CN105670733A - 一种协同脱硝型液态锅炉除焦剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种协同脱硝型液态锅炉除焦剂及其制备方法与应用，属于煤清洁燃烧领域，除焦剂的组份及各组份的重量百分比为：醋酸镁：5％‐20％；硝酸铜：1‐5％；硝酸镍：1‐5％；硝酸铵：2‐10％；硼酸：3‐10％；硝酸铈0.5‐2％；余量为水。将除焦剂雾化喷射投加于锅炉内，利用醋酸镁高温下分解生成MgO和烃基(CHi)，燃料中间体CHi对NO具有还原作用，可以减少烟气中NO含量对脱硝具有协同作用，生成的纳米级MgO多孔具有较高比表面积，既可作为脱硝反应的催化载体，又可与焦层中低熔点化合物反应提升焦渣熔点使焦渣疏松易碎，用量小且能明显降低锅炉结焦，同时对NO具有良好的协同脱除效果。

Description

一种协同脱硝型液态锅炉除焦剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于煤清洁燃烧领域，具体涉及一种协同脱硝型液态锅炉除焦剂及其制备方法与应用，用于直接雾化喷射于炉膛内抑制并清除炉内结焦。
背景技术
燃煤锅炉在长期运行过程中，由于燃用煤质变化较大、锅炉设计自身缺陷以及局部高温、操作不当等问题，造成水冷壁受热面易产生结焦、过热器、再热器管道积灰现象，使锅炉的换热效率下降，排烟温度升高，煤炭资源浪费严重。结焦积灰严重时，大的焦块掉落极易引发锅炉灭火事故，存在极大安全隐患，这时企业通常需要停炉以清除结焦和积灰，这给企业造成了较大的经济损失，同时结焦处易产生硫酸盐腐蚀炉壁问题，致使锅炉使用寿命降低。
现有技术中，主要通过燃煤中加入除焦剂，来清除锅炉结焦和积灰。现有燃煤除焦剂多为粉体型也有部分液态型。粉体除焦剂主要作用成分为氯盐、金属氧化物、高岭土、铬盐、稀土氧化物等，现有的粉体除焦剂虽在防结焦方面具有一定的成效，但粉体型除焦剂存在的缺点首先是需要大量添加才能达到理想效果，其相对投加量大，这无疑增加了除焦成本；二是燃煤中添加粉体一般采用人工作业难以保证加药的均匀性，即使采用机械添加也需要配套先进复杂的设备，价格高昂，投加费力且麻烦，投加设备要求较高，额外又增加了成本；三是氯盐添加会加重锅炉腐蚀，铬盐毒性大不够安全。液态除焦剂用量少，成本低，喷射投加均匀相较于粉体投加更加可行。综合分析现有的的液体除焦剂，大都以硝酸盐为基本作用成分，利用其“微爆”效果及助燃特性促进焦渣松散脱落，其高温下分解会产生大量NOx，但是大量硝酸盐分解产生的NOx物会增加污染物排放，锅炉虽达到了除焦的目的但是NOx排放增加，势必会增加脱硝的难度和脱销的成本，如中国专利文件“公开号CN103215100A”公开的一种用于600MW及以上火力发电机组锅炉除焦剂，其特征是由以下成分按重量比组成：硫粉∶硝酸钾∶硼酸钠∶木炭粉∶纳米陶瓷粉＝16∶60～80∶50～70∶15～20∶5～8，文中提出需要再加上配备的脱硫脱硝系统才能减轻对环境和系统造成污染，这种情况下除焦实际是不划算的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的旨在开发一种脱硝型液态锅炉除焦剂，其不仅除焦清灰效果明显，也可以有效抑制并清除锅炉结焦提升锅炉效率，而且对NO具有还原作用，不但不会增加锅炉NOx生成量，还可协同脱硝。
