煤炭助燃剂

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目前，宁夏宁东能源重化工基地规划建设八大电厂将形成两千万千瓦级的火电基地，而煤价日益升高，节能和环保呼声高涨等带来巨大压力，成为一项新的亟待解决的技术难题。
通过各种技术改造和设备更新虽然能取得一些进展，但是，对于相当多的中小企业来讲，对锅炉改造的资金承受力和不理想的改造效果已经成为一种负担，甚至使热效率降低。而通过添加助燃剂生产洁净煤的出现和应用成为一条即简单、易操作、节能减排效果好的方法。
长期以来，我国工业锅炉由于燃烧设备陈旧，燃烧技术落后，煤炭燃烧不完全等各方面的原因热效率仅在60%左右，比发达国家低15-20%，能源浪费极为严重，还大大增加了对环境的污染。我国煤炭储量中高硫煤占有很大的比重，而宁东地区煤炭硫含量甚至高出了全国平均水平，且多数未经脱硫处理直接燃烧，SO2年排放量高达2370万t，超过美国居世界首位；燃烧中以0.2～0.5mm飞灰为主的炭损失，使煤烟年排放量2300万t，造成大气和环境严重污染。随着经济快速发展，单位GDP能耗一度增高和由此导致的污染物排放强度大的问题制约着社会经济的可持续发展，为此，节能减排已成为各级政府的约束性考核指标。
1、原煤种类和粒度：煤的种类和粒度会影响助燃剂的助燃效果，本项目将对宁东地区五大矿区的不同煤种进行催化助燃效果研究，研制出适合各煤种的最佳助燃剂。
2、助燃剂种类、添加方式和添加量：理想的洁净煤助燃剂主要是由氧化剂、催化剂、膨松剂、稳定剂等化工原料复配而成。从经济性考虑，助燃剂的主要目的是提高燃煤效率，减少污染和能源浪费；经济性上升空间有限，成本较高，则必然会没有市场。工业上排放的某些三废具有一种或多种助燃、固硫、固氮成分，通过改进工业废弃物得到洁净煤助燃剂的一些成分则环保且经济可行。
2）利用工业固废电石废渣、碱厂废液、铁矿石粉、粉煤灰、炉渣等作为洁净煤助燃剂的原料和有效成分，实现了废物的综合利用。
3）可以配以煤矸石等低劣质煤或粉煤灰，实现其资源化利用，使能级不高的劣质煤能充分被利用减少能源浪费。
4）该洁净煤无毒、无腐蚀、无污染，不但对锅炉无损害，还可以对锅炉受热面和尾部受热面起保护作用，延长炉排使用寿命，减少炉渣排放量。
在燃煤中加入助燃剂，即能够提高煤的挥发份的析出速率，降低煤的着火温度，加快焦碳的燃烧速度，缩短点火延迟时间，降低灰分残炭，相对增加燃烧发热量，提高煤的燃烧效率。还可以配以煤矸石等低劣质煤解决其存在燃点高和燃烧不烬等问题，加强低质煤资源的燃烧利用。通过在煤中加入少量固硫、固氮、消烟除尘剂，即有脱硫脱氮的明显作用，又可减少烟尘的排放。从节能和环保的角度而言，都具有十分重要的现实意义。
5、固硫固氮和消烟除尘：我国煤中含硫量从0.2%到8.0%变化甚大，其中高硫煤(大于2%)约占20%，宁东地区煤的显著特点便是硫含量高。电石渣的主要成分为氢氧化钙，长期放置的电石渣会因为吸收空气中的CO2而含有少量CaCO3，具有较好的固硫固氮效果，变废为宝；铁矿石粉和炉渣中含有Fe2O3和FeCl3是优良的降尘剂，化工厂碱液、废液中含有大量碱金属及碱土金属盐类可以作为煤炭助燃剂中的催化剂。
本项目所研制洁净煤助燃剂就是利用电石废渣、造纸黑液、碱厂废液、铁矿石粉、粉煤灰、炉渣、某些化工厂废液等作为助燃剂的一些有效组分，配合少量强氧化剂（高锰酸钾，硝酸钡）、催化剂（碱土金属氧化物）、粘结剂（粘土）、稀土化合物（降低着火点）等调配而成，确定各组分最佳配比。
助燃剂的添加方式采用直接掺混均匀的方法；通过研究发现洁净煤助燃剂的量并不是比例越大越好，助燃剂的助燃效果存在一最佳比例范围，当助燃剂量增加到一定量时，随着助燃剂的量的增加，助燃效果反而越来越差，因此必须寻找一个最佳添加量。
目前国内已有一些商用洁净煤助燃剂面世并应用于洁净煤技术，产生了一定效果，实现了经济与环境双赢。然而从生产实践中发现，由于煤成分和煤燃烧过程的复杂性，在洁净煤助燃剂种类、煤种、燃烧条件等多种因素影响下，助燃剂的节煤助燃、固硫固氮和消烟除尘效果并不一致。基于此，在洁净煤助燃剂的原料选择、添加剂配方、节能减排和防止二次污染等方面开展深入的研究以开发宁东地区洁净煤的技术势在必行。
(三) 主要技术指标、主要经济指标
1）利用此洁净煤产品解决和改变宁东地区煤炭的质量，使其使用效率、燃烧性能大幅提升，节煤率达到15%以上。
