CN101338237B - 一种用于城市生活垃圾焚烧炉的清灰除焦剂配方 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于城市生活垃圾焚烧炉的清灰除焦剂配方，其成分及质量百分含量为：硝酸盐50～70％、疏松剂5～10％、氯化钠10～15％，活化剂5～15％，蛭石5～10％、氯氧化铜1～2％，硝酸盐是硝酸铜和硝酸钠，疏松剂是指硼砂，活化剂是硝酸铵、碳粉及硫磺粉。本发明应用于城市生活垃圾焚烧炉清灰除焦领域，对于改善垃圾焚烧炉的积灰结渣情况有良好效果。

Description

一种用于城市生活垃圾焚烧炉的清灰除焦剂配方

技术领域

本发明应用于城市生活垃圾焚烧炉清灰除焦领域，特别涉及一种用于城市生活垃圾焚烧炉的清灰剂。

背景技术

锅炉受热面的积灰和结渣是锅炉运行中的普遍现象，也是危害锅炉安全运行的重要影响因素之一。由于灰污层的导热系数比金属管壁低数百倍，受热面即使是轻度积灰，积灰层带来的附加热阻也将占汽水受热面内外总传热热阻的1/3以上。锅炉出现积灰和结渣问题，轻则造成受热面传热不良，排烟温度升高，锅炉效率降低；重则使燃烧工况恶化，迫使机组降负荷运行，严重影响锅炉运行的安全性和经济性。

锅炉受热面产生积灰和结渣，主要是燃料燃烧时燃料中的矿物成分发生作用的结果，其燃烧特性直接影响到粘结性灰污在受热面上的生成情况。因此，可以通过向炉内投入化学药品来改变矿物质在炉内的反应历程，从而改变其灰污特性。上世纪六十年代，以铜为主要成分的添加剂开始用于解决炉膛积灰、结焦，并已开发成产品在一些国家应用。八十年代我国清灰剂问世，现已广泛用于清除锅炉受热面上的积灰和结渣。

生活垃圾是指在日常生活中，或者为日常生活提供服务的活动中，产生的固体废弃物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废物。随着中国城市化进程的不断加快，城市生活垃圾增长的高峰也随之而来。而居民生活水平的提高，使得城市生活垃圾有机物含量不断提高，相应的垃圾热值也随之提高。

垃圾焚烧发电技术由于除毒彻底、兼容效果好以及占地面积小等特点，已成为发达国家处理城市垃圾、回收资源的一种主要方式。国内近几年垃圾焚烧发电发展也较快，以江苏为例，在苏南地区苏锡常每个城市都建有垃圾焚烧发电厂，而苏州地区更是每个县级市都建有垃圾焚烧发电厂。仅苏州光大集团年发电量就达10⁸kW·h以上，为国家提供电力资源的同时，也在一定程度上缓解了国家能源短缺带来的压力。

垃圾燃料与一般燃料(煤、重油、天然气)相比，成分复杂多变，发热值低而含水量高，质地相当低劣；焚烧过程极为复杂，气、液、固体多项反应混合发展，多孔介质中的传递、同相和异相间传递交互发生，并受晶界过程、电化学过程和应力演变过程等多重因素的影响。另外，垃圾质量也随季节、年代和地区而变化，相应的热值变化幅度较大，结果焚烧过程中烟气温度和成分波动也很大。结合各种锅炉受热面积灰和结渣预测方法，通过对垃圾燃料和垃圾焚烧灰渣成分分析可知，垃圾焚烧炉炉积灰结渣倾向严重，而实际中垃圾焚烧炉也往往存在较严重的积灰现象。

目前应用于锅炉受热面的清灰剂或除焦剂一般通过提高灰熔点温度、聚晶、阻止各种成分灰相互结合、在渣内形成断裂层、自然碎裂脱落等作用来减轻受热面的积灰和结渣。目前常见的清灰剂或除焦剂主要有两大类：氧化型和盐型。前者的主要成分是硝酸盐，后者则主要含有NaCl、Na₂CO₃等碱金属盐等。此外硼砂、氧化锌等也常作为除焦剂的添加剂。

在锅炉清灰除焦剂的使用过程中，应首先认清受热面灰渣的形式、成分及物理状态等。针对不同类型的灰渣，应选用合适的清灰除焦剂。如选用不当，不仅可能起不到清灰除渣效果，还有可能促进灰渣的形成。通过对国家知识产权局专利检索可知，已公布的清灰剂、除焦剂专利“0114877.2”、“200410019016”、“03132103.8”、“200510041561.7”等均为针对常规燃煤锅炉的，并不适用于垃圾焚烧炉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于城市生活垃圾焚烧炉的清灰除焦剂配方，防止和减轻城市生活垃圾焚烧炉受热面积灰或结渣程度，从而提高锅炉效率，延长垃圾焚烧炉的安全运行周期。

