添加剂对煤燃烧特性的影响研究.pdf

2 Tang C. Liao Z.Yang.L.The Application of the Airlift and the Sel- f excited Oscillation Pulsed Jet on Exploiting Beach Placer. Proceedings of the 14th International Symposium on Jetting Technology. Brugge, Belgium BHR Group, 1998. 作者通讯处 向文英 400045 重庆大学城市建设与环境工程学院 电话 023 65124369 2004- 04- 26 收稿 添加剂对煤燃烧特性的影响研究 钱 枫 李 伟 张溱芳 北京工商大学化学与环境工程学院, 北京 100037 摘要 为研究助燃添加剂对煤燃烧特性的影响, 选择了 5种金属的氧化物及盐类作为基本成分, 运用正交试验方法考 察了添加剂对炭粒燃烧特性的影响, 然后根据极差分析和方差分析, 得到了添加剂的最佳组成。本研究所推荐的添加 剂能有效降低煤的着火温度, 并提高其燃烧发热量。与某商品煤伴侣比较, 在各种添加量时的助燃效果均优于该商品 煤伴侣。 关键词 煤 添加剂 燃烧特性 1 引言 燃煤添加剂的研究和应用是在不改变燃煤设备 的情况下, 依据煤燃烧的化学反应原理, 用添加少量 添加剂的方法, 改善煤炭的燃烧特性, 降低其着火温 度, 提高其燃尽率和发热量, 从而达到节约能源和减 少污染排放的目的。本研究是在对前人所作的工作 进行了广泛的调研基础上, 选择了 5 种碱金属、 碱土 金属和过渡金属的氧化物及盐类作为添加剂的基本 成分, 运用正交试验的方法, 考察各种物质对炭粒燃 烧特性的影响, 包括着火温度、 发热量、 最大燃烧速 率、 燃烧失重率等。并根据方差分析, 得到添加剂的 最佳组合方式, 然后对所筛选出的添加剂, 考察其对 煤燃烧特性的影响, 进而评价其助燃效果。 2 实验 211 实验方法 煤样燃烧特性用热分析方法测定。在程序升温 过程中, 同时记录升温历程、 样品热重及热重变化率 以及样品的差热变化。对热重曲线TG 线 微分处理 后所得的热重微分曲线 DTG 线 , 取曲线的最大值所 对应的温度作为着火温度。对差热曲线 DTA 线 取 其峰的积分面积, 并与发热量不同的4 个标准煤样相 对照, 以确定差热峰面积 SDTA所对应的煤样发热量。 以热重微分曲线的峰值来确定煤样的最大燃烧速率。 由热重曲线直接计算出升温过程中煤样的失重, 进而 由初始样品总质量而求得其燃烧失重率。 212 实验条件 样品 粒度 200 目; 样品 质量 5 mg; 升 温速率 20 e P min; 温度范围为室温至1 000 e ; 气氛条件为空 气; 流量 30 mLP min, 从上下进气口同时进气。 3 结果与讨论 311 助燃物对煤燃烧特性的影响研究 31111 添加剂及添加量 研究采用正交试验的方法, 确定各种添加组分对 样品燃烧特性的影响及其交互作用, 进而找出其最佳 配比。考虑到实际意义和试验精度的要求, 分别选取 了3 种不同添加水平 0、 015 、 210 , 各成分添加 的总量不超过样品总量的 10 质量分数 。5 种成 分分为两类 一类为碱金属盐类 一类是碱土金属和 过渡金属氧化物。第一类物质中的两种A、 C 均属 强氧化物, 化学性质有相似性, 故暂不考虑其交互作 用; 第二类包括 3 种金属氧化物 B、 D、 E , 其间的交 互作用部分考虑。重点考虑上述两类物质之间的交 互作用。 31112 燃烧特性实验 实验样品选择大同烟煤。为避免煤中的水分和 挥发分析出时, 造成样品重量和热量的变化, 干扰热 重分析和差热分析, 本研究中先将煤样中的水分和挥 发分完全去除。这种方法在分析煤的燃烧特性时已 79 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 为一些研究人员所采用 [ 1] , 不会影响对燃烧特性评价 的准确性。 综合对各项燃烧特性的试验数据和方差分析, 各 因素水平对样品燃烧特性的具体影响如下 1 着火温度 A、 B、 C、 D、 E 各因素的较优水平 分别 为 210 、210 、015 、210 和 210, 即 A3B3C2D3E3, 经过计算, 可以预估较优条件下的指标 值为 65 e 着火温度下降值 。 2 发热量 各因素的较优水平依次为 210、 210 、 210 、 0 和 210 。经计算, 可预估在此较优 条件下, 发热量可增加约 30, 由于实验样品经过预 处理去除挥发分, 故上述发热量的增加仅表示固定碳 燃烧的发热量增幅。 3 最大燃烧速率 试验证明各因素均无显著 影响。 4 燃烧失重率 试验表明其影响程度均为 1 3 。 上述试验表明, 适当加入添加剂确可显著改善固 定碳的燃烧特性。由于发热量和着火温度是最主要 的2 个指标, 在综合分析时优先予以考虑, 由此得到 最大程度改善煤样燃烧特性的添加剂组分配比, 按此 制得的添加剂取名为 CAL。 312 CAL 添加剂与市售商品添加剂燃烧效果的比较 实验选用的市售商品添加剂 DHP 是一种节煤 降污的环保型煤伴侣, 其主要成分为 K、 Ca、 Mg 等的 氧化物及盐类, 已通过工业应用测试, 被认为在添加 量为 012时, 节煤率可达 1815 。本研究将 CAL 添 加剂与 DHP 添加剂的助燃效果作了比较, 对发热量 及着火温度2 项指标进行考察。 以大同烟煤为试验煤, 分别按本研究所得 CAL 的较优条件添加量8 和DHP 的推荐用量012 加入 煤中, 对二者的助燃效果进行比较, 结果见表 1。 表 1 CAL 与 DHP添加剂的助燃效果比较 项目发热量 QP MJkg- 1 着火温度 TiPe 无添加剂21197645 DHP 8 10 22198599 CAL 8 1028104600 无添加剂23127574 DHP 0 12 23113562 CAL 0 1224186569 注 实验煤样为未去除挥发分的煤样。 