本发明涉及煤炭能源技术领域，更具体地，涉及一种多功能燃煤添加剂及其应用。
背景技术：
能源危机问题已成为世界各国的共识，亦是我国一个重要战略问题。煤炭是我国的主要能源之一，时至今日，对煤炭的利用率低，浪费现象严重，造成环境污染等问题，认识不足仍然普通存在。目前，生产过剩，国家从供给侧宏观经济出发，对煤炭行业，采取了去库存的举措，这是正确的。但生产过剩是暂时的，从长远战略考量，如何提高煤炭的使用效率，减少对环境污染的排放，减轻雾霾对生命的危害，任何时候国人都不能放松。
中国专利200610032354X公开了一种用天然的高分子有机化合物做载体，同多种无机化合物配组研制出五大功能同时发挥作用的燃煤添加剂。但在该专利实践中发现了两个问题：一是使用剂量占燃煤量的1%，使用剂量太大，添加方式较难，增加了司炉工劳动量，司炉工不愿使用；二是除焦要5～7天，除焦速度慢，且焦垢不能自动剥落，加上难以提高“剂煤”混合均匀度，对添加剂功能的稳定性带来了一定的负面影响，严重地制约了产品的应用推广。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是针对现有煤炭添加剂的使用剂量大、焦垢不能自动剥落等问题，提供一种多功能燃煤添加剂，该多功能燃煤添加剂使用剂量小且使得燃煤焦垢能全部自动剥落。
本发明另一要解决的技术问题是提供所述多功能煤炭添加剂的应用。
本发明还一要解决的技术问题是提供所述多功能煤炭添加剂的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
提供一种多功能燃煤添加剂，所述多功能燃煤添加剂是由30～50重量份的载体和50～70重量份的多元素化合物组成；
以30～50重量份的载体的总量计，所述载体由17～25重量份的富含腐植酸的轻年代风化煤和13～25重量份富含铝硅酸盐并具有海绵状结构细微孔洞的天然矿物组成；
以50～70重量份的多元素化合物的总量计，所述多元素化合物包括11重量份氧化剂、8～14重量份膨松剂、5份有机渗透剂、11～14份催化剂和13～25份固硫剂。
优选地，所述天然矿物选自麦饭石、高岭土或珍珠岩中的一种或多种。
优选地，所述氧化剂为海克沙、KMnO4和/或KCIO4；优选所述氧化剂由8重量份高氯酸钾和3重量份海克沙组成。可选地，海克沙可用高锰酸钾代替。
优选地，所述膨松剂为NaCl和/或Na2[B4O3(OH)4]·8H2O；优选所述膨松剂由6～8重量份氯化钠和2～6重量份硼砂组成。
优选地，所述有机渗透剂为BX·A和/或渗透剂T。
优选地，所述催化剂为碳酸钠（Na2CO3）、二氧化锰（MnO2）和/或三氧化二铁（Fe2O3）；优选所述催化剂由3～6重量份碳酸钠、5重量份二氧化锰和3重量份三氧化二铁组成。
优选地，所述固硫剂为氧化钙（CaO）、氧化镁（MgO）和/或碳酸钡（BaCO3）；优选所述固硫剂由8～15重量份氧化钙、3～8重量份氧化镁和2重量份碳酸钡组成。
优选地，所述多元素化合物还包括缓蚀剂和/或消烟剂。
优选地，所述缓蚀剂为腐植酸；所述消烟剂为CaO和/或高氯酸钾（KCIO4）。
本发明同时提供了所述多功能燃煤添加剂在助燃、脱硫、除焦、消烟、缓蚀和/或除尘方面的应用。
本发明同时提供了所述多功能煤炭添加剂（粉剂）的制备方法，包括以下步骤：
S1.配料；
S2.粉碎，要求100~150目；
S3.搅拌，要求3~5分钟，以搅拌均匀为准；
S4.灌包（缝包）；成品入库。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明充分利用助燃节能机理，合理配置，添加剂助燃节能功能强。