本发明还提供该协同脱硝型液态锅炉除焦剂的制备方法与应用方法。
本发明的技术方案如下：
一种协同脱硝型液态锅炉除焦剂，所述除焦剂的组份及各组份的重量百分比包括如下：醋酸镁：5％‐20％；硝酸铜：1‐5％；硝酸镍：1‐5％；硝酸铵：2‐10％；硼酸：3‐10％；硝酸铈0.5‐2％；余量为水。
优选的，所述除焦剂的组份及各组份的重量百分比包括如下：醋酸镁：8％‐20％；硝酸铜：2‐5％；硝酸镍：2‐4％；硝酸铵：5‐10％；硼酸：3‐10％；硝酸铈0.5‐2％；余量为水。
进一步优选的，所述除焦剂的组份及各组份的重量百分比包括如下：醋酸镁：18％；硝酸铜：2％；硝酸镍：2％；硝酸铵：5％；硼酸：3％；硝酸铈0.5％；水：69.5％。
进一步优选的，所述除焦剂的组份及各组份的重量百分比包括如下：醋酸镁：10％；硝酸铜：3％；硝酸镍：2％；硝酸铵：8％；硼酸：8％；硝酸铈1％；水：68％。
进一步优选的，所述除焦剂的组份及各组份的重量百分比包括如下：醋酸镁：8％；硝酸铜：5％；硝酸镍：3％；硝酸铵：8％；硼酸：5％；硝酸铈1.5％；水：69.5％。
醋酸镁主要起到提高灰熔点及协同脱硝的效果，具体的醋酸镁投加如炉膛后，高温作用下迅速分解生成纳米MgO和烃基(CHi)，MgO自身具有高熔点，且可与灰渣中的低熔点化合物反应生成高熔点化合物，使灰渣不易结焦，同时生成的纳米MgO可作为脱硝反应的催化载体促进CHi脱硝；分解产生CHi具有强还原性，可与NO反应生成HCN，HCN进一步将NO还原成N2。整个反应过程可简单描述为：醋酸镁高温分解生成CHi和MgO，烃基通过如下反应过程：
将NO还原，生成的MgO则可作为还原反应的催化载体，促进还原反应进行。
硝酸铜、硝酸镍、硝酸铵等硝酸盐起到了强氧化剂和助燃剂的作用，具体的硝酸盐所带入的铜、镍离子可以降低既成碳化合物的着火点，起到催化其燃烧的作用，从而提高燃煤利用率；而硝酸盐可在炉膛中受高温分解，在气流的作用下，与焦层中的炭沫、硫磺和其它可燃物质碰撞、摩擦，在焦面产生“微爆”作用，使焦层松化崩解具有类似机械打焦的效果；同时热解的氧与焦渣内的可燃物充分燃烧，使焦层黏结性降低不易结成大焦块掉落使锅炉意外灭火或捞渣机堵塞断链造成非计划停运，同时还可以降低炉渣可燃物含量。
硼酸的作用就是降低焦块的粘结强度，使焦层松化易于清除。
硝酸铈主要起到助燃催化燃烧的作用，具体的硝酸铈分解生成稀土氧化铈能有效的降低固定碳的着火点，从而起到助燃效果，既可以促进煤粉的充分燃烧，又可以使焦层中未燃尽碳充分燃烧使焦层变得疏松。
一种制作如上所述协同脱硝型液态锅炉除焦剂的制备方法，包括如下步骤：将各作用组分按比例加入到水中搅拌制得液态锅炉除焦剂。
优选的，步骤为：配备搅拌桶，桶顶设有立式液体搅拌机；在搅拌桶中按制备比例加入水，然后先加入硼酸，利用搅拌机搅拌使硼酸完全溶解后，再加入硝酸铈、硝酸铜、硝酸镍、硝酸铵搅拌至各组分完全溶解，最后加入醋酸镁，搅拌至完全溶解，制得液态锅炉除焦剂。再利用防腐泵将液态锅炉除焦剂装入25Kg塑料药剂桶中存储即可，本除焦剂的制备没有温度限制，除焦剂的存放温度应大于0℃以防止溶质结晶，桶顶的立式液体搅拌机用于持续搅拌溶液。