由表 1 可见, 当加入量为 810 时, DHP 使发热 量增加约 416, 而 CAL 可使发热量增加 28。着火 温度降幅相近, DHP 为 46 e , CAL 为 45 e ; 当加入量为 012 时, DHP 能使着火温度下降约 12 e , 但却不能使发热量增加。而 CAL 着火温度下 降虽较小 5 e , 使发热量增加了 7, 从而能有效地 节约用煤。 由此可见, 按本研究推荐配比制成的 CAL 添加 剂是一种更有效的燃煤添加剂。 313 添加剂对不同种煤样的助燃效果的考察 取4 种不同产地煤样, 分别为大同煤、 天池煤、 洪 雅煤和威远煤。取 4 种添加量 0、 012 、 110 和 210 , 分别考察其对着火温度和发热量的影响。煤 样不去除挥发分, 样品的处理与实验装置均同前, 所 得实验结果见表 2。 表 2 CAL 添加剂对不同煤样的助燃效果 项目 CAL 加入量 00121 10210 大同煤 发热量 P MJkg- 1271323016428 11827189 着火温度 Pe538535533533 洪雅煤 发热量 P MJkg- 1221262418623 11323185 着火温度 Pe545547548541 威远煤 发热量 P MJkg- 1 191091912319 16618165 着火温度 Pe539546538529 天池煤 发热量 P MJkg- 1 231272418621 19723142 着火温度 Pe574569567567 由表 2 可见, CAL 加入量越多, 着火温度下降幅 度越大; CAL 的加入均可提高发热量, 但提高的幅度 差异较大, 其中对大同煤的作用最为显著, 在加入量 为012时可提高约 12。可见, 在实际应用中, 对 于不同种类的煤, 应考虑选用不同组成的助燃添加 剂, 以获得理想的效果。 314 燃烧反应动力学参数计算 添加剂的助燃作用反映在燃烧动力学参数上。本 研究对大同煤样及含 012 CAL 的大同煤样的燃烧过 程进行了热力学及动力学分析。实验条件同前。在本 研究中, 氧气大量过剩, 故可认为在整个反应过程中, 氧浓度不变。煤样粒度在 200 目以下, 样品量仅 5 mg, 故内外扩散影响可以忽略, 则反应受动力学控制 [ 2] 。 根据实验数据, 通过煤样燃烧的动力学方程可分 别计算出加入添加剂前后煤样燃烧的燃烧反应动力 学参数 表观活化能 Ea 和指前因子 k0 的值。 对大同煤样的实验结果计算表明, 未加入添加剂时, Ea 25113 kJP moL; 而 添 加 012 CAL 后, Ea 20177 kJP moL。 显见, 加入 CAL 使燃烧过程的表观活 化能显著降低, 对煤的燃烧有明显的催化作用。 80 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 4 结论 1 本文研究了 5 种碱金属、 碱土金属的氧化物 和盐类化合物对煤燃烧特性的影响, 并利用正交实验 的方法, 确定了对该煤样具有最佳助燃作用效果的添 加剂组成, 称之为 CAL 添加剂。 2 将 CAL 添加剂与某商品环保煤添加剂 DHP 相比较表明, 无论在本研究所用的实验条件下, 或是 DHP 的推荐使用条件下, CAL 添加剂的助燃效果均优 于DHP 添加剂。 3 探讨了助燃添加剂的作用机理。研究表明, 助燃添加剂可显著降低煤样燃烧过程的表观活化能。 对于大同煤, 加入 012 的 CAL 时, 表观活化能 Ea将 从25113 kJP moL 降为 20177 kJP moL。 4 本研究对 4 种产地的煤应用 CAL 添加剂的 作用效果进行了比较, 结果表明其对各种煤样均有助 燃效果, 但对不同的煤样, 其作用效果不同。CAL 添 加剂对大同煤最为有效。 参考文献 1 R. Wangner and H. J.M™ hlen. Effect of a Catalyst on Combustion of Char and Anthracite.Fuel,1989. 68 2 251 253. 2 M.A. 埃利奥特. 煤利用化学 中册 . 北京 化学工业出版社, 1991. 作者通讯处 钱枫 100037 北京市海淀区阜城路 11 号 北京工商 大学化学与环境工程学院 电话 010 68985334 E -mail qianfth. btbu. edu. cn 2004- 07- 12 收稿 SGLZ - 型渣罐喷涂技术在首钢的应用 王存政 中国地质大学水资源与环境学院, 北京 100083 首钢技术研究院资环所, 北京 100041 任中兴 廖洪强 吴宏斌 首钢技术研究院资环所, 北京 100083 李建萍 中国地质大学水资源与环境学院, 北京 100083 摘要 结合首钢实际情况研究开发的 SGLZ - 型渣罐喷涂技术已成功地应用于首钢第三炼钢厂。生产应用效果证 明, 该技术可有效地消除因垫渣造成的钢渣翻罐冒烟污染, 提高渣罐一次脱罐率, 降低渣罐损耗, 具有显著的环境效 益、 社会效益和经济效益。 关键词 渣罐 喷涂 一次脱罐率 1 引言 转炉炼钢产生的钢渣一般采用渣罐运往渣场进 行后续处理。在翻罐过程中, 可能出现钢渣粘罐。经 处理, 钢渣仍不能与渣罐脱离, 渣罐就成为死罐, 只能 报废。产生粘罐和死罐, 不但会造成经济损失, 增加 炼钢成本, 严重时还可能造成渣罐周转紧张, 影响生 产。通常, 在渣罐底部垫入废渣, 可以缓解钢渣粘罐 现象, 但垫入的废渣在翻罐时会随热气流上升, 形成 黑褐色/ 蘼菇云0, 严重污染环境。 经调研, 国内武钢 [ 1] 、 涟钢 [ 2] 等采用渣罐喷涂技 术, 可以在不垫渣的条件下, 减少钢渣粘罐, 提高渣罐 一次脱罐率。结合首钢的实际情况, 研究开发了 SGLZ - 型渣罐喷涂技术, 并将该技术成功地应用于 首钢第三炼钢厂。 2 渣灌喷涂技术 渣罐喷涂技术的主要原理是在渣罐内壁上形成 耐高温的涂料层, 隔离残留钢水及钢渣对渣罐的熔 蚀, 以减少或避免钢渣粘罐, 从而可以取消渣罐垫渣 措施, 进而能够有效地消除因垫渣造成的环境污染。 