煤催化燃烧技术研究进展

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1、2008年第27卷增刊化工进展CH咖CALINDUSTRYANDENGDmE】RINGPROGRESS·219·煤催化燃烧技术研究进展王俊宏，常丽萍，谢克昌(太原理工大学煤科学与技术教育部和山西省重点实验室，山西太原030024)摘要：介绍了煤催化燃烧技术的发展概况，重点从催化燃烧对煤燃烧特性的影响J,23f．．催化燃烧对氮氧化物、硫氧化物以及其它燃烧副产物的影响研究进展等方面进行介绍，阐明了碱金属、碱土金属以及过渡金属氧化物及其盐类对氮氧化物，硫氧化物以及其他污染物的生成与排放的影响，为提高煤炭利

2、用效率，减少环境污染提供了理论基础；同时还指出了催化燃烧技术以及燃烧催化剂今后的发展方向．关键词：煤；催化：燃烧技术煤炭是我国最重要的一次能源，占我国一次商品能源消费总量的75％左右。据预测，到2050年，我国煤炭年需求量约为2l亿吨，占一次能源构成的50％左右。随着我国经济的迅猛发展和世界石油储量的日益减少，煤炭作为主要能源的地位将会更加巩固，并且在相当长的时间内不会改变。目前，直接燃烧在煤炭消费中仍占主要比例，另外还有少量以煤炭的热解、气化、液化等为基础的洁净、高附加值的产品出现。然而，传统的燃

3、烧方式多为火焰燃烧，散发出的热量得不到充分利用，又因燃烧不充分，势必造成能源的巨大浪费：另一方面，传统的燃烧方式还能够产生大量的有毒、有害气体，从而造成环境的严重污染。为提高煤炭燃烧效率，降低环境污染，对燃煤催化剂改善煤燃烧性能的研究越来越受到重视，催化燃烧技术也得到了进一步的发展【l’51。研究表明，加入燃煤催化剂是实现煤洁净、高效燃烧的有效措施之一，尤其是对劣质煤的燃烧效果更加显著。催化燃烧技术的起燃温度低，去除有害杂质效率高，燃烧缓和，氧浓度适应范围大且无二次污染，是目前国内外治理有机废气、回

4、收利用能源最有效的方法之一。1煤的催化燃烧概述燃烧反应实际上就是燃料中的可燃元素与氧发生化合反应并同时放出光和热的氧化过程。煤的燃烧过程非常复杂，一般可以为初始挥发分析出过程、燃烧过程(称均相燃烧)和挥发分析出后煤中其余成分形成的碳粒的着火燃烧过程(称非均相燃烧)。煤的催化燃烧技术就是在煤的燃烧过程中，借助催化剂的催化作用，使煤的氧化反应活化能降低，导致活化分子百分数增加，从而降低着火温度，提高燃烧速度，加速内能的释放，缩短煤在炉膛内的燃尽时间，即提高煤的燃烧强度和炉膛温度，改善煤的燃烧性能，降低炉

5、渣与烟尘中的碳含量，提高煤的燃尽度，并可较大幅度地降低空气过剩系数，降低废气排放量，从而达到节煤的目的。’人类对催化燃烧的感性认识和简单应用由来已久，但对催化燃烧的研究和开发工作仅有四五十年的历史。自20世纪70年代Pfefferle等刚提出“多相催化气相燃烧”过程开始，催化燃烧才正式进入开发和研究阶段，但大多是关于燃料油的催化燃烧，而对于煤的催化燃烧技术的研究工作起步更晚。国内这方面的研究工作只是近几年才刚刚开始，因此，针对目前能源资源短缺和环境污染严重的现象，加强该方面的研究与开发工作是非常必要

6、和紧迫的。2催化剂对煤燃烧性能的影响煤燃烧催化剂的加入，不仅可以降低燃烧所需理论空气量水平，减少烟尘排放量，抑制燃煤过程中S02和NO。的形成，而且可以明显改善煤的燃烧特性，提高煤燃烧效率和炉内温度。煤燃烧催化剂目前主要有碱金属、碱土金属、过渡元素、稀土元素等的氧化物、盐类以及这些化合物的组合。马保国等【．7】研究了碱金属以及碱土金属盐对高灰分煤燃烧的催化作用，表明劭碱土金属盐能够改变高灰分煤的燃烧反应历程，加速煤燃烧反应速率，降低着火温度，使燃尽温度提前，此外，还能增加燃烧放热量。这类金属盐影响着

7、火性能的大小排序为：NaCl(KCl)>Ca(N03)2；影响燃尽性能的大小排序为：NaCl>KCl>Ca(N03)2。·220·化工进展2008年第27卷刘艳华掣踟的研究表明，含铁化合物FeCl3、FeCl2和Fe203等也能够改变煤的燃烧特性，不同种类的含铁化合物对煤燃烧特性的影响不同。FeCl，和FeCl2能够改变煤燃烧过程中的化学反应动力学参数，提高煤在低温段的燃烧反应速率，并且它们的催化能力随其在煤中含量的增加而增强，而Fe203是比较稳定的组分，对煤的燃烧过程影响不大。范浩杰等一J研究过

8、渡元素及碱金属元素的化合物对煤燃烧所起的催化作用表明，金属元素的催化活性顺序为锰、钾、铜>钠>钙，随添加剂含量增加，着火温度下降，但含量大到一定程度时，其下降趋势减缓。ZnO类催化剂对煤的均相着火有较好的催化活性，能降低煤的着火温度；而CuO类催化剂则对煤的非均相着火有较好的催化活性，能促进碳粒的完全氧化；CuS04类催化剂对两者都有较高的催化活性；ZnCl2类催化剂除了对煤的均相和非均相燃烧都具有很好的催化活性外，还能使碳粒提前燃烬Ilo】。稀土助燃添加剂对劣质煤的