能源化利用的Mg催化水基助燃及機(jī)理的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種爐內(nèi)C02能源化利用的Mg催化水基助燃及機(jī)理，尤其是采用不 需要鼓入空氣而完全以水蒸汽完全取代其助燃燃煤、油、氣，是采用氧化鎂礦石粉等燒解產(chǎn) 出鎂蒸汽在渦流真空爐膛內(nèi)頂部的渦流腔內(nèi)渦滯Mg、MgO、H、C、0等蒸汽混合流充分催化 反應(yīng)，爐內(nèi)封閉性間歇或連續(xù)性推煤或噴氣噴油并配比供入白云石粉等含鎂原料、液配比 混合氣化燃燒的鎂族蒸汽催化在真空熱碳超高溫的干熱爐環(huán)境中，產(chǎn)熱由干熱爐外的"鍋 筒一一集箱一一管束"承壓總成換熱出力的水基助燃煤氣油鍋窯爐及Mg催化低C02R02排 放技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，公知的煤、油、氣燃燒技術(shù)除少量冶金爐等吹氧或純氧助燃外，一律采用傳 統(tǒng)的空氣助燃的熱力設(shè)備技術(shù)，由于空氣78. 9%的惰性氣體中絕大多數(shù)是氮?dú)?，非但無助 于燃燒，反而還要在爐膛中"奪"取大量氧氣（燃燒產(chǎn)物中每反應(yīng)1噸當(dāng)量的N去生成N0 2， 就需要耗用2. 29噸以上的氧氣，致使鍋窯爐的過量給風(fēng)量增加1. 1萬m3,按15°C環(huán)境下的 200°C排煙溫度計(jì)算，額外增量熱態(tài)排煙1. 85萬nm3,顯熱損失高達(dá)256. 32kJ/m3合計(jì)為113 萬大卡）并生成對(duì)人類健康極其有害的氮氧化物（據(jù)西歐一家權(quán)威機(jī)構(gòu)早在上世紀(jì)九十年 代的研究報(bào)告向全人類敲響警鐘說，如果按照20世界末的西歐地區(qū)氮氧化物污染狀況放 任下去而不加治理的話，那么，處在這種環(huán)境中的男性會(huì)逐漸喪失生殖能力），同時(shí)還要大 量增加煙氣排放的顯熱損失。據(jù)中科院過程工程研完所謝裕生翻譯策劃的《燃燒生成物的 發(fā)生與抑制技術(shù)》(33、43頁）一書介紹說："環(huán)境中的N0 2濃度即使很低（10~lOOppb)，也 會(huì)危害人體健康""二氧化碳、甲烷、一氧化二氮的相對(duì)溫室系數(shù)分別是1、62、290"?！?于全社會(huì)的各種燃燒設(shè)備大量耗用空氣中的氧氣同時(shí)排出二氧化碳和氮氧化物，使空氣質(zhì) 量嚴(yán)重下降和惡化溫室效應(yīng)是一個(gè)全球人都十分揪心的事情。因而，本發(fā)明對(duì)現(xiàn)今空氣助 燃類型"氧化"燃燒的燃燒學(xué)隱憂如下：
[0003] (1)、空氣助燃的優(yōu)點(diǎn)是：用于助燃的空氣方便、無成本、無處不在?？墒怯捎跉v史 和習(xí)慣上的原因，加之對(duì)于助燃所用的空氣來講，任何有正常思維的人都無法回避，這使得 全人類都不會(huì)去思考淘汰空氣助燃的問題。倒是在一些工程應(yīng)用中有純氧助燃，那都是由 于特殊目的或工藝需要（比如生產(chǎn)海綿鐵等），但也還是就近從空氣中制取的氧……因此， 大氣中的氧已經(jīng)被人類貪婪地掠奪成災(zāi)。
[0004] (2)空氣助燃的遺患體現(xiàn)在煙氣顯熱損失大、NOx污染負(fù)荷高、造成大氣氧濃度降 低三個(gè)方面