渣罐喷涂技术的核心是渣罐喷涂料的研制。按 照SGLZ - 型渣罐喷涂料中原料的作用和用途, 可将 其分为两类 一类是功能材料, 以 MgO -C 系为主, 包 括基料、 熔剂、 碳质材料; 另一类属于改善喷涂料制 作、 储存、 运输、 使用及加强涂膜性能的涂料助剂 [ 3] 。 81 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 converted to aconitic acid by inner -dehydration. The synthetic conditions and biodegradability of the copolymer were studied andthe results showed that production had optimal perance when the qualitative amount of chain transfer agent was 10 . AA -AA had better scale inhibition perance and good biodegradability, which could be biodegraded to 60. 3 in 30 days. Keywords aconitic acid, copolymer and biodegradability ELEMENTARYINTRODUCAITONTONEWDREDGINGPROCESSFORRIVERAND RESERVOIRXiang Wenying et al 77,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Abstract Several traditional dredging s for river and resevoir have been analysed and compared. Then, a new process has been presented, that is air -lift assisted with sel- f excited oscillation pulse water jet for dredging. The authors analyse the theory of the new process, demonstrate the mechanism of continuedprocess while crushing and pumpping the solid accumulation under thewater. At last, the relation between the pressure of air compressor and the dredging amount has been analysed. Keywords dredging, air -lift, sel- f excited oscillation pulse water jet and crushing EFFECT OF ADDITIVE ON COMBUSTION CHARACTERISTICS OF COALQiang Feng et al 79, Abstract For studying the effect of additive onthe combustion characteristics of a coal, five metal oxides and salts were chosen as potential additive components, and by employing the cross -cut experimental , their effects on the combustion characteristics of char particles were examined. Based on the analysis of range and variance, the optimum composition of additive was then derived. Further experiments revealedthat the additive with composition as proposed by this research could effectively reduce the ignition temperature of the coal and increase its calorific value during combustion. Finally, on the basis of the experiments, the mechanism of the promotion of coal combustion was discussed. Keywords coal, additive and combustion characteristics APPLICATION OF SPRAYING TECHNOLOGY FOR SGLZ - SLAG TANK IN SHOUGANG GROUPWang Cunzheng et al 81,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Abstract The spraying technology for SGLZ - slag tank has been applied to No. 3 stee- l making plant of Shougang Group successfully.The application results proved that this technology can eliminate effectively dust