用化石資源的極大浪費(fèi)和逐漸枯竭及環(huán)境的嚴(yán)重污染問(wèn)題，不僅造成嚴(yán)重的公眾健康損害，也制約著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展；環(huán)保費(fèi)用是過(guò)程經(jīng)濟(jì)整體部分的事實(shí)正在對(duì)化學(xué)、石油煉制、冶金、動(dòng)力生產(chǎn)、水泥制造中的技術(shù)開發(fā)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，其中特別重要的挑戰(zhàn)性問(wèn)題是應(yīng)用那些可提高能效、可消除或可減少有害污染物（如CO、VOC、NOx、SOx、微粒）排放即第一級(jí)預(yù)防的新工藝過(guò)程的催化技術(shù)，而催化劑是有成本效益的環(huán)境友好技術(shù)的關(guān)鍵。事實(shí)上，催化劑及催化工藝已經(jīng)在提高效率和解決目前環(huán)境污染的過(guò)程中起著十分重要的作用，如90%以上的工業(yè)生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)依賴催化劑，經(jīng)催化轉(zhuǎn)化器凈化的汽車尾氣已能達(dá)到CO、VOC、NOx的超低值排放甚至零排放，有機(jī)廢氣實(shí)行催化燃燒能減低NOx的生成率達(dá)98%以上，其中的有機(jī)物幾乎能達(dá)到 100%的凈化率（有機(jī)廢氣催化燃燒催化劑可使1800℃左右的高溫燃燒降低為300～400℃左右的低溫燃燒）。

      技術(shù)原理及特點(diǎn)：

      1. 依據(jù)煤是由植物敗亡后經(jīng)生化反應(yīng)及高溫高壓下的物理化學(xué)反應(yīng)生成的化石燃料，簡(jiǎn)單地說(shuō)，煤是復(fù)雜的有機(jī)高分子化合物。因成煤植物、成礦條件、煤化程度不同，其巖相組成差異很大；煤中的可燃組份除C、H、O元素外，通常還含有1～2%的有機(jī)氮及0.7～5%的有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫；煤的燃燒實(shí)質(zhì)上是一個(gè)強(qiáng)氧化過(guò)程，大致可分為受熱釋放揮發(fā)份、氣相揮發(fā)份的著火和燃燒、固體碳素殘留物的著火和燃燒三個(gè)階段，其燃燒過(guò)程伴隨著熱裂解、熱合成、縮合、環(huán)化、脫氫、氧化、催化等各種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，并伴隨有二次反應(yīng)。

      2. 煤的催化燃燒技術(shù)是采用多元復(fù)合催化劑為主的有機(jī)配位基團(tuán)與煤粉分子的相容性提高催化組份與煤粉的溶解度，有機(jī)基團(tuán)嵌入煤微粒的內(nèi)部，配位的功能性金屬催化離子融近碳基晶格，以催化劑前驅(qū)體的高分散性、大比表面積與煤微粒制成整體燃燒催化體系，比固定式催化燃燒爐具有更大的優(yōu)越性，由于高分散、高比表面積的多相催化，具有更高的催化燃燒效率，受空燃比及空速影響較小，加之催化劑為一次使用，基本上不受催化劑中毒對(duì)催化效率的影響。

      3. 采用火焰催化氧化燃燒。催化燃燒體系中與碳基緊密融近的功能性金屬催化離子大幅度降低C-H、C-C、C-O、C-N、C-S鍵的活化能，提高反應(yīng)活性，催化裂解煤結(jié)構(gòu)單元的含氧官能團(tuán)、側(cè)鏈、橋鍵及芳基環(huán)釋放氣化為小分子化合物，降低起燃溫度，催化氧化燃燒；并在高溫火焰中離解，通過(guò)電荷轉(zhuǎn)移和氧置換等作用抑制碳煙生成，催化殘?zhí)既紵?/p>

      4. 配位的有機(jī)基團(tuán)或其反應(yīng)物產(chǎn)生自由基參與揮發(fā)份自由基連鎖反應(yīng)，或與殘?zhí)技疤紵熒傻碾x子———分子反應(yīng)，產(chǎn)生消煙作用。

      5. 復(fù)配的輔助組份或起離子催化作用，或補(bǔ)充氧，或提供自由基參與連鎖反應(yīng)，或迅速提高燃燒溫度，共同促進(jìn)氧化燃燒，提高燃燒效率。

      6. 利用配位的功能性催化離子選擇性地抑制縮合及環(huán)化；阻止二次反應(yīng)；催化CO、揮發(fā)份、碳煙的氧化燃燒；催化水煤氣變換反應(yīng)和水蒸汽重整反應(yīng)。

      7. 火焰催化氧化燃燒代替原來(lái)的火焰燃燒，抑制了熱合成NOx和瞬間NOx的生成，同時(shí)，功能性催化離子選擇性地催化燃料產(chǎn)生的NOx還原成N2。

      8. 在火焰催化氧化燃燒中，硫氧化合物經(jīng)擴(kuò)散碰撞固液相反應(yīng)與煤灰中的部分催化劑離子及Al2O3、CaO結(jié)合生成高溫穩(wěn)定的硫化物、硫酸鹽及硫鋁酸鈣而固定。

      應(yīng)用范圍：

      煤用催化燃燒技術(shù)開發(fā)應(yīng)用可廣泛應(yīng)用于火電廠、工業(yè)鍋爐、工業(yè)爐窯及民用燃煤爐，也可應(yīng)用于潔凈煤的生產(chǎn)，對(duì)于旋窯水泥制造企業(yè)，為改煙煤為無(wú)煙煤、劣質(zhì)煤的應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

      應(yīng)用方法：

      催化燃燒技術(shù)不改變現(xiàn)有工藝。

      催化燃燒技術(shù)配套的煤用催化助燃劑視煤種類、灰份、工業(yè)分析、全硫含量與燃燒爐工藝參數(shù)及使用要求配料，產(chǎn)品分為液劑和固體。

      液劑可在原煤破碎或粉磨時(shí)按比例均勻摻入，或與煤粉一起噴入燃燒爐；民用型煤在混料塑化時(shí)均勻摻入，摻加量0.1～1.0%。

      固體可在原煤破碎或粉磨時(shí)按比例均勻摻入，民用型煤在混料塑化時(shí)均勻摻入，摻加量0.3～1.0%。

      使用效果：

      ①視使用要求及煤用催化助燃劑配料差異，煤的燃燒熱效率提高15～40%。

      ②廢氣中CO、VOC、氟烴化合物及碳煙減排90%以上（可達(dá)10x10-6），NOx減排60～ 98%（可達(dá)可達(dá)10x10-6）SO2減排60～98%，微粒減排60%以上。

      使用注意事項(xiàng)：

      ①應(yīng)依煤質(zhì)及燃燒爐工藝參數(shù)選擇合理的催化劑配比及適宜的摻量。

      ②計(jì)量要準(zhǔn)確，多元催化劑應(yīng)盡可能與煤一起粉磨達(dá)到與煤粒結(jié)合溶解均勻。