用于避免如集聚、沉積、腐蝕等問題并減少排放物的礦物添
加劑摻合組合物和燃燒器的運行方法
技術領域
[0001] 本
發(fā)明涉及礦物添加劑摻合組合物和熔爐的運行方法，并且更具體地涉及通過將礦物摻合物引入熔爐中而使諸如
流化床反應器、粉狀
燃料燃燒器或爐柵燃燒器等熔爐運行的方法，其目的在于避免諸如成渣、集聚(agglomeration)、沉積、腐蝕(例如，積垢)等燃燒問題并減少排放物。
背景技術
[0002] 燃燒工藝可用于
發(fā)電廠熔爐中以生成熱來使
鍋爐或產生電
力的
蒸汽發(fā)
電機運行。用于這種工藝的燃料可包括
煤、
石油焦炭、來自于
生物質的
生物燃料和/或固體廢物。燃料可包括無機揮發(fā)物，如
堿、堿土、氯、氟、硫和金屬。
[0003] 燃燒
化石燃料的熱電廠，如供電業(yè)使用的燃煤設施，其通過在熔爐中燃燒燃料而運行。來自熔爐的熱隨后用于使
水沸騰為蒸汽以提供熱，或者用于使最終生成電力的
渦輪轉動。在常見的燃燒化石燃料的發(fā)電廠中，將煤供給到熔爐中并在約850℃～約1700℃的燃燒
溫度范圍內于
氧氣的存在下燃燒。燃燒氣體(煙氣)含有二氧化
碳、氮氧化物，并且可含有其他各種不期望的無機揮發(fā)性成分，包括堿、堿土、硫、氯、氟以及諸如
鐵、鋅、銻、
釩、砷、鎘、鋇、鉛、鎳、鉻、鈷和汞等金屬。另外，燃燒氣體一般還包含夾帶的灰分，其使得顆粒去除系統和洗滌器的使用變得必要。
[0004] 為了提高效率，一般還使熱燃燒氣體通過換熱器以便將氣體在從煙道排出之前冷卻至約150℃的級別。在常見的換熱器中，使熱燃燒氣體通過含有
傳熱流體(一般為水)的多個管，其將一部分熱從氣體中去除。換熱器管可足夠冷卻以使堿鹽、堿和堿土
硫酸鹽以及氯化物(如來自燃燒氣體的氯化鐵)能夠沉積，而后使富
硅石的灰分顆粒沉積，這可能導致換熱器管的積垢。
[0005] 一些發(fā)電廠可包含用采
用例如有時稱為“流化床燃料”過程的工藝而運行的系統。這種工藝的一個實例是循環(huán)流化床燃燒工藝，其可用于發(fā)電。循環(huán)流化床反應器的一些實例可包括
氣化器、燃燒器和蒸汽發(fā)電機，并且循環(huán)流化床反應器一般具有立式熔爐或鍋爐。
[0006] 在運行期間，將燃料如粒狀燃料引入熔爐下部，并且可供應一次和二次氣體如空氣經過熔爐的底部和/或
側壁。燃料的燃燒發(fā)生在燃料顆粒和其它固體顆粒和/或惰性材料的床層中，可包含所述固體顆粒如碳酸
鈣以便俘獲二氧化硫。例如，流化床反應器(即，熔爐)可被配置為在燃燒過程期間將燃料顆粒和其他材料的床層懸浮在一次和/或二次氣體向上吹送的噴氣上。向上吹送的噴氣有利于流體顆粒與其他材料的混合，其用于通過例如減少不期望的排放物并提高燃燒和傳熱效率而改善燃燒。
[0007] 一些發(fā)電廠可包含利用粉狀燃料燃燒運行的系統，其中將細粉狀燃料注入
燃燒室。在粉狀燃料燃燒中，相比于其他燃燒技術，可在燃燒室中獲得更高的溫度曲線。細粒與諸如空氣等氣體一起注入經過燃燒室下部的燃燒器，并且由于細燃料粒度和高氧氣濃度而產生高溫火焰。
[0008] 一些發(fā)電廠可包含使具有固定或可移動的爐柵(行進、往復、振動、回轉等)的爐柵式爐運行的系統。燃料可連續(xù)地或間歇地引入燃燒室中，并在燃燒室中
支撐爐柵上進行燃燒?？諝饪蓮臓t柵的底部或從側面供應至燃燒室中以促進有效燃燒。一些發(fā)電廠可包含施加氣化過程的氣化器。氣化可用于從純度較低的
固體燃料或廢物中生產清潔氣體燃料。在氣化過程中，將燃料加熱至約400℃～900℃或者甚至更高的溫度。在這些溫度下，復雜的有機分子將分解成低分子量鏈。
[0009] 床層中或煙氣中夾帶的廢氣和/或固體顆?？山浻衫缛蹱t上部的排氣口離開熔爐，并且可經過顆粒分離器。在顆粒分離器中，可將大部分或基本上全部固體顆粒與廢氣分離。一般地，熔爐連接有一個或多個旋
風分離器，其利用切向力使顆粒與廢氣分離。在正常運行期間，旋風分離器能夠從廢氣中分離出約99.9％的顆粒。
[0010] 隨后可將廢氣以及任何殘余的固體顆?；蝻w灰在最終釋放到大氣中之前通過附加的處理單元。例如，在大氣循環(huán)流化床系統中，廢氣流經鍋爐并且經過含有一定量的水的鍋爐管，提供熱以便將水轉化為蒸汽。蒸汽可隨后用于驅動
汽輪機發(fā)電。廢氣可通過換熱器以便回收至少一部分在燃燒過程期間生成的熱，并且廢氣可通過環(huán)境處理單元以便降低不期望的排放物水平，該排放物如污染物，例如氮氧化物(“NOx”)、硫氧化物(“SOx”)和/或顆粒物(“PM”)。
[0011] 燃料顆粒的燃燒和/或其他材料(例如，碳酸鈣)的加熱可導至含堿材料的加熱，以便釋放其中所含的堿化合物。釋放的堿化合物可與燃料中存在的灰分或其他無機成分比如例如硫、氯和/或硅石反應，其可導致在燃燒器部件的露出表面區(qū)域上，例如在爐壁和/或鍋爐管上導致不期望的
沉積物、灰分積聚和/或腐蝕。此種沉積物和腐蝕因為與維護有關的故障時間增加而可能導致較低的有效運行和/或喪失生產。不受理論的限制，堿化合物可以以液體或蒸氣的形式釋放，其可夾帶在廢氣中。堿化合物可致使灰分顆粒粘在一起，導致反應器系統表面的不期望的灰分積聚(例如，在鍋爐管上)和積垢。不受理論的限制，與灰分的其他無機成分結合的堿成分可形成共晶混合物，其在反應器表面上形成晶狀/非晶狀沉積物。
[0012] 因此，合乎期望的是，將至少一部分堿化合物以及其它不期望的無機揮發(fā)物如硫、氯、氟和金屬在其與灰分和/或其他無機成分反應之前從爐中去除，從而例如減少或防止不期望的沉積物和/或腐蝕。
[0013] 此外，合乎期望的是，提高所形成灰分的耐火度，增大其結晶能力、晶化率及其
粘度，并且由此使得灰分粘度較低且較不易于在燃料器部件的露出表面上發(fā)生沉積和致密化。
發(fā)明內容
[0014] 通過以下描述，本發(fā)明的某些方面和實施方式將變得清楚。應當理解，這些方面和實施方式在其最廣泛的意義上可在不具有這些方面和實施方式的一個或多個特征的情況下實施。應當理解，這些方面和實施方式僅是示例性的。
[0015] 根據第一方面，提供了一種燃燒器的運行方法，所述方法包括：將燃料引入熔爐中，所述熔爐被配置為燃燒所述燃料；將礦物添加劑摻合物引入所述熔爐中，所述礦物添加劑摻合物包含(i)硅
鋁酸鹽和/或含鋁化合物以及(ii)功能性礦物；并且加熱至少一部分所述燃料和礦物添加劑摻合物；其中所述功能性礦物選自含鎂礦物和含鈣礦物中的一種或多種。
[0016] 在進一步的方面中，提供了一種燃燒器的運行方法，所述方法包括：將燃料引入熔爐中，所述熔爐被配置為燃燒所述燃料；將礦物添加劑摻合物引入所述熔爐中，所述礦物添加劑摻合物包含
高嶺土和
膨潤土和/或蒙皂石、或高嶺土和鋁土質高嶺土(bauxitic kaolin)，或者基本上由高嶺土和膨潤土和/或蒙皂石、或高嶺土和鋁土質高嶺土構成；并且加熱至少一部分所述燃料和礦物添加劑摻合物。
[0017] 在進一步的方面中，提供了一種燃燒器的運行方法，所述方法包括：將燃料引入熔爐中，所述熔爐被配置為燃燒所述燃料；將礦物添加劑摻合物引入所述熔爐中，所述礦物添加劑摻合物包含(i)硅鋁酸鹽和/或含鋁化合物以及(ii)功能性礦物；并且加熱至少一部分所述燃料和礦物添加劑摻合物；其中，所述硅鋁酸鹽包括粘土或者是粘土，例如高嶺土；并且所述功能性礦物包括或者是高表面積礦物或耐火礦物。
[0018] 在進一步的方面中，提供了一種燃燒器的運行方法，所述方法包括：將燃料引入熔爐中，所述熔爐被配置為燃燒所述燃料；將礦物添加劑摻合物引入所述熔爐中，所述礦物添加劑摻合物包含高嶺土和膨潤土和/或蒙皂石，或者基本上由高嶺土和膨潤土和/或蒙皂石構成；并且加熱至少一部分所述燃料和礦物添加劑摻合物。
[0019] 根據第二方面，提供了一種在燃燒器的運行期間減少成渣和/或集聚的方法，所述方法包括：將燃料引入熔爐中，所述熔爐被配置為燃燒所述燃料；將礦物添加劑摻合物引入所述熔爐中；并且加熱至少一部分所述燃料和礦物添加劑摻合物；其中，所述熔爐中的元素摩爾比(Si+K+Na+P):(Ca+Mg+Al)不大于約1.5或不大于約1.75。
[0020] 根據第三方面，提供了一種礦物添加劑摻合物，所述礦物添加劑摻合物用于控制熔爐或鍋爐中的富堿沉積物和富
硅酸鹽沉積物，或用于本發(fā)明的第一和第二方面的方法中，所述礦物添加劑摻合物包含：0.1重量％～99重量％(或0.1重量％～99.9重量％)的硅鋁酸鹽和/或含鋁化合物；以及0.1重量％～99.9重量％的功能性礦物，所述功能性礦物選自含鎂礦物和含鈣礦物中的一種或多種。
[0021] 根據第四方面，提供了一種燃燒器用燃料混合物，所述燃料混合物包含約0.1重量％或約1重量％～20重量％的本發(fā)明第三方面所述的礦物添加劑摻合物，以及余量的燃料和其它可選的添加劑。
[0022] 以下描述了本發(fā)明的其它方面。
[0023] 本發(fā)明的一個方面涉及一種燃燒器的運行方法，所述方法包括：將燃料引入熔爐中，所述熔爐被配置為燃燒所述燃料；將礦物添加劑摻合物引入所述熔爐中，所述礦物添加劑摻合物包含粘土和功能性礦物；并且加熱至少一部分所述燃料和礦物添加劑摻合物，以使至少一部分粘土至少部分地
煅燒，并且至少部分煅燒的粘土和功能性礦物
吸附熔爐中存在的至少一部分堿。
[0024] 一方面，燃料包含不期望的污染物，并且所述功能性礦物(和可選的粘土)用作與所述污染物結合的吸附劑。另一方面，污染物可以是無機揮發(fā)性物質，如硫、氯、氟和
金屬化合物，例如釩化合物、鐵化合物、鋅化合物、銻化合物、砷化合物、鎘化合物、鋇化合物、鉛化合物、鎳化合物、鉻化合物、鈷化合物、硒化合物或汞化合物。另一方面，功能性礦物可包括含鎂礦物，例如滑石、氧化鎂、氫氧化鎂(或水鎂石)、白
云石、碳酸鎂(如菱鎂礦)、水菱鎂礦、蛭石、金云母、斜綠泥石、海泡石、凹凸棒石或坡縷石和/或蒙皂石(例如，蒙脫石或貝德石)。又一方面，功能性礦物可包括含錳礦物，例如軟錳礦、褐錳礦、硬錳礦和/或菱錳礦。
[0025] 另一方面，功能性礦物可起到提高燃料灰分和/或粘土的耐火度的作用。一方面，功能性礦物包括金屬氧化物，例如氧化鋁。另一方面，可包含以下礦物類型的氧化鋁，如鋁土礦、三水鋁石、諾三水鋁石、督三水鋁石(doyleite)、三羥鋁石、勃姆石、硬水鋁石和/或鋁土質高嶺土。另一方面，金屬氧化物可包括氧化
鈦，如金紅石、銳鈦礦、鈦鐵礦、白鈦石和/或板鈦礦。又一方面，金屬氧化物可包括氧化鋯。又一方面，金屬氧化物可包括硅鋁酸鹽，例如紅柱石、藍晶石、硅線石、水黃晶礦(hydro-topaz)、
莫來石、葉臘石、杜姆貝塞石(dombassite)和/或埃洛石。
[0026] 另一方面，燃料燃燒形成不期望的燃燒產物，并且功能性礦物用作催化劑以將不期望的燃燒產物轉化為較期望的化合物。一方面，不期望的燃燒產物包括氮氧化物。另一方面，功能性礦物包括二氧化鈦，比如例如金紅石、銳鈦礦、鈦鐵礦、白鈦石和/或板鈦礦。
[0027] 另一方面，功能性礦物起到增大粘土的表面積的作用(這可通過增加有效吸附位點的數量而提高無機化合物的吸附效率)。一方面，增大表面積的功能性礦物包括蒙皂石，比如膨潤土。另一方面，增大表面積的功能性礦物包括埃洛石。另一方面，增大表面積的功能性礦物包括鋁土礦。另一方面，增大表面積的功能性礦物包括
硅藻土。另一方面，增大表面積的功能性礦物包括葉臘石、滑石、海泡石或坡縷石。另一方面，增大表面積的功能性材2
料具有至少約25m/g的表面積。
[0028] 又一方面，粘土可包括高嶺土。另一方面，粘土包括球土。又一方面，粘土可包括來自于高嶺土、粘土或任何硅鋁酸鹽開采作業(yè)的
覆蓋巖層材料或工藝廢物。又一方面，粘土可包括摻合物高嶺土和/或球土。在其他方面，粘土可包含鋁土質高嶺土和/或蒙皂石膨潤土和/或膨潤土，或者由鋁土質高嶺土和/或蒙皂石膨潤土和/或膨潤土構成。
[0029] 一方面，粘土可以是含水粘土。另一方面，粘土可以是煅燒的粘土。煅燒的粘土可含有偏高嶺土。又一方面，粘土的
含水量范圍為約1重量％或約5重量％～約15重量％的范圍，例如，含水量為約8重量％～約12重量％或甚至更高。另一方面，粘土包括
塊狀粘土。又一方面，粘土可包括經撕碎的和/或碾碎的粘土。另一方面，粘土可以是非精選的2
(non-bene?ciated)粘土。在另一方面，粘土包括含水粘土，其BET表面積為至少約5m/g或
2 2 2 2 2 2
至少約9m/g，例如至少約15m/g，例如約3m/g～約200m/g或約5m/g～約150m/g。另
一方面，粘土可包括來源于含水量為至少約15％的粗制粘土的含水粘土。
[0030] 另一方面，可使用粘土和功能性礦物的摻合物制備漿料。
[0031] 另一方面，粘土包括尺寸不大于約3英寸的含水粘土集塊(agglomerate)。另一方面，粘土包括尺寸不大于約2英寸的含水粘土集塊。另一方面，粘土包括尺寸不大于約1英寸的含水粘土集塊。
[0032] 另一方面，燃料的燃燒方法可包括將碳酸鈣和/或粘土與功能性礦物摻合物引入熔爐中的可選步驟。另一方面，所述熔爐可包括循環(huán)流化床、爐柵燃燒器和粒狀燃料燃燒器。另一方面，燃料的燃燒方法包括在將至少一部分燃料引入熔爐之前，將所述部分的燃料、粘土和功能性礦物與相互組合。
