CN109913269A - 一种用于熔融炉的清灰除焦剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于熔融炉的清灰除焦剂及其制备方法，所用的固硫剂及助燃剂均为工业废弃物，具有价格低廉、制造成本低，同时兼具环保性；所用助燃剂为浓缩造纸黑液及硝酸铁混合物，造纸黑液是工业废弃物，富含纤维素、木质素及半纤维素等有机组分，COD含量高，燃烧热值高，而硝酸铁可渗透有机组分结构单元，并与官能团发生作用，并削弱脂肪侧链间和桥键间的键能，促进烷基侧链裂解和桥键断裂，强化燃烧效率。本发明符合可持续性发展，具有优越的经济效益、环保效益及社会效益。

Description

一种用于熔融炉的清灰除焦剂及其制备方法
技术领域
本发明属于清灰除焦领域，涉及一种用于熔融炉的清灰除焦剂及其制备方法。
背景技术
一般而言，按照受热面上积灰的粘结强度可分为松散性积灰及粘结性积灰。其中，松散性积灰主要通过物理过程产生，可通过优化受热面结构、燃烧工况、流场扰动及定期吹扫来有效避免。然而，粘结性积灰通常发生在锅炉高温部分，其中位于炉膛处的粘结性积灰被称之为结焦，其可通过物理及化学途径产生，具有灰污层强度高、无限生长的特点，难以通过上述物理方法去除，严重影响锅炉稳定运行。添加清灰除焦剂可改变矿物质在炉内的反应历程，从而到达改变粘结性积灰的灰污特性。
清灰除焦剂可分为盐型及氧化型，其作用机理包括三方面。其一，与碱金属氧化物结合防止低温共融物生成；其二，通过形成微爆式效应及疏松效应使粘结性积灰层剥离；其三，与酸性气体反应。加入清灰除焦剂之后，粘结性积灰层将出现PH升高、H2SO4减少及干燥的现象，从而达到有效清灰除焦的作用。
我国垃圾年清运量约为1.79亿吨，气化及飞灰熔融是适合垃圾的先进处理技术，但我国垃圾热值较低，该技术应用受到一定限制。我国生物质资源总量约为 4.6亿吨标煤/年，开发潜力巨大。生物质收集、运输及贮存费用高，原料供应是制约生物质大规模利用的关键因素。将日益增多的垃圾与农林生物质进行共气化并结合飞灰熔融发电技术，可有效解决生物质利用中的原料供应问题，又能高效回收垃圾中的热能，同时实现污染物近零排放。
然而，在热化学转化过程中，生物质由于碱金属含量高，易形成碱金属型粘结积灰，而碱金属型粘结积灰是最为常见的粘结性积灰，其含量显著高于钙化物型粘结积灰和硅化物型粘结积灰。因此，抑制碱金属型粘结积灰的形成对于抑制清灰除焦具有积极作用。此外，从垃圾及生物质的元素分析结果来看，其S元素含量高，而低温粘结性积灰主要通过H2SO4、H2O凝结在受热面上与灰粒通过低温硬结形成，因此在低温粘结性积灰中H2SO4起到关键作用。
基于上述分析结果可知，在生物质和垃圾共气化的过程中，由于反应介质、反应机理等条件上的差异，其与常规燃煤锅炉及垃圾焚烧炉中的结焦积灰机理具有较大差异，然而通过对国家知识产权局专利检索可知，以公布的清灰及、除焦剂“0114877.2”、“200410019016”、“03132103.8”、“200510041561.7”、“200810150570.3”、“201510284998.7”及“201711469749.0”均针对常规燃煤锅炉及垃圾焚烧炉，然而并不是适用于生物质和垃圾共气化的熔融炉。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于熔融炉的清灰除焦剂及其制备方法，该清灰除焦剂原料多来自工业废弃物，清灰除焦效果显著；制造方法简单，成本低，兼具环保性。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种用于熔融炉的清灰除焦剂，以质量百分比计，包括：
助燃剂：50％～60％；
渗透剂：0.1％～0.5％；
固硫剂：20％～30％；
膨化剂：19.5％～22％；
其中，所述助燃剂为硝酸铁Fe(NO3)3与造纸黑液的混合物，且造纸黑液占混合物质量的70％～90％。
优选地，所述固硫剂为电石渣。
优选地，所述膨化剂为鹏砂和蛭石的混合物，其中，鹏砂占混合物质量的50％～80％。
优选地，所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚JFC。
