燃煤添加剂的节能减排作用及配方原理

摘要：煤炭资源有限，储量不断减少，而需求量却日益增加，从能源禀赋，能源供需情况，能源安全角度考虑，我们必须节约能源或以较低的能源消费增长率来支持国民经济增长速度。本文总结了燃煤添加剂的作用，助燃机理，介绍了国内燃煤添加剂的研究与应用成果和配方原理，并提出今后的研究方向和发展构想。

关键词：燃煤添加剂；节能减排；作用；配方；应用

中图分类号：S232.9 文献标识码： A 文章编号： 1674-0432（2014）-06-92-1

1 燃煤添加剂的节能减排作用

1.1 燃煤添加剂的作用

燃煤添加剂中含有提供氧源的氧化剂，可以在高温燃烧中分解出氧气促进煤的充分燃烧，同时催化剂能有效降低氧的离解能和碳燃烧时所需的活化能，强化了煤的燃烧，起到助燃、增能、节煤的作用。

固硫、固氮、净化烟气的作用。添加剂中碱性氧化物与受热面上的烟垢和烟气发生化学反应，使烟垢和烟尘中含硫氧化物生成硫酸盐，随煤渣一起排出炉外，减少了二氧化硫、二氧化氮等有害气体排放。

降低燃煤成本，为使用者带来经济效益。燃煤添加剂生产成本低，效果明显。以吉林鑫兴科技开发有限公司的专利产品试验成果为例（专利号ZL200610017001.2）：大型燃煤锅炉可节煤5.5%，一般锅炉可节煤11%，减少二氧化硫排放40%～50%，减少氮氧化物排放20%～30%，减少烟尘排放60%。

1.2 燃煤添加剂的助燃机理

煤在燃烧时，将添加剂中的金属氧化物还原成金属，同时放出氧气，然后金属与煤中氧气反应，使金属氧化成氧化物，紧接着碳直接还原金属氧化物。这样金属一直处于氧化-还原循环中，在金属和氧化物两种状态中来回转换，氧原子不断从金属向碳原子传递，加快氧气的扩散速度，使燃烧更易进行。同时添加剂中的氧化剂燃烧分解，放出大量氧气，人为制造一个富氧环境，提高了燃烧速度，起到强烈助燃作用。另外催化剂降低氧的离解能和碳燃烧时所需的活化能，强化了煤的燃烧。

2 燃煤添加剂的配方原理

燃煤添加剂主要成分包括氧化剂、催化剂、脱硫剂、膨松剂、消烟剂和其他有机助剂构成。氧化剂提供了煤燃烧过程所需的活性氧，促使燃烧过程中释放出可燃的挥发分和碳粒的燃烧。常用的氧化剂有高锰酸钾、氯酸钾、高氯酸钾等。高锰酸钾可以在200℃～240℃温区分解放出氧气；氯酸钾可以在300℃～350℃温区分解放出氧气；高氯酸钾可以在400℃以上分解放出氧气。此外硝酸钾、硝酸钠、硝酸钡等也是强氧化剂在高温燃烧中的分解产物依次是金属氧化物、氧气、氮气。

催化剂主要有二氧化锰、氧化镁、三氧化二铝、四氧化三铁、三氧化二铁、二氧化钛、氯化铁、碳酸钠、稀土元素、铝土等。其中三氧化二铝能在高温条件下，抑制硫酸钙的分解，同时可以形成稳定的硫酸钙、氧化钙和三氧化二铝的复盐。金属氧化物则是在氧传递过程中起着至关重要的作用。含铁化合物通过降低煤燃烧的着火温度与反应的活化能来改善煤的燃烧特性，提高低温燃烧过程的燃烧速率，使煤的着火与燃烧更加容易。常用的主要是三氯化铁和二氯化铁，其效果三氯化铁优于二氯化铁。三氧化二铁对煤的燃烧过程影响不大，但550℃左右具有助燃作用。

膨松剂在炉膛高温区产生微爆，搅动煤层中的气流，促使碳粒表面的灰烬或燃烧产物一氧化碳脱落，使之充分燃烧，目前所有膨松剂主要是工业食盐氯化钠。

固硫剂种类很多，常用的有钙基、镁基、钡基固硫剂，纳米材料固硫剂。使用最多还是价廉易得的钙基固硫剂，主要有碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙，效果最好是氢氧化钙，其次是碳酸钙、氧化钙。在碳酸钙中添加三氧化二铁在固硫反应中起促进作用，降低反应活化能，使反应更易进行。此外有机钙固硫效果更好，但实际使用不多。

3 燃煤添加剂分类及应用现状

从目前实际应用情况来看，依据现有添加剂的原理及配方总体分类如下：一是工业盐类，主要是氧化剂、金属氧化物等，再辅以其他助剂。此类添加剂对降低燃烧的燃点，促进燃烧，脱硫、脱氮等具有良好的效果，目前使用最多的添加剂大多都属于这一类；二是金属氧化物及矿物，一般作催化剂，主要用于工业，如高炉的催化助燃，纯燃煤企业很少使用；三是以有机分子为主，主要是有机醇类，如甲醇、乙醇等，其次是亲油性矿物油、植物油、乳化剂及亲水性表面活性剂为主添加剂；四是以金属羟酸盐类为主，包括醋酸盐，脂肪酸盐类有机盐，其主要作用与第二类相似，实际使用较少。

4 未来发展构想

燃煤添加剂具有良好的助燃作用和脱硫、脱氮作用，人们对燃煤添加剂长期研究取得一定的成果。但还有很多东西有待于我们去发现，比如：煤灰分中的化学成分与添加剂的成分大部分相同，这说明煤中本来就含有催化助燃类物质，能够使煤完全燃烧。所谓不完全燃烧，是燃烧环境所致。因此在现有的研究成果的基础上，有必要在燃煤添加剂的原料选择、添加剂的配方和防止二次污染等方面开展深入的研究工作，不断探索、不断发现煤的燃烧特性，开发出一种既能外在助燃，又能激活煤中固有的催化燃烧作用，有效促进煤的完全燃烧，清洁燃烧，以控制污染，节约能源。

参考文献

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[2] 于海深，王风彦.节煤添加剂的特性研究[J].节能，2007，（1）.

[3] 杨艳华，邓能运，张生芹，等.燃煤助燃添加剂的研究现状[J].重庆科技学院学报，2009，（1）.

作者简介：邢凤义，抚松县抚松镇人民政府，工程师。