CN105154168A - 锅炉自产粉煤灰脱钠后作为添加剂缓解高钠煤结渣的方法 - Google Patents

Abstract

锅炉自产粉煤灰脱钠后作为添加剂缓解高钠煤结渣的方法，针对准东高钠煤燃烧过程中的结渣问题提出，即采用高钠煤自身燃烧产生的粉煤灰脱钠处理后作为添加剂送入炉膛，依靠粉煤灰高含量的SiO₂和Al₂O₃，捕捉高温烟气中气相钠的化合物，降低其浓度，进而缓解高钠煤的结渣。本发明采用水或溶液多级洗涤粉煤灰，溶解并脱除其中可溶钠组分，进而将脱钠粉煤灰与原煤按混合煤灰样中Na₂O质量百分比小于2%且混合灰样软化温度大于1250^oC为标准，确定添加比例，送入炉膛参与燃烧。该方法采用添加剂来自锅炉自身，省去大量运送成本；脱钠过程简便易行；添加剂粒径小，不用重新磨制，在缓解高钠煤结渣问题的同时，大幅降低锅炉运行成本。

Description

锅炉自产粉煤灰脱钠后作为添加剂缓解高钠煤结渣的方法

技术领域

本发明属于火力发电领域，涉及一种采用水洗锅炉自产粉煤灰作为添加剂缓解高钠煤结渣的方法。

背景技术

目前，我国电站锅炉主要以煤为主，近期在新疆准东地区开发出的巨型煤田，已探明储量达到3900亿吨，是未来我国重点发展的能源基地之一。然而准东煤中钠含量较高，其灰成分中Na₂O含量多大于5%，远高于普通煤种中钠含量水平（通常<1%）。为中水溶性钠和酸溶性钠在燃烧过程的高温环境中容易气化，当烟气温度降低时，气相钠的化合物中一部分会在受热面管壁凝结，形成熔融态的液膜，进而黏附其他固体灰颗粒，引起严重的结渣；另一部分会在灰颗粒表面凝结，增加灰颗粒表面黏性，当表面黏性较高的灰颗粒碰撞受热面时，也会黏附在受热面上，引起结渣；其于气相钠的化合物侧自身凝结、团聚，形成气溶胶颗粒物排放到大气中。

为缓解高钠煤燃烧过程中严重的结渣问题，最根本的措施是降低烟气中气相钠的化后物浓度。当前降低气相碱金属浓度采用的方法主要包括四种：

1）燃烧前脱钠；

2）与其他低碱金属且熔点较高的烟煤掺烧；

3）在燃烧过程中加入矿物添加剂；

4）增设吹灰器，加大吹灰频率。

上述方法均存在一定的局限性，下面将详细介绍：

方法1指出在在燃烧前对高钠煤脱钠处理，可降低进入炉膛中钠的总量，可较彻底的解决结渣问题。如在专利号CN104371788A(申请日2014.11.26)所述专利中提出对碎煤采用洗涤溶液，在160^oC-260^oC进行混合，并进行微波处理，保温5-30分钟后，过滤，再对过滤产物进行水洗，可得到低钠煤。如在专利号CN104312655A(申请日2014.10.22)所述专利提出将原煤破碎，采用水润湿，再采用微波加热处理，降温至50^oC-70^oC，搅拌水洗、分离废液得到低钠煤。由此可见，脱钠工艺非常复杂，且成本较高，无法大规模应用。

方法2指出的与其他低碱金属高熔点烟煤掺烧，在实验阶段也被证明是一种有效缓解高钠煤结渣的有效手段，但受地域限制，距准东地区较近的烟煤矿区也有250千米，造成进厂价较高，使电厂燃料成本大幅升高；

方法3指出在燃烧过程中加入添加剂，在高温下与气相钠的化合物反应，进而降低气相钠的化合物浓度，也能够有效地缓解准东煤的结渣问题。当前采用的添加剂主要以高岭土为主，而距离准东地区最近的高岭土矿位于新疆阜康，运输距离也超过100千米，运费较高，进厂价通常高于准东煤的价格，且随着准东地区煤碳的采用，高岭土矿含量将逐渐降低，价格也会随之上涨，不利于发电企业长期发展。

方法4指出的增设吹灰器，加大吹灰频率，只能作为一种暂时的技术措施，当管壁由于积灰而发生高温腐蚀，频繁吹灰会加速腐蚀的进行，另外高频率的吹灰使受热面管道应力频繁变化，缩短受热面管道的使用寿命。

