CN107044651A - 一种控制锅炉或其部件污染的组合物及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种控制锅炉或其部件污染的组合物，包含：硅质材料和碱土金属的氧化物。本发明还提供了一种控制锅炉或其部件污染的方法。本发明的组合物能够有效地增加锅炉燃料产物的沉积粘附层的去玻璃化作用、减少燃烧产物在锅炉内件表面的结渣趋势以及使沉积在锅炉内件表面的沉积层更加酥脆。

Description

一种控制锅炉或其部件污染的组合物及其用途
技术领域
本发明涉及一种组合物，特别是涉及一种控制锅炉或其部件污染的组合物及其用途。
背景技术
锅炉(例如粉煤炉)燃烧固体燃料及其类似物，特别是来自于燃煤固体燃料中的矿物质高温分解和化合产物沉积在锅炉或其部件(例如炉膛)内的换热表面，阻止热交换作用。
燃烧产物牢固地粘结在锅炉或其部件(例如炉膛内水冷壁管道、高温再热器、高温过热器、省煤器和空气预热器等)表面，这些沉积产物积累到一定程度会阻止锅炉烟道气流动。
美国专利No.4817722披露了一种使用处理化学品来处理具有供入到井套管环的流动管线的油井和气井的方法，包括用井的生产流体冲洗井套的管环；在井的流动管线中形成生产流体和处理化学品的均匀混合物；以及将生产流体和处理化学品的均匀混合物引入到井套管环。然而，其并没有公开处理化学品的具体组成，也没有公开可以抑制化石燃料燃烧产物对锅炉内件表面的腐蚀和污染问题的化学品。
此外，如果减少燃料渣的沉积趋势，并使燃料的燃烧产物变得更脆，可以使这些黏附在炉膛等内件表面的脆性层容易被吹灰器吹除。
虽然换热表面沉积物在一定程度上可以采用吹灰器定期吹除，但当沉积物与换热表面的粘结强度达到一定程度时，吹灰器难以去除。
我国的最大整装准东煤田碱土金属含量较高，对炉膛及烟道等锅炉内件内的换热表面污染性极强，导致燃用此类动力煤的大型发电厂锅炉的安全可靠运行，达不到额定负荷，停炉次数增加，严重影响企业效益，极大地制约了准东煤在煤电领域的使用。
因此，本领域内仍然需要控制锅炉(特别是大型发电厂燃煤锅炉)或其内件污染用的组合物，其优选解决下列问题之一或者多个：其一可以增加燃料产物的沉积粘附层的去玻璃化作用；其二是减少燃烧产物的在锅炉内件表面的结渣趋势；其三是使沉积在锅炉内件表面的沉积层更加酥脆，从而更容易通过吹灰器除去。
发明内容
经过详细地研究锅炉或其内件(炉膛等)内燃料产生的渣沉积机理之后，本发明人认为，煤等固体燃料中的矿物质分解产物通过火焰区时，单个灰颗粒呈熔融态或塑性状态。如果灰颗粒以这种状态撞击锅炉或其内件(炉膛等)的内壁，就会粘结在内壁上，并形成固态，最终大量均匀堆积，堆积物固化成硬而呈玻璃态沉积，难以去除。当塑性颗粒撞击到锅炉的上部水冷壁辐射管和悬挂管后形成硬渣堆积物，从而对锅炉操作有较大影响，由于部分堆积使烟气通道不畅，必然降低发电负荷。在某些情况下，渣堆积到一定程度造成会对地位水汽管道造成危害，严重影响锅炉的安全可靠运行。渣的另一个危害是降低辐射区域的传热效率，导致炉膛温度升高，进而结渣更加严重的恶性循环。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新的组合物，该组合物能够有效地增加燃烧产物的沉积粘附层的去玻璃化作用、减少燃烧产物的在锅炉内件表面的结渣趋势以及使沉积在锅炉内件表面的沉积层更加酥脆，从而更容易除去(例如通过吹灰器吹扫除去)。
根据本发明的第一方面，提供了一种控制锅炉或其部件(例如换热表面)污染的组合物，包含硅质材料和碱土金属的氧化物。优选地是，基于所述组合物的总重量，硅质材料的含量在20重量％至80重量％之间，碱土金属的氧化物的重量在80重量％至20重量％之间。更优选地是，本发明中的组合物中还包含稀土氧化物以作为去玻璃化试剂，其中基于所述组合物的总重量，所述稀土氧化物的含量为100～1500ppm。甚至更优选地是，本发明中的换热表面为水冷壁管道、高温再热器、高温过热器、省煤器和空气预热器的换热表面等。
在一个实施方案中，所述硅质材料选自由硅藻土、氧化硅、硅石粉、气相白炭黑、沉淀白炭黑及其任意组合构成的组中的至少一种。
