[发明专利]一种燃料浓缩法

说明书

技术领域

本发明涉及一种降低碳氢燃料燃烧产生的氮氧化物(NO_x)的排放量的方法，尤其涉及一种能降低NO_x排放量并且产生烧失量改善、含碳量较低的煤灰副产品的化石燃料的改进燃烧法。

背景技术

近年来，工业加工单位，特别是燃煤发电厂，造成的空气污染受到了越来越多的关注。

《大型燃烧厂指令》(LCPD)是要求欧盟成员国限制包括化石燃料发电站在内的一些燃烧厂的排放量的欧盟指令。该指令规定了二氧化硫和氮氧化物的排放限值。在欧洲，将通过关闭许多传统燃煤发电厂来执行LCPD。氮、碳和硫的有毒氧化物正在对气候、环境和人类健康造成根本的损害。

特别是，人们已经对找到减少或将排放量减至最低的系统产生相当大的兴趣，并且已经为这类系统开发出一些催化剂和添加剂。

该问题的解决方案包括给燃煤发电厂安装低NOx燃烧器。在减少NOx和SOx排放量的同时，这些燃烧器也导致了燃烧效率的损失，进而会导致煤灰中未燃尽碳的含量较高(通常为20％的碳)，从而使煤灰成为不想要的废产品。

美国、印度、中国和澳大利亚是主要的粉煤灰制造国。2009年，单美国就产生了5720万吨粉煤灰，其中只有2240万吨用于混凝土/水泥制造(http://minerals.usgs.gov/ds/2005/140/coalcombustionproducts.pdf)。粉煤灰主要由硅、铝氧化物及未燃尽碳和某种结晶物质的玻璃球体构成。低NOx燃烧器的引入逐渐提高了粉煤灰的烧失量(LOI)值。由于未燃尽碳易于吸收加气表面活性剂从而降低冻融条件防护，因此它在加气混凝土混合料中很重要。同样，过多的碳会影响填充应用的最佳密度和含水量。粉煤灰要用作水泥代用品，LOI必须要小于7％。

现已开发出一些催化剂和燃料添加剂来降低或将NOx和SOx排放量减至最低。

例如，美国专利US2006/0034743(Radway)描述了一种旨在降低硫排放量、NOx排放量及燃煤锅炉中重金属沉积物的添加剂。这种添加剂主要含氧化镁及钙、硅、铁和铝的氧化物。

煤灰是煤燃烧中产生的一种副产品。粉煤灰一般从发电站的烟囱中收集，底灰则从炉膛底部排出。英国每年产生超过100万吨的粉煤灰。

全世界燃煤发电厂产生的大部分煤灰都是通过填埋处理或存放在炉渣场。一些国家对填埋处理这类废物实行征税。由于填埋成本和环境成本越来越高，煤灰的回收利用近年来越来越令人担忧。

这种煤灰中很大一部分具有凝硬性，这意味着当与氧化钙结合时，呈现出胶凝性。理论上，粉煤灰可用作混凝土混合料硅酸盐水泥一部分成分的替代品。硅酸盐水泥的生产本身就是能源密集型，并且会产生大量的二氧化碳，每吨硅酸盐水泥产生约一吨的二氧化碳，因此用其他新的副产品替代这部分成分能显著减少碳的排放量。

但是，煤灰包括很高比例的未燃尽碳，不能作为硅酸盐水泥的代用品，因为在混合过程中其容易从混凝土中吸收重要的胶凝化学外加剂，而这会使外加剂无法发挥其预期用途。含碳量为7％或小于7％的煤灰可以用作白榴火山灰。

可通过处理将粉煤灰的含碳量降低到能够用作白榴火山灰的水平。这类处理法包括再烧粉煤灰以降低含碳量；产生低碳分数的静电分离法和通过降低碳的吸附性以最小化含碳量影响的粉煤灰化学处理法。所有这些方法够需要至少一个附加处理步骤，从而增加了产生有用副产品而非废产品的总成本。

因此，需要提供一种在降低氮氧化物排放量的同时还能提供优质煤灰的改进的煤燃烧法，所述优质煤灰的含碳量低到使煤灰成为适销畅销的副产品而非不是为符合环境法规需要经过一定处理的废产品。另外，需要提供一种在不降低能量输出的同时能减少燃煤量(最好增加能量输出并减少碳排放量)的改进法。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种在燃烧或加热含燃料碳和燃料氮的颗粒碳氢化合物过程中断裂碳氢化合物键的方法，所述方法包括以下步骤：

在燃烧器中加热颗粒碳氢化合物和燃料改进剂，所述燃料改进剂主要由氧化铁和二氧化硅组成，其中，

颗粒碳氢化合物和燃料改进剂都具有粒度分布，其中，碳氢化合物在其粒度分布的第90个百分位的颗粒比燃料改进剂在其粒度分布的第90个百分位的颗粒大，而且，燃料改进剂在其粒度分布的第10个百分位的颗粒比碳氢化合物颗粒在其粒度分布的第90个百分位的颗粒小一个数量级；

且其中，燃料改进剂与燃料之比为(颗粒碳氢化合物的)33％(以重量计)。