[0033] 另一方面，加熱步驟將煅燒至少一部分粘土，并且所述方法進一步包括：由煅燒的粘土和功能性礦物吸附熔爐中的至少一部分堿和金屬化合物或揮發(fā)性無機化合物；并且從所述熔爐中去除至少一部分煅燒的粘土和功能性礦物以及吸附的堿和金屬化合物或揮發(fā)性無機化合物。
[0034] 另一方面，燃料包括煤、石油
焦炭、固體廢物或生物燃料，或前述的任意組合。另一方面，燃料可包括生物質粒料或顆粒，如有時用于生物質燃料應用(例如Reynolds等的US20080171297A1、Kluko等的US20090205546等)的那些。
[0035] 本發(fā)明的另一方面涉及用于控制熔爐或鍋爐中富堿沉積物和富硅酸鹽沉積物的組合物，其包含：5重量％～99.9重量％的粘土；以及0.1重量％～95重量％的功能性礦物，其選自含鎂礦物、含錳礦物、二氧化鈦、氧化鋯、鋁土質礦物、硅藻土、硅鋁酸鹽礦物或其摻合物。本發(fā)明的另一方面涉及礦物摻合物的組合物，其用于控制熔爐或鍋爐中的成渣和床層集聚、富堿沉積物或富硅酸鹽沉積物和腐蝕以及諸如細顆粒物(<1μm)、重金屬和金屬化合物、堿性揮發(fā)物、SOx、NOx和Cl等不期望的煙氣排放物，其包括：0.1重量％～99.9重量％的粘土；以及0.1重量％～99.9重量％的功能性礦物，其選自含鎂礦物、含錳礦物、二氧化鈦、氧化鋯、鋁土質礦物、硅藻土、硅鋁酸鹽礦物或其摻合物。
[0036] 一方面，功能性礦物包括含鎂礦物。另一方面，含鎂礦物可包括滑石、氧化鎂、氫氧化鎂、白云石、菱鎂礦、水菱鎂礦、蛭石、金云母、斜綠泥石、海泡石、凹凸棒石或坡縷石和/或蒙皂石(蒙脫石或貝德石)。又一方面，功能性礦物可包括含錳礦物，例如軟錳礦、褐錳礦、硬錳礦和/或菱錳礦。一方面，功能性礦物包括含鈣礦物。另一方面，含鈣礦物可包括
氧化鈣、氫氧化鈣、白云石、碳酸鈣、石灰石、大理石、白堊巖、霰石沙、海貝殼、或珊瑚以及
水泥窯粉塵、石灰質泥灰?guī)r或泥灰?guī)r或粘土質泥灰?guī)r。石灰質泥灰?guī)r含有約5％～35％的粘土，泥灰?guī)r含有約35％～65％的粘土，粘土質泥灰?guī)r含有約65％～95％的粘土。
[0037] 另一方面，功能性礦物包括金屬氧化物，例如氧化鋁。另一方面，可包括以下礦物類型的氧化鋁，比如鋁土礦、三水鋁石、諾三水鋁石、督三水鋁石、三羥鋁石、勃姆石、硬水鋁石和/或鋁土質高嶺土。另一方面，金屬氧化物可包括氧化鈦，比如例如金紅石、銳鈦礦、鈦鐵礦、白鈦石和/或板鈦礦。又一方面，金屬氧化物可包括氧化鋯。又一方面，金屬氧化物可包括硅鋁酸鹽，例如紅柱石、藍晶石、硅線石、水黃晶礦、莫來石、葉臘石、杜姆貝塞石和/或埃洛石。另一方面，功能性礦物包括氧化鈦，比如例如金紅石、銳鈦礦、鈦鐵礦、白鈦石和/或板鈦礦。
[0038] 另一方面，功能性礦物起到增大粘土的表面積的作用。一方面，增大表面積的功能性礦物包括蒙皂石，比如膨潤土。另一方面，增大表面積的功能性礦物包括埃洛石。另一方面，增大表面積的功能性礦物包括以下礦物類型的氧化鋁，比如鋁土礦、三水鋁石、諾三水鋁石、督三水鋁石、三羥鋁石、勃姆石、硬水鋁石、鋁土質高嶺土。另一方面，增大表面積的功能性礦物包括硅藻土。另一方面，增大表面積的功能性礦物包括葉臘石、滑石、海泡石或坡2
縷石。另一方面，增大表面積的功能性材料具有至少約25m/g的表面積。
[0039] 又一方面，粘土可包括高嶺土。另一方面，粘土包括球土。又一方面，粘土可包括來自于高嶺土或粘土或任何硅鋁酸鹽開采作業(yè)的覆蓋巖層材料或工藝廢料。又一方面，粘土可包括鋁土質高嶺土。又一方面，粘土可包括蒙皂石膨潤土。又一方面，粘土可包括高嶺土和/或球土和/或膨潤土和/或鋁土質高嶺土的摻合物。
[0040] 一方面，粘土可以是含水粘土。另一方面，粘土可以是煅燒的粘土。一方面，煅燒的粘土可含有偏高嶺土。又一方面，粘土的含水量范圍為約1重量％或約5重量％～約15重量％，例如，約8重量％～約12重量％，或含水量甚至高于15重量％。另一方面，粘土包括塊狀粘土。又一方面，粘土可包括經撕碎的和/或碾碎的粘土。另一方面，粘土可以是非2 2
精選的粘土。另一方面，粘土包括含水粘土，其BET表面積為至少約5m/g或至少約9m/g，
2 2 2 2 2
例如至少15m/g，例如約3m/g～約200m/g或約5m/g～約150m/g。另一方面，粘土可包括來源于含水量為約15％的粗制粘土的含水粘土。另一方面，可使用粘土和功能性礦物的摻合物制備漿料。另一方面，用于控制熔爐或鍋爐中富堿沉積物或富硅酸鹽沉積物的組合物包含：25重量％～99.9重量％的粘土；和0.1重量％～75重量％的功能性礦物。另一方面，用于控制熔爐或鍋爐中富堿沉積物或富硅酸鹽沉積物的組合物包含：40重量％～99.9重量％的粘土；和0.1重量％～60重量％的功能性礦物。另一方面，用于控制熔爐或鍋爐中富堿沉積物或富硅酸鹽沉積物的組合物包含：60重量％～99.9重量％的粘土；和0.1重量％～40重量％的功能性礦物。另一方面，用于控制熔爐或鍋爐中富堿沉積物或富硅酸鹽沉積物的組合物包含：70重量％～99.9重量％的粘土；和0.1重量％～30重量％的功能性礦物。另一方面，用于控制熔爐或鍋爐中富堿沉積物或富硅酸鹽沉積物的組合物包含：85重量％～99.9重量％的粘土；和按重量計0.1重量％～15重量％的功能性礦物。
[0041] 本發(fā)明的另一方面涉及熔爐的運行方法。所述方法包括將以下摻合物引入熔爐中，所述摻合物為5重量％～99.9重量％的粘土和按重量計0.1重量％～95重量％的功能性礦物，其選自含鎂礦物、含錳礦物、二氧化鈦、氧化鋯、鋁土質礦物、硅藻土、硅鋁酸鹽礦物或其摻合物。如本文中所用的，“含無機化合物的材料”和“無機化合物”是指含諸如堿、堿土、硫、磷、氯、氟、氧化物以及金屬(鐵、鋅、銻、釩、砷、鎘、鋇、鉛、汞、鎳、鉻、鈷、硒)，和/或堿金屬和/或堿土金屬的碳酸鹽和/或氫氧化物，和/或堿金屬和/或堿土金屬的鹽和/或離子等化合物的材料。含水粘土的含水量為至少約1重量％或至少約5重量％。所述方法進一步包括加熱至少一部分燃料和含水粘土，使得將至少一部分含水粘土至少部分地煅燒，并且煅燒的粘土吸附熔爐中存在的至少一部分堿。所述方法進一步包括從所述熔爐中去除至少一部分的至少部分煅燒的粘土和吸附的堿。
[0042] 根據又一方面，用于減少熔爐中的富堿灰分或富硅酸鹽灰分積聚的方法包括：將燃料引入熔爐中，并且將以下摻合物引入熔爐中，所述摻合物為5重量％～99.9重量％的粘土和0.1重量％～95重量％的功能性礦物，其選自含鎂礦物、含錳礦物、二氧化鈦、氧化鋯、鋁土質礦物、硅藻土、硅鋁酸鹽礦物或其摻合物，其中，所述含水粘土的含水量為至少約5重量％。所述方法進一步包括加熱燃料和含水粘土以及功能性礦物，使得將至少一部分含水粘土至少部分地煅燒，并且至少部分煅燒的粘土和功能性礦物吸附熔爐中存在的至少一部分堿和/或無機揮發(fā)性化合物。所述方法進一步包括從所述熔爐中去除至少一部分煅燒的粘土和功能性礦物以及吸附的堿和無機揮發(fā)性化合物。
[0043] 除了上文闡述的結構和程序設置以外，本發(fā)明的實施方式還可包括一些其他的設置，比如在下文中闡明的那些設置。應當理解，上述說明和下面的說明都僅是示例性的。
具體實施方式
[0044] 現將詳細地參考多個示例性實施方式，這些示例性實施方式屬于但不限于本發(fā)明的第一至第四方面。燃料可在熔爐中燃燒以產生熱，并且產生的熱可轉而用于經由例如蒸汽發(fā)電機生成電力。將與燃燒過程相關的燃料和/或材料(例如，碳酸鈣)加熱可能導致在熔爐中釋放無機成分，比如堿、堿土、硫、磷、氯、氟、氧化物和金屬(鐵、鋅、銻、釩、砷、鎘、鋇、鉛、汞、鎳、鉻、鈷、硒)。
[0045] 根據本發(fā)明第一方面的方法，可將下述礦物添加劑摻合物引入熔爐中，所述礦物添加劑摻合物包含：(i)硅鋁酸鹽和/或含鋁化合物和(ii)功能性礦物。
[0046] 在某些實施方式中，功能性礦物包括或者是含鎂礦物。在某些實施方式中，含鎂礦物包括或者是氧化鎂或在熔爐中加熱后形成氧化鎂的氧化鎂前體材料。例如，氧化鎂前體材料可選自滑石、白云石、水鎂石和碳酸鎂中的一種或多種。在這種實施方式中，熱量可至少部分地煅燒氧化鎂前體，使得至少部分煅燒的材料能夠用作熔爐中至少一部分無機揮發(fā)性化合物和污染物的吸附劑。而且，至少部分煅燒的材料的存在可用于提高燃燒過程期間生成的燃料灰分的耐火度。而且，至少部分煅燒的材料的存在可用于在燃燒過程期間減少、抑制或消除SOx和/或氯氣的生成。
[0047] 在某些實施方式中，含鎂礦物包括或者是滑石。
[0048] 在某些實施方式中，含鎂礦物包括或者是氫氧化鎂，例如，水鎂石。
[0049] 在某些實施方式中，含鎂礦物包括或者是白云石。
[0050] 在某些實施方式中，含鎂礦物包括或者是選自碳酸鎂、水菱鎂礦、蛭石、蒙皂石、金云母、斜綠泥石、海泡石、凹凸棒石或坡縷石的礦物。
[0051] 在某些實施方式中，功能性礦物包括或者是含鈣礦物。
[0052] 在某些實施方式中，含鈣礦物包括或者是氧化鈣或在熔爐中加熱后形成氧化鈣的氧化鈣前體材料，例如，碳酸鈣和/或氫氧化鈣。在這種實施方式中，熱量可至少部分地煅燒氧化鈣前體，使得至少部分煅燒的材料能夠用作熔爐中至少一部分無機揮發(fā)性化合物和污染物的吸附劑。而且，至少部分煅燒的材料的存在可用于提高燃燒過程期間生成的燃料灰分的耐火度。而且，至少部分煅燒的材料的存在可用于在燃燒過程期間減少、抑制或消除SOx和/或氯氣的生成。
[0053] 在某些實施方式中，含鈣礦物包括或者是選自石灰石、大理石、白堊巖、白云石、霰石沙、海貝殼、珊瑚，或水泥窯粉塵、石灰質泥灰?guī)r、泥灰?guī)r或粘土質泥灰?guī)r的礦物。
[0054] 在某些實施方式中，含鈣礦物包括或者是碳酸鈣。
[0055] 在某些實施方式中，礦物添加劑摻合物進一步包括含錳礦物或含過氧化錳的礦物，如選自軟錳礦、褐錳礦、硬錳礦和菱錳礦的含錳礦物或其組合。
[0056] 在某些實施方式中，礦物添加劑摻合物進一步包括二氧化鈦(如選自金紅石、銳鈦礦、鈦鐵礦、白鈦石和板鈦礦的礦物)與氧化鋯中的一種或多種。
[0057] 在某些實施方式中，礦物添加劑摻合物起到提高燃燒期間生成的燃料灰分的耐火度的作用，從而產生更耐火的灰分，其在燃燒器或其相關的換熱器的暴露表面上沉積的可能性較小，或者形成
熔渣和/或集塊的可能性較小。
[0058] 在某些實施方式中，含氧化鋁化合物包括或者是氧化鋁或氫氧化鋁，例如鋁土礦，或選自三水鋁石、諾三水鋁石、督三水鋁石、三羥鋁石、勃姆石和硬水鋁石的礦物，例如，三水鋁石、勃姆石和硬水鋁石中的一種或多種。
[0059] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽選自硅鋁酸鹽粘土、紅柱石、藍晶石、硅線石、水黃晶礦、莫來石、葉臘石或杜姆貝塞石中的一種或多種。
[0060] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽粘土選自高嶺土、埃洛石、球土、蒙皂石、膨潤土、來自高嶺土或粘土或硅鋁酸鹽開采作業(yè)的覆蓋巖層材料、鋁土質高嶺土、石灰質泥灰?guī)r或泥灰?guī)r或粘土質泥灰?guī)r中的一種或多種。
[0061] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽包括或者是鋁土質高嶺土，其可選地與高嶺土和/或膨潤土組合。
[0062] 在某些實施方式中，鋁土質高嶺土是氫氧化鋁和
高嶺石的天然存在的混合物，所述氫氧化鋁選自三水鋁石、諾三水鋁石、督三水鋁石、三羥鋁石、勃姆石和硬水鋁石中的一種或多種(例如，三水鋁石、勃姆石和硬水鋁石中的一種或多種)。氫氧化鋁可構成上述混合物的約10重量％～95重量％，并且高嶺石可構成上述混合物的約5重量％～90重量％，例如，氫氧化鋁可構成上述混合物的約20重量％～95重量％，并且高嶺石可構成上述混合物的約5重量％～80重量％，或者氫氧化鋁可構成約30重量％～95重量％的氧化鋁水合物并且可構成約5重量％～70重量％高嶺石，或者約30重量％～70重量％高嶺石和約40重量％～70重量％氧化鋁水合物，或者約40重量％～60重量％高嶺石和約40重量％～60重量％氧化鋁水合物，或者約40重量％～50重量％高嶺石和約45重量％～55重量％氧化鋁水合物。在某些實施方式中，鋁土質高嶺土包括至多約5重量％的二氧化鈦(如銳鈦礦)，例如，至多約4重量％的二氧化鈦或者至多約3重量％的二氧化鈦。
[0063] 在某些實施方式中，鋁土質高嶺土通過將高嶺土與諸如三水合鋁等氧化鋁水合物組合(例如通過摻合或混合)而制備。高嶺土和氧化鋁水合物的相對量可以選擇為使得鋁土質高嶺土具有如上面關于天然存在的鋁土質高嶺土所述的組成。