[0005] A)煙氣顯熱損失大。須結(jié)合工程實(shí)際加以說明；由于空氣中78.9%的是氮（惰） 氣，如果常規(guī)鍋爐每燃用lkg標(biāo)準(zhǔn)煤的耗空氣10m 3的話，其由風(fēng)機(jī)冷態(tài)鼓入的氮?dú)饩驼加?了 7. 89m3,而被熱態(tài)排煙出爐無功煙氣量的就是14m3左右，既會(huì)大量帶走熱量（按排煙 220°C和常溫20°C排煙計(jì)算，帶走熱總量為967. 5kcal，使系統(tǒng)熱效降低13. 8% )，又受熱生 成了 N02 (在沒有脫硝設(shè)施和流化床技術(shù)之下的繼2生成量約16g左右）。
[0006] B)N0x污染負(fù)荷高。關(guān)于氮氧化物，它光化學(xué)等污染的罪魁。西歐一家研究機(jī)構(gòu) 早在2000年就公開報(bào)道說：如果照目前（2000年）氮氧化物污染現(xiàn)狀不加治理的話，再過 八十年西歐的男性將有80%喪失生殖能力。可見氮氧化物對(duì)人類健康的危害是嚴(yán)重的一一 都是空氣助燃的結(jié)果（本成果只是不用空氣，僅此而已，就在沒有任何脫硝工藝之下，獲得 了氮氧化物實(shí)測(cè)濃度平均小于20mg/nm 3的成效。
[0007] C)造成大氣氧濃度降低（全球熱機(jī)總耗氧為320億噸/年，相當(dāng)于耗掉1. 17億公 頃的森林年產(chǎn)氧量）。
[0008]據(jù)俄羅斯生物學(xué)家估計(jì)，若按目前每年增加5%的礦物燃料計(jì)算，今后的160年后 的大氣氧氣含量還要減少25~30% ;另一方面，據(jù)專家測(cè)算，一公頃常綠森林每年大約生 成氧氣273. 75噸（照此推算，全球每年熱機(jī)耗氧相當(dāng)于"砍伐"森林1. 17億公頃，占到2000 年統(tǒng)計(jì)的全球森林覆蓋面積38.億公頃的3,1%，但卻是每年人類砍伐森面積1500萬公頃 的8倍左右），全球每年減少森林面積在1500~2000萬公頃，這就意味著森林的造氧能力 也在削弱；海洋污染一方面增加了氧氣的消耗量，如海洋自凈一公升油污，耗用40萬升溶 解氧，另一方面又使海洋細(xì)胞植物和海澡釋放氧氣的能力受到削弱和破壞；還有臭氧層遭 破壞形成的巨大臭氧空洞，使大氣中的氧氣量向外層空間泄漏......當(dāng)然，筆者對(duì)大氣氧含 量之說，并非越高越好（我敢說即使全球沒有了任何熱機(jī)耗用空氣之下，地球大氣中的氧 氣含量也不會(huì)接近史前全球森林面積相比現(xiàn)今擴(kuò)大兩倍時(shí)的35% )，但有一點(diǎn)可以肯定， 如果大氣含氧量降15 %左右那一定是災(zāi)難性的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是：在201210566497. 4號(hào)專利申請(qǐng)案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步闡明其無空 氣性水基助燃燃燒學(xué)特性：1、不耗空氣（氧）性鎂催化水基燃煤，實(shí)現(xiàn)根除性脫硝、根除 PM2. 5、脫硫達(dá)標(biāo)、CCV咸排50%左右并統(tǒng)統(tǒng)"無償化"；2、將白云石、鎂棱石等作為現(xiàn)行常規(guī) 能源的伴生新能源開發(fā)利用；3、真正創(chuàng)立地球溫室效應(yīng)缺陷修復(fù)機(jī)制；4、以固碳成渣機(jī)制 啟動(dòng)了地球"冰融?冰結(jié)"的動(dòng)平衡工程；5、地球大氣氧吧大修復(fù)；6、工業(yè)廢水潔凈焚燒及 廢固全回收、城鄉(xiāng)生活垃圾潔凈焚燒統(tǒng)一全面無償化；7、各能源燃焚特色綜合一體潔凈化 造型；8、等比現(xiàn)能源設(shè)備同類節(jié)能50~70% ;進(jìn)一步對(duì)燃燒學(xué)物理化學(xué)過程加以說明和 明確幾個(gè)重點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)方程化工熱力學(xué)摩爾焓產(chǎn)熱計(jì)算、固碳固琉固硝的機(jī)制形成等爐內(nèi) C0 2能源化利用的Mg催化水基助燃及機(jī)理。