煤炭燃烧不完全，其最后产物是一氧化碳，出现炉渣与烟灰含碳量高，烟黑气味难闻，能源浪费大，空气污染重，企业生产成本高等问题。添加剂加入就是要做到“完全燃烧”。本发明中合理添加的膨松剂在炉膛高温区受热爆裂，既增加了碳粒与氧接触面积，加强了燃烧力度，又搅动了煤层气流，促使碳粒表面的灰烬和不完全燃烧产物（一氧化碳）脱离，使之完全燃烧，从而起到节能作用。如以下反应式所示：
2C+O2=2CO （1）
C+O2=CO2 （2）
（2）本发明充分利用脱硫减排机理，合理配置，添加剂脱硫减排功能强。
本发明所述添加剂中的脱硫组分，在高温下其碱性氧化物同锅炉受热面上的烟垢，烟气中的硫化物（SO2•SO3），发生化学反应，生成硫酸盐，硫分子以硫酸根形式存于络合物，一般不分解，固化在灰渣中，随排渣机排出炉外，从而达到脱硫（SO2）减排目的。
反应式如以下所示：
CaO+SO2→CaSO3↓ （3）
CaSO3+ O2→CaSO4↓ （4）
CaO+SO3→CaSO4↓ （5）
CaO+CO2→CaCO3↓ （6）
CaCO3+ O2→CaCO4↓ （7）
MgO+SO3→MgSO4↓ （8）
MnO+SO2→MnSO3↓ （9）
MnSO3+O2→MnSO4↓ （10）
（3）本发明充分利用清灰除焦机理，合理配置，添加剂清灰除焦功能强。
本发明添加剂中，一是除焦剂在高温下产生白色的碱金属阳离子烟雾，随同渗透剂分子渗透到焦垢络合物毛细管中，同焦垢络合物阳离子产生同性相斥，使其不能凝聚成大颗粒。焦垢的细小颗粒能充分同氧接触被完全燃烧掉；添加剂中的氯化物同焦垢中的硫酸钙反应，反应后的硫酸钠和氯化钙物理性状变为酥松多孔，易粉化脱落，而且量也减少了。
二是在载体的多个含氧官能团特殊性能（如比表面积大、吸附性能强、膨润扩散性能强、离子交换性能特强）的作用下，加快了离子交换，改变了焦垢物理性状，使其多孔酥松翘起，在热流冲击下自动剥落。
三是在高温下除焦剂中的碱性物质和膨化物质改变了锅炉高温干式结焦处络合物内部离子浓度，离子浓度为里面浓度大，外面浓度小，由此产生渗透压差，增加了焦垢的破坏力度；在高温碱性物质同焦垢中的硫酸钙反应生成酥松的硫酸钠和碳酸钙易粉化脱落，同时除焦组分与焦垢中最坚硬的骨架结构“金属硅酸盐”发生化学反应，将硅酸盐中的金属以氧化物的形式熔出。
高温700℃以上破坏了焦垢的坚硬骨架，并且碱性物质和膨化物质在渗透剂的作用下，渗透到焦垢与金属受热面结合处，“离间”二者的结合，在热流冲击下，使焦垢自动剥落。
四是除焦组分的碱性物质，中和了低温湿式结焦处的硫酸，形成低熔点共融物，降低了焦垢分解温度，加快了焦垢分解速度，改变了焦垢物理状和化学成分，使其多孔、酥松翘起，在热流冲击下自动剥落。
反应式如下所示：
2NaCl+CaSO4→Na2SO4+CaCl2 （11）
Na2CO3+CaSO4→Na2SO4+CaCO3 （12）
Na2SiO3→Na2O+SiO2 （13）
Na2[B4O3(OH)4]•8H2O+Na2SiO3→2NaOH+2B2O3+SiO2+9H2O （14）
Na2CO3+H2SO4→Na2SO4+CO2↑+H2O （15）
（4）消烟和除尘机理
一是消烟剂在高温下，借催化剂之力加剧了燃煤内在水分子的裂解，置换出氧离子，进一步参与燃烧，而氢离子与碳离子相结合，产生大量的烷类气体（CH4甲烷），释放出大量能量，强化了焕然力度，提高了燃烧热值，促进污染源中的氮氧化物、烟尘、飞灰和PM2.5细颗粒物。
二是利用天然的高分子有机化合物，含氧官能团所具有的比表面积大，吸附性能强的特性，吸附被烟气夹带的粉尘及其他有害物质，尤其是肉眼看不见的细颗粒物，在氧化剂和催化剂的作用下被完全燃烧，既消除了黑烟，又大幅减轻了空气PM2.5颗粒物对大气的污染。
（5）本发明充分利用防锈缓蚀机理，合理配置，添加剂防锈缓蚀功能强。