[0064] 在某些實施方式中，礦物添加劑摻合物包括鋁土質高嶺土以及氧化鎂或氧化鎂前體材料(在熔爐中加熱后形成氧化鎂)和/或氧化鈣或氧化鈣前體材料(在熔爐中加熱后形成氧化鈣)中的一種或多種。氧化鎂前體材料可選自白云石、水鎂石、碳酸鎂及其組合。氧化鈣前體可選自碳酸鈣、氫氧化鈣及其組合。在這種實施方式中，礦物添加劑摻合物可進一步包括鋁土質高嶺土之外的硅鋁酸鹽粘土，例如，高嶺土、膨潤土或蒙皂石中的一種或多種。
[0065] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽包括或者是硅鋁酸鹽粘土材料，其包含礦物高嶺石和蒙皂石中的一種或兩種，其量基于硅鋁酸鹽材料的總重量為約30重量％～約100重量％之間。在某些實施方式中，硅鋁酸鹽粘土材料包含約40重量％～100重量％的礦物高嶺石和蒙皂石中的一種或多種，例如，約50重量％～90重量％之間的礦物高嶺石和蒙皂石中的一種或多種，或者約60重量％～80重量％的礦物高嶺石和蒙皂石中的一種或多種。在某些實施方式中，基于硅鋁酸鹽材料的總重量，所述硅鋁酸鹽材料可包含約12重量％～16重量％的白云母、約3重量％～6重量％的
石英和約1.5重量％～5重量％的金紅石。
[0066] 在某些實施方式中，礦物添加劑摻合物包括上文剛剛描述的硅鋁酸鹽材料以及氧化鎂或氧化鎂前體材料(在熔爐中加熱后形成氧化鎂)和/或氧化鈣或氧化鈣前體材料(在熔爐中加熱后形成氧化鈣)中的一種或多種。氧化鎂前體材料可選自白云石、水鎂石、碳酸鎂及其組合。氧化鈣前體可選自碳酸鈣、氫氧化鈣及其組合。在這種實施方式中，礦物添加劑摻合物可進一步包括硅鋁酸鹽材料之外的硅鋁酸鹽粘土，例如，高嶺土、鋁土質高嶺土(如上所述的)、膨潤土或蒙皂石中的一種或多種。
[0067] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽包括或者是高嶺土，其可選地與鋁土質高嶺土和/或膨潤土組合。
[0068] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽包括或者是膨潤土，其可選地與鋁土質高嶺土和/或高嶺土組合。
[0069] 在某些實施方式中，礦物添加劑摻合物包含高嶺土和碳酸鈣，條件是：(i)高嶺土是含水量范圍為約1重量％或約5重量％～約15重量％的含水粘土(如下面更詳細描述的)，或(ii)約20％或約30％～約50％或約75％的高嶺土粘土的粒度小于約1μm(如下2
面更詳細描述的)，或(iii)高嶺土的BET表面為至少約9m/g(如下面更詳細描述的)，或(iv)碳酸鈣構成所述礦物添加劑摻合物的不足50重量％。礦物添加劑摻合物可包含高嶺土和碳酸鈣，其中所述摻合物包含約0.1％～約99.9％的碳酸鈣，例如約0.1％至約50％或不足50％的碳酸鈣，例如約20％或大于約20％～不足50％或約50％的碳酸鈣。在某些實施方式中，礦物添加劑摻合物可包含高嶺土和碳酸鈣，條件是：(i)高嶺土是含水量范圍為約
1重量％或約5重量％～約15重量％的含水粘土，或(ii)約20％或約30％～約50％或約
2
75％的高嶺土粘土的粒度小于約1μm，或(iii)高嶺土的BET表面積為至少約9m/g，或約
2 2 2 2
3m/g～約200m/g，或約5m/g～約150m/g，或(iv)所述摻合物包含約0.1％～約99.9％的碳酸鈣，例如約0.1％～約50％或不足50％的碳酸鈣，例如約20％或大于約20％～約
50％或不足50％的碳酸鈣。
[0070] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽包括埃洛石。
[0071] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽包括選自紅柱石、藍晶石、硅線石、水黃晶礦、莫來石、葉臘石或杜姆貝塞石的礦物。
[0072] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽包括蒙皂石，其包括蒙脫石和貝德石。
[0073] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽粘土是含水粘土，例如含水高嶺土。
[0074] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽粘土是煅燒的粘土。煅燒的粘土可含有偏高嶺土。
[0075] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽粘土，例如高嶺土，的含水量范圍為約1重量％～約50重量％或約70重量％。根據一些實施方式，硅鋁酸鹽粘土的含水量范圍為約4重量％～約16重量％，例如，約8重量％～約12重量％(例如，約10重量％)、約重量5％～約10重量％、或者約10重量％～約15重量％、5重量％～約15重量％，例如，含水量范圍為約8重量％～約12重量％。在某些實施方式中，可通過部分干燥硅鋁酸鹽粘土獲得所需的含水量。
[0076] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽粘土包括塊狀粘土，例如，可部分干燥至含水量范圍為至少約1重量％～至少約50重量％的含水粘土。根據一些實施方式，可將塊狀粘土部分干燥至含水量范圍為從約4重量％～約16重量％，例如，約8重量％～約12重量％(例如，約10重量％)、約5重量％～約10重量％、或約10重量％～約15重量％。
[0077] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽粘土包括經撕碎和/或碾碎的粘土。
[0078] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽粘土包括非精選的粘土。如本文中所用的，非精選的粘土可包括未經下述至少一種處理的粘土，所述處理選自粘土的分散、拌和、選擇性絮凝、臭氧漂白、分級、磁力分離、化學瀝濾、浮選和脫水。在一些實施方式中，至少一部分粘土可以是高嶺土，例如，具有化學式Al2Si2O5(OH)4的含水硅鋁酸鹽。
[0079] 在礦物添加劑摻合物包括硅鋁酸鹽粘土的一些實施方式中，熱量可至少部分地煅燒粘土，使得至少部分煅燒的粘土和功能性礦物能夠用作熔爐中至少一部分堿和/或無機揮發(fā)性化合物的吸附劑。另外，硅鋁酸鹽粘土和功能性礦物添加劑摻合物可與灰分反應，增加其結晶能力、晶化率及其粘度，產生更耐火的灰分。由此，礦物添加劑摻合物使得灰分粘度較低且不易于在燃料器部件的暴露表面上經歷沉積和稠化。根據一些實施方式，構成功能性礦物摻合物的不同功能性礦物具有解決燃燒系統中出現的各種燃燒問題的互補效應。例如，粘土可用作堿、金屬和重金屬揮發(fā)性化合物的強吸附劑，同時含鎂和鈣的功能性礦物用作硫、氯、氟以及諸如釩化合物等一些金屬和重金屬揮發(fā)性化合物的強吸附劑。根據一些實施方式，含鋁土質高嶺土的礦物可同時起到增強堿、金屬和重金屬化合物的吸附且顯著提高燃料灰分的耐火度的作用。因此，可根據燃料和燃燒系統的特定組合來設計添加劑礦物摻合物的組成，以便同時減少或甚至徹底消除大部分燃燒問題，如成渣、集聚、
結垢、腐蝕和排放物(顆粒物、金屬和重金屬揮發(fā)物、Sox、NOx、氯)。例如，可根據本發(fā)明提供添加劑礦物摻合組合物，以便同時處理由于在諸如粒狀燃料燃燒器等高溫燃燒系統中使用高堿和高硫含量的燃料而引起的不同問題?？筛鶕景l(fā)明提供功能性礦物摻合組合物，以便同時處理由于在諸如爐柵式鍋爐等相對高溫的燃燒系統中使用低硫、低灰分熔融溫度、高堿、高金屬和重金屬的燃料以及高氯燃料而引起的各種問題。
[0080] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽粘土的BET表面積為約3m2/g～約200m2/g，例如至2 2 2 2 2
少約9m/g、或至少約15m/g、或至少約20m/g、或至少約30m/g、或至少約40m/g、或至少
2 2 2 2 2
約50m/g、或至少約75m/g、或至少約100m/g、或至少約125m/g、或至少約150m/g、或至
2 2 2
少約175m/g。在某些實施方式中，硅鋁酸鹽粘土的BET表面積為約3m/g～約175m/g、或
2 2 2 2 2 2 2
約5m/g～約150m/g、或約9m/g～約150m/g，例如約9m/g～約125m/g、或約9m/g～
2
約100m/g。
[0081] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽粘土來源于含水量為至少約15％的粗制粘土。
[0082] 硅鋁酸鹽，例如本文公開的示例性方法中所用的硅鋁酸鹽粘土和/或功能性礦物可具有可測量的粒度。本文中提及的粒度以及其他粒度性質如粒度分布(“psd”)可使用如Micromeritics Corporation提供的SEDIGRAPH 5100儀器進行測量。例如，給定顆粒的尺寸可用通過懸浮沉降的當量直徑的球體的直徑來表達，即，當量球徑或“esd”。
[0083] 可測量的粒度可指示硅鋁酸鹽(例如硅鋁酸鹽粘土)的相對粗糙度。在一些實施方式中，約10％～約50％或約75％的硅鋁酸鹽(例如硅鋁酸鹽粘土)的粒度小于約1μm。在一些實施方式中，約20％～約40％或約50％的硅鋁酸鹽(例如硅鋁酸鹽粘土)的粒度小于約1μm。在一些實施方式中，例如在硅鋁酸鹽粘土包括或者是上述硅鋁酸鹽材料的實施方式中，約20％～約30％的硅鋁酸鹽材料的粒度小于約1μm。在一些實施方式中，例如在硅鋁酸鹽包括或者是鋁土質高嶺土的實施方式中，約30％～約40％或約60％的鋁土質高嶺土的粒度小于約1μm。
[0084] 在一些實施方式中，約5％或約20％～約70％或約85％的硅鋁酸鹽(如硅鋁酸鹽粘土)的粒度小于約2μm。在一些實施方式中，約20％～約60％的硅鋁酸鹽(如硅鋁酸鹽粘土)的粒度小于約2μm。在一些實施方式中，約30％～約55％的硅鋁酸鹽(如硅鋁酸鹽粘土)的粒度小于約2μm。在一些實施方式中，約35％～約50％的硅鋁酸鹽(如硅鋁酸鹽粘土)的粒度小于約2μm。
[0085] 在一些實施方式中，硅鋁酸鹽(例如硅鋁酸鹽粘土)的d50為約0.5μm或約1μm～約10μm或約30μm，例如約0.5μm或約1μm～約5μm、或約2μm～約5μm、或約2μm～約4μm。硅鋁酸鹽(例如硅鋁酸鹽粘土)的d90為約3μm或約5μm～約30μm，例如約10μm～約30μm，如約10μm～約20μm、或約20μm～約30μm。硅鋁酸鹽(例如硅鋁酸鹽粘土)的d10為約0.1μm或約5μm～約15μm，例如約0.1μm～約2μm、或約
0.5μm～約2μm或約0.5μm～約1.5μm。
[0086] 本文公開的示例性方法中所用的硅鋁酸鹽粘土可具有可測量的洗滌后篩網殘渣，例如可測量的+325洗滌后篩網截留率。例如，+325目洗滌篩網截留率可以是約0.2％或約0.5％～約20％或約9％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約0.5％～約
8％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約0.5％～約5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約0.5％～約1.5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約4％～約5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約
1％～約4.5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約4.5％～約9％。
[0087] 可測量的粒度可指示功能性礦物的相對粗糙度。在一些實施方式中，約50％～約80％的功能性礦物的粒度小于約8μm。在一些實施方式中，約60％～約80％的功能性礦物的粒度小于約8μm。在一些實施方式中，約70％～約80％的功能性礦物的粒度小于約
8μm。
[0088] 在一些實施方式中，功能性礦物的d50可以為約5μm～約40μm，例如約5μm～約30μm、或約10μm～約30μm、或約15μm～約25μm、或約10μm～約20μm。功能性礦物的d90可以為約20μm～約70μm，例如約30μm～約60μm、或約40μm～約60μm。功能性礦物的d10為約2μm～約10μm，例如約2μm～約8μm、或約2μm～約6μm、或約
3μm～約5μm。
[0089] 本文公開的示例性方法中所用的功能性礦物可具有可測量的洗滌后篩網殘渣，例如可測量的+325洗滌后篩網截留率。例如，+325目洗滌篩網截留率可以是從約0.2％或約0.5％～約9％或約20％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是從約0.2％或約0.5％～約8％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是從約0.2％或約