2）使原煤燃烧排放SO2，氮氧化物，烟尘对大气和自然环境污染降到环保标准。
3）该洁净煤要无毒、无腐蚀、无二次污染，对锅炉无损坏，炉渣排放量少，具有良好的综合效益。
3、燃烧温度范围：洁净煤助燃剂作为催化剂都有一个活性温度范围，燃烧过程中当温度保持在活性温度内的时间越长，助燃效果就越好。
4、煤灰成分：煤灰占煤成分比例较高，其本身含有对煤有助燃作用的成分，在一定质量分数范围内与助燃剂起协同作用，超过范围时会对助燃剂效果产生负面影响。因此，本项目将对宁东五大矿区煤种的灰分成分进行分析，以调配适宜的助燃剂。
4）解决两高一低，排烟热损失和机械不完全燃烧热损失高，炉膛温度低的顽症。
(四) 经济效益计算
生产一吨洁净煤的成本构成（以下数据仅供参考）
（1）电石渣等工业废物（免费），配比5-8%，运费25元/吨；
（2）原煤(约4500大卡煤质)，配比60-80%，220元/吨；
（3）煤矸石（政府应补贴费）：配比约10%每吨废物（工业废物、煤矸石）处理费40元/吨；
本项目所研制洁净煤，其助燃剂中含有适合低质煤燃烧的高效催化助燃成分，可以向洁净煤中适当加入煤矸石与粉煤灰等含碳量低的废料，提高低劣质煤的资源化利用。
（二）拟解决的关键问题、创新点
本项目拟解决的关键问题是：研制出适合宁东地区不同煤种和品质的洁净煤产品，确定其成分最佳比例和助燃剂的最佳加入量，并使其具有良好的固硫固氮和消烟除尘效果，同时可以配比一定比例的低劣质煤综合使用。
二、研究方案
1、研究内容、拟解决的关键问题、创新点、主要技术指标、主要经济指标、子课题的设置情况等
(一)研究的内容
影响洁净煤助燃剂的因素比较多，本项目围绕宁东地区煤炭资源，研究出一种新型适合宁东地区煤炭的环保、节能、高效洁净煤产品，主要开展以下几方面的研究工作：
从原煤种类和粒度，加方式助燃剂种类、添和添加量，燃烧温度范围，煤灰成分，固硫固氮和消烟除尘，低劣质煤综合利用六大因素展开深入研究。
一、立项的背景和依据
包括：项目的研究目的、意义，国内外研究现状分析与评价，项目工作基础。
我国是世界第一煤炭消费大国，煤炭占一次能源消费中的70%左右，是世界上少数能源消耗以煤为主的国家。2013年产煤达到40.37亿t，其中有高达80%左右用于直接燃烧或发电。宁夏宁东能源化工基地东起鸳鸯湖、马家滩、萌城矿区的深部边界，西至国家级白芨滩自然保护区的东界并延伸到积家井、韦州矿区西界，南起韦州矿区和萌城矿区南端的宁夏与甘肃省界，北至宁夏与内蒙古省界，东西宽16-41 km，南北长127 km，面积3484 km2；是国家规划建设的大型煤炭、煤化工及西电东送火电基地，是全国能源战略基地的重要组成部分，已查明资源量273亿t，预测资源量1394亿t。基地的建设以煤炭资源为基础，以资源深度高效开发为主线，以保护环境为前提，以科技进步为动力，大力发展循环经济，推进产业优化升级，坚持走新型工业化道路，推进宁夏经济社会全面协调可持续发展，可用于煤化工和新材料等多种领域，有广阔的开发前景。到2020年，将形成煤炭生产能力1.1亿吨以上。
该项目的创新在于：
1)扩大和加深洁净煤技术和洁净煤助燃剂的理论与实验研究范围和深度，推进洁净煤和助燃剂从实验研究及半工业试验中走向市场，实现工业化生产和利用。尤其针对宁东地区煤炭的特点、工业燃烧过程、工业生产条件、废物综合利用以及所带来的环境污染，研制适合宁东地区煤炭的洁净煤产品，以期实现“环保-经济效益”双赢目的，促进其在工业中的推广应用。
6、低劣质煤综合利用：一般将含碳量低、发热量低、灰分高、不易着火的煤称之为低质煤，煤矸石及废弃煤泥等属于低质煤。煤矿中伴生的大量低质煤，其露天存放不仅占据大量的土地，随着刮风下雨等气候的变化，还会造成粉尘、污水和自燃等环境污染。通过助燃剂催化助燃技术降低低质煤着火点，提高挥发分析出速度，能够促进低质煤的完全燃烧，解决其存在燃点高和燃烧不烬等问题，有利于低质煤资源的燃烧利用。
（4）其他助燃剂组分及辅助材料，配比约5%，小于100元/吨；
（5）电费（破碎，搅拌），30元/吨；人工费，10元/吨；设备折旧费，7元/吨；综合管理费，17元.6元/吨；
生产一吨洁净煤成本约(约4500大卡煤质)340.6元/吨
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