一种利用如上所述协同脱硝型液态锅炉除焦剂在锅炉中的应用，包括如下步骤：利用锅炉除焦剂压力喷罐的专用的耐高温耐腐蚀喷枪，在锅炉喷燃器处的看火口或者打焦口处雾化喷射投加。
优选的，包括步骤如下：先将除焦剂倒入压力喷罐中，在压力喷罐中接入压缩空气，再将喷枪与压力喷罐连接，将喷枪插入炉膛看火口或者打焦口中，打开喷枪利用压缩空气将除焦剂雾化喷射投加于燃煤锅炉中，除焦剂的添加量为燃煤量的0.5‰‐1‰。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的技术方案以醋酸镁为主要作用成分，一方面其高温下分解生成的纳米级MgO多孔具有较高比表面积，可吸附于结焦面上，作为脱硝反应的催化载体，既可以阻止灰焦的进一步粘结，又可与结焦层中低熔点成分反应生成高熔点化合物，提升焦渣熔点使焦渣疏松易碎，从而降低结焦。另一方面其分解烃基(CHi)对NO具有很好的还原作用，这就使得该种除焦剂在使用时非但不会增加NOx生成量，反而还可以减少NOx的初始排放量。
2.本发明技术方案中的除焦剂中仍少量使用了多种硝酸盐，这一方面可以利用硝酸盐在锅炉除焦方面的良好效果，同时又尽可能的减少了NOx的引入，避免了增加脱硝成本的问题。
3.本发明技术方案中的铜、镍离子则具有催化燃烧的效果，既可促进焦渣中积碳的燃烧使焦渣疏松，又能促进煤粉燃烧，提高燃烧效率；硝酸盐则是最有效的助燃氧化剂，高温时分解放出氧气可起到助燃效果，亦可产生“微爆”作用破坏焦渣内部结构，使结焦脱落清除；硼酸能够降低焦渣的黏结强度，并生成气体提高焦渣疏松程度；微量稀土元素的存在可有效促进燃烧，提高煤粉燃烧效率。
4.利用本发明的技术方案，除焦效率高，除焦率可达80％，效果显著；在清除结焦的同时具有协同脱硝的作用，可显著降低锅炉NOx初始排放量；溶液型除焦剂，雾化喷射方便，添加均匀性好直接与炉膛中结焦接触作用，利用率高。
附图说明
图1a为实施例1中未投加除焦剂前的锅炉炉膛结焦情况图；
图1b为实施例1中投加除焦剂后的锅炉炉膛结焦情况图；
图2为实施例1中未投加除焦剂与投加除焦剂的排烟温度对比图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
配制100Kg除焦剂，组分及配方为：
醋酸镁：18Kg；硝酸铜：2Kg；硝酸镍：2Kg；硝酸铵：5Kg；硼酸：3Kg；硝酸铈：0.5Kg；水：69.5Kg。
制备过程如下：配备搅拌桶，桶顶设有立式液体搅拌机；在搅拌桶中按制备比例加入水，然后先加入硼酸，利用搅拌机搅拌使硼酸完全溶解后，再加入硝酸铈、硝酸铜、硝酸镍、硝酸铵搅拌至各组分完全溶解，最后加入醋酸镁，搅拌至完全溶解，制得液态锅炉除焦剂。将除焦剂倒入压力喷罐中，在压力喷罐中接入压缩空气，再将喷枪与压力喷罐连接，将喷枪插入炉膛看火口或者打焦口中，打开喷枪利用压缩空气将除焦剂雾化喷射投加于燃煤锅炉中。
本实施例以100MW煤粉炉为例，除焦剂按每天三次投加，每次投加25kg，每次投加持续时间控制在30min，本品添加量为燃煤量的0.5‰。若没有使用过除焦剂的锅炉在使用的第一周添加次数翻倍，亦可根据炉膛结焦情况进一步增加或相应减少投加次数。
本品除焦剂能有效清除结焦，提升锅炉热效率，降低排烟温度，同时还具有脱硝效果，能有效抑制NOx初始排放量。
