鍋爐鉻基除焦節(jié)煤劑組合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于發(fā)電、熱電、石油、化工和冶金等行業(yè)燃煤鍋爐使用的燃煤添加劑，具體地說是一種鍋爐鉻基除焦節(jié)煤劑組合物，本發(fā)明還涉及鍋爐鉻基除焦節(jié)煤劑組合物的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]1、鍋爐結(jié)渣、結(jié)焦給鍋爐帶來的危害
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)擁有的鍋爐約50萬臺(tái)，而且鍋爐用煤的煤種復(fù)雜、產(chǎn)地廣和優(yōu)劣不一，鍋爐的結(jié)焦結(jié)渣問題成了困擾鍋爐正常運(yùn)行的一大難點(diǎn)，由于鍋爐結(jié)焦結(jié)渣給鍋爐帶來了如下危害:
(I)鍋爐受熱面由于結(jié)焦、結(jié)渣體導(dǎo)熱系數(shù)很小，僅為受熱面金屬的I/ 400，使得熱阻顯著增大，傳熱狀況迅速惡化，排煙溫度升高，導(dǎo)致鍋爐熱效率降低，影響余熱鍋爐出力。據(jù)測算，全國工業(yè)鍋爐平均熱效率只有70%，比發(fā)達(dá)國家降低15?20個(gè)百分點(diǎn)，因此年浪費(fèi)原煤8000?10000萬噸，直接損失約50億。
[0003](2)結(jié)焦使煙氣流通截面積減少，流動(dòng)阻力增大，爐膛正壓明顯升高。一方面，使風(fēng)機(jī)的耗電量增加；另一方面，造成微正壓運(yùn)行，煙氣泄漏加劇，嚴(yán)重影響鍋爐的正常運(yùn)行；同時(shí)，造成環(huán)境污染，影響安全生產(chǎn)。
[0004](3)受熱面上的結(jié)渣、結(jié)焦成份，如鈉、硫、硫酸鐵等，在一定的溫度下，對(duì)受熱面有很強(qiáng)的腐蝕作用。資料表明，硫在300?400°C時(shí)很容易與碳鋼直接反應(yīng)生成硫酸亞鐵，形成高溫腐蝕，在450°C以上，其對(duì)爐管的破壞作用更為嚴(yán)重，硫酸鐵呈酸性且易吸潮，在停爐降溫后，它開始吸潮潮解，在受熱面形成強(qiáng)酸性的腐蝕環(huán)境，致使受熱面停工階段受稀酸腐蝕的侵害。
[0005](4)結(jié)焦結(jié)渣造成鍋爐中煤燃燒不完全，煙塵中CO、SO2等含量上升，嚴(yán)重污染環(huán)境。
[0006](5)結(jié)渣、結(jié)焦嚴(yán)重最終要致使鍋爐停爐人工清焦，人工清焦不僅要有足夠的停車時(shí)問，而且經(jīng)常發(fā)生燒、燙傷事故，給安全生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重威脅。同時(shí)，由于停車時(shí)間長，影響整個(gè)后續(xù)裝置生產(chǎn)，給企業(yè)帶來極大的損失，增加檢修費(fèi)用。在中國，工業(yè)鍋爐是國計(jì)民生中不可缺少的熱源設(shè)備，既是耗煤大戶，又是大氣的一大污染源，年耗原煤4.3億噸，年排放煙氣7.2萬億標(biāo)準(zhǔn)立方米，煙塵和302有各20萬噸，三者占全國總排放量的三分之一以上。
