CN110360587B - 一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂及其应用方法，所述添加剂由铝灰、白云石和氧化镁组成，质量百分比为：铝灰15％‑65％，氧化镁25％‑50％，余量为白云石。本发明采用添加剂的应用方法为，按添加剂与高铁准东煤质量配比(3～8):100配制混合煤，各组分占高铁准东煤的质量百分比为：铝灰1％‑6％，氧化镁1％‑5％，白云石1％‑5％。所述应用方法的实现步骤为，首先根据高铁准东的质量确定添加剂各组分的质量，然后将添加剂与高铁准东煤在磨煤机中破碎混合或在一次风管道中流动混合，最后送入炉膛燃烧。所述添加剂由天然矿物和工业废弃物组成，成分简单，价格低廉，具有固钠、提高灰熔点和固硫的效果，可明显改善高铁准东煤的积灰、结焦和结渣特性，并提高高铁准东煤的掺烧比例。

Description

一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂及其应用方法

技术领域

本发明属于改善准东煤结渣特性技术领域，特别涉及一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂及其应用方法。

背景技术

随着我国经济形势逐渐好转，2016年以来全国用电需求持续回暖，2018年达到67912.4亿千瓦时/年(同比增长6.8％)。中国能源电力结构以火力发电为主，2018年火力发电量占全国发电总量的73.32％(同比增长6％)，其中燃煤发电量占火力发电总量的比重高于90％，表明煤炭在中国发电行业仍占据主导地位。2005年，我国新疆地区发现迄今为止最大的整装煤田——准东煤田，预测储煤量高达3900亿吨，可供全国使用约100年。该煤田成煤深度较浅，易于开采和就地利用，且具有煤化程度低、灰分低、挥发分高、燃点低、燃尽率高的特点，可作为动力用煤。

但是，准东煤中Na、Ca、Fe等/碱土金属元素含量较高[Fe含量相对较高(约15％)的准东煤称为高铁准东煤]，远高于目前常用的动力煤。所以，在燃用准东煤时存在以下问题：(1)碱金属盐硫酸钠(熔点884℃)易挥发，随烟气流动至温度较低的换热面时发生凝结现象，在受热表面形成具有粘性的积灰层并不断吸附烟气中的轻质成分，使沾污、积灰加剧；(2)残留在准东煤中的碱金属/碱土金属容易与煤燃烧的过程产物形成低熔点物质或低温共融体，导致准东煤灰熔点低，灰粒易呈熔融态，加剧锅炉结渣问题，使锅炉出力降低。

现有为缓解准东煤燃煤锅炉沾污结渣的技术主要有：准东煤与其它煤种掺混燃烧，准东煤预处理脱除碱金属，锅炉结构改造和定期吹灰，以及用添加剂对准东煤改性。其中，添加剂改性直接改变准东煤的灰成分，从沾污、结渣源头探究解决办法，相较于其余方法更有研究前景。现有技术通过输送装置直接将硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒送入锅炉炉膛与烟气反应生成具有稳定物化性质的混合物，同时输送硅氧化物和铝氧化物颗粒的二次风用于冲刷受热面、清洁积灰层，但此方法存在添加剂与烟气的化学反应程度难以估计、硅氧化物和铝氧化物的过余浪费、以及二次风对受热面粘性灰层的冲刷较困难等潜在问题；现有技术提供了一种改善准东煤燃烧及结焦特性的添加剂，主要成分是8种纯氧化物和1种防水粘合剂，此配方存在的问题是：与天然矿物相比，纯物质更难获取、粒径要求更小、且价格更贵，实际使用中会增加准东煤燃烧的成本，降低煤电经济性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂及其应用方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂，包括白云石、铝灰和氧化镁；添加剂中各成分的质量百分含量为，铝灰15％-65％，氧化镁25％-50％，余量为白云石；按质量百分含量将各成分预先混合。

进一步的，白云石的粒径小于150μm。

进一步的，氧化镁是纯度为80％-99％的粉末；氧化镁的粒径小于150μm。

进一步的，铝灰是铝质量百分比约为35％的粉末；铝灰的粒径小于200μm。

进一步的，一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂的应用方法，包括以下步骤：

步骤1，根据高铁准东煤的质量确定添加剂中各组分的质量；

步骤2，将确定质量的添加剂组分铝灰、氧化镁和白云石与高铁准东煤充分混合，并将混合物送入炉膛燃烧。

进一步的，步骤1中添加剂与高铁准东煤的质量比为(3～8):100；添加剂各组分与高铁准东煤的质量比分别为：铝灰(1～6):100，氧化镁(1～5):100，白云石(1～5):100。