本品除焦剂在75t/h煤粉炉上进行了定投测试，测试周期为30天，前15天未投加，后15投加，每天投加三次每次25kg投加30min。经过30天持续测试结果表明：本品除焦剂能有效抑制结焦，配合炉膛吹灰后，观火口可直观观测炉内约90％的结焦被清除，其效果对比如图1a和图1b所示，除焦效果明显；本品除焦剂同时促进了煤粉的充分燃烧，提升了炉膛传热效率，降低了排烟温度，对电厂实施监测排烟温度进行分析，结果表明排烟温度平均降低15℃以上，如图2所示，排烟温度降低能够体现炉内燃烧较为充分，热效率高；通过电厂配备NOx在线监测系统的监测数据显示，随着本品的投加，NOx排放量平均值在65ppm左右，未投加前NOx排放量平均值为90ppm。
实施例2：
配制100Kg除焦剂，组分及配方为：
醋酸镁：10Kg；硝酸铜：3Kg；硝酸镍：2Kg；硝酸铵：8Kg；硼酸：8Kg；硝酸铈：1Kg；水：68Kg。
其制备方法和应用方法以及添加量、添加次数同实施例1。
实施例3：
配制100Kg除焦剂，组分及配方为：
醋酸镁：8Kg；硝酸铜：5Kg；硝酸镍：3Kg；硝酸铵：8Kg；硼酸：5Kg；硝酸铈：1.5Kg；水：69.5Kg。
其制备方法和应用方法以及添加量、添加次数同实施例1。
实施例4：
配制100Kg除焦剂，组分及配方为：
醋酸镁：5Kg；硝酸铜：1Kg；硝酸镍：1Kg；硝酸铵：2Kg；硼酸：3Kg；硝酸铈：0.5Kg；水：87.5Kg。
其制备方法和应用方法以及添加量、添加次数同实施例1。
实施例5：
配制100Kg除焦剂，组分及配方为：
醋酸镁：20Kg；硝酸铜：5Kg；硝酸镍：5Kg；硝酸铵：10Kg；硼酸：10Kg；硝酸铈：2Kg；水：48Kg。
其制备方法和应用方法以及添加量、添加次数同实施例1。
实施例6：
配制100Kg除焦剂，组分及配方为：
醋酸镁：8Kg；硝酸铜：2Kg；硝酸镍：2Kg；硝酸铵：5Kg；硼酸：3Kg；硝酸铈：0.5Kg；水：79.5Kg。
其制备方法和应用方法以及添加量、添加次数同实施例1。
实施例7：
配制100Kg除焦剂，组分及配方为：
醋酸镁：20Kg；硝酸铜：5Kg；硝酸镍：4Kg；硝酸铵：10Kg；硼酸：10Kg；硝酸铈：2Kg；水：49Kg。
其制备方法和应用方法以及添加量、添加次数同实施例1。
对比例1
配制100Kg除焦剂，组分及配方为：
硝酸镁：5Kg；硝酸铜：5Kg；硝酸镍：5Kg；硝酸铵：10Kg；硼酸：5Kg；硝酸铈1.5Kg；水68.5Kg，进行除焦。
对比例2
配制100Kg除焦剂，组分及配方为：
硝酸铜：5Kg；硝酸镍：5Kg；硝酸铵：10Kg；硼酸：5Kg；硝酸铈1.5Kg；水73.5Kg，进行除焦。
对比例3
配制100Kg除焦剂，组分及配方为：
醋酸镁：30Kg；硝酸铜：0.5Kg；硝酸镍：0.5Kg；硝酸铵：1Kg；硼酸：2Kg；硝酸铈0.5Kg；水65.5Kg，进行除焦。
实验效果对比分析
将实施例1‐3、对比例1‐3提供的组分配方制得的除焦剂，按照相同的制备方法和投加方法、投加条件，在同样的工况条件下进行除焦实验，在投加后记录数据，对照未投加除焦剂的原始锅炉，汇总结果得出表1。根据表1的数据可知，利用本发明所述的技术方案的除焦剂，除焦率可达80％以上，除焦效果明显，同时，显著降低了排烟温度和NOx排放量，尤以实施例1的效果最佳。而对比例1‐3的除焦剂在除焦率、降低排烟温度、协助脱销降低NOx排放量的综合效果上均弱于本发明的技术方案。