粉煤灰是锅炉产生的主要固体废弃物之一，其主要成分为SiO₂、Al2O₃、CaO、Fe₂O₃、MgO等无机组分。根据粉煤灰的成分不同，具有多种利用方式。对准东地区电站锅炉产生的粉煤灰来说，由于当地产业单一，粉煤灰缺乏下游产业，企业均需要自己处理粉煤灰或出钱让其他专业处理单位拉走，而产生了大量费用。大量实验表面，硅、铝含量较高的粉煤灰在燃烧过程中可与气相碱金属发生反应，降低气相碱金属化合物浓度，进而缓解高碱金属燃料的结渣问题。另外硅、铝含量较高的粉煤灰通常熔点较高，专利CN102759117A(申请日期2012.07.24.)提出可采用飞灰循环调控燃煤过程中的结渣问题。但由于准东地区煤质特点，在燃烧过程中大量气相钠的化合物在飞灰表面凝结，造成飞灰中钠的质量百分比较高，如果不加处理直接循环，反而会将飞灰表面凝结的气相钠的化合物重新送入炉膛，提高烟气中气相钠的化合物浓度，增加结渣的可能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了锅炉自产粉煤灰脱钠后作为添加剂缓解高钠煤结渣的方法，能够重复利用燃用准东煤产生的粉煤灰，减少固体废弃物排放，降低企业发电成本。

为达到这一目的，本发明采用的技术方案是：

1）粉煤灰检测：对燃煤飞灰进行检测，确定粉煤灰中Na₂O百分比小于5%、不可溶性钠质量百分比小1%时，则确定选用该粉煤灰进行下一步处理，若不满足上述要求，则将粉煤灰作为固体废弃物处理；

2）粉煤灰脱钠处理：将粉煤灰采用水或其他酸性溶液多级重复洗涤，每级洗涤过程包括将粉煤灰置入水或溶剂中，搅拌5-10分钟，粉煤灰中可熔钠的化合物会溶解于水或溶剂中，经过多级洗涤后，过滤，获得的粉煤灰充分干燥后备用；

3）脱钠粉煤灰熔融特性测试：在灰熔点测定仪中将脱钠粉煤灰进行测试，获得其灰熔融特征温度，如软化温度大于1300^oC，则确定选用该粉煤灰进行下一步处理，若软化温度小于1300^oC，则将粉煤灰作为固体废弃物处理；

4）燃煤与粉煤灰的灰成分检测：在煤场中采集煤样，干燥后磨碎至200微米以下，在马弗炉中以10^oC/min的升温速率由室温升至500^oC并保持1小时，将灰样取出进行检测，获得低温灰中各无机组分氧化物质量百分比；将脱钠粉煤灰干燥后在马弗炉中以10^oC/min的升温速率由室温升至500^oC并保持1小时，将灰样取出进行检测，获得煅烧后粉煤灰中无机组分含量及含碳量，并将煅烧后粉煤灰中无机组分氧化物质量百分比折算至粉煤灰原样的质量百分比；

4）确定粉煤灰添加比例：添加脱钠粉煤灰的混合煤样制取的低温灰中Na₂O质量百分比控制在2%以下以获得最低添加比例，具体计算方法如下：

Na₂O_H＝[(1-X)*Na₂O_Y+X*Na₂O_F]/[(1-X)*A_Y+X*A_F]

式中：Na₂O_H为添加脱钠粉煤灰后的混合煤样灰中Na₂O质量百分比，%；

X为添加比例；

Na₂O_Y为原煤在500^oC制取灰样中Na₂O质量百分比，%；

Na₂O_F为粉煤灰干燥后Na₂O质量百分比，%；

A_Y为原煤制取500^oC灰样的成灰率，%；

A_F为粉煤灰制取500^oC灰样的成灰率，%；

按所计算的最低添加比例将煤粉与脱钠粉煤灰充分混合后制取500^oC灰样进行灰熔融特性测试，获得混合煤样的灰熔融特征温度，若混合煤样的软化温度低于1250^oC，则将粉煤灰添加比例提高1%，循环进行直至灰熔融软化温度高于1250^oC，则确定该比例为脱钠粉煤灰的添加比例，若循环比例提高至超过10%，则认为该粉煤灰无法提高灰熔点，会增加炉内结渣风险，将该类粉煤灰作为固体废弃物处理。

与现有技术相比，本发明锅炉自产粉煤灰脱钠后作为添加剂缓解高钠煤结渣的方法，将高钠煤燃烧产生的粉煤灰进行脱钠处理依靠粉煤灰中高含量的SiO₂和Al₂O₃及其较大的比表面积，捕捉高钠煤燃烧时生成的气相钠化合物，降低高温烟气中气相钠的化合物浓度，进而缓解高钠煤燃烧时受热面严重的结渣问题，具有以下优点：

1）缓解高钠煤结渣采用的添加剂来自于锅炉自身燃烧产生的粉煤灰，大幅度降低购置矿物添加剂的费用；

2）粉煤灰中大多数钠的化合物来自于燃烧过程中由于温度降低而造成的气相碱金属在粉煤灰颗粒表面凝结产生，属于可溶性钠的化合物，可溶解于水或其他酸性溶液中，具有很强的现实可用性；