进一步的，步骤2中添加剂与高铁准东煤的混合物中硅铝质量比低于3:1；步骤2中添加剂与高铁准东煤的混合物中钙镁质量比低于3:1。

进一步的，步骤2中使添加剂与高铁准东煤充分混合的方法有以下三种：

1)在沿输煤方向靠近原煤斗的输送带附近增置给添加剂装置，根据单位时间输煤质量人工或机械控制给添加剂装置的给粉速率，将已经磨碎至150μm或200μm以下的添加剂与煤粉按质量配比(3～8):100预混合，然后一并送入磨煤机以实现煤的破碎和充分混合；

2)将已经磨碎至150μm或200μm以下的添加剂与高铁准东煤粉按质量配比(3～8):100混合后一并送入一次风管道，在流动中与煤粉充分混合；

3)在燃烧器喷口附近设置一组通有二次风的添加剂喷口，将已经磨碎至150μm或200μm以下的添加剂[与煤粉质量比为(3～8):100]从该喷口射出，在燃烧器喷口附近或炉膛前部与煤粉充分混合。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明采用一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂及其应用方法，有效缓解燃烧高铁准东煤易使锅炉受热面沾污、结渣的技术问题。所述添加剂成分简单，由天然矿物和工业废弃物组成，且来源广泛，成本低廉，制备工艺简单。把铝工业的副产品铝灰作为添加剂，能减少铝工业中铝元素的资源浪费，避免铝渣堆弃，以实现铝资源的有效利用。所述添加剂的组分中，氧化镁和铝灰在燃烧时捕获碱金属，形成难挥发的硅铝酸碱金属盐，以减少碱金属的释放，缓解锅炉受热面沾污；氧化镁具有固硫的特性，固硫效果仅次于氧化钙，添加氧化镁可适当缓解由湿法脱硫产生的气溶胶颗粒引发的雾霾等环境问题；添加铝灰、氧化镁和白云石改变高铁准东煤的灰成分，使添加剂与高铁准东煤的混合煤灰偏离低温共熔区域，可改善原煤的积灰、结渣特性，并缓解受热面上结渣导致锅炉传热阻力增大的问题；添加氧化镁和白云石，与原煤混合燃烧时生成高熔点化合物，以提高准东煤灰熔点，进而降低锅炉受热面的结焦程度。综上所述，所述添加剂能通过减少碱金属/碱土金属释放、提高灰熔点和固硫，改善高铁准东煤的结渣特性，减轻锅炉受热面的积灰、结焦程度，并显著提高高铁准东煤的掺烧比例。

具体实施方式

以下对本发明进一步说明：

一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂，包括白云石、铝灰和氧化镁；添加剂中各成分的质量百分含量为，铝灰15％-65％，氧化镁25％-50％，余量为白云石；按质量百分含量将各成分预先混合。

白云石的粒径小于150μm。

氧化镁是纯度为80％-99％的粉末；氧化镁的粒径小于150μm。

铝灰是铝质量百分比约为35％的粉末；铝灰的粒径小于200μm。

一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂的应用方法，包括以下步骤：

步骤1，根据高铁准东煤的质量确定添加剂中各组分的质量；

步骤2，将确定质量的添加剂组分铝灰、氧化镁和白云石与高铁准东煤充分混合，并将混合物送入炉膛燃烧。

步骤1中添加剂与高铁准东煤的质量比为(3～8):100；添加剂各组分与高铁准东煤的质量比分别为：铝灰(1～6):100，氧化镁(1～5):100，白云石(1～5):100。

步骤2中添加剂与高铁准东煤的混合物中硅铝质量比低于3:1；步骤2中添加剂与高铁准东煤的混合物中钙镁质量比低于3:1。

步骤2中使添加剂与高铁准东煤充分混合的方法有以下三种：

1)在沿输煤方向靠近原煤斗的输送带附近增置给添加剂装置，根据单位时间输煤质量人工或机械控制给添加剂装置的给粉速率，将已经磨碎至150μm或200μm以下的添加剂与煤粉按质量配比(3～8):100预混合，然后一并送入磨煤机以实现煤的破碎和充分混合；