0.5％～約5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是從約0.2％或約0.5％～約1.5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約4％～約5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約1％～約4.5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是從約4.5％～約9％或20％。
[0090] 在某些實施方式中，功能性礦物的BET表面積為約0.5m2/g～約200m2/g，例如至2 2 2 2 2
少約1m/g、或至少約5m/g、或至少約10m/g、或至少約30m/g、或至少約50m/g。在某些實
2 2 2 2
施方式中，功能性礦物的BET表面積為約1m/g～約150m/g、或約3m/g～約50m/g、或約
2 2 2 2
5m/g～約30m/g，例如約9m/g～約20m/g。
[0091] 在某些實施方式中，所述燃料燃燒形成不期望的燃燒產物，并且所述功能性礦物用作催化劑以將所述不期望的燃燒產物轉化為較期望的化合物。在某些實施方式中，不期望的燃燒產物包括氮氧化物。在某些實施方式中，不期望的燃燒產物是
一氧化碳。在某些實施方式中，不期望的燃燒產物是氮氧化物和一氧化碳。
[0092] 在某些實施方式中，所述熔爐包括粉狀燃料爐。
[0093] 根據一些實施方式，燃燒可發(fā)生在作為流化床反應器系統的一部分的熔爐中，以便經由例如蒸汽發(fā)電機生成電力。例如，所述熔爐可以是循環(huán)流化床反應器系統的一部分。所述熔爐可以是本領域技術人員已知的用于使含無機化合物的材料燃燒的其他系統的一部分。在其他實施方式中，所述熔爐包括爐柵式爐。
[0094] 在某些實施方式中，所述方法進一步包括在將至少一部分燃料引入熔爐中之前將所述部分的燃料與礦物添加劑摻合物相互組合。例如，至少一部分或全部燃料和礦物添加劑摻合物在引入熔爐中之前相互成粒。燃料和礦物添加劑摻合物可一起碾磨，然后粒化。作為另一選擇，燃料可單獨碾磨，并且隨后與礦物添加劑摻合物(其也可經單獨碾磨成預定的粒度，例如如上所述的粒度)組合?？筛鶕绢I域已知的常規(guī)方法，例如根據EN 14961-6進行?；?。可在?；^程之前或期間添加液體介質，例如水。水的量一般將取決于燃料的類型以及礦物添加劑的量和類型。添加時，水的量將足以產生適于燃燒的粒料，例如，基本滿足EN 14961-6的要求的粒料。在某些實施方式中，基于燃料和礦物添加劑摻合物的干重，可添加約1重量％～30重量％的水，例如，可添加約5重量％～20重量％的水、或約7重量％～15重量％的水。
[0095] 在其他實施方式中，燃料和礦物添加劑摻合物例如以粉末形式、集料狀或漿狀分別引入熔爐中。
[0096] 在礦物添加劑摻合物包括硅鋁酸鹽粘土的某些實施方式中，加熱步驟導致煅燒至少一部分所述粘土，并且所述方法進一步包括：經由煅燒的粘土和功能性礦物在所述熔爐中吸附至少一部分無機揮發(fā)性化合物(如本文中所述的)；使煅燒的粘土和功能性礦物摻合物與源自于燃料燃燒的灰分反應，提高其耐火度；并且從所述爐中去除至少一部分煅燒的粘土和吸附的無機化合物。
[0097] 在某些實施方式中，燃料是煤(例如，
褐煤)、石油焦炭或生物燃料(例如，麥秸、木屑粒料或MDF(中等
密度纖維板)混合物)，或前述的任意組合。
[0098] 示例性煤源包括但不限于，土狀褐煤(brown coal)、褐煤以及
煙煤，例如東部煙煤、焦煤、侏羅紀煤、三疊紀煤、二疊紀煤和石炭紀煤。
[0099] 根據一些實施方式，與本文公開的示例性方法相關的燃料可包括石油焦炭，例如來源于煉油廠焦化塔和裂化單元的碳質固體。在一些實施方式中，燃料可包括石油焦炭的砂粒。在一些實施方式中，燃料可包括煤和石油焦炭的組合。
[0100] 根據本文公開的一些示例性方法，增大反應器系統中的硅鋁酸鹽粘土和功能性礦物的添加量能夠減少在循環(huán)爐中燃燒的煤量。例如，對于引入所述系統的約1重量份硅鋁酸鹽粘土和功能性礦物，引入所述系統的煤量可減少約5重量份的煤。
[0101] 根據一些方法實施方式，與本文公開的示例性方法相關的燃料可包括生物燃料，其來源于例如生物質。示例性生物質源可包括但不限于，木材、木屑粒料、草桿、草桿粒料、麥秸、麥秸粒料、泥煤、木質
纖維素、生物質廢料和由垃圾產生的燃料如
甘蔗渣、麥稈、玉米秸稈、燕麥秸稈、向日葵糧渣(sunflower grain reside)、橄欖糧渣、谷殼、椰子殼、棕櫚仁、拆除木材、伐木殘渣、鋸屑和/或
能量生物質如芒草屬草。
[0102] 另外，根據一些實施方式，燃料可包括或包含其他由垃圾產生的燃料或廢物或者由其他由垃圾產生的燃料或廢物構成，這些由垃圾產生的燃料或廢物包括但不限于，市政和生活廢物、工業(yè)廢物、紙、卡紙板、紡織品、輪胎、塑料、下水
污泥、紙漿黑液、
家禽廢物、其他動物廢物、一般農業(yè)廢物和
肥料，例如干燥的肥料。
[0103] 在某些實施方式中，燃料是次煙煤或褐煤。次煙煤可以是PRB煤、高堿PRB煤、或伊利諾伊和阿帕拉契亞煤(Illinois and Appalachian coal)的摻合物，例如伊利諾伊和阿帕拉契亞煤的25/75重量％摻合物。
[0104] 本發(fā)明方法采用的示例性燃料將在下面的實例部分中描述。接下來描述的燃料性質和組成特點可根據下面的實例部分中描述的分析方法測定。
[0105] 在某些實施方式中，燃料包括或者是PRB煤，其具有以下特征：
[0106] ·接收原樣(as received)的較高熱值(heat value)，約10MJ/kg～30MJ/kg，例如約15MJ/kg～25MJ/kg、或者約18MJ/kg～22MJ/kg
[0107] ·C含量(干燃料中)為約60重量％～80重量％，例如約65重量％～75重量％或70重量％、或約68重量％～72重量％
[0108] ·H含量(干燃料中)為約1重量％～10重量％，例如約2重量％～8重量％、或約3重量％～6重量％、或約3重量％或4重量％～5重量％
[0109] ·總灰分含量(干燃料中)為約1重量％～20重量％，例如約2重量％或5重量％～15重量％、或約3重量％或7重量％～10重量％或12重量％、或約4重量％或8
重量％～10重量％
[0110] ·含水量為約10重量％～50重量％，例如約15重量％或20重量％～40重量％、或約20重量％或25重量％～35重量％、或約23重量％或28重量％～32重量％
[0111] 在某些實施方式中，燃料包括或者是麥秸，其具有以下特征：
[0112] ·接收原樣的較高熱值，約9MJ/kg～27MJ/kg，例如約13MJ/kg～23MJ/kg、或者約14MJ/kg～20MJ/kg
[0113] ·C含量(干燃料中)為約32重量％～55重量％，例如約35重量％～50重量％、或約38重量％～48重量％
[0114] ·H含量(干燃料中)為約2重量％～10重量％，例如約2重量％～8重量％、或約4重量％～7重量％、或約5重量％～6重量％
[0115] ·總灰分含量(干燃料中)為約1重量％～20重量％，例如約1重量％～10重量％、或約1.5重量％～8重量％、或約2重量％～7重量％
[0116] ·含水量為約1重量％～50重量％，例如約2重量％～30重量％、或約5重量％～20重量％、或約5重量％～10重量％
[0117] 在某些實施方式中，燃料包括或者是25％伊利諾伊+75％阿帕拉契亞煤(25/75App)，其具有以下特征：
[0118] ·接收原樣的較高熱值，約10MJ/kg～35MJ/kg，例如約15MJ/kg～33MJ/kg、或者約23MJ/kg～32MJ/kg
[0119] ·C含量(干燃料中)為約50重量％～85重量％，例如約60重量％～80重量％、或約67重量％～78重量％
[0120] ·H含量(干燃料中)為約2重量％～10重量％，例如約2重量％～8重量％、或約4重量％～7重量％、或約4重量％～6重量％
[0121] ·總灰分含量(干燃料中)為約1重量％～20重量％，例如約5重量％～20重量％、或約10重量％～18重量％、或約12重量％～17重量％
[0122] ·含水量為約1重量％～50重量％，例如約2重量％～30重量％、或約5重量％～20重量％、或約5重量％～10重量％
[0123] 在某些實施方式中，燃料包括或者是木屑粒料，其具有以下特征：
[0124] ·接收原樣的較高熱值，約12MJ/kg～25MJ/kg，例如約14MJ/kg～23MJ/kg、或者約15MJ/kg～20MJ/kg
[0125] ·C含量(干燃料中)為約35重量％～60重量％，例如約40重量％～55重量％、或約45重量％～54重量％
[0126] ·H含量(干燃料中)為約2重量％～10重量％的，例如約2重量％～8重量％、或約4重量％～7重量％、或約4重量％～6重量％
[0127] ·總灰分含量(干燃料中)為約1重量％～20重量％，例如約1重量％～10重量％、或約1.5重量％～8重量％、或約2重量％～6重量％
[0128] ·含水量為約1重量％～50重量％，例如約2重量％～30重量％、或約5重量％～20重量％、或約5重量％～10重量％
[0129] 在某些實施方式中，燃料包括或者是高堿PRB煤，其具有以下特征：
[0130] ·接收原樣的較高熱值，約5MJ/kg～20MJ/kg，例如約7MJ/kg～15MJ/kg、或者約8MJ/kg～14MJ/kg
[0131] ·C含量(干燃料中)為約45重量％～70重量％，例如約50重量％～65重量％、或約50重量％～60重量％
[0132] ·H含量(干燃料中)為約2重量％～10重量％，例如約2重量％～8重量％、或約3重量％～7重量％、或約3重量％～5重量％
[0133] ·總灰分含量(干燃料中)為約1重量％～20重量％，例如約1重量％～10重量％、或約3重量％～8重量％、或約5重量％～8重量％
[0134] ·含水量為約1重量％～50重量％，例如約5重量％～40重量％、或約10重量％～35重量％、或約20重量％～35重量％
[0135] 在某些實施方式中，燃料包括或者是褐煤，其具有以下特征：
[0136] ·接收原樣的較高熱值，約1MJ/kg～20MJ/kg，例如約1MJ/kg～15MJ/kg、或者約2MJ/kg～14MJ/kg
[0137] ·C含量(干燃料中)為約15重量％～70重量％，例如約20重量％～60重量％、或約30重量％～50重量％
[0138] ·H含量(干燃料中)為約2重量％～10重量％，例如約2重量％～8重量％、或約2重量％～7重量％、或約2重量％～5重量％
[0139] ·總灰分含量(干燃料中)為約10重量％～70重量％，例如約15重量％～60重量％、或約20重量％～50重量％、或約25重量％～45重量％
[0140] ·含水量為約5重量％～50重量％，例如約10重量％～45重量％、或約15重量％～45重量％、或約25重量％～45重量％
[0141] 在某些實施方式中，燃料包括或者是MDF和
廢水污泥(WWS)，其具有以下特征：
[0142] ·接收原樣的較高熱值，約5MJ/kg～25MJ/kg，例如約10MJ/kg～20MJ/kg、或者約12MJ/kg～18MJ/kg
[0143] ·C含量(干燃料中)為約25重量％～60重量％，例如約40重量％～55重量％、或約45重量％～55重量％
[0144] ·H含量(干燃料中)為約2重量％～10重量％，例如約2重量％～8重量％、或約3重量％～7重量％、或約4重量％～6重量％
[0145] ·總灰分含量(干燃料中)為約0.5重量％～10重量％，例如約1重量％～6重量％、或約1.5重量％～5重量％、或約1.5重量％～4重量％
[0146] ·含水量為約5重量％～40重量％，例如約10重量％～35重量％、或約15重量％～35重量％、或約20重量％～35重量％
[0147] 根據以下方法分析本文中所述的燃料：
[0148] 熱值(calori?c value)：用于麥秸、木屑粒料、MDF木材殘渣、廢水污泥和褐煤的XP CEN/TS 14918標準方法以及用于煤的ASTM D 5865
[0149] C和H含量：用于麥秸、木屑粒料、MDF木材殘渣、廢水污泥和褐煤的PR NF EN15104標準方法以及用于煤的ASTM D 5373
[0150] 含水量：用于麥秸、木屑粒料、MDF木材殘渣、廢水污泥和褐煤的XP CEN/TS14774-1標準方法以及用于煤的ASTM D 5142
[0151] 灰分含量：用于麥秸、木屑粒料、MDF木材殘渣、廢水污泥和褐煤的XP CEN/TS14775和ISO 1171標準方法——其中XP CEN/TS 14775針對550℃的灰分，而ISO1171針對815℃的灰分——以及用于煤的ASTM D 5142。
