CN102337169A - 锅炉多元除渣清灰节能剂组合物及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于电力、石化、热电等大中小型煤粉固态排渣锅炉的除焦、防焦与清灰助剂。一种锅炉多元除渣清灰节能剂组合物，由下述组分及重量份数组成：碳酸锰7～21份，硫酸锰7～13份，高锰酸钾2～6份，氧化铜8～26份，碳酸铜9～13份，硼砂10～20份，硫酸锌3～13份，硝酸锌5～8份，蛭石8～28份，氢氧化铝15～40份，三氧化二铝3～7份，钼酸钠6～12份，硅藻土7～12份。本发明无毒无害，对生产环境使用环境没有污染，确保产品生产工人、锅炉操作人员的身体健康；使易结焦煤种的燃烧环境得以良好改善，生成的渣体疏松多孔自动周期脱落，对锅炉无腐蚀，锅炉使用寿命延长，热效率提高，除渣防焦性能和节能降耗效果远高于欧美除渣剂。

Description

锅炉多元除渣清灰节能剂组合物及其制备工艺

技术领域    本发明涉及一种适用于电力、化工、石油、热电等大中小型煤粉固态排渣锅炉的除焦、防焦与清灰助剂，尤其是一种锅炉多元除渣清灰节能剂，本发明还涉及锅炉多元除渣清灰节能剂的制备工艺。

随着工业的快速发展，电力需求不断增大，由于我国地域煤炭分布不合理加之各地燃煤性质差异大，造成燃煤锅炉高温受热面水冷管壁、四角喷燃器周围的结渣、过热器系统积灰，这些结渣、积灰极大危害着锅炉的正常安全经济运行，主要危害如下：

(1)积灰和结渣将降低炉内受热面的传热能力；沉积在受热面上的结渣和积灰层的导热系数很低，热阻很大，使得水冷壁在发生玷污数小时后其传热能力一般将下降30％～60％，导致炉内火焰中心后移，炉膛出口烟温升高。降低了锅炉的热效率。

(2)由于炉内受热面的积灰和结渣，炉膛出口烟温相应升高，使得飞灰容易粘结在屏式和对流过热器上，引起过热器的高温粘结性积灰和腐蚀，堵塞烟气通道，引起传热恶化。

(3)低温积灰将引起省煤器和空气预热器的堵塞和传热效果的显著下降，从而使锅炉的排烟温度提高、热损失上升，降低锅炉运行的经济性。

(4)由于锅炉受热面总的传热热阻增大，锅炉可能无法维持在满负荷工况下运行，只好增加燃煤量，引起炉膛出口烟温进一步升高，使得飞灰更加容易粘结在受热面上，造成恶性循环，导致一系列锅炉事故，如过热器和省煤器管束堵灰、传热恶化和爆管，空气预热器大量漏风，出渣系统堵塞失灵。

(5)由于炉膛出口烟温升高，导致过热汽温偏高，高温过热器受热面形成局部超温，从而引起金属强度降低而发生爆管事故。

(6)粘结在水冷壁或高温过热器上的积灰层或熔渣具有较强的腐蚀性，在高温烟气的作用下会与管壁金属发生复杂的化学反应，形成高温腐蚀。发生高温腐蚀时，水冷壁管的平均腐蚀速度可达0.8～2.6mm/年。若燃用高硫煤，腐蚀区受到高温烟气的直接冲刷，其腐蚀速度可达5mm/年以上。可见，高温腐蚀会使水冷壁或高温过热器金属管壁发生强烈腐蚀，导致管壁减薄甚至于发生爆管停炉事故。因此，受热面发生玷污和结渣是发生高温腐蚀的前兆。

锅炉受热面由于积灰和结渣可造成的经济损失主要有：

(1)炉膛出口烟温和排烟温度的提高将降低锅炉的出力和效率，据国内外资料统计结果，锅炉平均效率会因此而降低1％～2％，并增大了煤耗；

(2)由于结渣和积灰使锅炉受热面总的传热热阻增大，锅炉只能低负荷运行，结渣严重时锅炉甚至只能在40％的负荷下运行，并经常被迫停炉；

(3)积灰和结渣给锅炉的安全运行带来隐患，必要时需要停炉检修，因少发电而带来经济损失，有统计资料表明，一台500MW机组每停炉一天就要损失10万美元以上；

(4)需要布置足够数量的吹灰器，少则十几台，多则数十台，显著增加了机组的投资费用，此外，还需要增加大量的检修费用，如清渣、更换受热面管子等所需的费用。

综上所述，锅炉的结渣与积灰对锅炉正常安全经济运行带来诸多的严重危害。上世纪九十年代西安热工研究所报导了关于“我国电站锅炉除渣剂及应用的研究及电站锅炉除渣剂使用情况调研报告”中记载的钾钠基几种除渣剂的化学组成配方为：

