1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

煤作为重要的不可再生能源，在国民经济发展中起着至关重要的作用，目前绝大部分能源的供给来源于煤的直接燃烧。近年来随着工业发展、能源消耗，优质煤的储量的日益减少，如何在充分高效利用优质煤的同时，利用低品位煤来代替优质煤在工业中的运用，已成为解决优质煤储量不足的重要途径之一。针对这一问题，近年来许多煤耗单位利用不同变质程度煤的配比混合，配制成组份同优质煤相当的混合煤，然而在工业运用中，混合煤在燃烧过程中会出现分段燃烧现象，造成燃烧系统不稳定，影响正常生产。目前在国内外的研究中，催化燃烧是提高燃煤效率的一个重要途径。催化燃烧即在燃煤中添加催化剂(或称：助燃剂)，来降低煤着火点温度、缩短煤着火的延迟时间，提高固定碳的燃烧速度与燃烧率，同时兼顾脱硫固氮的作用。本文就对燃煤催化剂的作用机理、研究现状以及研究方向做简要论述。

1 燃煤催化剂的研究现状

目前燃煤催化剂的种类大体可分为碱金属类、碱土金属类、过渡金属类、稀土金属类、合成类以及富含金属元素的工业废渣催化剂，现就各类催化剂研究现状做简要的叙述。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1.1、研究内容

本课题通过搜集并查阅有关资料，采用理论分析与试验研究相结合的方法，以富含催化活性成分的工业废渣(如：钢渣、锌渣、磷渣)、化学试剂为催化剂，以无烟煤、烟煤为主要研究对象，在兼顾成本和效果的基础上，通过不同的配比(煤粉和催化剂比例)，研究催化剂对煤着火温度、挥发分特性指数，燃尽指数等燃烧特性的影响，通过实验数据的处理，选择合适的催化剂添加量。另外，结合每种催化剂的催化特性和催化效果，将工业废渣和高效化学药品配比混合，构成复合型燃煤催化剂，通过结合每种催化剂的优点，研究其对煤协同催化燃烧的影响。选择高效催化剂，通过热重分析、动力学分析，研究催化剂对煤粉燃烧的动力学影响，从燃烧机理上探讨催化剂的作用机制。

具体研究内容：

1)、以实验为手段研究工业废渣(钢渣、锌渣、磷渣)、化学药品作为燃煤催化剂的可行性。

2)、以马弗炉为主要设备，在合适的条件下(配比、时间、温度)，研究催化剂对煤燃烧特性的影响。

3)、以步骤2为基础，选择合适的废渣和化学药品，通过正交实验确定最佳的复合配比，研究分析复合催化剂对煤的催化特性的影响。

4)、选择优质的催化剂，通过热分析、动力学分析，研究分析催化剂对煤着火温度、燃尽温度、相关燃烧特性指数以及燃烧动力学的影响。

5)、结合实验数据、煤燃烧模型、燃烧机理，探讨催化剂作用机理。

1.2、拟解决问题及方法

许多研究中，催化剂大多采用单一或多种高纯度的化学药品，且催化剂的用量大多占煤样的1%-10%，投入的成本较高。由于水泥工业中，煤粉用量大，若按此比例添加这些催化剂，则势必会提高水泥生产成本，且往往投入和产出不成正比，这显然是不经济可行的。因工业废渣含有催化煤粉燃烧的有效成分，且价格便宜，若将工业废渣用于煤粉催化燃烧，显然是经济可行的，另外工业废渣中含有固硫脱氮成分，对降低污染，保护环境也有一定作用；此外在考虑成本和催化效果的基础上，通过添加适量的有效化学药品进一步提高催化剂的催化特性。由于实验在实验室进行，煤样用量很少，相对煤样催化剂的用量将更少，如何将催化剂和煤样充分混合，是必须考虑和解决的问题，本实验以催化剂为母料，将煤粉分批次加入到催化剂中，逐次混合均匀。

2、技术路线、实施方案及可行性分析

2.1、采用的技术路线：

2.2、实施方案：

1)、前期选择实验试样催化剂(钢渣、磷渣、锌渣、化学试剂)和工业用煤(无烟煤、烟煤)；

2)、根据水泥用煤特点，将催化剂和煤样用磨机粉磨，筛分选择与水泥工业煤粉细度煤粉颗粒，本实验为了使催化剂和煤样混合均匀，催化剂的粒度小于煤样粒度。

3)、选择粒度合理，不同添加量的催化剂与煤粉配比混合，并使二者混合均匀；

4)、根据实验目的，将添加不同催化剂量的煤粉，放在预先设定好温度的马弗炉中燃烧，燃烧实验时间根据实验目的而定；

5)、通过实验数据处理，初步评价催化剂对煤粉挥发分特性指数、燃尽指数的影响；

6)、通过正交实验室，研究确定复合型催化剂的最佳配比；

7)、运用现有的研究成果，结用现代分析技术对催化剂的作用机理进行探讨；

2.3可行性分析

钢渣、磷渣、锌渣作为工业废料，其主要成分有CaO、SiO₂、Fe₂O₃和少量的铝、锰、镁、磷、硫、锌等化合物，其中CaO、SiO₂、Fe₂O₃、铝等都是生产水泥的主要原料；微量的ZnO是一种很好的矿化剂，可很好的降低水泥熟料煅烧时液相出现的温度，从而降低熟料烧成温度；少量的P₂O₅的可提高水泥熟料的强度；尽管这些废渣中含有一些影响水泥熟料质量的有害成分，但一方面有害成分在废渣中含量很低，另一方面考虑投入成本，废渣作为催化剂，其在煤中所占比例很少，所以废渣中有害成分对水泥熟料质量的影响很小。另外大量的煤催化研究表明，CaO、Fe₂O₃以及铝、锰金属氧化物对烟煤和无烟煤燃烧都有一定的催化作用，所以废渣作为催化剂是可行的；此外有研究表明CaO还有一定的固硫作用。

由此可见，运用工业废渣作为催化剂，一方面可以较好的利用低品质煤作为工业燃烧，另一方面工业废料的合理利用对保护环境，降低污染也有很好效用。

3、预期目标

工业废渣对煤燃烧特性有一定的改善作用，如提高挥发分析出速率，提高煤粉的燃尽度。