3）粉煤灰脱钠过程可产生不同浓度、不同种类的可溶解盐，经分离后可作为锅炉的副产品，提高经济效益。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明的方法如下：

某电站锅炉燃煤灰成分、粉煤灰、脱钠粉煤灰灰成分如下表所示。

从表中可见，粉煤灰中总的Na₂O质量百分比为3.83%，脱钠后Na₂O质量百分比为0.47，脱钠粉煤灰软化温度达到1350^oC，满足要求，可作为添加剂缓解高钠煤结渣。

按Na₂O_H＝[(1-X)*Na₂O_Y+X*Na₂O_F]/[(1-X)*A_Y+X*A_F]计算获得混合灰样中Na2O含量及测试获得混合灰样软化温度，如下表所示。

从表中可见，当脱钠粉煤灰添加比例达到8%时，混合煤样制取的低温灰中Na₂O的质量百分比含量才降低到2%以下，所以确定脱钠粉煤灰添加比例应高于8%。再观察混合灰样的软化温度，发现当添加比例高于3%以后，混合灰样的软化温度开始随着添加比例上升而逐渐上升，当添加比例达到9%时，软化温度达到1265^oC，超过1250^oC，所以确定脱钠粉煤灰添加比例为9%。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，按照本领域的普通技术和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对妨碍上述结构做出的其他多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种自产粉煤灰脱钠后作为添加剂缓解高钠煤结渣的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）粉煤灰检测：对高钠煤燃烧后产生的粉煤灰进行检测，确定粉煤灰中Na₂O百分比小于5%、不可溶性钠质量百分比小1%时，则确定选用该粉煤灰进行下一步处理，若不满足上述要求，则将粉煤灰作为固体废弃物处理；

2）粉煤灰脱钠处理：将粉煤灰采用水或其他酸性溶液多级重复洗涤，每级洗涤过程包括将粉煤灰置入水或溶剂中，搅拌5-10分钟，粉煤灰中可熔钠的化合物会溶解于水或溶剂中，经过多级洗涤后，过滤，获得的粉煤灰充分干燥后备用；

3）脱钠粉煤灰熔融特性测试：在灰熔点测定仪中将脱钠粉煤灰进行测试，获得其灰熔融特征温度，如软化温度大于1300^oC，则确定选用该粉煤灰进行下一步处理，若软化温度小于1300^oC，则将粉煤灰作为固体废弃物处理；

4）燃煤与粉煤灰的灰成分检测：在煤场中采集煤样，干燥后磨碎至200微米以下，在马弗炉中以10^oC/min的升温速率由室温升至500^oC并保持1小时，将灰样取出进行检测，获得低温灰中各无机组分氧化物质量百分比；将脱钠粉煤灰干燥后在马弗炉中以10^oC/min的升温速率由室温升至500^oC并保持1小时，将灰样取出进行检测，获得煅烧后粉煤灰中无机组分含量及含碳量，并将煅烧后粉煤灰中无机组分氧化物质量百分比折算至粉煤灰原样的质量百分比；

4）确定粉煤灰添加比例：添加脱钠粉煤灰的混合煤样制取的低温灰中Na₂O质量百分比控制在2%以下以获得最低添加比例，具体计算方法如下；

Na₂O_H＝[(1-X)*Na₂O_Y+X*Na₂O_F]/[(1-X)*A_Y+X*A_F]

式中：Na₂O_H为添加脱钠粉煤灰后的混合煤样灰中Na₂O质量百分比，%；

X为添加比例；

Na₂O_Y为原煤在500^oC制取灰样中Na₂O质量百分比，%；

Na₂O_F为粉煤灰干燥后Na₂O质量百分比，%；

A_Y为原煤制取500^oC灰样的成灰率，%；

A_F为粉煤灰制取500^oC灰样的成灰率，%；

按所计算的最低添加比例将煤粉与脱钠粉煤灰充分混合后制取500^oC灰样进行灰熔融特性测试，获得混合煤样的灰熔融特征温度，若混合煤样的软化温度低于1250^oC，则将粉煤灰添加比例提高1%，循环进行直至灰熔融软化温度高于1250^oC，则确定该比例为脱钠粉煤灰的添加比例，若循环比例提高至超过10%，则认为该粉煤灰无法提高灰熔点，会增加炉内结渣风险，将该类粉煤灰作为固体废弃物处理。

2.根据权利要求1所述的锅炉自产粉煤灰脱钠后作为添加剂缓解高钠煤结渣的方法，其特征在于采用高钠煤自身燃烧产生的粉煤灰脱钠后作为添加剂，采用气力输送直接送入炉膛参与燃烧。