專利名稱：一種燃煤固硫添加劑及用固硫煤渣燒制水泥熟料的方法
一、所屬技術(shù)領(lǐng)域本技術(shù)涉及環(huán)境保護(hù)、能源和建筑材料中水泥制作領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國目前主要的能源是煤。電力來源主要依靠火電廠，燃燒的是煤。工業(yè)蒸汽鍋爐燃燒的也主要是煤。我國的煤種很多，多數(shù)地區(qū)煤的灰分高，有些地區(qū)煤的硫分也相當(dāng)高。工業(yè)用煤，特別是4噸以下小鍋爐和民用爐灶星羅棋布，遍及城鄉(xiāng)，在其燃燒過程中排放出大量二氧化硫(SO2)，造成大面積大氣污染。由于SO2等酸性氣體在大氣化學(xué)物理作用下可以形成大面積的酸性沉降，并可在大氣中長距離輸送，對湖泊水域、土壤、水生生物、森林、農(nóng)作物等造成危害。酸雨危害已成為當(dāng)今全球環(huán)境的重大問題之一。煤在工業(yè)爐窯和民用爐灶燃燒后排出大量爐灰渣，用于農(nóng)田，將改變土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤肥力，以往多用于鋪路填坑。煤渣大量堆放不僅占用土地，而且也造成環(huán)境污染。從科學(xué)技術(shù)上解決這些問題的出路在于燃煤過程減少SO2排放，并把煤渣用作生產(chǎn)水泥或其輔料，使之資源化。我國是產(chǎn)煤大國，也是世界上消耗煤炭最多的國家?，F(xiàn)有技術(shù)在這方面已經(jīng)做過許多研究，取得不少成果。例如(1)中國專利85102767型煤供熱同時生產(chǎn)水泥熟料;(2)中國專利89108564.5(CN1051717A)一種用燃煤固硫劑制作固硫渣水泥的方法等等。型煤技術(shù)和循環(huán)流化床鍋爐提高了熱效率，減少了爐渣，同時采用固硫劑使煙道氣中SO2排放大為降低，減少了污染。但對于爐溫在1200℃以上的大量鍋爐來說，目前固硫劑的固硫率不高，問題仍然嚴(yán)重。
循環(huán)流化床技術(shù)是采用劣質(zhì)粉煤并把部分爐渣循環(huán)燒以提高熱效率，燃燒溫度達(dá)800-900℃，在燃燒過程中填加鈣基固硫劑，固硫效果可達(dá)80%，然后將爐渣用以制造水泥，型煤技術(shù)可改善燃燒條件，添加鈣基固硫劑雖然有一定固硫效果，但因?qū)尤煎仩t爐溫可高達(dá)1200℃，通常固硫率不及50%，爐渣未能利用。
三、本發(fā)明的目的本發(fā)明技術(shù)的任務(wù)是克服已有技術(shù)的不足，制備出一種新型固硫添加劑以提高燃煤過程中固硫率，然后將固硫的爐渣用來制作水泥熟料。本發(fā)明的目的就是提供制備這種新型固硫添加劑配方和利用固硫爐渣制作水泥熟料的方法。
四、本發(fā)明的技術(shù)方案1、理論闡述當(dāng)煤中含硫時，在燃燒的強(qiáng)烈氣氛下發(fā)生下列反應(yīng)
R為有機(jī)基團(tuán)黃鐵礦熱分解當(dāng)煤中硫含量超過1%時，含SO2煙氣就可造成顯著空氣污染。在一些含硫量超過3%的燃煤區(qū)常常會出現(xiàn)大氣中SO2的重污染。
當(dāng)用鈣基固硫劑去除SO2時，其反應(yīng)為
這一反應(yīng)適宜的溫度范圍是900℃以下，當(dāng)爐溫超過900℃時，所形成的CaSO4，又分解成SO2，即上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。對層燃鍋爐，爐溫常常達(dá)到1200℃或更高，因而難于獲得滿意的固硫效果。
本發(fā)明應(yīng)用催化理論，以鐵硅系化合物作為催化劑，使SO2生成3CaO.3Al2O3.CaSO4的復(fù)合無機(jī)鹽，延緩了CaSO4的分解，同時加入硅氧化物形成包括CaSO4，CaO，F(xiàn)e2O3，SiO2在內(nèi)的一個穩(wěn)定固熔體，從而為固定硫創(chuàng)造一個良好的條件，以提高了固硫率。過去鍋爐排出的爐渣被看做是固體廢棄物，主要用于鋪路填坑。然而經(jīng)上述方法處理的固硫煤渣，因其在燃燒過程中添加有含F(xiàn)e，Si的添加劑，其含量可進(jìn)行調(diào)節(jié)，燃燒后爐渣的化學(xué)成分在水泥成分的范圍之內(nèi)，經(jīng)后處理即可成為水泥熟料。
2、本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容本技術(shù)的試驗(yàn)室研究是在一個有自帶溫控裝置的管式電爐中進(jìn)行的，用鉑-鉑銠熱電偶測溫，電爐的溫度由室溫均勻升至1300℃，其升溫速度可由溫控裝置控制。試驗(yàn)時將配好的煤由電爐一端伸入爐內(nèi)，空氣由一端通入另一端，與SO2測量儀相聯(lián)。
試驗(yàn)以四川天府煤為原煤，其煤質(zhì)分析如下表1煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)煤種 Cf% Af% Vf% Sf% QfDTMJ Hf% Nf%天府煙煤54.9434.0015.853.5822.453.290.93
表注表中C′分析基碳含量(%，重量百分比，下同)A′灰分;V′揮發(fā)份;S′硫份;Q′