本发明的技术方案是这样实现的：

其成分及质量百分含量如下：

硝酸盐    50～70％

疏松剂    5～10％

氯化钠    10～15％

活化剂    5～15％

蛭石      5～10％

氯氧化铜  1～2％

所述的硝酸盐是硝酸铜和硝酸钠。

所述的疏松剂是指硼砂。

所述的活化剂是硝酸铵、碳粉及硫磺粉。

本发明的制作工艺为：

取硝酸盐(硝酸铜和硝酸钠)50～70％、硼砂5～10％、氯化钠10～15％、活化剂(硝酸铵、碳粉及硫磺粉)5～15％、蛭石5～10％、氯氧化铜1～2％称重混合后进行破碎至50～40目细度颗粒占80％以上；

将破碎后的混合物加入搅拌机内搅拌均匀；

对搅拌后的混合物进行干燥处理，干燥温度为100℃～150℃，干燥时间为10～20分钟；

最后经检验包装为成品入库。

本发明应用于城市生活垃圾焚烧炉清灰除焦领域，对于改善垃圾焚烧炉的积灰结渣情况有良好效果。将本发明的清灰剂按垃圾焚烧炉日耗垃圾量的千分之一左右投放至垃圾焚烧炉的炉膛高温区，可以明显改善垃圾焚烧炉受热面的积灰结渣情况。不仅可以与壁面上已经形成的积灰发生反应使之疏松脱落，还可以预防积灰的形成和起到助燃作用。而炉膛出口温度和排烟温度的降低则保证了锅炉效率的提高和锅炉安全运行周期的拉长，从而带来可观的经济效益和社会效益。

具体实施方式

本发明用于城市生活垃圾焚烧炉的清灰除焦剂配方其成分及质量百分含量如下：

硝酸盐(硝酸铜和硝酸钠)        50～70％

硼砂(疏松剂)                  5～10％

氯化钠                        10～15％

活化剂(硝酸铵、碳粉及硫磺粉)  5～15％

蛭石                          5～10％

氯氧化铜                      1～2％

其中的硝酸铜和硝酸钠是氧化型清灰剂的主要成分，垃圾焚烧炉积灰属于粘结性强的高温烧结灰，而氧化型清灰剂对于清除这种类型积灰有较好效果，因此，将硝酸钠和硝酸钾作为垃圾焚烧炉清灰剂的主要成分。

硝酸钠在750℃以上即开始分解，并生成氧化钠、过氧化钠及各种氮氧化物(如Na₂O₂、Na₂O、NaO₂和NO、N₂O₃、N₂O₅等)。硼砂在700℃以下即开始分解：

Na₂B₄O₇→2NaBO₂+B₂O₃    (1)

钠的氧化物与炉内的CO₂、H₂O、SO₂等进一步反应，生成Na₂CO₃、NaOH和Na₂SO4。也有一部分被熔融硅酸盐颗粒吸收。因此添加剂落在沉积物上的成分有：NaNO₃、NaNO₂、Na₂B₄O₇、NaBO₂、B₂O₃、Na₂CO₃、Na₂SO₄及各种钠的氧化物。各成分落在沉积面上的量，除与加入的添加剂量有关以外，还与经历的加热过程以及沉积表面温度有关。这些成分与沉积物成分之间可发生下列反应：

2NaNO₃+SiO₂→Na₂SiO₃+N₂O₃       (2)

Na₂CO₃+SiO₂→Na₂SiO₃+CO₂        (3)

Na₂CO₃+Na₂S₂O₇→2Na₂SO₄+CO₂     (4)

Na₂O+Na₂S₂O₇→2Na₂SO₄           (5)

Na₂O+SiO₂→Na₂SiO₃              (6)

反应(2)、(3)、(4)发生后产生气体，这有利于沉积物变得疏松。此外硝酸盐产生的碱金属阳离子附着于受热面上，可防止飞灰的沉积。并利用硝酸盐分解时产生的冲击波在受热面灰渣上发生微爆反应，使灰渣变得疏松易于脱落。

硼砂可作为良好的疏松剂，落在沉积物上后使沉积物熔点降低。对粘稠型结渣，硼砂的加入，使其粘度大大降低，增加了灰渣的流动性。硼砂还可与灰渣中的焦硫酸盐发生反应：

2NaBO₂+Na₂S₂O₇→2Na₂SO₄+B₂O₃  (7)

使灰沉积物粘度降低，从而减弱其附着作用。

氯化钠是盐型清灰剂的主要成分，可以与其他硫酸盐发生纯化作用，生成Na₂SO₄和氯化物：

Fe₂(SO₄)₃+6NaCl→3Na₂SO₄+2FeCl₃    (8)

Al₂(SO₄)₃+6NaCl＝3Na₂SO₄+2AlCl₃    (9)

CaSO₄+2NaCl→Na₂SO₄+CaCl₂          (10)

MgSO₄+2NaCl→Na₂SO₄+MgCl₂          (11)

K₂SO₄+2NaCl→Na₂SO₄+2KCl₂          (12)