[0007]我國在用工業(yè)鍋爐有如下特點(diǎn)，一是以燒原煤為主，而且煤種多、煤種雜和煤質(zhì)不達(dá)標(biāo)；二是臺(tái)數(shù)甚多，尤其小型鍋爐居多數(shù)，手燒爐有相當(dāng)數(shù)量；三是分布極廣，尤其生活鍋爐分布居民區(qū)；四是結(jié)構(gòu)陳舊，技術(shù)含量低，幾乎無高技術(shù)含量；五是儀表控制水平差，自控率很低；六是設(shè)計(jì)制造質(zhì)量欠佳。而煤種的情況更是千差萬別，主要是含硫份高、灰份大和灰溶點(diǎn)低，這是造成鍋爐結(jié)焦的主要原因。
[0008]2、鍋爐受熱面結(jié)焦、結(jié)渣機(jī)理工業(yè)鍋爐煙火側(cè)受熱面結(jié)焦、結(jié)渣，是燃煤燒油鍋爐的共有現(xiàn)象，結(jié)焦卻是燃煤鍋爐所獨(dú)有的現(xiàn)象，結(jié)渣或結(jié)焦均起因于燃料所含有的除碳、氫以外的礦物雜質(zhì)。
[0009](I)高溫干式結(jié)焦、結(jié)渣:在鍋爐受熱面較高的區(qū)域，如水冷壁、過熱器和蒸發(fā)器等，結(jié)焦、結(jié)渣主要有:
①低熔點(diǎn)硫酸鈉生成:S03+Na20 — Na2SO 4，熔點(diǎn)884°C，一遇到溫度低于其熔點(diǎn)的受熱面即固著在上面。
[0010]②焦硫酸鈉生成。熔點(diǎn)更低的硫酸鐵鈉復(fù)鹽的生成(有腐蝕受熱面鐵質(zhì)的作用)。
[0011]③其它金屬硫酸鹽的形成:CaO+ S03— CaSO4 ；MgO+ S03— MgSO4。
[0012](2)低溫濕式結(jié)渣、結(jié)焦發(fā)生在低溫受熱面上，如省煤器和空氣預(yù)熱器，在結(jié)焦、結(jié)渣過程中因有水份參加，主要有:
①燃料中含硫量高時(shí)，煙氣中三氧化硫含量亦高，則煙氣露點(diǎn)也隨之增高，越易在較高的溫度下形成硫酸，空氣預(yù)熱器的受熱面特別是空氣進(jìn)口的冷端部分的溫度，會(huì)低于煙氣露點(diǎn)很多，有硫酸凝出。
[0013]②硫酸對(duì)煙氣中灰分的粘著，灰分中的金屬氧化物與硫酸反應(yīng)生成相應(yīng)的金屬硫酸鹽，在與未反應(yīng)的灰分雜質(zhì)混合結(jié)為渣體或焦體。
[0014]目前，在我國還沒有足夠的財(cái)力對(duì)鍋爐進(jìn)行更新改造，且煤種無法實(shí)現(xiàn)全部達(dá)標(biāo)的情況下，只有采用化學(xué)的方法來解決這一問題。本發(fā)明提供的鍋爐鉻基除焦節(jié)煤劑正是為了解決這一問題而開發(fā)研制的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，是鍋爐行業(yè)實(shí)現(xiàn)長周期、高負(fù)荷安全運(yùn)行的有效途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于提供一種燃燒煤粉鍋爐使用的鍋爐鉻基除焦節(jié)煤劑組合物；本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供鍋爐鉻基除焦節(jié)煤劑組合物的制備方法。該鍋爐鉻基除焦節(jié)煤劑組合物對(duì)鍋爐無腐蝕，能快速有效去除鍋爐內(nèi)的結(jié)渣、結(jié)焦與積灰，節(jié)煤降耗，有效改善鍋爐燃燒環(huán)境，特別適用于低揮發(fā)分、高灰分、中低發(fā)熱值煤種的燃燒環(huán)境。