[0152] 無機和金屬元素：遵循ISO 17294標準方法，通過在HNO3消解之后用ICP-MS獲得燃料麥秸、木屑粒料、MDF木材殘渣、廢水污泥和褐煤的元素組成。施用XP CEN/TS 15290標準方法來測定主要元素Al、Ca、Fe、Mg、P、K、Si、Na，并且施用XP CEN/TS 15297標準方法來測定微量元素(例外：褐煤的微量元素通過ISO 1171標準方法測定)。施用XP CEN/TS15289標準方法來測定S和Cl。對于PRB煤、高堿PRB煤、伊利諾伊和阿帕拉契亞煤，施用標準ASTM D 6349測定元素組成。
[0153] 在礦物添加劑摻合物包含硅鋁酸鹽粘土的某些實施方式中，所述粘土包含尺寸不大于約3英寸的含水粘土集塊，例如，含水粘土集塊的尺寸不大于約2英寸或更小，或者含水粘土集塊的尺寸不大于約1英寸。集塊的必需尺寸可通過物理修飾工藝獲得，例如碾磨、錘打、輥式
粉碎、干燥、
研磨、篩選、擠出、摩擦電分離、液體分級和空氣分級中的至少一種。
[0154] 在某些實施方式中，成分(i)、成分(ii)和礦物添加劑摻合物的量足以(1)吸附熔爐中存在的至少一部分堿和/或無機揮發(fā)性化合物，和/或(2)與源自于或產生自燃料燃燒的燃料灰分反應以提高燃料灰分的耐火度，和/或(3)減少或消除SOx排放物。
[0155] 在某些實施方式中，基于燃料和礦物添加劑摻合物的總重量，礦物添加劑摻合物以約0.1重量％～約20重量％的量存在于熔爐中，例如，以約0.3重量％或約1重量％～約10重量％或約20重量％、或約0.5重量％或約1重量％～約8重量％或約15重量％、或約0.7重量％或約1重量％～約6重量％或約12重量％、或約1重量％～約5重量％或約10重量％、或從約1重量％或約1.5重量％～約3重量％或約10重量％、或從約1.5重量％～約2.5重量％或約9.5重量％的量存在。本領域技術人員將明白，熔爐中礦物添加劑摻合物的添加量可取決于燃燒的燃料的具體類型。
[0156] 在某些實施方式中，例如，在燃料是PRB煤(如上所述)的實施方式中，礦物摻合物以約1重量％～約3重量％的量存在于熔爐中。
[0157] 在某些實施方式中，例如，在燃料是堿PRB煤(如上所述)的實施方式中，礦物添加劑摻合物以約2重量％～約5重量％的量存在于熔爐中。
[0158] 在某些實施方式中，例如，在燃料是25/75重量％阿帕拉契亞煤(如上所述)的實施方式中，礦物添加劑摻合物以約6重量％～約10重量％的量存在于熔爐中。
[0159] 在某些實施方式中，例如，在燃料是褐煤(如上所述)的實施方式中，礦物添加劑摻合物以約3重量％～約8重量％的量存在于熔爐中。
[0160] 在某些實施方式中，例如，在燃料是麥秸(如上所述)的實施方式中，礦物添加劑摻合物以約1重量％～約8重量％的量存在于熔爐中。
[0161] 在某些實施方式中，例如，在燃料是木屑粒料(如上所述)的實施方式中，礦物添加劑摻合物以約從0.5重量％或約1.5重量％～約4重量％的量存在于熔爐中。
[0162] 在某些實施方式中，例如，在燃料是MDF木材殘渣和廢水污泥的混合物(如上所述)的實施方式中，礦物添加劑摻合物以約0.5重量％～約2重量％的量存在于熔爐中。
[0163] 下表匯總了一些示例性實施方式中的燃料類型和礦物添加劑摻合物添加量。
[0164]燃料 礦物添加劑摻合物添加(重量％)
PRB煤 1.6～2.3
高堿PRB煤 2.3～3.7
25％伊利諾伊+75％阿帕拉契亞煤 7.2～9.1
褐煤 4.5～5.8
麥秸 2.25～6.3
木屑粒料 1.9～2.4
MDF木材殘渣+廢水污泥 1.0～1.2
一般范圍 1.0～9.1
[0165] 在某些實施方式中，成渣和集聚如床層集聚的傾向通過分析燃料期間熔爐中的元素摩爾比(Si+K+Na+P):(Ca+Mg+Al)進行評估。如前文所述，含Si、K、Na和P的物質是形成灰分的物質。這些物質在燃燒期間起到使形成的液相穩(wěn)定化的作用，并且有利于形成更粘且容易流動的灰分。通過添加經加熱煅燒或至少部分煅燒以形成相應的氧化物的含Ca、Mg和Al物質，可調節(jié)這些物質的液相形成能力。如果含鈣、含鎂和含鋁物質以足夠的量存在，則它們有助于使耐火性結晶相結晶，該結晶相有助于降低灰粘性和流動性。本
發(fā)明人發(fā)現，如果熔爐中的元素摩爾比(Si+K+Na+P):(Ca+Mg+Al)不大于約1.75或約1.5，則可減少燃燒器中的成渣和集聚。根據本發(fā)明的第二方面，并且在本發(fā)明第一方面的某些實施方式中，如果熔爐中的元素摩爾比(Si+K+Na+P):(Ca+Mg+Al)不大于約1.75或不大于約1.5，例如不大于約1.25、或不大于約1.2、或不大于約1.1、或不大于約1.0、或不大于約0.95、或不大于約0.90、或不大于約0.85、或不大于約0.80、或不大于約0.75、或不大于約0.70、或不大于約0.65、或不大于約0.60、或不大于約0.55，則可減少燃燒器中的成渣和集聚。在某些實施方式中，熔爐中的元素摩爾比(Si+K+Na+P):(Ca+Mg+Al)不大于約1.25，并且是至少約0.10或至少約0.30，例如，至少約0.20、或至少約0.30或至少約0.45?？墒褂冒ū疚乃瞿切┘夹g在內的常規(guī)分析技術測定Si、K、Na、P、Ca、Mg和Al的量。下面的實例部分中將提供進一步的細節(jié)。
[0166] 根據本發(fā)明的第三方面，并且在本發(fā)明第一方面和第二方面的某些實施方式中，基于礦物添加劑摻合物的總重量，礦物添加劑摻合物(用于控制熔爐或鍋爐中的富堿沉積物和富硅酸鹽沉積物)包含：
[0167] 0.1重量％～99.9重量％的硅鋁酸鹽和/或含鋁化合物；以及
[0168] 0.1重量％～99.9重量％的功能性礦物，其選自含鎂礦物和含鈣礦物中一種或多種。
[0169] 在某些實施方式中，礦物添加劑摻合物包含：
[0170] 10％～80％的高嶺土、5％～90％的膨潤土、18％～85％的鋁土質高嶺土、5％～85％的白云石、5％～85％的水鎂石、10％～87％的碳酸鈣。
[0171] 在某些實施方式中，在使用PRB煤作為燃料的情況中，最佳的礦物添加劑摻合物包含：至多60％的高嶺土、至多60％的膨潤土、40％～70％的鋁土質高嶺土、30％～60％的白云石、30％～60％的水鎂石、30～60％的碳酸鈣。
[0172] 在某些實施方式中，在使用高堿PRB煤作為燃料的情況中，最佳的礦物添加劑摻合物包含：至多90％的高嶺土、30％～90％的膨潤土、20％～90％的鋁土質高嶺土、5％～40％的白云石、5％～40％的水鎂石、5％～40％的碳酸鈣。
[0173] 在某些實施方式中，在使用25％伊利諾伊+75％阿帕拉契亞煤作為燃料的情況中，最佳的礦物添加劑摻合物包含：至多20％的高嶺土、至多20％的膨潤土、至多40％的鋁土質高嶺土、65％～95％的白云石、65％～95％的水鎂石、65％～95％的碳酸鈣。
[0174] 在某些實施方式中，在使用褐煤作為燃料的情況中，最佳的礦物添加劑摻合物包含：10％～60％的高嶺土、至多20％的膨潤土、20％～70％的鋁土質高嶺土、30％～60％的白云石、30％～60％的水鎂石、30％～60％的碳酸鈣。
[0175] 在某些實施方式中，在使用麥秸作為燃料的情況中，最佳的礦物添加劑摻合物包含：至多90％的高嶺土、30％～90％的膨潤土、30％～70％的鋁土質高嶺土、至多50％的白云石、至多50％的水鎂石、至多50％的碳酸鈣。
[0176] 在某些實施方式中，在使用木屑粒料作為燃料的情況中，最佳的礦物添加劑摻合物包含：至多50％的高嶺土、20％～50％的膨潤土、20％～80％的鋁土質高嶺土、20％～80％的白云石、20％～80％的水鎂石、20％～80％的碳酸鈣。
[0177] 在某些實施方式中，在使用MDF木材殘渣+廢水污泥作為燃料的情況中，最佳的礦物添加劑摻合物包含：至多60％的高嶺土、至多60％的膨潤土、50％～90％的鋁土質高嶺土、20％～90％的白云石、20％～90％的水鎂石、20％～90％的碳酸鈣。
[0178] 在某些實施方式中，礦物添加劑摻合物包含高嶺土和膨潤土和/或蒙皂石、或高嶺土和鋁土質高嶺土，或者由高嶺土和膨潤土和/或蒙皂石、或高嶺土和鋁土質高嶺土構成。
[0179] 在某些實施方式中，基于礦物添加劑摻合物的總重量，礦物添加劑摻合物包含約2重量％～98重量％的硅鋁酸鹽和/或含鋁化合物；以及約2重量％～98重量％的功能性礦物，其選自含鎂礦物和含鈣礦物中一種或多種。
[0180] 在某些實施方式中，礦物添加劑摻合物包含約10重量％～90重量％的所述硅鋁酸鹽和/或含鋁化合物；以及約10重量％～90重量％的所述功能性礦物，其選自含鎂礦物和含鈣礦物中一種或多種。
[0181] 在某些實施方式中，礦物添加劑摻合物包含至少約15重量％的所述功能性礦物，例如至少約20重量％、或至少約30重量％、或至少約40重量％、或至少約50重量％、或至少約60重量％、或至少約70重量％、或至少約80重量％的所述功能性材料。
[0182] 在某些實施方式中，礦物添加劑摻合物包含至少約15重量％的所述硅鋁酸鹽和/或含鋁化合物，例如至少約20重量％、或至少約30重量％、或至少約40重量％、或至少約50重量％、或至少約60重量％、或至少約70重量％、或至少約80重量％的所述硅鋁酸鹽和/或含鋁化合物。
[0183] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽和/或含鋁化合物以及功能性礦物是如上文在本發(fā)明第一方面的實施方式中描述的類型。
[0184] 在某些實施方式中，硅鋁酸鹽和/或鋁化合物選自鋁土質高嶺土、高嶺土、膨潤土和硅鋁酸鹽材料中的一種或多種、或兩種或更多種、或三種或更多種、或全部四種，而且，基于硅鋁酸鹽材料的總重量，所述硅鋁酸鹽材料包含其量為30％～100％、更優(yōu)選為40％～100％的礦物高嶺石和蒙皂石中的一種或兩種；以及其量為0％～95％、更優(yōu)選為0％～
60％的氫氧化鋁，其選自三水鋁石、諾三水鋁石、督三水鋁石、三羥鋁石、勃姆石和硬水鋁石中的一種或多種。
[0185] 在某些實施方式中，功能性礦物選自白云石、水鎂石和碳酸鈣中的一種或多種、或兩種或更多種、或全部三種。
[0186] 在某些實施方式中，基于礦物添加劑摻合物的總重量，鋁土質高嶺土以至少約15重量％的量存在于所述摻合物中，例如其量為至少約20重量％、或至少約30重量％、或至少約40重量％、或至少約55重量％。
[0187] 在某些實施方式中，礦物添加劑摻合物包含約25重量％～98重量％的所述硅鋁酸鹽和/或含鋁化合物；和2重量％～75重量％的所述功能性礦物，例如，約40重量％～98重量％的所述硅鋁酸鹽和/或含鋁化合物，和約2重量％～60重量％的所述功能性礦物；或約60重量％～98重量％的所述硅鋁酸鹽和/或含鋁化合物；和2重量％～40重量％的所述功能性礦物；或約70重量％～98重量％的所述粘土，和2重量％～30重量％的所述功能性礦物；或約85重量％～98重量％的所述硅鋁酸鹽和/或含鋁化合物，和2重量％～
15重量％的所述功能性礦物。在某些實施方式中，可存在約50重量％～約80重量％的所述硅鋁酸鹽和/或含鋁化合物和/或約20％或大于20％～約50％或小于50％的功能性礦物(其可以是碳酸鈣)。
[0188] 在某些實施方式中，提供了燃燒器用燃料混合物，所述燃料混合物包含約0.1重量％～20重量％的上述礦物添加劑摻合物，以及余量的燃料和其它可選的添加劑。
[0189] 燃料混合物可以以粉末的形式提供。
[0190] 燃料混合物可以以粒料的形式提供。
[0191] 燃料可以是上述燃料中的一種或多種，例如，煤、石油焦炭或生物燃料中的一種或多種。
[0192] 在某些實施方式中，燃料混合物的燃料是次煙煤或褐煤，例如PRB煤、高堿PRB煤、或伊利諾伊和阿帕拉契亞煤的摻合物，例如伊利諾伊和阿帕拉契亞煤的25/75重量％摻合物。
[0193] 以下描述其他示例性實施方式。在某些實施方式中，對“粘土”的引用包括引用上文所述的硅鋁酸鹽粘土。在某些實施方式中，對“功能性礦物”的引用包括引用上文所述的含鎂礦物和含鈣礦物。
[0194] 根據一些實施方式，可將粘土和功能性礦物添加到熔爐中，并且熱量可至少部分地煅燒粘土，使得至少部分煅燒的粘土和功能性礦物能夠用作熔爐中至少一部分堿和/或無機揮發(fā)性化合物的吸附劑。另外，粘土和功能性礦物添加劑摻合物可與灰分反應，增加其結晶能力、晶化率及其粘度，產生流動少且更耐火的灰分。由此，礦物添加劑摻合物使得灰分粘度較低且不易于在燃料器部件的暴露表面上經歷沉積和稠化。
[0195] 根據一些實施方式，熔爐的運行方法可至少包括以下步驟：將含堿材料引入熔爐，將含水量至少為約5％(例如，含水量范圍為約5重量％～約15重量％)的粘土和功能性礦物引入熔爐中，并且從所述熔爐或其廢氣流中去除至少一部分粘土(例如，含水粘土的至少部分煅燒的部分)。
[0196] 根據一些實施方式，粘土可包括塊狀粘土，例如，可部分干燥至含水量范圍為至少約1重量％～至少約50重量％的含水粘土。根據一些實施方式，可將塊狀粘土部分干燥至含水量范圍為約4重量％～約16重量％，例如，約8重量％～約12重量％(例如，約10重量％)、約5重量％～約10重量％、或約10重量％至約15重量％。