2)将已经磨碎至150μm或200μm以下的添加剂与高铁准东煤粉按质量配比(3～8):100混合后一并送入一次风管道，在流动中与煤粉充分混合；

3)在燃烧器喷口附近设置一组通有二次风的添加剂喷口，将已经磨碎至150μm或200μm以下的添加剂[与煤粉质量比为(3～8):100]从该喷口射出，在燃烧器喷口附近或炉膛前部与煤粉充分混合。

本发明的高铁准东煤添加剂的应用方法为：所述添加剂由钙镁型添加剂白云石、铝工业副产品铝灰以及氧化镁组成；将添加剂(具体组分为：铝灰、氧化镁和白云石)与高铁准东煤按质量配比(3～8):100充分混合，并将混合物送入锅炉炉膛燃烧。所述添加剂与高铁准东煤混合的实现方法有3中，所述实现方法之一为：在沿输煤方向靠近原煤斗的输送带附近增置给添加剂装置，根据单位时间输煤质量人工或机械控制给添加剂装置的给粉速率，将已经磨碎至150μm或200μm以下的添加剂与煤粉按质量配比(3～8):100预混合，然后一并送入磨煤机以实现煤的破碎和充分混合。或者，所述实现方法之二：将已经磨碎至150μm或200μm以下的添加剂与高铁准东煤粉按质量配比(3～8):100混合后一并送入一次风管道，在流动中与煤粉充分混合。或者，所述实现方法之三：在燃烧器喷口附近设置一组通有二次风的添加剂喷口，将已经磨碎至150μm或200μm以下的添加剂[与煤粉质量比为(3～8):100]从该喷口射出，在燃烧器喷口附近或炉膛前部与煤粉充分混合。

采用本发明所述添加剂可有效缓解燃用高铁准东煤易使锅炉换热面沾污、结渣的技术问题。所述添加剂具有成本低廉、来源广泛和制备工艺简单的特点，且可实现废弃铝的资源化利用。应用在炉膛燃烧中，具有对设备要求低和操作简单的特点，能明显改善高铁准东煤的燃烧、积灰、结焦和结渣特性，可有效提高高铁准东煤的掺烧比例。

本发明的添加剂设计原理是：

所述添加剂的组分中，氧化镁和铝灰在燃烧时捕获碱金属，形成难挥发的硅铝酸碱金属盐，以减少碱金属的释放，缓解锅炉换热面沾污问题；氧化镁具有固硫的特性，固硫效果仅次于氧化钙，添加氧化镁可适当缓解由湿法脱硫产生的气溶胶颗粒引发的雾霾等环境问题；添加铝灰、氧化镁和白云石改变高铁准东煤的灰成分，使添加剂与高铁准东煤的混合煤灰偏离低温共熔区域，可改善原煤的积灰、结渣特性，并缓解受热面上结渣导致锅炉传热阻力增大的问题；添加氧化镁和白云石，与原煤混合燃烧时生成高熔点化合物，以提高准东煤灰熔点，进而降低锅炉受热面的结焦程度。

【实施例1】

添加剂组分及各组分的质量百分比如表1所示：

表1、实施例1添加剂组分及质量百分比

组分	铝灰	氧化镁	白云石
				单位	％	％	％
与高铁准东煤质量比	1	3	2
				占添加剂质量百分比	15-20	50	30-35

添加剂与高铁准东煤的质量配比为6:100，铝灰的平均粒径小于200μm，氧化镁的平均粒径小于20μm，白云石的平均粒径小于75μm。实施例1添加剂可将高铁准东煤灰的软化温度提升60℃及以上。

【实施例2】

添加剂组分及各组分的质量百分比如表2所示：

表2、实施例2添加剂组分及质量百分比

组分	铝灰	氧化镁	白云石
				单位	％	％	％
与高铁准东煤质量比	2	1	1
				占添加剂质量百分比	50	25	25

添加剂与高铁准东煤的质量配比为4:100，铝灰的平均粒径小于200μm，氧化镁的平均粒径小于20μm，白云石的平均粒径小于150μm。实施例2添加剂可将高铁准东煤灰的软化温度提升80℃及以上。