[0016]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:一種鍋爐鉻基除焦節(jié)煤劑組合物，由下述質(zhì)量份數(shù)的原料組成:三氧化二鉻Cr2O3 65?80份、硫酸銅CuSO4 12?20份、氧化鈰CeO2 8?13份、五氧化二釩V2O5 8?13份、二氧化錳MnO2 10?16份、高錳酸鉀KMnO412?18份、氯酸鉀KClO3 6?11份、氧化鋅ZnO 15?22份、鉬酸鉀K2MoO4 10?15份、碳酸鈷CoCO3 8?13份、碳酸鋇BaCO3 9?15份、碳酸鈉Na2CO3 30?40份、三氯化鐵FeCl36?10份、活性凹凸棒白土 40?55份與滲透劑JFC 0.1?0.3份。
[0017]將上述重量份數(shù)的原料制備成鍋爐鉻基除焦節(jié)煤劑組合物的方法包括下述步驟:
1、將上述質(zhì)量份數(shù)的三氧化二鉻、硫酸銅、氧化鈰和五氧化二釩混合均勻，用研磨機(jī)進(jìn)行破碎過80目篩，制得第一粉末；
2、將上述質(zhì)量份數(shù)的活性凹凸棒白土粉碎過20目篩，加入到第一粉末，混合攪拌30分鐘至均勻，制得第二粉末；
3、將上述質(zhì)量份數(shù)的二氧化錳、高錳酸鉀、氯酸鉀、氧化鋅、鉬酸鉀、碳酸鈷、碳酸鋇、三氯化鐵、碳酸鈉和滲透劑JFC混合均勻，粉碎過40目篩，制得第三粉末；
4、將制得的第二粉末和第三粉末混合，攪拌均勻制成鍋爐鉻基除焦節(jié)煤劑組合物。
[0018]本發(fā)明鍋爐鉻基除焦節(jié)煤劑組合物，其外觀為淺綠黃色粉末狀，粒度直徑20?80目，水分< 6%，堆積密度為1.04?1.16g/cm3。使用時(shí)，添加量為鍋爐用原煤量的萬分之三左右，添加方法是用加料機(jī)將本發(fā)明產(chǎn)品均勻添加在輸煤皮帶或給煤刮板機(jī)內(nèi)。
[0019]本發(fā)明所用原料的組份主要作用和機(jī)理如下所述:
1、三氧化二鉻:本發(fā)明組合物中添加的三氧化二鉻的鉻離子在鍋爐爐膛中在CuSO4/Ce02/V205復(fù)合催化劑的作用下，不斷與煤灰成分中的硅酸鹽、鋁硅酸鹽、硫酸鐵鹽相互作用，即在晶核誘導(dǎo)下生產(chǎn)高溫礦物鉻系尖晶石群絡(luò)，使焦渣由玻璃態(tài)的焦渣體，變?yōu)榻Y(jié)晶形態(tài)焦渣體，能快速高效的除去鍋爐中的焦渣。三價(jià)鉻離子可完全替代有毒有害的六價(jià)鉻離子，氧化鉻(CrO3)的六價(jià)鉻離子對(duì)皮膚及呼吸器官有毒有害和損傷。而三氧化二鉻及其水合物可以考慮是無毒的(參考《鉻化物生產(chǎn)與應(yīng)用》的第三十九章鉻鹽生產(chǎn)中的安全技術(shù)及勞動(dòng)保護(hù)，P334頁)。經(jīng)過工業(yè)試驗(yàn)和不斷研宄，三氧化二鉻完全能取得比鉻酸酐更好的除焦渣和清灰效果。
[0020]2、硫酸銅、氧化鈰、五氧化二釩:硫酸銅、氧化鈰和五氧化二釩在本發(fā)明中作為復(fù)合催化劑，催化劑的加入可以增加燃煤的活性，強(qiáng)化燃煤的燃燒，起到強(qiáng)烈的助燃、增能、脫硫和節(jié)煤的作用。加入復(fù)合催化劑后，使碳的晶格發(fā)生扭曲變化，碳-金屬絡(luò)合物容易從晶格中脫離出來，碳的活性就提高了。燃煤傳統(tǒng)的燃燒方式是通過煤表面與氧氣接觸，遇火燃燒，這種低效的燃燒方式，除導(dǎo)致游離炭的流失外，還使部分煤核中的可燃部分被浪費(fèi)。