[0010] 本發(fā)明的Mg催化水基助燃是這樣實(shí)現(xiàn)的：把自來水水流不斷注入高溫燃煤（或 油、氣等凡有碇足跡的燃料）的爐膛，使其在高溫環(huán)境條件下，續(xù)加燃料中摻入或另道并入 適量白云石，石受燒結(jié)釋放出的氧化鎂分解Mg蒸汽，汽催化伴隨其水蒸汽持續(xù)不斷地多項(xiàng) 熱分解產(chǎn)出H 2、Mg、02混合氣體，氣體與燃煤產(chǎn)生的C0 2熱碳進(jìn)行碳?xì)渲亟M（啟爐正常后的 燃煤全過程不鼓風(fēng)、不透風(fēng)、不漏風(fēng)、不變相給氧或變相透漏風(fēng)并且確保充分燃燒），在能 量、質(zhì)量、元素三個(gè)守恒定律不變的前提之下，燃燒使?fàn)t膛內(nèi)產(chǎn)生超出常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)煤熱值分析 2~3倍的熱出力，并且保持穩(wěn)定而且大小功率可控的熱力運(yùn)行（唯由引風(fēng)機(jī)將燃燒廢氣排 向大氣環(huán)境）。
[0011] 正如上201210566497. 4號(hào)專利申請(qǐng)方案所施，爐內(nèi)C02能源化利用的Mg催化水基 助燃機(jī)理是：1〇〇〇~2300°C的高溫水助燃的爐膛之中，持續(xù)不斷地多項(xiàng)熱分解產(chǎn)出H 2、Mg、 (V混合氣體，氣體與燃煤CO 2熱碳進(jìn)行活性優(yōu)先的碳?xì)渲亟M。
[0012] -、碳?xì)渲亟M的非氧化性的化學(xué)反應(yīng)大約可以分為如下若干過程：
[0013] 1、碳與水蒸汽反應(yīng)（C+H20 = C0+H2)生成一氧化碳和氫氣；
[0014] 2、氧化鎂經(jīng)熱碳還原反應(yīng)（MgO+C = Mg+C0)生成鎂蒸汽和一氧化碳（有實(shí)驗(yàn)認(rèn) 為：當(dāng)！'> 1000°(：的時(shí)候，反應(yīng)氣氛是100%的0));
[0015] 3、鎂蒸汽與一氧化碳氧化反應(yīng)（Mg+C0 = MgO+C)，我們通過使用大量水的熱分解H 2存在于Mg蒸氣和C0的混合氣體中，可以抑制C0氧化Mg蒸氣的這種反應(yīng)，盡量保持鎂蒸 汽的活性，使反應(yīng)能夠連續(xù)穩(wěn)定的進(jìn)行。在冷卻三角篦附近的中低溫區(qū)域得以冷卻，使其一 些鎂鹽鎂堿化合態(tài)得的反應(yīng)生成物得以沉降并收集；
[0016] 4、鎂在0)2中劇烈燃燒反應(yīng)（CO 2+2Mg = 2Mg0+C)生成熱碳和氧化鎂（從習(xí)慣上 說，鎂在二氧化碳?xì)怏w中燃燒，可在其密閉的環(huán)境中進(jìn)行，燃盡是完全可以不需要氧氣的， 所產(chǎn)的大量熱除大部分用去"增加"超額于所燃之煤或油、氣等常規(guī)熱值的熱出力外，其余 少部分足以保證分解反應(yīng)的吸熱需要）；關(guān)于2Mg0+C = C02+2Mg反應(yīng)，已有經(jīng)驗(yàn)介紹說："在 1350°C到150(TC已能較好地進(jìn)行反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)速度加快，在1520°C，氧化鎂還原率 達(dá)96. 9%"，也就是說爐膛內(nèi)溫度只要超過了 1600°C以上，熱碳源源不斷，而膛中便沒有了 氧化鎂，有的只有鎂蒸汽，即使鎂燃燒隨時(shí)產(chǎn)生