[0197] 在一個實施方式中，塊狀粘土可包含尺寸為約1英寸或更小的含水粘土集塊。在其他實施方式中，塊狀粘土可包含尺寸為約3/4英寸或更小(例如，約1/2英寸或更小)的含水粘土集塊。在其他實施方式中，塊狀粘土可包含尺寸為約1/4英寸或更小(例如，約1/8英寸或更小)的含水粘土集塊。在其他實施方式中，塊狀粘土可包含最大塊徑不大于約
3英寸(例如不大于約2英寸或不大于約1英寸)的含水粘土集塊。
[0198] 根據一些示例性實施方式，粘土可包括塊狀粘土、經撕碎和/或碾碎的粘土、非精選的粘土、高嶺土、球土(例如包含約20％～80％的高嶺土、10％％～35％的云母和/或6％％～65％的石英的粘土)和來源于高嶺土或任何硅鋁酸鹽開采作業(yè)的覆蓋巖層或工藝廢物的粘土(例如，來源于處在要開采的高嶺土沉積物上方的材料的粘土)中的一種或多
2 2
種。根據一些實施方式，粘土的BET表面積可以是至少約9m/g，例如至少約10m/g或至少
2
約15m/g。
[0199] 一些實施方式的含無機化合物的材料可用作燃燒用燃料。例如，含無機化合物的材料可包括煤、石油焦炭、生物燃料(例如，從生物質獲得的燃料)和固體廢物。示例性煤源包括但不限于，土狀褐煤、褐煤以及煙煤，例如東部煙煤、焦煤、侏羅紀煤、三疊紀煤、二疊紀煤和石炭紀煤。在其他實施方式中，含無機化合物的材料基本上不含燃燒用燃料。
[0200] 根據一些實施方式，含無機化合物的材料可包括碳酸鈣。在一些實施方式中，碳酸鈣可提供為粒狀石灰石、大理石、白堊巖、白云石、霰石沙、海貝殼、珊瑚和/或其混合物。在一個實施方式中，含無機化合物的材料科包括例如源自于海洋源沉積物的碳酸鈣，例如，其中堿可包括來自
海水的剩余鹽。
[0201] 根據一些實施方式，燃料和/或含無機化合物的材料(一種或多種)以及粘土和功能性礦物可在供應至熔爐之前組合。例如，燃料和/或含無機化合物的材料以及粘土和功能性礦物可在燃燒之前混合和/或摻合。在一些實施方式中，可將煤和石油焦炭中的至少一種與粘土和功能性礦物混合和/或摻合。在其他實施方式中，可將碳酸鈣與粘土和功能性礦物混合和/或摻合。在其他實施方式中，可將粘土和功能性礦物以粉末形式、集料狀或漿狀直接加入燃燒器系統。例如，可將粘土和功能性礦物添加至熔爐中，或者可將粘土和功能性礦物添加至底灰流中，其通過重力供給至熔爐中。
[0202] 根據一些實施方式，燃燒可發(fā)生在作為流化床反應器系統的一部分的熔爐中，以便經由例如蒸汽發(fā)電機生成電力。例如，所述熔爐可以是循環(huán)流化床反應器系統的一部分。所述熔爐可以是本領域技術人員已知的用于燃燒含無機化合物的材料的其他系統的一部分。
[0203] 在一些實施方式中，可使粘土在熔爐中至少部分地轉化為煅燒的粘土。在一些實施方式中，至少部分煅燒的粘土可用于吸附熔爐中存在的至少一部分堿或無機化合物。在一些實施方式中，粘土可與灰分反應，增加其結晶能力、晶化率及其粘度，產生流動少且更耐火的灰分。
[0204] 在一些實施方式中，可將粘土和功能性礦物引入循環(huán)爐中至少兩次。在一些實施方式中，可將至少一部分含無機化合物的材料與至少一部分粘土和功能性礦物摻合，然后將摻合的含無機化合物的材料與粘土和功能性礦物引入熔爐中。根據一些實施方式，可將至少一部分粘土和功能性礦物引入至熔爐的下部。在一些實施方式中，可將至少一部分粘土和功能性礦物引入至熔爐的上部。根據一些實施方式中，可將至少一部分粘土和功能性礦物引入換熱器的灰漿(ash-slurry)側。
[0205] 在一些實施方式中，在將含無機化合物的材料(一種或多種)與粘土和功能性礦物引入熔爐中之前，含無機化合物的材料和粘土和/或功能性礦物中的至少一種的尺寸經受至少一種物理修飾工藝。例如，物理修飾工藝(一種或多種)可用于將含無機化合物的材料和/或粘土和/或功能性礦物中的至少一種的尺寸減小到例如約1英寸或更小。在一些實施方式中，示例性物理修飾工藝可將含無機化合物的材料和/或粘土和/或功能性礦物中的至少一種的尺寸減小到約3/4英寸或更小，例如，減小到約1/2英寸或更小。在一些實施方式中，示例性物理修飾工藝可將含無機化合物的材料和/或粘土和/或功能性礦物中的至少一種的尺寸減小到約1/4英寸或更小(例如，減小到約1/8英寸或更小)。在其他實施方式中，含無機化合物的材料和/或粘土和/或功能性礦物中的至少一種可包含粘土和功能性礦物集塊，其最大塊徑不大于約3英寸，如不大于約2英寸或不大于約1英寸。示例性物理修飾工藝可包括碾磨、錘打、輥式粉碎、干燥、研磨、篩選、擠出、摩擦電分離、液體分級和空氣分級中的至少一種。
[0206] 根據一些實施方式，可將惰性材料引入熔爐中。示例性惰性材料可包括，例如但不限于，砂粒、燃料殘渣和/或
石膏。在一些實施方式中，可選擇細惰性材料以便提高可與熔爐系統相連的一個或多個旋風分離器的分離效率。
[0207] 可基于諸如足夠維持鍋爐效率的量而選擇引入到熔爐反應器中的粘土和功能性礦物的量。鍋爐效率的一種測量方式涉及鍋爐蒸汽溫度。在一些實施方式中，粘土和功能性礦物的添加量可足以在鍋爐換熱器的熱側上維持約850℃～約1200℃的溫度，例如，其添加量可足以將鍋爐換熱器的熱側溫度維持在約950℃～約1010℃。在一些實施方式中，粘土和功能性礦物的添加量可足以將鍋爐換熱器的熱側溫度維持在約970℃～約1010℃，例如，其添加量可足以將鍋爐換熱器的熱側溫度維持在約1000℃～約1010℃。例如，對于一些熔爐而言，粘土和功能性礦物(例如，塊狀半干燥的高嶺土)可以燃料的約0.1重量％～5重量％的量添加，例如，可以燃料的約1重量％～約3重量％的量添加。
[0208] 本文公開的示例性方法中所用的粘土和功能性礦物可具有可測量的含水量。在一些實施方式中，粘土和功能性礦物的含水量可以是至少約1％(例如，至少約5％)。例如，粘土的含水量范圍可以是約5重量％～約15重量％，例如，約8重量％～約12重量％。在一些實施方式中，粘土的含水量范圍可以是約9重量％～約11重量％，例如，約10重量％(例如，含水量為約10％的塊狀粘土)。在一些實施方式中，粘土的含水量高于15重量％。
[0209] 本文公開的示例性方法中所用的粘土和功能性礦物可采用各種形式和/或可經受各種處理。例如，粘土和功能性礦物可包括經撕碎的和/或碾碎的粘土。在一些實施方式中，粘土可以是非精選的粘土。如本文中所用的，非精選的粘土可包括未經下述至少一種處理的粘土，所述處理選自粘土的分散、拌和、選擇性絮凝、臭氧漂白、分級、磁力分離、化學瀝濾、浮選和脫水。在一些實施方式中，至少一部分粘土可以是高嶺土，例如，具有化學式Al2Si2O5(OH)4的含水硅鋁酸鹽。在一些實施方式中，粘土可包括球土。在一些實施方式中，粘土可包括來源于高嶺土或任何硅鋁酸鹽礦物開采作業(yè)的覆蓋巖層或工藝廢物。在一些實施方式中，粘土可包括鋁土質高嶺土。在其他實施方式中，粘土可包括蒙皂石膨潤土。在其他實施方式中，粘土可包括高嶺土和/或球土和/或膨潤土和/或鋁土質高嶺土的摻合物。在一些實施方式中，粘土可以是含水粘土。在其他實施方式中，粘土可以是煅燒的粘土。在一些實施方式中，煅燒的粘土可含有偏高嶺土。在一些實施方式中，粘土可以是下述粘土，其來源于含水量為至少約15％的粗制粘土。例如，粘土可包括蒙脫石質高嶺土。
[0210] 本文公開的示例性方法中所用的粘土可以是含水粘土的組合。例如，可選擇至少一種含水粘土以便對含水粘土的組合提供結合強度。在一些實施方式中，可選擇至少一種含水粘土以便增加含水粘土組合的粗糙度。
[0211] 根據一些實施方式，本文公開的示例性方法中所用的粘土可具有可測量的BET表2 2
面積。例如，BET表面積可以是至少約9m/g，例如，BET表面積可以是至少約10m/g、或至
2 2
少約15m/g、或至少約25m/g。
[0212] 本文公開的示例性方法中所用的粘土和/或功能性礦物可具有可測量的粒度。本文中提及的粒度以及其他粒度性質如粒度分布(“psd”)可使用如Micromeritics Corporation提供的SEDIGRAPH 5100儀器進行測量。例如，給定顆粒的尺寸可用通過懸浮沉降的當量直徑的球體的直徑來表達，即，當量球徑或“esd”。
[0213] 可測量的粒度可指示粘土的相對粗糙度。在一些實施方式中，約30％～約50％的粘土的粒度小于約1μm。在一些實施方式中，約35％～約45％的粘土的粒度小于約1μm。在一些實施方式中，約30％～約40％的粘土的粒度小于約1μm。在一些實施方式中，約
40％～約50％的粘土的粒度小于約1μm。
[0214] 在一些實施方式中，約60％～約80％的粘土的粒度小于約2μm。在一些實施方式中，約65％～約75％的粘土的粒度小于約2μm。在一些實施方式中，約60％～約70％的粘土的粒度小于約2μm。在一些實施方式中，約70％～約80％的粘土的粒度小于約2μm。
[0215] 本文公開的示例性方法中所用的粘土可具有可測量的洗滌后篩網殘渣，例如可測量的+325洗滌后篩網截留率。例如，+325目洗滌篩網截留率可以是約0.5％～約9％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約0.5％～約8％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約0.5％～約5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約0.5％～約1.5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約4％～約5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約1％～約4.5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約4.5％～約9％。
[0216] 可測量的粒度可指示功能性礦物的相對粗糙度。在一些實施方式中，約30％～約50％的功能性礦物的粒度小于約20μm，優(yōu)選為小于約10μm。在一些實施方式中，約30％～約45％的功能性礦物的粒度小于約20μm，優(yōu)選為小于約10μm。在一些實施方式中，約30％～約40％的功能性礦物的粒度小于約20μm，優(yōu)選為小于約10μm。在一些實施方式中，約40％～約50％的功能性礦物的粒度小于約20μm，優(yōu)選為小于約10μm。在一些實施方式中，功能性礦物的尺寸可以是約1微米～約50微米。
[0217] 在其他實施方式中，功能性礦物可作為粗糙顆粒添加，所述粗糙顆粒的粒度大于約20μm，例如大于50微米、大于100μm、大于250μm、大于500μm、大于1mm、大于5mm或甚至大于1cm。在另一實施方式中，功能性礦物的尺寸范圍可以是在約50微米～約1cm。
[0218] 在一些實施方式中，約60％～約80％的功能性礦物的粒度小于約50μm，優(yōu)選為小于約20μm。在一些實施方式中，約65％～約75％的功能性礦物的粒度小于約50μm，優(yōu)選為小于約20μm。在一些實施方式中，約60％～約70％的功能性礦物的粒度小于約50μm，優(yōu)選為小于約20μm。在一些實施方式中，約70％～約80％的功能性礦物的粒度小于約50μm，優(yōu)選為小于約20μm。
[0219] 本文公開的示例性方法中所用的功能性礦物可具有可測量的洗滌后篩網殘留物，例如可測量的+325洗滌后篩網截留率。例如，+325目洗滌篩網截留率可以是約0.5％～約9％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約0.5％～約8％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約0.5％～約5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約0.5％～約1.5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約4％～約5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約1％～約4.5％。在一些實施方式中，+325目洗滌篩網截留率可以是約4.5％～約9％。
[0220] 在某些實施方式中，功能性礦物的BET表面積為約0.5m2/g～約200m2/g，例如，至2 2 2 2 2
少約1m/g、或至少約5m/g、或至少約10m/g、或至少約30m/g、或至少約50m/g。在某些實
2 2 2 2
施方式中，功能性礦物的BET表面積為約1m/g～約150m/g、或約3m/g～約50m/g、或約
2 2 2 2
5m/g～約30m/g，例如約9m/g～約20m/g。
[0221] 本文公開的示例性方法可與各種燃料(一種或多種)和/或含無機化合物的材料聯合使用。在一些實施方式中，燃料可含有堿材料。