对于上述四种除渣剂与清灰剂的使用调查表明，它们的除渣效果不明显。并且，因为除渣剂中含有水溶性钾钠盐类，对锅炉钢管材质有较大的腐蚀作用。

由我公司申报的专利号为200510096074.0、发明名称为锅炉铬基除渣清灰节能剂组合物及制备工艺的发明专利，提供了一种煤粉燃烧锅炉使用的锅炉铬基除渣清灰节能剂，该节能剂对锅炉无腐蚀，能有效去除锅炉内结渣、结焦与积灰，节能降耗，有效改善锅炉燃烧环境，特别适用于低挥发份、高灰分、中低发热值煤种的燃烧环境。但是，由于该节能剂组份中含有铬酸酐，在生产过程中，铬酸酐对生产工人身体损害极大；并且，对环境污染也很严重；即使在运输和使用过程中，也同样对锅炉操作人员身体造成损害，对环境产生严重污染。

为了解决铬酸酐对人体与环境所产生危害的技术问题，我们反复试验研究，试制成功了一种新的多元除渣清灰节能剂

发明内容    本发明的目的在于提供一种煤粉燃烧锅炉使用的锅炉多元除渣清灰节能剂及其制备工艺，该节能剂无毒、无污染，对人体与环境没有危害，对锅炉无腐蚀，能有效去除锅炉内结渣、结焦与积灰，节能降耗，有效改善锅炉燃烧环境，特别适用于低挥发份、高灰分、中低发热值煤种的燃烧环境。

实现本发明目的的技术方案如下：一种多元除渣清灰节能剂组合物，由下述组分及重量份数组成：

碳酸锰      MnCO₃                                     7～21份

硫酸锰      MnSO₄                                     7～13份

高锰酸钾    KMnO₄                                     2～6份

氧化铜      CuO                                       8～26份

碳酸铜      CuCO₃                                     9～13份

硼砂        Na₂B₄O₇·10H₂O                            10～20份

硫酸锌      ZnSO₄·7H₂O                               3～13份

硝酸锌      Zn(NO₃)₂                                  5～8份

蛭石        (Mg，Fe，Al)₃[(Si，Al)₄O₁₀](OH)₂·4H₂O    8～28份

氢氧化铝    Al(OH)₃                                   15～40份

三氧化二铝  Al₂O₃                                     3～7份

钼酸钠      Na₂MoO₄·2H₂O                             6～10份

硅藻土      SiO₂·nH₂O                                7～12份

制备多元除渣清灰节能剂组合物的组分及重量份数优选重量配比范围是：

碳酸锰        10～16份

硫酸锰        7～10份

高锰酸钾      2～3份

氧化铜        8～18份

碳酸铜        7～12份

硼砂          6～15份

硫酸锌        6～10份

硝酸锌        4～7份

蛭石          12～20份

氢氧化铝      25～35份

三氧化二铝    4～6份

钼酸钠        6～9份

硅藻土        6～9份

将上述重量份数的组份制成本发明组合物的制备工艺包括下述步骤：

1、将碳酸锰、硫酸锰、高锰酸钾、氧化铜、碳酸铜按重量份数称重混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占重量的占50～60％，80目细度的占重量的15～25％，50～40目细度的占重量的25～35％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；

2、将硼砂、硫酸锌、硝酸锌、蛭石、氢氧化铝、三氧化二铝按重量份数称重混合均匀粉碎过40目筛，制得第二粉末；

3、将钼酸钠、硅藻土按重量份数称重混合均匀粉碎过40目筛，制得第三粉末；

4、将制得第一粉末、第二粉末及第三粉末混合，搅拌均匀即制成多元除渣清灰节能剂。

本发明多元除渣清灰节能剂组合物，其外观为浅灰黄色粉末状，粒度直径70～100目占80％，含水分≤3％，堆积比重为1.05～1.15g/cm³，添加量为原煤量的万分之二点五至万分之三，添加方法是用加料机将本发明产品均匀加在输煤皮带或给煤刮板机内。

与本公司专利号为200510096074.0的发明专利相比，无毒无害，对生产环境、运输环节及使用环境没有污染，确保产品生产工人、锅炉操作人员的身体健康；与我国普遍使用的除渣剂相比，使易结焦煤种的燃烧环境得以良好改善，炉膛水冷管壁、四角喷燃器及燃带老焦体在3～5日内脱落干净，新生成的渣体自动周期脱落，其渣体疏松多孔，结晶态型明显，十分易碎；对锅炉无腐蚀，大大延长锅炉的使用寿命，锅炉的热效率提高，节煤效果显著；本发明的除渣防焦性能和节能降耗效果远高于欧美除渣剂。