pollution which caused by the slags padded under slag tanks, increase the rate of the first emptying slag tanks and decrease the loss of slag tanks. It has notable environmental, social and economical benefits. Keywords slag tanks, spraying and rate of first emptying slag tanks ENGINEERING TEST OF / ZERO DISCHARGE0 OF RESIDUAL ORGANIC SLUDGE Ruan Zhihua 83 ,,,,, ,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Abstract It is generally difficult to treat the residual sludge produced by treatment of organic wastewater through activated sludge process. Based on the successful laboratory tests and through the examination of field running for one year, a new process of normal temperature aerobic hydrolytic acidification -biological reaction was used to eliminate the residual sludge produced during treating organic wastewater and realized/ zero discharge 0 of the sludge. The new process features convenient operation andmanagement, which can also increase the qualified rate of CODCrof the original system by 5 15 .Therefore it can be applied especially to the system of treating organic wastewater containing nitrogen. Keywords residual sludge, water treatment system, amount of sludge -discharging and organic wastewater STUDYTHINKINGOFENERGY -CONSERVINGOXIOATION DITCH TECHNOLOGYOF SEWAGE DISPOSAL IN CHINALiu Zuwen et al 85,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,, Abstract It is expounded that the technical development of oxidation ditch andthe superiority in the choice of technology of sewage disposal in the small and medium -sized cities. According to the current situation of sewage disposal in small and medium -sized cities in China and the application characteristics of the technology of oxidation ditch, it is put forward that the study thinking of the energy -conserving technology of sewage disposal, which fits for the current situation of sewage disposal in small and medium -sized cities in China. Keywords municipal sewage, oxidation ditch and energy -conserving technology Manager Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group Editor The Editorial Department of Environmental Engineering Publisher Industrial Construction Magazine Agency 33, Xitucheng Road, Haidian District, Beijing 100088, China Telephone 010 82227637、 82227638 Fax 010 82227637 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P. O. Box 399, Beijing China Journalistic Code ISSN1000- 8942 CN11- 2097 PX E- mail Addresshjgc hjgc. com. cn WWW AddresshttpP P www. hjgc. com. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol123, No12,Apr. ,2005