MJ熱值;H′氫份;N′氮份。
固硫劑為生石灰，其全鈣量為96%，若用建筑石灰則應(yīng)分析有效鈣及全鈣含量，并換算成上述生石灰的含量。
固硫添加劑配方如下生石灰1份(重量比，下同)+αFe2O31份+αSiO21份，于球磨機(jī)內(nèi)研磨并過篩200目，備用。
實(shí)驗(yàn)時，采用如下配方煤(80-95)%+生石灰(4-15)%+固硫添加劑(1-5)%對比含有添加劑與不含添加劑配煤的固硫效果。

由上表可以看出，在同樣條件下，含有固硫添加劑的配煤的固硫率遠(yuǎn)比不含添加劑的高。
配煤采用了兩種方法，一為粉末狀物料均勻混合后進(jìn)爐，另一為添加少量粘合劑(聚乙烯醇)后，用200kg/cm2壓力的小型油壓機(jī)成型，制成型煤，比較其固硫效果，結(jié)果相同。因此本技術(shù)既適用于型煤燃燒過程，也適用于煤粉爐的燃燒過程。
對含有固硫添加劑的爐渣進(jìn)行X-射線粉末晶體衍射法及X-熒光光譜法進(jìn)行分析，從粉末晶體衍射圖可明顯看出CaSO4晶體的存在并與FeSO3及SiO2共生，形成了一個穩(wěn)定的固熔體，起到了固硫效果。
X-熒光光譜分析結(jié)果如下表。
表3固硫渣X-熒光光譜分析結(jié)果含量(%)FeCaSiAlTiS金屬5.7122.2811.5410.220.7910.25金屬氧化物8.1631.224.619.31.3420.6五、有益的效果本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、層燃工業(yè)鍋爐爐溫一般可達(dá)1200℃，甚至更高，現(xiàn)有固硫劑固硫效果不及50%，而加上本發(fā)明的固硫添加劑則可達(dá)80%左右，對控制環(huán)境污染更加有益;
2、本發(fā)明技術(shù)工藝簡單，原料價廉易得，容易推廣使用;
3、本發(fā)明技術(shù)解決了工業(yè)鍋爐爐渣所造成的環(huán)境問題，使之資源化，制成水泥熟料，經(jīng)濟(jì)效益可觀。
因此，可以說本發(fā)明技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益，環(huán)境效益，社會效益都比較好。
六、一個實(shí)施例在一個裝置為數(shù)百克煤的模擬小爐內(nèi)進(jìn)行了固硫型煤試燒的實(shí)驗(yàn)。
為了使?fàn)t溫保持恒定，爐內(nèi)壁和電熱絲纏繞起保溫作用，電熱絲是明火加熱，也起了點(diǎn)火作用，實(shí)際試燒時，型煤用量300g，用如下配方Ⅰ原煤型煤貴州煙煤95%(含量硫量5.5%)+聚乙烯醇5%。
Ⅱ原煤加生石灰型煤貴州煙煤80%+生石灰15%+聚乙烯醇5%。
Ⅲ固硫型煤，貴州煙煤80%+生石灰15%+聚乙烯醇5%，外加1%鐵硅固硫添加劑。
上述三種配方分別在上述小爐內(nèi)燃燒，并用二氧化硫測定儀測定排氣中SO2含量(ppm)，計算出三種配方的固硫率計算時采用如下公式R＝[1- (CV)/(2AS) ]×100式中R為固硫率;C為煙氣中SO2濃度(測定值;mg/Nm3);V為煙氣流速(Nm3/h);A為煤耗速度(kg/h);S為煤中含硫量(wt，%)。
燃燒后，經(jīng)計算其結(jié)果為配方Ⅰ固硫率為40%，配方Ⅱ固硫率為55%，配方Ⅲ固硫率為80%。
配方Ⅲ的渣在掃描電鏡上進(jìn)行了觀察并與425＃水泥進(jìn)行了比較，二者表觀極為相似，見

圖1固硫煤渣的硅酸鈣相，圖2425＃水泥的硅酸鈣相(均為照片)。經(jīng)化學(xué)分析，結(jié)果見表4。

Ⅲ配方煤渣與425＃水泥成份有差異，但在水泥成分變化范圍之內(nèi)，經(jīng)加工后，可成為水泥熟料。
權(quán)利要求
1.一種燃煤固硫添加劑及其固硫煤渣制作水泥熟料的方法，在高硫分的煤炭中添加鈣基固硫劑(CaO)在燃燒過程減少煙道氣中二氧化硫的排放，然后用固硫煤渣制作水泥，其特征是應(yīng)用催化理論，加入鐵硅系化合物為催化劑以提高固硫率，使之形成一個包括CaSO4、CaO、Fe2O3、SiO2在內(nèi)的穩(wěn)定固熔體，可用于直接制作水泥熟料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤固硫添加劑，其特征是內(nèi)含生石灰(CaO)1份，αFe2O31份和αSiO21份(按重量比)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，2所述的燃煤固硫添加劑，其特征在于它可摻入煤內(nèi)制成型煤后燃燒，也可摻入煤粉直接燃燒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固硫煤渣制作水泥熟料的方法，其特征是由于煤種，煤質(zhì)的不同，可調(diào)節(jié)固硫添加劑的催化劑成分。
全文摘要
一種燃煤固硫添加劑，涉及環(huán)境保護(hù)、能源和水泥制作技術(shù)領(lǐng)域，用來提高高硫分煤炭在燃燒過程中的固硫率，以減少二氧化硫?qū)Υ髿獾奈廴?。本發(fā)明提供該固硫添加劑的配方，燃燒后的固硫煤渣可直接制成水泥熟料。
文檔編號C04B7/44GK1079772SQ9310737
公開日1993年12月22日 申請日期1993年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月25日
發(fā)明者肖佩林, 沈迪新, 林國珍, 何占源, 王玉蓉, 李書年 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心