山西试烧实验报告

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1、燃煤催化燃烧节能及减排 SO 技术2试烧实验报告委托单位:山西恒德诚实 验 员： 陈建朋 审 核:李鸿利准： 陈朝晖日 期：08.10.24北京金源化学集团有限公司化学研究所R&D1. 试烧试验简述与目的委托试烧实验项目是金源化学研究所为了让燃煤催化剂更好发挥其作用，决定先做 实验室的燃烧催化试烧实验，然后根据试烧实验结果再指导实际的工业化试用。通过试烧实验可以对金源化学集团的燃煤催化剂对客户提供煤样的催化效果有一 个概略的了解，对锅炉燃煤用催化剂的实际工业化添加试用作一些指导，指导催化剂的 添加和催化剂添加后锅炉的燃烧调整。为公司领导的最终决策提供试用依据。2. 试烧实验方法和步骤2.1.

2、试烧实验方法目前煤燃烧催化剂试烧的实验室评价方法（与生产上的应用性试用不同），主要有 热重法和尾气法。热重法是采用精密天平测量样品燃烧时的质量损失来获得样品的燃烧 速度，尾气法是测量尾气中CO2和CO等的含量来获得样品的燃烧速度。这两种方法各 有优缺点，尾气法更适用于样品量比较大的试烧，甚至可以直接放大用于生产实践中。本试烧实验采用尾气法，测量尾气中CO2和CO等的含量来获得样品的燃烧速度。2.2. 试烧实验步骤1）取一定量有代表性的山西恒德诚入炉煤样置于粉碎机中粉碎成粉末；2）粉碎后， 100 目筛分后，取部分煤样用喷雾的方式添加催化剂；3）精确称取添加过催化剂煤样0.5g,（精确到O.OO

3、Olg）置于燃烧池中，将燃烧池放入燃烧管中，上好陶瓷管（减少燃烧室死体积）和燃烧管的螺丝，保证密闭 连接；4）将称量好的干燥管（精确到O.OOOlg）连接好，打开反应气体，用气体流量计检查体系的密闭性（让O： N在21.1： 26.2X3 （流量计不同）左右，即100mL/min, 如果不漏气的情况下10ml = 5-6秒之间，如果时间大于这个数字，说明泄漏；5）开启计算机、烟气分析仪DELTA2000CD-IV德国MRU仪器公司），自检、设定仪器参数；6）打开马孚炉控温仪和电源、升温加热；7）从200度开始测量尾气中CO2的含量，记录下测量时间、对应温度、各种组分的含量、峰面积等参数，一般1

4、2分钟测量一次，直到温度高于850度，升温 速度为30C/min （室温850C）,在850C保温。保温至CO2的含量低于1%；8）反应完成后，关闭加热仪器和通入气体；9）测量干燥管的重量（精确到O.OOOlg）,计算出增加的重量；10）记录试烧实验数据。11）精确称取未添加过催化剂的原煤样0.5g,（精确到O.OOOlg）按步骤3到10做未添加催化剂煤样的燃烧试烧实验，记录数据，以便进行试烧实验结果的对比。3. 试烧实验仪器和设备采用尾气分析的方法进行研究燃烧催化剂的性能，采用的装置和相关的设备如图 1 所示：分析检测尾气吸收4. 试烧实验结果与分析本试烧报告是针对山西恒德诚提供的煤样及矸石

5、样进行的。图 2 是针对山西恒德诚提供的煤样添加 CHARNA C02 前后的燃烧结果对比情况（黑色和红色分别表示添加和未添加催化剂的燃烧情况）。北京金源化学集团有限公司实验验报告 寸汕 J PC 口 chemicals & pharmaceuticalsCHARNA 盘 & D-25CHARNA C BLANK25中 charna cblank2015：21001020304050t /m60图 2A 催化燃烧- 时间关系20115%100200300400500600700T/ oC图 2A 催化燃烧- 温度关系800 900图 3 是针对山西恒德诚提供的煤样 + 矸石样（ 1 ： 1 ）

6、添加 CHARNA C02 前后的燃烧图3A催化燃烧-时间关系图3B催化燃烧-温度关系结果对比情况（黑色和红色分别表示添加和未添加催化剂的燃烧情况）。从试烧实验结果来看，添加催化剂 CHARNA C02 后，无论是原煤的燃烧还是原煤 矸石（1：1）的燃烧，燃烧状况都有明显的变化，分别表现在以下三个方面： 4.1. 挥发份燃烧区间在低挥发份燃烧区间，对应温度在300600C （见图2B）,原煤从450C开始有挥 发份析出并发生反应产生CO2；而添加催化剂CHARNA C02后，开始有挥发份析出并发生 反应产生CO2的温度降低了 50100C左右，同时产生CO2的量明显比原煤高10%,这对 于提高