本发明的作用机理是迅速提高煤灰熔点、灰粘度；铜、锰、锌和钼物质促使结渣结构由现有的非均质玻璃态型结构转变为结晶态型渣结构，促使致密坚硬的焦体发育成为气孔状、质轻、酥松易碎、脆性的集合体；使焦渣硬度大大降低，能够自动脱落。本发明锅炉多元除渣清灰节能剂组合物在炉膛高温(≥1300℃)下，添加的重金属离子和催化剂在炉膛中不断与煤灰成分中硅酸盐、铝硅酸盐相互作用，即在晶核诱导下生成高温矿物尖晶石族群络；它的熔溶温度在1380～1440℃之间，当新生物的高温矿物群络飞至炉膛管壁，它们已经凝固或半凝固，不会再结成玻璃态的渣体。

本发明主要组分的作用和机理如下所述：

本发明锅炉多元除渣清灰节能剂，本发明采用无毒、无污染的碳酸锰、硫酸锰和高锰酸钾等原料，从提高低灰熔点煤种的灰分熔点入手，解决粘度甚小的物质附着予炉膛受热面卫燃带，造成玻璃态焦体而使热效率下降，使玻璃态型渣转变为结晶态型渣。该机理从以下方面入手完成转换全过程：

由于Cu、Mn、Zn和Mo粒子能迅速促使新生矿物(结晶态)群体的生成，使它们成为相应尖晶石族矿物的晶核，这种晶核离子吸收易结焦煤种高铁成分中的Fe⁺²粒子成为高温矿物族的物质，从而降低煤质中的铁含量，使灰熔点，灰粘度得到提高。

由硼砂、钼酸钠成分来克服补充低钙高铁易结焦煤种钙的不足及负粒子成为强挥发份在流态焦体中生成气孔构造。

高锰酸钾、碳酸锰用来使未充分燃烧成分二次燃烧，是节能的主要配料。另外硫酸锌、硝酸锌还可使部分锌变成为闪锌矿。

由蛭石、碳酸铜成分在较高温焦渣体中生成气孔，使焦渣体变为疏松状，强度大大减弱；

氢氧化铝作为产品的基料。活性的铝粒子大部分参与硅酸盐较高温矿物反应。

三氧化二铝主要在低温烟气中起到二次强燃烧作用，使超标烟尘浓度降低。

硫酸锰为产品的染色质及锅炉过热管、烟道的光滑剂，起顺畅作用，保证锅炉过热管与烟道畅通无阻，不结灰垢。

用硅藻土作为载体使钼酸钠催化燃烧剂更加均匀分布。

高锰酸钾为强氧化剂，一方面供氧助燃，其中的Mn主要参与清灰清渣。

机理反应过程：当本发明掺入煤粉后进入炉膛燃烧，它们在500～950℃即分解为Cu、、Mn、Zn、Mo重金属粒子，当遇到灰成分的Mn、Mg、Fe成分时，生成大量的新生矿物群：铁尖晶石族及铜磁铁矿，闪锌矿等。这样使原来易结焦物质被破坏，新生高(灰)熔点矿物为主导，使原粘度值提高15～35倍；当蛭石被新成分所粘捕，它即在集合体中被分解挥发，造成致密的气孔构造而保留。

具体实施方式  下面结合实施例对本发明的内容做进一步说明：

实施例1  按下述组分及重量称取原料：

碳酸锰        7kg

硫酸锰        9kg

高锰酸钾      2kg

氧化铜        23kg

碳酸铜        9kg

硼砂          19kg

硫酸锌        5kg

硝酸锌        5kg

蛭石        28kg

氢氧化铝    22kg

三氧化二铝  3kg

钼酸钠      6kg

硅藻土      10kg

按下述步骤工艺将上述重量配比的原料制备成成品：

1、将按上述配比重量称重的碳酸锰、硫酸锰、高锰酸钾、氧化铜、碳酸铜混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占50％，80目细度的占25％，50～40目细度的占25％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；

2、将将按上述配比重量称重的硼砂、硫酸锌、硝酸锌、蛭石、氢氧化铝、三氧化二铝混合均匀，粉碎过40目筛，制得第二粉末；

3、将按上述配比重量称重的钼酸钠、硅藻土混合均匀，粉碎过40目筛，制得第三粉末；

4、将第一粉末、第二粉末及第三粉末混合，搅拌均匀即制成锅炉多元除渣清灰节能剂。

实施例2按下述组分及重量称取原料：

碳酸锰        9kg

硫酸锰        8kg

高锰酸钾      6kg

氧化铜        18kg

碳酸铜        12kg

硼砂          12kg

硫酸锌        10kg

硝酸锌        8kg

蛭石          25kg

氢氧化铝      35kg

三氧化二铝    4kg

钼酸钠        8kg

硅藻土        9kg

将上述重量配比的原料制备成成品的工艺步骤如下：将碳酸锰、硫酸锰、高锰酸钾、氧化铜、碳酸铜按重量数称重混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占55％，80目细度的占20％，50～40目细度的占25％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；其余方法与实施例1相同。