金属生锈腐蚀过程就是金属表面阳极+、阴极－放电过程。添加剂中的天然高分子有机化合物（腐植酸），就是一种优质的两性胶体，能有效地阻止金属表面放电过程，是极好的综合性的防锈、缓蚀剂。而且它能与锅炉受热表面铁质起化学反应，生成不溶于水的腐植酸铁保护膜，增强了防腐能力，起到缓蚀作用。另外添加剂的碱性物质在锅炉高温层面上的腐蚀物质（如硫酸铁钠复盐和焦硫酸钠）未形成之前就发生化学反应，生成相应的易粉化的盐，随灰渣排走，这就从源头上遏止了腐蚀的形成，化学反应为：
R-(COOH)n+Fe2O3→Fe2R-(COOH)n （16）
综而述之，相对现有技术，本发明取得的显著进步方面主要在于：
（1）本发明除采用天然的风化煤作载体外，另增加了一种“富含铝、硅酸盐，并具有海绵状结构、细微孔洞巨大比表面的”天然矿物（麦饭石、高岭土、珍珠岩中的一种或多种）作载体，利用“双载体”的特殊功能来提高添加剂的综合效益。风化煤（富含腐植酸）的含氧官能团中的羰基、羟基、羧基、酚羟基、醌基等两性胶体的特殊功能和麦饭石、高岭土、珍珠岩等固有的巨大比表面积，所具有的强大吸附功能、分子扩散功能、离子交换功能、物质络合功能、缓释稳定功能等都能为提高煤炭添加剂的效用。
（2）在消烟除尘方面：为了减排N，改硝基氧化剂为氯基氧化剂，在载体作用下迅速扩大碳粒与氧接触面强化燃烧的同时，加剧了煤炭“内在水”和添加剂中的水分子裂解。置换出氧离子进一步参与燃烧，而氢离子迅速与碳离子结合，产生大量的烷类（CH4）气体，释放出大量能量，提高了燃烧热值，大大促进了污染源中的氮氧化物、烟尘、飞灰和PM2.5细颗粒物等各类杂质燃尽。加大了消烟除尘力度，从而提高了助燃、消烟和除尘效果，有利于防治雾霾的污染。
（3）在脱硫减排方面：在钙基、镁基脱硫基础上，增加了钡基脱硫剂，与此同时加大了载体中的铝、硅酸盐用量，加快了“Ca、Fe、S、Si”大分子体系的形成。使硫酸盐在2000℃高温下也不分解，从而提高了脱硫（固硫）效果及其减排的稳定性。
（4）在除焦方面：增加了强性有机渗透剂BX，强化了渗透功能。在“双载体”特殊功能作用下，加快了焦垢与金属受热面分离速度和离子交换力度，从而大大加快了除焦速度，提高了除焦力度，而且达到了“焦垢自动剥落”效果。
（5）同时具有助燃、固硫、消烟、除尘、除焦和缓蚀等功能，且使用剂量小，占燃煤量的0.1～0.15%。
（6）适用性广，凡是燃煤的锅炉、窑炉、无锅加热器都能使用。
（7）生产成本低，经济效益好，由于产品的载体材料单价比化合原料单价低许多，而且占比较大，本发明产品成本不到3000元/吨，同类产品市场销价一般在7000元/吨以上，费效比达1:6以上，具有较强的市场优势和开发价值。
（8）使用方法易，本产品使用剂量小，在大、中型工业锅炉上使用，只要在输送带上安装同步定量变频电机漏斗即可；在小型锅炉上使用，按比例要求用清水稀释20~50倍，用高压喷枪喷洒原煤表面即可入炉燃烧。
（9）实用功能多，节煤率在15%以上，操作到位可达20%以上；脱硫率在80%左右；锅炉除焦（垢）率在98%左右，而且焦（垢）自动剥落，不需停炉人工捅焦；消烟除尘效果明显，烟囱由黑烟到白烟到看不见烟，厂区锅炉排水，由黑浊变淡到清，空气由刺鼻气味到新鲜感；尤其是能烧掉飞灰细颗粒物，有利于防治雾霾污染。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明。下述实施例仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。除非特别说明，下述实施例中使用的原材料和设备为本领域常规使用的原材料和设备。
实施例1
所用原料重量组分如下：
载体选用：30份；其中：风化煤17份；麦饭石13份；