纯化生成的Na₂SO₄易粉化，因而降低了粘结强度，并且还生成了易挥发成分。

氯化作用是一些氧化物和氯存在时，生成氯化物和CO₂：

Al₂O₃+6Cl₂+3/2C→2AlCl₃+3/2CO₃    (13)

Fe₂O₃+6Cl₂+3/2C→2FeCl₃+3/2CO₃    (14)

SiO₂+2Cl₂+C→SiCl₄+CO₂            (15)

反应生成的AlCl₃、FeCl₃等都极易升华(升华点分别为180.7℃、319℃)，从而使积灰和结渣产生剥离和疏松，易于脱落。

硝酸铵、碳粉及硫磺粉化学活性很强，是可燃烧或助燃的物质，当投药与于炉内时，可以发生剧烈的氧化还原作用：

2NaNO₃+S+C→Na₂S+N₂+3CO₂    (16)

这个反应非常强烈，有气浪冲击作用。若在沉积物内部发生，显然能使沉积强度下降。生成的Na₂S与氧气发生反应：

2Na₂S+O₂+2H₂O→4NaOH+2S     (17)

从以上两式可以看出，只要有足够的NaNO₃和C，微量的硫就足以使反应(16)进行下去。

蛭石的膨胀特性容易使灰渣出现裂纹。

氯氧化铜(3CuO·CuCl₂·4H₂O)使灰粘结强度降低，液态渣结晶速度增加，并促使气泡形成。氯氧化铜被加热时形成挥发性氧化亚铜，在熔融灰粒表面上的氧化亚铜被氧化亚铁还原成金属铜：

2FeO+Cu₂O→Fe₂O₃+2Cu        (18)

金属铜为促进红铁矿和尖晶石结晶的核心。另外，Fe₂O₃的熔点要比FeO高很多。实践中氯氧化铜取得了较好的防焦效果。

实施例一：

首先取硝酸盐(硝酸铜和硝酸钠)58Kg、硼砂10Kg、氯化钠10Kg、硝酸铵3Kg、碳粉4Kg、硫磺粉3Kg、蛭石10Kg、氯氧化铜2Kg混合后进行破碎至50～40目细度颗粒占80％以上；然后将破碎后的混合物加入搅拌机内搅拌均匀；对搅拌后的混合物进行干燥处理，干燥温度为100℃～150℃，干燥时间为10～20分钟；最后经检验包装为成品入库。

实施例二：

首先取硝酸盐(硝酸铜和硝酸钠)60Kg、硼砂10Kg、氯化钠10Kg、硝酸铵5Kg、碳粉5Kg、硫磺粉3Kg、蛭石5Kg、氯氧化铜2Kg混合后进行破碎至50～40目细度颗粒占80％以上；然后将破碎后的混合物加入搅拌机内搅拌均匀；对搅拌后的混合物进行干燥处理，干燥温度为100℃～150℃，干燥时间为10～20分钟；最后经检验包装为成品入库。

实施例三：

首先取硝酸盐(硝酸铜和硝酸钠)65Kg、硼砂10Kg、氯化钠10Kg、硝酸铵3Kg、碳粉2Kg、硫磺粉3Kg、蛭石5Kg、氯氧化铜2Kg混合后进行破碎至50～40目细度颗粒占80％以上；然后将破碎后的混合物加入搅拌机内-搅拌均匀；对搅拌后的混合物进行干燥处理，干燥温度为100℃～150℃，干燥时间为10～20分钟；最后经检验包装为成品入库。

实施例四：

首先取硝酸盐(硝酸铜和硝酸钠)55Kg、硼砂10Kg、氯化钠15Kg、硝酸铵4Kg、碳粉4Kg、硫磺粉4Kg、蛭石6Kg、氯氧化铜2Kg混合后进行破碎至50～40目细度颗粒占80％以上；然后将破碎后的混合物加入搅拌机内搅拌均匀；对搅拌后的混合物进行干燥处理，干燥温度为100℃～150℃，干燥时间为10～20分钟；最后经检验包装为成品入库。

实施例五：

首先取硝酸盐(硝酸铜和硝酸钠)50Kg、硼砂10Kg、氯化钠15Kg、硝酸铵5Kg、碳粉4Kg、硫磺粉4Kg、蛭石10Kg、氯氧化铜2Kg混合后进行破碎至50～40目细度颗粒占80％以上；然后将破碎后的混合物加入搅拌机内搅拌均匀；对搅拌后的混合物进行干燥处理，干燥温度为100℃～150℃，干燥时间为10～20分钟；最后经检验包装为成品入库。

Claims (3)

1.一种用于城市生活垃圾焚烧炉的清灰除焦剂配方，其特征在于，其成分及质量百分含量如下：

所述的活化剂是硝酸铵、碳粉及硫磺粉。

2.根据权利要求1所述的用于城市生活垃圾焚烧炉的清灰除焦剂配方，其特征在于，所述的硝酸盐是硝酸铜和硝酸钠。

3.根据权利要求1所述的用于城市生活垃圾焚烧炉的清灰除焦剂配方，其特征在于，所述的疏松剂是指硼砂。