实施例3按下述组分及重量称取原料：

碳酸锰        21kg

硫酸锰        7kg

高锰酸钾      4kg

氧化铜        12kg

碳酸铜        11kg

硼砂          10kg

硫酸锌        3kg

硝酸锌        6kg

蛭石          15kg

氢氧化铝      40kg

三氧化二铝    7kg

钼酸钠        12kg

硅藻土        7kg

将上述重量配比的原料制备成成品的工艺步骤如下：将碳酸锰、硫酸锰、高锰酸钾、氧化铜、碳酸铜按重量数称重混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占60％，80目细度的占15％，50～40目细度的占25％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；其余方法与实施例1相同。

实施例4按下述组分及重量称取原料：

碳酸锰        15kg

硫酸锰        13kg

高锰酸钾      3kg

氧化铜        26kg

碳酸铜        13kg

硼砂          15kg

硫酸锌        13kg

硝酸锌        6kg

蛭石          8kg

氢氧化铝      25kg

三氧化二铝    4kg

钼酸钠        10kg

硅藻土        12kg

将上述重量配比的原料制备成成品的工艺步骤如下：将碳酸锰、硫酸锰、高锰酸钾、氧化铜、碳酸铜按重量数称重混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占52％，80目细度的占18％，50～40目细度的占30％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；其余方法与实施例1相同。

实施例5按下述组分及重量称取原料：

碳酸锰        18kg

硫酸锰        10kg

高锰酸钾      5kg

氧化铜        8kg

碳酸铜        10kg

硼砂          20kg

硫酸锌        8kg

硝酸锌        7kg

蛭石          12kg

氢氧化铝      15kg

三氧化二铝    6kg

钼酸钠        9kg

硅藻土        8kg

将上述重量配比的原料制备成成品的工艺步骤如下：将碳酸锰、硫酸锰、高锰酸钾、氧化铜、碳酸铜按重量数称重混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占58％，80目细度的占15％，50～40目细度的占27％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；其余方法与实施例1相同。

实施例6按下述组分及重量称取原料：

碳酸锰        16kg

硫酸锰        8kg

高锰酸钾      6kg

氧化铜        15kg

碳酸铜        12kg

硼砂          10kg

硫酸锌        6kg

硝酸锌        4kg

蛭石          16kg

氢氧化铝      25kg

三氧化二铝    6kg

钼酸钠        8kg

硅藻土        6kg

将上述重量配比的原料制备成成品的工艺步骤如下：将碳酸锰、硫酸锰、高锰酸钾、氧化铜、碳酸铜按重量数称重混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占50％，80目细度的占15％，50～40目细度的占35％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；其余方法与实施例1相同。

Claims (3)

1.一种锅炉多元除渣清灰节能剂组合物，其特征在于：它由下述组分及重量份数组成：碳酸锰7～21份，硫酸锰7～13份，高锰酸钾2～6份，氧化铜8～26份，碳酸铜9～13份，硼砂10～20份，硫酸锌3～13份，硝酸锌5～8份，蛭石8～28份，氢氧化铝15～40份，三氧化二铝3～7份，钼酸钠6～12份，硅藻土7～12份。

2.根据权利要求1所述的一种锅炉多元除渣清灰节能剂组合物，其特征在于：所述组分的重量份数是：碳酸锰10～16份，硫酸锰7～10份，高锰酸钾2～3份，氧化铜8～18份，碳酸铜7～12份，硼砂6～15份，硫酸锌6～10份，硝酸锌4～7份，蛭石12～20份，氢氧化铝25～35份，三氧化二铝4～6份，钼酸钠6～9份，硅藻土6～9份。

3.如权利要求1或2所述的锅炉多元除渣清灰节能剂组合物的制备工艺，其特征在于，包括下述步骤：

(1)、将碳酸锰、硫酸锰、高锰酸钾、氧化铜、碳酸铜按重量份数称重混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占重量的占50～60％，80目细度的占重量的15～25％，50～40目细度的占重量的25～35％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；

(2)、将硼砂、硫酸锌、硝酸锌、蛭石、氢氧化铝、三氧化二铝按重量份数称重混合均匀粉碎过40目筛，制得第二粉末；

(3)、将钼酸钠、硅藻土按重量份数称重混合均匀粉碎过40目筛，制得第三粉末；

(4)、将制得第一粉末、第二粉末及第三粉末混合，搅拌均匀即制成多元除渣清灰节能剂。