多元素化合物选用：70份；其中：海克沙3份；高氯酸钾8份；氯化钠9份；硼砂6份；有机渗透剂BX 5份；碳酸钠6份；二氧化锰5份；三氧化二铁3份；氧化镁8份；氧化钙15份；氧化钡2份。
添加剂制作工艺流程为：配料→粉碎（100~150目）→搅拌（10分钟/次）→灌包（缝包）→成品入库。
此配方在江西乐平市东风制药厂试应用。锅炉型号为DZL41.25A1，燃煤应用基热值4800大卡，含硫量1%。加药剂前炉渣含碳量28%，锅炉结焦(垢)严重，普遍有5~8毫米厚；投药剂3天：剂量为0.126%，节煤率为21.7%；投药24小时后，炉膛、炉拱、炉壁、水冷壁上的焦垢全部自动剥落；车间内闻不到刺鼻的气味；烟囱排烟由黑烟→白烟→无烟；锅炉排水由浑浊到清澈。说明该配方除焦、固硫、消烟和除尘效果很好，同时深受厂家好评。
实施例2
所用原料重量组分如下：
载体选用：40份；其中：风化煤20份；麦饭石10份；高岭土10份；
多元素化合物选用：60份；其中：海克沙3份；高氯酸钾8份；氯化钠7份；硼砂4份；有机渗透剂BX 5份；碳酸钠4份；二氧化锰5份；三氧化二铁3份；氧化镁7份；氧化钙12份；氧化钡2份。
添加剂制作工艺流程为：配料→粉碎（100~150目）→搅拌（10分钟/次）→灌包（缝包）→成品入库。
该配方在广东省东莞市道滘顺通纸品有限公司使用。锅炉型号为SZ16-1.25-AⅡ，燃煤为印尼烟煤，燃煤应用基热值4000大卡，含硫量0.8%，煤矸石占26%，挥发分为42%。该厂为了确保实验对比数据准确无误，专门安装了蒸汽流量表和燃煤计量仪。使用结果为：平均吨煤产气量4.42吨，比未加添加剂时的3.64吨，增产0.78吨，节煤率为21.43%，烟囱排烟由黑烟→白烟→无烟；锅炉排水由浑浊到清澈；锅炉焦垢自动脱落。说明该配方除焦、固硫、消烟和除尘效果很好，同时深受厂家好评。
实施例3
所用原料重量组分如下：
载体选用：50份；其中：风化煤20份；麦饭石15份；高岭土15份；
多元素化合物选用：50份；其中：高锰酸钾3份；高氯酸钾8份；氯化钠6份；硼砂2份；有机渗透剂BX 5份；碳酸钠3份；二氧化锰5份；三氧化二铁3份；氧化镁5份；氧化钙8份；氧化钡2份。
添加剂制作工艺流程为：配料→粉碎（100~150目）→搅拌（10分钟/次）→灌包（缝包）→成品入库。
该配方在广东省惠州市惠阳彩富工业有限公司使用。设备型号为TDK空气加热器，燃煤为印尼烟煤，燃煤应用基热值5000大卡，含硫量0.8%。加药剂前炉渣含碳量为29.8%，添加剂使用剂量为0.1%，使用结果为节煤率15.29%，烟囱排烟由黑烟→白烟→无烟；车间内无SO2气味；炉膛、炉拱、炉壁、水冷壁上的焦垢全部自动剥落；其固硫、消烟、除焦等效果显著。
实施例4
所用原料重量组分如下：
载体选用：53份；其中风化煤20份；麦饭石16份；珍珠岩17份。
多元素化合物选用：47份；其中：海克沙2份；高氯酸钾8份；氯化钠5份；硼砂2份；有机渗透剂BX 5份；碳酸钠3份；二氧化猛5份；三氧化二铁3份；氧化镁4份；氧化钙8份；氧化钡2份。
添加剂制作工艺流程为：配料→粉碎（100~150目）→搅拌（10分钟/次）→灌包（缝包）→成品入库。
此配方在湖南省永氮公司应用。使用15t/h的外循环滴化床锅炉，使用前，该锅炉在生产过程中经常发生返料结焦堵死现象，故障频繁，我们采用上述添加剂，白班按0.1%剂量从跌煤口中投入。晚班发现返料器旋风筒内的焦块大量剥落，16个小时后，焦垢全部清除，对流管、省煤器等管道外壁及炉体内已无结焦。试用14天：锅炉结煤转速由600转/分钟降至500转/分钟，烟囱出烟由黑烟逐步转白，麻石除尘器的水由黑色转为灰白，厂区空气变新鲜了，节煤率为15%，添加剂使用剂量可小于0.1%，为用户产生较高的经济效益。