表1效果对比表
除焦率 排烟温度/℃ NOx排放量/ppm
原始锅炉数据 0 185 90
实施例1 90％ 166 65
实施例2 85％ 168 80
实施例3 82％ 170 85
对比例1 80％ 173 113
对比例2 70％ 175 105
对比例3 50％ 180 62

Claims (9)

1.一种协同脱硝型液态锅炉除焦剂，其特征在于，所述除焦剂的组份及各组份的重量百分比包括如下：醋酸镁：5％‐20％；硝酸铜：1‐5％；硝酸镍：1‐5％；硝酸铵：2‐10％；硼酸：3‐10％；硝酸铈0.5‐2％；余量为水。
2.根据权利要求1所述的协同脱硝型液态锅炉除焦剂，其特征在于，所述除焦剂的组份及各组份的重量百分比包括如下：醋酸镁：8％‐20％；硝酸铜：2‐5％；硝酸镍：2‐4％；硝酸铵：5‐10％；硼酸：3‐10％；硝酸铈0.5‐2％；余量为水。
3.根据权利要求2所述的协同脱硝型液态锅炉除焦剂，其特征在于，所述除焦剂的组份及各组份的重量百分比包括如下：醋酸镁：18％；硝酸铜：2％；硝酸镍：2％；硝酸铵：5％；硼酸：3％；硝酸铈0.5％；水：69.5％。
4.根据权利要求2所述的协同脱硝型液态锅炉除焦剂，其特征在于，所述除焦剂的组份及各组份的重量百分比包括如下：醋酸镁：10％；硝酸铜：3％；硝酸镍：2％；硝酸铵：8％；硼酸：8％；硝酸铈1％；水：68％。
5.根据权利要求2所述的协同脱硝型液态锅炉除焦剂，其特征在于，所述除焦剂的组份及各组份的重量百分比包括如下：醋酸镁：8％；硝酸铜：5％；硝酸镍：3％；硝酸铵：8％；硼酸：5％；硝酸铈1.5％；水：69.5％。
6.一种制作如权利要求1所述的协同脱硝型液态锅炉除焦剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各作用组分按比例加入到水中搅拌配制制得液态锅炉除焦剂。
7.根据权利要求6所述的协同脱硝型液态锅炉除焦剂的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：配备搅拌桶，桶顶设有立式液体搅拌机；在搅拌桶中按制备比例加入水，然后先加入硼酸，利用搅拌机搅拌使硼酸完全溶解后，再加入硝酸铈、硝酸铜、硝酸镍、硝酸铵搅拌至各组分完全溶解，最后加入醋酸镁，搅拌至完全溶解，制得液态锅炉除焦剂。
8.一种利用如权利要求1所述的协同脱硝型液态锅炉除焦剂在锅炉中的应用，其特征在于，包括如下步骤：利用锅炉除焦剂压力喷罐的喷枪，在锅炉喷燃器处的看火口或者打焦口处雾化喷射投加。
9.根据权利要求8所述的协同脱硝型液态锅炉除焦剂在锅炉中的应用，其特征在于，包括如下步骤：先将除焦剂倒入压力喷罐中，在压力喷罐中接入压缩空气，再将喷枪与压力喷罐连接，将喷枪插入炉膛看火口或者打焦口中，打开喷枪利用压缩空气将除焦剂雾化喷射投加于燃煤锅炉中，除焦剂的添加量为燃煤量的0.5‰‐1‰。
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