在另一实施方案中，所述碱土金属的氧化物选自由氧化镁、氧化钙、氧化钡及其任意组合构成的组中的至少一种。优选地是，该碱土金属的氧化物选自由菱镁矿、石灰石及其任意组合构成的组中的至少一种。
在本发明的实施方案中，所述组合物可以为粉体形式，并且该粉体的细度为150～600目。
根据本发明的第二方面，提供了一种控制锅炉或其部件污染的方法，该方法包括将上述组合物加入到锅炉的烟道气上游的对流区域。优选地是，上述组合物是以连续加料方式喷入至烟道气上游的对流区域的。与不是上述添加方法相比，本发明的组合物凭借燃烧气体的湍流作用重新分布或者分散开去，从而减少锅炉内件表面沉积的污染物(渣和飞灰)的有害影响。本发明的方法还包括将上述组合物直接加入到煤中或者磨煤机内。
在本发明的一个实施方案中，所述锅炉包括燃煤炉、城市垃圾燃烧炉、粉煤炉和超临界锅炉等。
本发明用组合物的使用量取决于许多因素：锅炉内件表面沉积物(渣或飞灰)所处区域的燃气或者烟气温度、炉膛和烟道结构、喷燃器的结构形式和燃煤的杂质组分。燃气或烟气温度越高，沉积物形成倾向越大。对于密集的过热器和再热器管道区域，管道之间的堵塞越大。燃煤杂质含量越高，产生有害燃烬物的量就越多。随着各种不利状况程度的增强，组合物的加入量相应增加。
在本发明的一个实施方案中，基于收到燃料燃烧产生的灰分的量计算，上述组合物的添加量在0.1重量％至2.5重量％之间，优选地添加量在0.5重量％至1.5重量％之间。
本发明的组合物可有效实现煤(例如准东煤)的全燃烧，该产品的出现有效解决了以往燃用准东煤锅炉出现的严重结焦和污染问题，同时也确保锅炉的安全可靠运行，推动了煤在煤电领域的使用，可为煤电基地建设(例如新疆准东煤电基地)提供强有力支持，可保
障国家能源安全、促进煤炭资源有效利用。
附图说明
图1示意性地示出了超临界粉煤炉烟道的流程图。
符号说明：
1 燃烧炉膛
2 烟道
3 SCR(选择性催化还原)工段
4 空气预热器
5 收尘单元
6 烟气脱硫
7 烟囱
具体实施方式
以下将描述实施本发明的实施方案。然而，本发明的范围不局限于所述的实施方式，只要不损害主旨，可以对本发明进行各种更改。除非另有说明，否则以下的比例和％分别是指重量比和重量％。
实施例1
组合物的制备
将硅质材料和碱土金属的氧化物(其中硅质材料为硅酸镁、偏硅酸钠、微硅粉、白炭黑等；碱土金属氧化物为氧化镁、氧化钡或者氧化钙)以一定比例(硅质材料：碱土金属氧化物＝0.25～1:3)放入混合器(双轴螺旋搅拌机)中混合均匀，然后将所得的混合物放入研磨机(雷蒙磨)中研磨至细度为150～600目即可。随后，基于组合物的总重量，向上述研磨机中加入100～1500ppm的稀土氧化物(硝酸铈或氧化铈)，由此获得组合物。
基于收到灰分的量计算，向350MW超临界锅炉的烟道气上游的对流换热区域连续地喷入0.1重量％的组合物，然后测量炉膛出口温度、末级过热器温度、末级再热器温度、锅炉蒸发量和炉膛吹灰次数。其中上述结果均为添加组合物一周的结果。测试结果总结在表1中。
实施例2
将实施例1中的组合物连续地喷入350MW超临界锅炉的烟道气上游的对流换热区域，不同之处在于：基于收到灰分的量计算，喷入的组合物的含量为1.0重量％。然后测量炉膛出口温度、末级过热器温度、末级再热器温度、锅炉蒸发量和炉膛吹灰次数。其中上述结果均为添加组合物一周的结果。测试结果总结在表1中。
实施例3
将实施例1中的组合物连续地喷入350MW超临界锅炉的烟道气上游的对流换热区域，不同之处在于：基于收到灰分的量计算，喷入的组合物的含量为1.2重量％。然后测量炉膛出口温度、末级过热器温度、末级再热器温度、锅炉蒸发量和炉膛吹灰次数。其中上述结果均为添加组合物一周的结果。测试结果总结在表1中。
实施例4
将实施例1中的组合物连续地喷入350MW超临界锅炉的烟道气上游的对流换热区域，不同之处在于：基于收到灰分的量计算，喷入的组合物的含量为1.5重量％。然后测量炉膛出口温度、末级过热器温度、末级再热器温度、锅炉蒸发量和炉膛吹灰次数。其中上述结果均为添加组合物一周的结果。测试结果总结在表1中。