[0222] 根據一些實施方式，燃料可包括煤。示例性煤源包括但不限于，褐煤以及煙煤，比如，例如東部煙煤、焦煤、侏羅紀煤、三疊紀煤、二疊紀煤和石炭紀煤。
[0223] 根據一些實施方式，與本文公開的示例性方法相關的燃料可包括石油焦炭，例如來源于煉油廠焦化塔和裂化單元的碳質固體。在一些實施方式中，燃料可包括石油焦炭的砂粒。在一些實施方式中，燃料可包括煤和石油焦炭的組合。
[0224] 根據本文公開的一些示例性方法，增大反應器系統中的粘土和功能性礦物的添加量能夠減少在循環(huán)爐中燃燒的煤量。例如，對于引入所述系統的約1重量份粘土和功能性礦物，引入所述系統的煤量可減少約5重量份的煤。
[0225] 根據一些方法實施方式，與本文公開的示例性方法相關的燃料可包括生物燃料，其來源于例如生物質。示例性生物質源可包括但不限于，木材、木屑粒料、草桿粒料、泥煤、木質纖維素、生物質廢料和/或能量生物質，所述生物質廢料如甘蔗渣、麥稈、玉米秸稈、燕麥秸稈，所述能量生物質如芒草屬草。
[0226] 在一些實施方式中，含無機化合物的材料可包括被選擇用于減少SOx和NOx中至少一種的材料。例如，被選擇用于減少SOx和NOx中至少一種的含無機化合物的材料(一種或多種)可包括碳酸鈣。例如，碳酸鈣可來源于海洋。根據一些實施方式，所述材料(一種或多種)可包括SOx吸收劑和NOx吸收劑中的至少一種。
[0227] 在一些實施方式中，約30％～約50％的粘土的粒度小于約1μm。在一些實施方式中，約35％～約45％的粘土的粒度小于約1μm。在一些實施方式中，約30％～約40％的粘土的粒度小于約1μm。在一些實施方式中，約40％～約50％的粘土的粒度小于約1μm。
[0228] 在一些實施方式中，約60％～約80％的粘土的粒度小于約2μm。在一些實施方式中，約65％～約75％的粘土的粒度小于約2μm。在一些實施方式中，約60％～約70％的粘土的粒度小于約2μm。在一些實施方式中，約70％～約80％的粘土的粒度小于約2μm。如先前限定的那樣，粒度測量可通過例如標準沉降圖“psd”分析方法限定。
[0229] 除了粘土和功能性礦物之外，在一些實施方式中，固體材料顆粒可包括SOx吸收劑和NOx吸收劑和/或惰性材料中的至少一種。示例性SOx吸收劑可包括，例如但不限于，碳酸鈣。示例性惰性材料可包括，例如砂粒、石膏和/或燃料殘渣。
[0230] 為避免
異議，本發(fā)明包括如在下面編號的段落中限定的主題。
[0231] 1.一種燃燒器的運行方法，所述方法包括：
[0232] 將燃料引入熔爐中，所述熔爐被配置為燃燒所述燃料；
[0233] 將礦物添加劑摻合物引入所述熔爐中，所述礦物添加劑摻合物包含粘土和功能性礦物；并且
[0234] 加熱至少一部分所述燃料和礦物摻合物。
[0235] 2.段1所述的方法，其中，所述燃料包含不期望的污染物，并且所述功能性礦物用作與所述污染物結合的吸附劑。
[0236] 3.段2所述的方法，其中，所述污染物包括無機化合物，如堿、堿土、硫、氯、氟、氧化物以及金屬(鐵、鋅、銻、釩、砷、鎘、鋇、鉛、汞、鎳、鉻、鈷)。
[0237] 4.段2所述的方法，其中，所述污染物包括釩化合物。
[0238] 5.段2所述的方法，其中，所述污染物包括汞化合物。
[0239] 6.前述任一段所述的方法，其中，所述功能性礦物包括含鎂礦物。
[0240] 7.段6所述的方法，其中，所述含鎂礦物包括滑石。
[0241] 8.段6所述的方法，其中，所述含鎂礦物包括氧化鎂或氫氧化鎂。
[0242] 9.段6所述的方法，其中，所述含鎂礦物包括白云石。
[0243] 10.段6所述的方法，其中，所述含鎂礦物包括選自碳酸鎂、水菱鎂礦、蛭石、蒙皂石、金云母、斜綠泥石、海泡石、凹凸棒石或坡縷石的礦物。
[0244] 11.段2～5中任一段所述的方法，其中，所述功能性礦物包括含鈣礦物。
[0245] 12.段11所述的方法，其中，所述功能性礦物包括選自石灰石、大理石、白堊巖、白云石、霰石沙、海貝殼或珊瑚的礦物。
[0246] 13.段2～5中任意一項所述的方法，其中，所述功能性礦物包括含錳礦物或含過氧化錳的礦物。
[0247] 14.段13所述的方法，其中，所述含錳礦物包括選自軟錳礦、褐錳礦、硬錳礦和菱錳礦的礦物。
[0248] 15.段1所述的方法，其中，所述功能性礦物起到提高所述粘土的耐火度的作用，從而產生更耐火的灰分，所述灰分在燃料器或其相關的換熱器的暴露表面上沉積的可能性較低。
[0249] 16.段15所述的方法，其中，所述功能性礦物包括金屬氧化物。
[0250] 17.段15所述的方法，其中，所述功能性礦物包括氧化鋁或氫氧化鋁。
[0251] 18.段15所述的方法，其中，所述功能性礦物包括鋁土礦。
[0252] 19.段15所述的方法，其中，所述功能性礦物包括選自三水鋁石、勃姆石和硬水鋁石的礦物。
[0253] 20.段15所述的方法，其中，所述功能性礦物包括鋁土質高嶺土。
[0254] 21.段15所述的方法，其中，所述功能性礦物包括氧化鈦。
[0255] 22.段15所述的方法，其中，所述功能性礦物包括選自金紅石、銳鈦礦、鈦鐵礦、白鈦石和板鈦礦的礦物。
[0256] 23.段15所述的方法，其中，所述功能性礦物包括氧化鋯。
[0257] 24.段15所述的方法，其中，所述功能性礦物包括硅鋁酸鹽。
[0258] 25.段24所述的方法，其中，所述硅鋁酸鹽包括埃洛石。
[0259] 26.段24所述的方法，其中，所述硅鋁酸鹽包括選自紅柱石、藍晶石、硅線石、水黃晶礦、莫來石、葉臘石或杜姆貝塞石的礦物。
[0260] 27.段1所述的方法，其中，所述燃料燃燒形成不期望的燃燒產物，并且所述功能性礦物用作催化劑以將所述不期望的燃燒產物轉化為較期望的化合物。
[0261] 28.段27所述的方法，其中，所述不期望的燃燒產物包括氮氧化物。
[0262] 29.段27所述的方法，其中，所述功能性礦物包括氧化鈦。
[0263] 30.段27所述的方法，其中，所述功能性礦物包括選自金紅石、銳鈦礦、鈦鐵礦、白鈦石和板鈦礦的礦物。
[0264] 31.段1所述的方法，其中，所述功能性礦物起到增大粘土的表面積的作用。
[0265] 32.段31所述的方法，其中，所述功能性礦物包括蒙皂石，其包括蒙脫石和貝德石。
[0266] 33.段31所述的方法，其中，所述功能性礦物包括選自膨潤土、葉臘石、滑石、海泡石和坡縷石的礦物。
[0267] 34.段31所述的方法，其中，所述功能性礦物包括鋁土礦。
[0268] 35.段31所述的方法，其中，所述功能性礦物包括埃洛石。
[0269] 36.段31所述的方法，其中，所述功能性礦物包括硅藻土。
[0270] 36.段1所述的方法，其中，所述功能性礦物的BET表面積為至少約25m2/g。
[0271] 37.段1所述的方法，所述方法進一步包括以下步驟：將碳酸鈣引入所述熔爐中。
[0272] 38.前述任一段所述的方法，其中，所述熔爐包括粉狀燃料爐。
[0273] 39.前述任一段所述的方法，其中，所述熔爐包括爐柵式爐。
[0274] 40.前述任一段所述的方法，其中，所述熔爐包括循環(huán)流化床。
[0275] 41.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土包括高嶺土。
[0276] 42.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土包括球土。
[0277] 43.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土包括來源于高嶺土開采作業(yè)或任何硅鋁酸鹽開采作業(yè)的覆蓋巖層或工藝廢料的粘土。
[0278] 44.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土是含水粘土。
[0279] 45.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土是煅燒的粘土。
[0280] 46.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土的含水量范圍為約5重量％～約15重量％。
[0281] 47.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土的含水量范圍為約8重量％～約12重量％。
[0282] 48.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土包括塊狀粘土。
[0283] 49.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土包括經撕碎的和/或碾碎的粘土。
[0284] 50.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土包括非精選的粘土。
[0285] 51.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土的BET表面積為至少約9m2/g。
[0286] 52.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土的BET表面積為至少約15m2/g。
[0287] 53.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土來源于含水量為至少約15％的粗制粘土。
[0288] 54.前述任一段所述的方法，所述方法進一步包括：在將至少一部分燃料引入所述熔爐中之前，將所述部分的燃料、粘土和功能性礦物相互組合。
[0289] 55.段1～53中任一段所述的方法，其中，所述燃料、粘土和功能性礦物以粉末形式、集料狀或漿狀分別引入所述熔爐中。
[0290] 56.前述任一段所述的方法，其中，所述加熱步驟導致煅燒至少一部分所述粘土，并且所述方法進一步包括：
[0291] 經由煅燒的粘土和功能性礦物在所述熔爐中吸附至少一部分無機揮發(fā)性化合物；
[0292] 使所述煅燒的粘土和礦物摻合物與源自于燃料燃燒的灰分反應，以提高其耐火度；并且
[0293] 從所述熔爐中去除至少一部分所述煅燒的粘土和吸附的無機化合物。
[0294] 57.前述任一段所述的方法，其中，所述燃料是煤、石油焦炭或生物燃料，或者前述的任意組合。
[0295] 58.前述任一段所述的方法，其中，所述粘土包括尺寸不大于約3英寸的含水粘土集塊。
[0296] 59.段58所述的方法，其中，所述含水粘土集塊的尺寸不大于約2英寸或更小。
[0297] 60.段58所述的方法，其中，所述含水粘土集塊的尺寸不大于約1英寸。
[0298] 61.一種組合物，所述組合物用于控制熔爐或鍋爐中的富堿沉積物和富硅鋁酸鹽沉積物，所述組合物包含：
[0299] 5重量％～99.9重量％的粘土；以及
[0300] 0.1重量％～95重量％的功能性礦物，所述功能性礦物選自含鎂礦物、含錳礦物、二氧化鈦、氧化鋯、鋁土質礦物、硅藻土、硅鋁酸鹽礦物或其摻合物。
[0301] 62.段61所述的組合物，其中，所述功能性礦物包括含鎂礦物。
[0302] 63.段62所述的組合物，其中，所述含鎂礦物包括滑石。
[0303] 64.段62所述的組合物，其中，所述含鎂礦物包括氧化鎂。
[0304] 65.段62所述的組合物，其中，所述含鎂礦物包括氫氧化鎂。
[0305] 66.段62所述的組合物，其中，所述含鎂礦物包括白云石。
[0306] 67.段62所述的組合物，其中，所述含鎂礦物包括選自菱鎂礦、水菱鎂礦、蛭石、蒙皂石、金云母、斜綠泥石、海泡石、凹凸棒石或坡縷石的礦物。
[0307] 68.段61所述的組合物，其中，所述功能性礦物包括含錳礦物。
[0308] 69.段68所述的組合物，其中，所述含錳礦物包括選自軟錳礦、褐錳礦、硬錳礦和菱錳礦的礦物。
[0309] 70.段61所述的組合物，其中，所述功能性礦物包括氧化鋁。
[0310] 71.段70所述的組合物，其中，所述功能性礦物包括鋁土礦。
[0311] 72.段70所述的組合物，其中，所述功能性礦物包括選自三水鋁石、勃姆石和硬水鋁石的礦物。
[0312] 73.段70所述的組合物，其中，所述功能性礦物包括鋁土質高嶺土。
[0313] 74.段61所述的組合物，其中，所述功能性礦物包括硅鋁酸鹽礦物。
[0314] 75.段74所述的組合物，其中，所述功能性礦物包括選自紅柱石、藍晶石、硅線石、水黃晶礦、莫來石、葉臘石或杜姆貝塞石的礦物。
[0315] 76.段61所述的組合物，其中，所述功能性礦物包括氧化鈦。
[0316] 77.段76所述的組合物，其中，所述功能性礦物包括選自金紅石、銳鈦礦、鈦鐵礦、白鈦石和板鈦礦的礦物。
[0317] 78.段61所述的組合物，其中，所述功能性礦物包括氧化鋯。
[0318] 79.段61所述的組合物，其中，所述粘土包括高嶺土。
