煤催化燃燒技術(shù)簡介

煤催化燃燒技術(shù)是由中南大學、重慶大學、長沙紫宸科技開發(fā)有限公司有關專家在全面分析工業(yè)爐層狀燃燒、粉煤燃燒、旋風燃燒、沸騰燃燒等燃燒技術(shù)的基礎上，依據(jù)固體燃料—煤（含劣質(zhì)煤、石煤、煤矸石、油頁巖、城市垃圾等）的燃燒機理及催化反應熱力學與動力學理論，經(jīng)長期的實踐探索，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)應用為關鍵，以提高燃燒效率及使氣體凈化的費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和逐漸枯竭及環(huán)境的嚴重污染問題，不僅造成嚴重的公眾健康損害，也制約著社會和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展；環(huán)保費用是過程經(jīng)濟整體部分的事實正在對化學、石油煉制、冶金、動力生產(chǎn)、水泥制造中的技術(shù)開發(fā)產(chǎn)生深遠影響，其中特別重要的挑戰(zhàn)性問題是應用那些可提高能效、可消除或可減少有害污染物（如CO、VOC、NOx、SOx、微粒）排放即第一級預防的新工藝過程的催化技術(shù)，而催化劑是有成本效益的環(huán)境友好技術(shù)的關鍵。事實上，催化劑及催化工藝已經(jīng)在提高效率和解決目前環(huán)境污染的過程中起著十分重要的作用，如90%以上的工業(yè)生產(chǎn)化學反應依賴催化劑，經(jīng)催化轉(zhuǎn)化器凈化的汽車尾氣已能達到CO、VOC、NOx的超低值排放甚至零排放，有機廢氣實行催化燃燒能減低NOx的生成率達98%以上，其中的有機物幾乎能達到 100%的凈化率（有機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：

      1. 依據(jù)煤是由植物敗亡后經(jīng)生化反應及高溫高壓下的物理化學反應生成的化石燃料，簡單地說，煤是復雜的有機高分子化合物。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%的有機氮及0.7～5%的有機硫和無機硫；煤的燃燒實質(zhì)上是一個強氧化過程，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階段，其燃燒過程伴隨著熱裂解、熱合成、縮合、環(huán)化、脫氫、氧化、催化等各種復雜的化學反應，并伴隨有二次反應。

      2. 煤的催化燃燒技術(shù)是采用多元復合催化劑為主的有機配位基團與煤粉分子的相容性提高催化組份與煤粉的溶解度，有機基團嵌入煤微粒的內(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，提高反應活性，催化裂解煤結(jié)構(gòu)單元的含氧官能團、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. 配位的有機基團或其反應物產(chǎn)生自由基參與揮發(fā)份自由基連鎖反應，或與殘?zhí)技疤紵熒傻碾x子———分子反應，產(chǎn)生消煙作用。

      5. 復配的輔助組份或起離子催化作用，或補充氧，或提供自由基參與連鎖反應，或迅速提高燃燒溫度，共同促進氧化燃燒，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；催化CO、揮發(fā)份、碳煙的氧化燃燒；催化水煤氣變換反應和水蒸汽重整反應。

      7. 火焰催化氧化燃燒代替原來的火焰燃燒，抑制了熱合成NOx和瞬間NOx的生成，同時，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)擴散碰撞固液相反應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。

      應用范圍：

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

      應用方法：

      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均勻摻入，摻加量0.1～1.0%。

      固體可在原煤破碎或粉磨時按比例均勻摻入，民用型煤在混料塑化時均勻摻入，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10x10-6），NOx減排60～ 98%（可達可達10x10-6）SO2減排60～98%，微粒減排60%以上。

      使用注意事項：

      ①應依煤質(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計量要準確，多元催化劑應盡可能與煤一起粉磨達到與煤粒結(jié)合溶解均勻。