实施例5
将实施例1中的组合物连续地喷入350MW超临界锅炉的烟道气上游的对流换热区域，不同之处在于：基于收到灰分的量计算，喷入的组合物的含量为2.0重量％。然后测量炉膛出口温度、末级过热器温度、末级再热器温度、锅炉蒸发量和炉膛吹灰次数。其中上述结果均为添加组合物一周的结果。测试结果总结在表1中。
实施例6
按照实施例1中的方法制备组合物，但是不同的是，将该组合物通过送煤皮带添加到作为350MW超临界锅炉燃料的准东煤中，而不是喷入烟道气上游的对流换热区域，添加量为：基于收到灰分的量计算，组合物的含量为0.1重量％。然后按照同样的方式测量炉膛出口温度、末级过热器温度、末级再热器温度、锅炉蒸发量和炉膛吹灰次数。其中上述结果均为添加组合物一周的结果。测试结果总结在表1中。
比较例1
在350MW超临界锅炉的烟道气上游的对流换热区域未投放上述组合物，也没有在煤中加入上述组合物。然后测量炉膛出口温度、末级过热器温度、末级再热器温度、锅炉蒸发量和炉膛吹灰次数。其中上述结果均为添加组合物一周的结果。测试结果总结在表1中。
表1 350MW超临界锅炉添加剂实验结果
通过上述表格中的数据可以看出，与未加入本发明的组合物的情况相比，无论是将本发明的组合物加入到锅炉的烟道气上游的对流换热区域还是加入到作为锅炉燃料的煤中，均可以降低燃煤产物对锅炉内件的表面污染，从而减少吹灰次数。此外，观察发现，本发明的组合物还可以更容易地除去锅炉内件的表面沉积物。因此，本发明的组合物可以有效地用作锅炉或其内件的添加剂，以降低降燃煤产物对锅炉内件的表面污染。

Claims (13)

1.一种控制锅炉或其部件污染的组合物，包含：
硅质材料和碱土金属的氧化物。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中基于所述组合物的总重量，所述硅质材料的含量在20重量％至80重量％之间，所述碱土金属的氧化物的含量在80重量％至20重量％之间。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，还包含：稀土氧化物，其中基于所述组合物的总重量，所述稀土氧化物的重量含量为100～1500ppm。
4.根据权利要求3所述的组合物，其中所述组合物用于控制锅炉或其部件的换热表面污染，所述换热表面为水冷壁管道、高温再热器、高温过热器、省煤器或空气预热器的换热表面。
5.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述硅质材料选自由硅藻土、氧化硅、硅石粉、气相白炭黑、沉淀白炭黑及其任意组合构成的组中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述碱土金属的氧化物选自由氧化镁、氧化钙、氧化钡及其任意组合构成的组中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述碱土金属的氧化物选自由菱镁矿、石灰石及其任意组合构成的组中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物为粉体，并且所述粉体的细度为150～600目。
9.一种控制锅炉或其部件污染的方法，包括将根据权利要求1至8中任意一项所述的组合物加入到锅炉的烟道气上游的对流区域。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括将所述组合物加入到作为锅炉燃料的煤中。
11.根据权利要求9所述的方法，其中将所述的组合物以连续加料方式喷入。
12.根据权利要求9-11中任意一项所述的方法，其中所述锅炉为燃煤炉、城市垃圾燃烧炉或者超临界锅炉。
13.根据权利要求9-11中的任意一项所述的方法，其中以收到锅炉燃料燃烧产生的灰分的量计算，所述的组合物的添加量在0.1重量％至2.5重量％之间。
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