【实施例3】

添加剂组分及各组分的质量百分比如表3所示：

表3、实施例3添加剂组分及质量百分比

添加剂与高铁准东煤的质量配比为8:100，铝灰的平均粒径小于150μm，氧化镁的平均粒径小于50μm，白云石的平均粒径小于75μm。实施例3添加剂可将高铁准东煤灰的软化温度提升80℃及以上。

【实施例4】

添加剂组分及各组分的质量百分比如表4所示：

表4、实施例4添加剂组分及质量百分比

组分	铝灰	氧化镁	白云石
				单位	％	％	％
与高铁准东煤质量比	4	2	1
				占添加剂质量百分比	55-60	25-30	15

添加剂与高铁准东煤的质量配比为7:100，铝灰的平均粒径小于200μm，氧化镁的平均粒径小于50μm，白云石的平均粒径小于150μm。实施例3添加剂可将高铁准东煤灰的软化温度提升100℃及以上。

分析上述实施例可知，本发明具有以下优点：

(1)所述添加剂的质量配比低、制备工艺简单、成分比例灵活度高，可根据所燃用高铁准东煤的实际情况，有针对性地设计技术方案改善高铁准东煤的积灰、结焦、结渣特性，即选用特定的添加剂配比以满足实际生产的要求。

(2)所述添加剂组分中，铝灰属铝工业副产品，其不断产生但有效利用程度低，造成铝资源的大量浪费。将废弃铝灰作为高铁准东煤的添加剂，既能减少铝资源的浪费、节约使用矿产资源(如白云石、氧化镁)，又能降低添加剂成本、提高电厂运行经济性。

(3)所述实施例均使煤灰的软化温度提升60℃及以上，所述添加剂对高铁准东煤灰熔点有明显提升效果。此外，经实验验证，所述添加剂还具有减少碱金属/碱土金属释放、固硫的效果。所述添加剂可有效提高电厂燃用高铁准东煤时的掺烧比例，甚至全部燃用高铁准东煤，降低电厂的生产成本。

Claims (5)

1.一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂，其特征在于，包括白云石、铝灰和氧化镁；添加剂中各成分的质量百分含量为，铝灰15％-65％，氧化镁25％-50％，余量为白云石；按质量百分含量将各成分预先混合；

白云石的粒径小于150μm；

氧化镁是纯度为80％-99％的粉末；氧化镁的粒径小于150μm；

铝灰是铝质量百分比约为35％的粉末；铝灰的粒径小于200μm。

2.一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂的应用方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂，包括以下步骤：

步骤1，根据高铁准东煤的质量确定添加剂中各组分的质量；

步骤2，将确定质量的添加剂组分铝灰、氧化镁和白云石与高铁准东煤充分混合，并将混合物送入炉膛燃烧。

3.根据权利要求2所述的一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂的应用方法，其特征在于，步骤1中添加剂与高铁准东煤的质量比为(3～8):100；添加剂各组分与高铁准东煤的质量比分别为：铝灰(1～6):100，氧化镁(1～5):100，白云石(1～5):100。

4.根据权利要求2所述的一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂的应用方法，其特征在于，步骤2中添加剂与高铁准东煤的混合物中硅铝质量比低于3:1；步骤2中添加剂与高铁准东煤的混合物中钙镁质量比低于3:1。

5.根据权利要求2所述的一种改善高铁准东煤结渣特性的添加剂的应用方法，其特征在于，步骤2中使添加剂与高铁准东煤充分混合的方法有以下三种：

1)在沿输煤方向靠近原煤斗的输送带附近增置给添加剂装置，根据单位时间输煤质量人工或机械控制给添加剂装置的给粉速率，将已经磨碎至150μm或200μm以下的添加剂与煤粉按质量配比(3～8):100预混合，然后一并送入磨煤机以实现煤的破碎和充分混合；

2)将已经磨碎至150μm或200μm以下的添加剂与高铁准东煤粉按质量配比(3～8):100混合后一并送入一次风管道，在流动中与煤粉充分混合；

3)在燃烧器喷口附近设置一组通有二次风的添加剂喷口，将已经磨碎至150μm或200μm以下的添加剂[与煤粉质量比为(3～8):100]从该喷口射出，在燃烧器喷口附近或炉膛前部与煤粉充分混合。