本发明还公开了一种用于熔融炉的清灰除焦剂的制备方法，包括以下步骤：
1)通过强制循环蒸发器对造纸黑液进行蒸发浓缩，之后往浓缩液中加入浓缩液质量10％～30％Fe(NO3)3，进行充分搅拌，形成助燃剂；
2)以质量百分比计，取电石渣20％～30％、渗透剂0.1％～0.5％、膨化剂19.5％～22％和步骤1)制得的助燃剂50％～60％；
3)将所取原料充分混合均匀后，对得到的混合物进行干燥预处理，制得用于熔融炉的清灰除焦剂。
优选地，步骤2)所取原料均经粉碎筛分处理，筛分粒径为40～50目。
优选地，步骤3)中，干燥预处理是在温度为100～150℃条件下处理1～6h。
优选地，所述固硫剂为电石渣。
优选地，所述膨化剂为鹏砂和蛭石的混合物，其中，鹏砂占混合物质量的 50％～80％。
优选地，所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚JFC。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开的用于熔融炉的清灰除焦剂，所用的固硫剂及助燃剂均为工业废弃物，具有价格低廉、制造成本低，同时兼具环保性；所用助燃剂为浓缩造纸黑液及硝酸铁混合物，造纸黑液是工业废弃物，富含纤维素、木质素及半纤维素等有机组分，COD含量高，燃烧热值高，而硝酸铁可渗透有机组分结构单元，并与官能团发生作用，并削弱脂肪侧链间和桥键间的键能，促进烷基侧链裂解和桥键断裂，强化燃烧效率。实验证明，将本发明的熔融炉清灰除焦剂按等离子体火炬所需日耗燃料的千分之一左右投至熔融炉的炉膛高温区，除了使粘结性积灰层疏松及预防积灰之外，还具有助燃的功能，提高熔融炉燃烧效率。因此，本发明符合可持续性发展，具有优越的经济效益、环保效益及社会效益。
进一步地，所用固硫剂为工业废弃物电石渣，由于电石渣富含CaO、Ca(OH)2等组分，具有吸附酸性气体SO2、H2S及HCl的同时，还具有吸附碱金属元素的功能，此外由于电石渣氧化钙含量高，导致熔渣流动性变好，更容易捕集。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合具体的实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
首先通过强制循环蒸发器对造纸黑液进行蒸发浓缩，取100kg浓缩黑液，之后往浓缩液中加入20kg Fe(NO3)3，进行充分搅拌，形成助燃剂；
然后对原材料进行破碎筛分，筛分粒径范围为40～50目；然后称取电石渣 20kg、JFC 0.5kg、膨化剂22kg以及助燃剂55.5kg；其中，膨化剂由鹏砂和蛭石组成的混合物，鹏砂占混合物质量的60％；
之后对搅拌之后的混合物进行干燥预处理，预处理温度为100℃，时间为6h；最后进行检验装包为成品入库。
实施例2
首先通过强制循环蒸发器对造纸黑液进行蒸发浓缩，取100kg浓缩黑液，之后往浓缩液中加入30kg Fe(NO3)3，进行充分搅拌，形成助燃剂；
然后对原材料进行破碎筛分，筛分粒径范围为40～50目；然后称取电石渣 25kg、JFC 0.3kg、膨化剂20kg以及助燃剂54.7kg；其中，膨化剂由鹏砂和蛭石组成的混合物，鹏砂占混合物质量的50％；
之后对搅拌之后的混合物进行干燥预处理，预处理温度为120℃，时间为3h；最后进行检验装包为成品入库。
实施例3
首先通过强制循环蒸发器对造纸黑液进行蒸发浓缩，取100kg浓缩黑液，之后往浓缩液中加入24kg Fe(NO3)3，进行充分搅拌，形成助燃剂；
然后对原材料进行破碎筛分，筛分粒径范围为40～50目；然后称取电石渣 20kg、JFC 0.5kg、膨化剂19.5kg以及助燃剂60kg；其中，膨化剂由鹏砂和蛭石组成的混合物，鹏砂占混合物质量的70％；
之后对搅拌之后的混合物进行干燥预处理，预处理温度为150℃，时间为1h；最后进行检验装包为成品入库。
实施例4
首先通过强制循环蒸发器对造纸黑液进行蒸发浓缩，取100kg浓缩黑液，之后往浓缩液中加入26kg Fe(NO3)3，进行充分搅拌，形成助燃剂；
