燃煤添加劑的節能減排作用及配方原理

摘要：煤炭資源有限，儲量不斷減少，而需求量卻日益增加，從能源稟賦，能源供需情況，能源安全角度考慮，我們必須節約能源或以較低的能源消費增長率來支持國民經濟增長速度。本文總結了燃煤添加劑的作用，助燃機理，介紹了國內燃煤添加劑的研究與應用成果和配方原理，并提出今后的研究方向和發展構想。

關鍵詞：燃煤添加劑；節能減排；作用；配方；應用

中圖分類號：S232.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1674-0432（2014）-06-92-1

1 燃煤添加劑的節能減排作用

1.1 燃煤添加劑的作用

燃煤添加劑中含有提供氧源的氧化劑，可以在高溫燃燒中分解出氧氣促進煤的充分燃燒，同時催化劑能有效降低氧的離解能和碳燃燒時所需的活化能，強化了煤的燃燒，起到助燃、增能、節煤的作用。

固硫、固氮、凈化煙氣的作用。添加劑中堿性氧化物與受熱面上的煙垢和煙氣發生化學反應，使煙垢和煙塵中含硫氧化物生成硫酸鹽，隨煤渣一起排出爐外，減少了二氧化硫、二氧化氮等有害氣體排放。

降低燃煤成本，為使用者帶來經濟效益。燃煤添加劑生產成本低，效果明顯。以吉林鑫興科技開發有限公司的專利產品試驗成果為例（專利號ZL200610017001.2）：大型燃煤鍋爐可節煤5.5%，一般鍋爐可節煤11%，減少二氧化硫排放40%～50%，減少氮氧化物排放20%～30%，減少煙塵排放60%。

1.2 燃煤添加劑的助燃機理

煤在燃燒時，將添加劑中的金屬氧化物還原成金屬，同時放出氧氣，然后金屬與煤中氧氣反應，使金屬氧化成氧化物，緊接著碳直接還原金屬氧化物。這樣金屬一直處于氧化-還原循環中，在金屬和氧化物兩種狀態中來回轉換，氧原子不斷從金屬向碳原子傳遞，加快氧氣的擴散速度，使燃燒更易進行。同時添加劑中的氧化劑燃燒分解，放出大量氧氣，人為制造一個富氧環境，提高了燃燒速度，起到強烈助燃作用。另外催化劑降低氧的離解能和碳燃燒時所需的活化能，強化了煤的燃燒。

2 燃煤添加劑的配方原理

燃煤添加劑主要成分包括氧化劑、催化劑、脫硫劑、膨松劑、消煙劑和其他有機助劑構成。氧化劑提供了煤燃燒過程所需的活性氧，促使燃燒過程中釋放出可燃的揮發分和碳粒的燃燒。常用的氧化劑有高錳酸鉀、氯酸鉀、高氯酸鉀等。高錳酸鉀可以在200℃～240℃溫區分解放出氧氣；氯酸鉀可以在300℃～350℃溫區分解放出氧氣；高氯酸鉀可以在400℃以上分解放出氧氣。此外硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鋇等也是強氧化劑在高溫燃燒中的分解產物依次是金屬氧化物、氧氣、氮氣。

催化劑主要有二氧化錳、氧化鎂、三氧化二鋁、四氧化三鐵、三氧化二鐵、二氧化鈦、氯化鐵、碳酸鈉、稀土元素、鋁土等。其中三氧化二鋁能在高溫條件下，抑制硫酸鈣的分解，同時可以形成穩定的硫酸鈣、氧化鈣和三氧化二鋁的復鹽。金屬氧化物則是在氧傳遞過程中起著至關重要的作用。含鐵化合物通過降低煤燃燒的著火溫度與反應的活化能來改善煤的燃燒特性，提高低溫燃燒過程的燃燒速率，使煤的著火與燃燒更加容易。常用的主要是三氯化鐵和二氯化鐵，其效果三氯化鐵優于二氯化鐵。三氧化二鐵對煤的燃燒過程影響不大，但550℃左右具有助燃作用。

膨松劑在爐膛高溫區產生微爆，攪動煤層中的氣流，促使碳粒表面的灰燼或燃燒產物一氧化碳脫落，使之充分燃燒，目前所有膨松劑主要是工業食鹽氯化鈉。

固硫劑種類很多，常用的有鈣基、鎂基、鋇基固硫劑，納米材料固硫劑。使用最多還是價廉易得的鈣基固硫劑，主要有碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣，效果最好是氫氧化鈣，其次是碳酸鈣、氧化鈣。在碳酸鈣中添加三氧化二鐵在固硫反應中起促進作用，降低反應活化能，使反應更易進行。此外有機鈣固硫效果更好，但實際使用不多。

3 燃煤添加劑分類及應用現狀

從目前實際應用情況來看，依據現有添加劑的原理及配方總體分類如下：一是工業鹽類，主要是氧化劑、金屬氧化物等，再輔以其他助劑。此類添加劑對降低燃燒的燃點，促進燃燒，脫硫、脫氮等具有良好的效果，目前使用最多的添加劑大多都屬于這一類；二是金屬氧化物及礦物，一般作催化劑，主要用于工業，如高爐的催化助燃，純燃煤企業很少使用；三是以有機分子為主，主要是有機醇類，如甲醇、乙醇等，其次是親油性礦物油、植物油、乳化劑及親水性表面活性劑為主添加劑；四是以金屬羥酸鹽類為主，包括醋酸鹽，脂肪酸鹽類有機鹽，其主要作用與第二類相似，實際使用較少。

4 未來發展構想

燃煤添加劑具有良好的助燃作用和脫硫、脫氮作用，人們對燃煤添加劑長期研究取得一定的成果。但還有很多東西有待于我們去發現，比如：煤灰分中的化學成分與添加劑的成分大部分相同，這說明煤中本來就含有催化助燃類物質，能夠使煤完全燃燒。所謂不完全燃燒，是燃燒環境所致。因此在現有的研究成果的基礎上，有必要在燃煤添加劑的原料選擇、添加劑的配方和防止二次污染等方面開展深入的研究工作，不斷探索、不斷發現煤的燃燒特性，開發出一種既能外在助燃，又能激活煤中固有的催化燃燒作用，有效促進煤的完全燃燒，清潔燃燒，以控制污染，節約能源。

參考文獻

[1] 肖健華，康華，王振陽.燃煤催化劑催化機理探討[J].煤炭技術，2002，（11）.

[2] 于海深，王風彥.節煤添加劑的特性研究[J].節能，2007，（1）.

[3] 楊艷華，鄧能運，張生芹，等.燃煤助燃添加劑的研究現狀[J].重慶科技學院學報，2009，（1）.

作者簡介：邢鳳義，撫松縣撫松鎮人民政府，工程師。