[0021]3、二氧化錳、高錳酸鉀、氯酸鉀、氧化鋅:高錳酸鉀、氯酸鉀、氧化鋅在本發(fā)明中作為氧化劑，高錳酸鉀、氯酸鉀為主氧化劑。高錳酸鉀可在200°C?240°C溫區(qū)分解反應(yīng)出氧氣；氯酸鉀可在300°C?350°C溫區(qū)分解放出氧氣；二氧化錳和氧化鋅可在400°C以上溫區(qū)分解反應(yīng)出氧氣。氧化劑可在鍋爐燃燒過程的不同溫區(qū)持續(xù)分解反應(yīng)出氧氣，極大地改變煤燃燒時(shí)局部缺氧的狀況，繼而起到提高煤的燃燒效率，減小灰渣含碳量的作用，降低空氣污染，減少能源浪費(fèi)。二氧化錳和氧化鋅在加熱時(shí)可分解釋放出氧氣，并具有緩蝕作用，在煤燃燒過程中對(duì)鍋爐有防腐、去煙和降塵作用，利于環(huán)保。
[0022]4、鉬酸鉀:鉬酸鉀也是一種輔助性催化劑，也是一種很好的高溫靜電劑，它在鍋爐燃燒的環(huán)境中提供活潑的鉬離子和鉀離子，能提高燃煤的脫硫活性和燃燒活性，使燃煤中碳的晶格發(fā)生扭曲變化，碳-金屬絡(luò)合物容易從晶格中脫離出來，熱分解釋放出的活性氧加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?，進(jìn)而提高了燃煤的燃燒效率；對(duì)金屬材料具有很好的緩蝕保護(hù)性，能有效地防止鍋爐的腐蝕；并對(duì)302有催化氧化作用，能夠促進(jìn)中間產(chǎn)物的生成速率，從而加大脫硫效率。
[0023]5、三氯化鐵:三氯化鐵具有脫硫、清灰、降塵作用，利于環(huán)保。
[0024]6、碳酸鈷、碳酸鋇、碳酸鈉:碳酸鈷、碳酸鋇、碳酸鈉在本發(fā)明中作為膨松劑，它們加熱后在鍋爐內(nèi)燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生微爆，使本發(fā)明組合物更好地與燃煤混合、滲入；碳酸鈷和碳酸鋇在較高溫度的焦渣體中生成氣孔，降低焦渣的粘度，使焦渣體變?yōu)槭杷蔂睿岳阱仩t受熱面的清渣除垢。
[0025]7、活性凹凸棒白土:活性凹凸棒白土在本發(fā)明中作為催化劑的載體和吸附劑，能將催化劑被均勻的吸附分散到活性凹凸棒土的微孔和表面，使催化劑分散后增大比表面積，提高催化劑的活性和效果。它可有效地將燃煤中表水吸附在助燃劑內(nèi)，水是穩(wěn)定劑，它能使助燃劑在使用時(shí)有效地降溫，使助燃劑只有在燃煤燃燒最需要增氧時(shí)才反應(yīng)出氧，避免了助燃劑提前升溫反應(yīng)出氧，提高了助燃效果。
[0026]8、滲透劑JFC:滲透劑JFC在燃煤中把本發(fā)明組合物進(jìn)行乳化和滲透，使催化劑能均勻地滲透到煤粒表面，能在燃燒前使催化劑與所添加的其他組分充分混合。
[0027]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，鉻離子在高溫下屬最活潑的多價(jià)金屬離子，能快速形成以鉻離子為晶核的礦物尖晶石群絡(luò)，是其他金屬離子無法與其相比。但Cr3+沒有Cr6+活潑，故要選擇相適應(yīng)的催化劑相輔助，才能使Cr3+離子活潑性達(dá)到或超過Cr6+離子的活潑性。鍋爐爐膛燃煤在燃燒過程中Cr2O3的Cr3+離子在優(yōu)選的CuS0