[0319] 80.段61所述的組合物，其中，所述粘土包括球土。
[0320] 81.段61所述的組合物，其中，所述粘土包括來源于高嶺土開采作業(yè)或任何硅鋁酸鹽開采作業(yè)的覆蓋巖層或工藝廢料的粘土。
[0321] 82.段61所述的組合物，其中，所述粘土是含水粘土。
[0322] 83.段61所述的組合物，其中，所述粘土是煅燒的粘土。
[0323] 84.段61所述的組合物，其中，所述粘土的含水量范圍為約5重量％～約15重量％。
[0324] 85.段61所述的組合物，其中，所述粘土的含水量范圍為約8重量％～約12重量％。
[0325] 86.段61所述的組合物，其中，所述粘土包括塊狀粘土。
[0326] 87.段61所述的組合物，其中，所述粘土包括經撕碎的和/或碾碎的粘土。
[0327] 88.段61所述的組合物，其中，所述粘土包括非精選的粘土。
[0328] 89.段61所述的組合物，其中，所述含水粘土的BET表面積為至少約9m2/g。
[0329] 90.段61所述的組合物，其中，所述含水粘土的BET表面積為至少約15m2/g。
[0330] 91.段61所述的組合物，其中，含水粘土包括以下粘土，所述粘土來源于含水量為至少約15％的粗制粘土。
[0331] 92.段61所述的組合物，所述組合物包含：25重量％～99.9重量％的所述粘土；以及0.1重量％～75重量％的所述功能性礦物。
[0332] 93.段61所述的組合物，所述組合物包含：40重量％～99.9重量％的所述粘土；以及0.1重量％～60重量％的所述功能性礦物。
[0333] 94.段61所述的組合物，所述組合物包含：60重量％～99.9重量％的所述粘土；以及0.1重量％～40重量％的所述功能性礦物。
[0334] 95.段61所述的組合物，所述組合物包含：70重量％～99.9重量％的所述粘土；以及0.1重量％～30重量％的所述功能性礦物。
[0335] 96.段61所述的組合物，所述組合物包含：85重量％～99.9重量％的所述粘土；以及0.1重量％～15重量％的所述功能性礦物。
[0337] 通過本文公開的示例性實施方式的說明和實踐，本發(fā)明的其他實施方式對于本領域技術人員而言將是顯而易見的。要指出的是，應認為
說明書和實施例僅是示例性的，而本發(fā)明的真實范圍和實質由所附
權利要求書
指定。
[0338] 草桿單獨進行燃燒或與基于礦物摻合物的不同添加劑一起燃燒。在試驗性規(guī)模爐柵式燃燒器中以?；男问綔y試各添加劑方案。
[0339] 實驗裝置
[0340] 燃燒在約1040℃(+/-40℃)于25kW“HS Multi Heat”級爐柵式鍋爐中進行。此鍋爐未配備自動除灰系統，并且一次和二次空氣噴射入口足夠靠近以維持高溫，以便利于底灰產生。將空氣噴射設定為在燃料期間，λ＝2并且O2＝10％。對于每個實施例試驗，經由計量螺桿將粒料以5kg/h的進料速率引入燃料室中，并且使燃燒持續(xù)5小時30分鐘(永久性架構下為4小時)。
[0341] 監(jiān)測燃燒
[0342] 在燃燒期間，監(jiān)測下面列舉的參數以便評估燃燒效率、顆粒的排放和氣體的組成。
[0343] 測量燃燒回收率(％)和釋放的能量(kW，用連接有pt100探針和流量計的量熱器測量)。對于每個實施例試驗，通過獲知燃燒的粒料
質量，能夠計算出粒料的低熱值，通過將其與理論值進行比較來評估燃燒的效率(％)。
[0344] 按照NF X 44-052標準文件中給出的說明進行灰塵和氣體的等速
泵送。在4小時的永久性架構下進行測量。
[0345] 按照NF X 44-052標準程序，在無任何篩分的情況下測量廢氣中的總含塵量。
[0346] 針對廢氣，使用
電化學電池測量CO和NOx排放。在11％的O2和9.5％的CO2的標準化條件下以ppm表示給出值。
[0347] 在由將H2S引導到NaOH鼓泡式吸收溶液中的等速泵送系統俘獲后，對廢氣測量排放的H2S的重量。按照NF EN 1911標準文件進行分析。
[0348] 在由將顆粒引導到HNO3+H2O2鼓泡式吸收溶液中的等速泵送系統俘獲后，對廢氣過濾后的顆粒和氣體本身中的顆粒測量諸如Cd和Pb等重金屬的量。然后按照NFEN 14385標準程序進行測量。
[0349] 使用相同的方案測量Hg的量，不同之處在于鼓泡式吸收溶液由HNO3+重鉻酸
鉀組成。按照NF EN 13211標準程序進行測量。
[0350] 生物質燃料、礦物添加劑和粒料的細節(jié)
[0351] 燃料是在巴黎盆地區(qū)域
收獲的草桿。所述草桿特征是具有高氯和鉀含量。其含水量用XP CEN/TS 14774標準方法獲得，并且等于8.8重量％(接收時)。其灰分含量用XP CEN/TS 14775標準方法獲得，并且等于6.1重量％(干重)。其熱值用XP CEN/TS14918標準方法獲得，并且是：干燥的高熱值：18,525MJ/kg；干燥的低熱值：17,370MJ/kg；接收時的高熱值：16,895MJ/kg；以及接收時的低熱值：15,638MJ/kg。按照ISO 17294方法，在草桿的HNO3消解之后測量無機和金屬元素。利用ICP-MS并按照用于Al、Ca、Fe、Mg、P、K、Si、Na的XP CEN/TS 15290標準方法，按照用于As、Cr、Cd、Cu、Ni、Zn、Pb的XP CEN/TS 15297-1標準方法，并按照用于S和Cl的XP CEN/TS 15289標準方法獲得元素組成。以mg.kg 表示給出的結果如下：Na47.65、Mg 792.23、Al 33.78、P 563.1、K 9228.13、Ca 3630.24、Si
104.31、Fe 85.65、As<0.1、Cr 0.56、Cd 0.10、Cu 1.57、Ni<0.5、Zn 4.76、Pb<0.5、Hg<0.05、Ti 0.75、Cl 2400。按照NF EN 15104標準分析C、H和N含量，而按照NF EN 15289分析S。發(fā)現它們等于(以％表示，干重)：C 41.6、H 5.61、N 0.77和S 0.11。
[0352] 實施例1～8
[0353] 針對表1中所述的組成進行八個實施例試驗。用單獨的草桿進行比較例1(在下文中為實施例1)。對于實施例2～8，將2.25重量％的所述添加劑與97.75重量％的草桿組合。1.8重量％對應于添加劑部分的80％，0.9重量％對應于添加劑部分的40％，而0.45重量％占添加劑部分的20％。
[0354] 在開始實施例試驗之前，分析每種添加劑。在1200℃的溫度下用來自Bruker的S4探測器
X射線熒光裝置(包括形成預干燥樣品材料的熔融透明扣狀體的技術)進行化學分析。這些分析的結果在表2中示出。表2中還示出的燒失量(LOI)通過將樣品在1050℃下放置過夜而進行測量。
[0355] 使用LECO C,S分析儀獲得C和S含量的值(在表3中示出)。用來自Micromeritics的Sedigraph測量粒度分布。
[0356] 使用來自Micromeritics的BET評價表4中示出的
比表面積(SSA)。
[0357] 對通過使用來自Bruker的D8裝置獲得的X射線衍射
光譜圖使用Topas
軟件獲得定量的礦物組成(在表5中示出)。
[0358] 表1：粒料的組成
[0359]
[0360] 表2：S4探測器XR獲得的礦物添加劑的化學組成
[0361]
[0362] 表3：使用LEGO獲得的礦物添加劑中的C和S含量
[0363]ppm C S
高嶺土 635 67
鋁土質高嶺土 1868 2819
白云石 120580 10
膨潤土 14100 11130
[0364] 表4：礦物添加劑的d10、d50和d90值，不同粒徑的重量％和SSA
[0365]
[0366] 表5：礦物添加劑的定量礦物分析
[0367]重量％ 高嶺土 鋁土質高嶺土 白云石 膨潤土
高嶺石 79 44
白云母 14
貝德石 67
石英 4.5 <1 4
三水鋁石 49
勃姆石 4
方解石 20 8
白云石 79 11
銳鈦礦 3 2
金紅石 2.5
石膏
重晶石 6
黃鐵礦 1
[0368] 粒化處理的細節(jié)
[0369] 用以2400rpm運轉且配備有3mm柵格的試驗規(guī)模
錘磨機碾磨草桿。對碾磨的草桿添加礦物添加劑以產生粒料。
[0370] 當只處理草桿時測定最佳的?；瘏?壓縮率＝7，并且加水率＝12％)，以獲得特征與EN 14961-6中描述的粒料最接近的粒料。對于各礦物添加劑，壓縮率保持恒定，而加水率進行微調。在?；陂g，測量壓縮系統的功率、擠出部件的生產率和溫度。
[0371] 粒料物理性質的細節(jié)
[0372] 隨后通過進行以下測量將粒料定量化：耐久性、硬度、容重和含水量，如表6所示。
[0373] 表6：粒料的物理性質
[0374]
[0375] 數據表明所有粒料的物理性質是相當的。
[0376] 燃燒殘渣的表征
[0377] 對于每個實施例，在燃
燒結束時，將底灰、積灰(在臥式換熱器上的燃燒區(qū)的垂直上方)和煙灰(在臥式換熱器的背面，排氣管在此處開始)收集并稱重。將底灰以8mm和3.15mm過篩，并且將隨后的級分稱重。計算總灰分含量并且以接收時材料的a％給出。
[0378] 使>8mm的底灰經受振動試驗以便評估其脆性。出于此目的，選擇直徑在31mm至8mm之間校準的數種底灰，以使其成為不同方面(熔融的、易碎的等)的代表。限定其數量，以使其填充9.5cm英寸直徑和1L體積的PE容器的三分之一。使>8mm的灰分在來自WAB
的Turbula中振動15分鐘。在5分鐘內將所得的灰分在配備有以下篩網的來自Fritsch的Analysette 3篩目系統上過篩：8mm、5mm、2.5mm、1mm、630μm。將配置選擇為使振幅為
0.2mm，并且每30秒確保有1秒的空閑期。用下式計算脆性指數：
[0379]
[0380] 其中
[0381] Ftndex ＞ 8mm ＝ (100-wt ％ ＞ 8mm)/10 并 且 Ftndex ＜ 630μm ＝ wt ％＜630μm/10(其中wt％表示重量％)。
[0382] 脆性指數(Findex)從1至10變化，并且最高值對應于脆性最高。
[0383] 對燃燒回收率和效率的效果
[0384] 燃燒回收率和效率的結果在表7中示出。
[0385] 表7：燃燒回收率和效率
[0386]
[0387] 對排放物的效果
[0388] 如表8中所示，分析物的對比表明灰塵排放物由于添加劑而顯著減少。對于所有3
試驗實施例，灰塵排放物都在等于150mg/m 的法國排放物限值以下。
[0389] 表8：實施例試驗期間監(jiān)測的灰塵排放物
[0390]實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 實施例7 實施例8
灰塵(mg/m3) 47.2 37.5 32.6 37.2 25.3 35.8 33.4 32.5
％偏差/實施例1 -21 -31 -21 -46 -24 -29 -31
線性理論偏差 -21 -35
[0391] 如表9中所示，分析物的對比表明氣體中不期望的組分由于添加劑而顯著減少。
[0392] 表9：在實施例試驗期間監(jiān)測的氣體排放物
[0393]
[0394] 關于H2S排放物，對于所有實施例而言，如表10中所示，其數值都遠遠在等于5mg/3
m 的法國排放物限值以下。
[0395] 表10：在實施例試驗期間監(jiān)測的H2S排放物
[0396]實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 實施例7 實施例8
H2S(mg/m3) <0.01 <0.02 <0.02 <0.02 <0.03 0.02 <0.02 <0.03
[0397] 重金屬排放物數據在表11中示出。
[0398] 表11：實施例試驗期間監(jiān)測的總(氣體+顆粒物)重金屬排放物
[0399]實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 實施例7 實施例8
Hg(mg/m3) <0.0011 <0.0011 <0.0011 <0.0023 <0.0012 0,0011 <0.0011 <0.0023
Cd(mg/m3) 0.002 0.002 0.001 0.002 0.001 0.002 0.002 0.001
Pb(mg/m3) 0.03 0.01 0.009 0.004 0.008 0.012 0.009 0.009
[0400] 灰分特性
[0401] 灰分分析數據在表12中示出。
[0402] 表12：總灰分含量
[0403]
[0404] 表13顯示了灰分分配。
[0405] 通過參考以下標準評價礦物對灰分特性的積極效果：>8mm底灰的重量％，其應當盡可能低以利于燃燒(<3.15mm底灰的重量％，其應盡可能的高)；以及從1到10的脆性指數，其應當盡可能的高以利于清潔燃燒區(qū)和去除灰分。
[0406] 表13：>8mm的底灰的灰分分配和脆性指數
[0407]