7、煤的着火和锅炉的低负荷稳燃性能有重要意义。而对于挥发份的总量是否提高的问题，从燃烧时间关系来看（见图2A）变化不大, 即CO2对时间的积分值是很接近的。是因为在本试烧过程中粉煤受热时间较长，挥发份 基本上都析出的缘故。但考虑到实际生产过程中使用的是小块煤和在锅炉中挥发份析出 时间短，结果会有很大的差异。比如在450C左右，添加催化剂CHARNAC02后煤粉的挥 发份析出速度会提高 60左右，其瞬间挥发份着火情况应该能与挥发份在 24左右的 普通煤接近。挥发份析出速度的加快，提高了挥发份的浓度，更加有利于煤粉的着火和 稳燃。4.2. 焦炭高速燃烧区间焦炭高速燃烧区间，对应温度在600850C （

8、见图2B）。在温度高于620C原煤的 焦炭燃烧发生，并在670C左右有最大燃烧速度。但随着温度的升高，燃烧速度反而会 降低，可能与原煤焦炭孔隙结构不好和外层焦炭受热容易熔融塌陷（灰熔点低）造成部 分孔道受阻等有关。在咼于850C后，燃烧速度会显著下降。与之相反，添加催化剂 CHARNA C02 后，焦炭的着火点稍提前，但着火后随着温度 的升高，燃烧速度持续加快，到850C后，主要是由于焦炭中的碳基本上消耗了，燃烧 速度才降了下来。添加催化剂 CHARNA C02 前后焦炭高速燃烧区间对燃烧热的贡献有很大的差异，添 加催化剂后此区间燃烧热提高19.7 （从73.7提高到88.2） 。在焦炭高速燃

9、烧区间，添加催化剂后燃烧速度和放热率都有了极大的提高，这可以 提高煤粉炉的炉膛火焰中心温度，进一步加快煤粉的燃尽，减少不完全燃烧损失，提高 了锅炉效率；同时炉膛温度的提高增加了锅炉低负荷稳燃性能，提高了锅炉运行的安全 性。4.3. 焦炭燃尽区间焦炭燃尽区间，对应温度在850C，原煤在此温度区的燃烧持续较长时间，经过 20分钟后仍放出一定浓度的CO2。添加催化剂CHARNA CO2后，在此温度区的燃烧持续 较短时间，约5分钟后，CO2的浓度基本在1%以下。说明添加催化剂后煤的燃尽度得到 极大的提高。焦炭燃尽区的差异会对燃烧剩余物的含碳量起决定作用。原碳此区间贡献 10%，说 明原碳经过高速燃烧区

10、间后至少含有 10（未燃尽）的剩余碳，并且剩余碳的燃烧速度 缓慢（大于 20 分钟），将会严重影响燃烧剩余物的含碳量，会导致锅炉粉煤灰含碳量 比较高并且很难降低。添加催化剂后，剩余碳含量少，并且很容易燃烧完全（约5分钟）。R&D5. 试烧实验结论添加催化剂 CHARNA C02 前后山西恒德诚电厂入炉煤的燃烧状况有显著的改善，尤 其是 1：1 混合矸石后，催化剂对燃烧的改善更为显著：有利于挥发份析出速度增加； 焦炭高速燃烧区间燃烧速度加快，持续时间延长，对应空气过剩系数降低，对整个燃烧 热的贡献加大；焦炭高速燃烧区间后剩余碳含量少并且很容易燃尽。煤燃烧催化剂对山西恒德诚的煤种有效，基本上表现在

11、以下几个方面：1）提高挥发份的析出和燃烧速度，降低煤的着火点，使煤易燃；2）优化煤焦的孔隙结构和表面活性，使煤焦和焦炭的燃烧速度提高，加快氧气和 燃烧产物的扩散速度，提高高温区的燃烧速度，从而可以降低空气过剩系数、提高炉膛 温度、加强锅炉传热；3）由于煤粉挥发份析出速度的提高，着火点提前，同时由于燃烧速度提高，缩短 了燃尽时间，在同样的炉膛高度下，锅炉飞灰含碳量降低，提高了煤的利用率；4）由于催化剂中的有效成分还会改变飞灰的化学物理特性，应用试烧经验证明， 对于受热面的积灰有抑制和清除作用，保持了受热面的清洁，提高了受热面的传热性能， 降低了排烟温度，进一步提高了锅炉效率。同时锅炉燃烧污染物的

12、排放也有不同程度的 降低。6. 建议以上试烧实验结果充分证明了燃煤催化剂 CHARNA C02 对山西恒德诚厂入炉煤的燃 烧有明显的催化作用，对于锅炉效率的提高会有很大的帮助。但对于实际锅炉上使用催化剂 CHARNA C02 前后各种状况要具体分析和考虑。首先 要考虑催化剂的均匀分散性（包括喷雾效果和渗透效果）、燃烧状况、空气过剩系数、 燃烧时间、烟气温度和传热效率等；其次对于不同的煤种，其燃烧性能千差万别，不能 仅仅从水分、挥发份、灰分和发热值就能得到所有信息，还与其结构、灰分中所含具体 元素和其他相关因素相关，因此要根据具体的情况调整锅炉燃料和配风，这样才能达到 理想的节能效果。鉴于以上试烧实验结果，建议尽快进行燃煤催化剂的工业应用试用，可以根据工业 化试用结果来进一步决定催化剂的添加量以及相应的锅炉燃烧调整方式，最大限度的提 高锅炉效率，减少燃料消耗，增加全厂的经济效益。