然后对原材料进行破碎筛分，筛分粒径范围为40～50目；然后称取电石渣 23kg、JFC 0.1kg、膨化剂22kg以及助燃剂54.9kg；其中，膨化剂由鹏砂和蛭石组成的混合物，鹏砂占混合物质量的80％；
之后对搅拌之后的混合物进行干燥预处理，预处理温度为130℃，时间为4h；最后进行检验装包为成品入库。
实施例5
首先通过强制循环蒸发器对造纸黑液进行蒸发浓缩，取100kg浓缩黑液，之后往浓缩液中加入28kg Fe(NO3)3，进行充分搅拌，形成助燃剂；
然后对原材料进行破碎筛分，筛分粒径范围为40～50目；然后称取电石渣 30kg、JFC 0.2kg、膨化剂19.8kg以及助燃剂50kg；其中，膨化剂由鹏砂和蛭石组成的混合物，鹏砂占混合物质量的55％；
之后对搅拌之后的混合物进行干燥预处理，预处理温度为130℃，时间为4h；最后进行检验装包为成品入库。
综上所述，本发明与其他方法相比，具有以下突出优势：
(1)本发明针对生物质与城市生活垃圾气化熔融技术中熔融炉的粘结性积灰特性，制定出了熔融炉清灰除焦剂，该清灰除焦剂无需催化剂，而对其助燃及固硫的功能进行了有效强化；
(2)本发明所用的固硫剂及助燃剂均为工业废弃物，具有价格低廉、制造成本低，同时兼具环保性，符合可持续性发展，具有优越的经济效益、环保效益及社会效益；
(3)本发明所用固硫剂为工业废弃物电石渣，由于电石渣富含CaO、Ca(OH)2等组分，具有吸附酸性气体SO2、H2S及HCl的同时，还具有吸附碱金属元素的功能，此外由于电石渣氧化钙含量高，导致熔渣流动性变好，更容易捕集；
(4)本发明所用助燃剂为浓缩黑液及硝酸铁混合物，浓缩黑液是工业废弃物，富含纤维素、木质素及半纤维素等有机组分，COD含量高，燃烧热值高，而硝酸铁可渗透有机组分结构单元，并与官能团发生作用，并削弱脂肪侧链间和桥键间的键能，促进烷基侧链裂解和桥键断裂，强化燃烧效率。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于熔融炉的清灰除焦剂，其特征在于，以质量百分比计，包括：
助燃剂：50％～60％；
渗透剂：0.1％～0.5％；
固硫剂：20％～30％；
膨化剂：19.5％～22％；
其中，所述助燃剂为硝酸铁Fe(NO3)3与造纸黑液的混合物，且造纸黑液占混合物质量的70％～90％。
2.根据权利要求1所述的用于熔融炉的清灰除焦剂，其特征在于，所述固硫剂为电石渣。
3.根据权利要求1所述的用于熔融炉的清灰除焦剂，其特征在于，所述膨化剂为鹏砂和蛭石的混合物，其中，鹏砂占混合物质量的50％～80％。
4.根据权利要求1所述的用于熔融炉的清灰除焦剂，其特征在于，所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚JFC。
5.一种用于熔融炉的清灰除焦剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)通过强制循环蒸发器对造纸黑液进行蒸发浓缩，之后往浓缩液中加入浓缩液质量10％～30％Fe(NO3)3，进行充分搅拌，形成助燃剂；
2)以质量百分比计，取电石渣20％～30％、渗透剂0.1％～0.5％、膨化剂19.5％～22％和步骤1)制得的助燃剂50％～60％；
3)将所取原料充分混合均匀后，对得到的混合物进行干燥预处理，制得用于熔融炉的清灰除焦剂。
6.根据权利要求5所述的用于熔融炉的清灰除焦剂的制备方法，其特征在于，步骤2)所取原料均经粉碎筛分处理，筛分粒径为40～50目。
7.根据权利要求5所述的用于熔融炉的清灰除焦剂的制备方法，其特征在于，步骤3)中，干燥预处理是在温度为100～150℃条件下处理1～6h。
8.根据权利要求5所述的用于熔融炉的清灰除焦剂的制备方法，其特征在于，所述固硫剂为电石渣。
9.根据权利要求5所述的用于熔融炉的清灰除焦剂的制备方法，其特征在于，所述膨化剂为鹏砂和蛭石的混合物，其中，鹏砂占混合物质量的50％～80％。
10.根据权利要求5所述的用于熔融炉的清灰除焦剂的制备方法，其特征在于，所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚JFC。
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