CN112500905A - 一种阻焦剂及其在生物质发电锅炉中的应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种阻焦剂及其在生物质发电锅炉中的应用,包括气体阻焦化学品；所述气体阻焦化学品选自乙炔、天然气、乙烯、煤气、石油气中的至少一种。本发明可有效固定和转化易于结焦和结渣的硫酸钾和氯化钾，使其转化为疏松、易碎不易结焦结渣的混合物质，能有效阻断结焦结渣过程，消除或缓解锅炉受热面的结焦结渣情况。

Description

一种阻焦剂及其在生物质发电锅炉中的应用
技术领域
本申请涉及一种阻焦剂及其在生物质发电锅炉中的应用，属于生物质发电锅炉技术领域。
背景技术
随着畜禽养殖业的快速发展，该产业产生的大量畜禽养殖废弃物成为目前农业三大污染面源之一。以畜禽养殖废弃为生物质燃料进行燃烧发电，是解决畜禽养殖废弃物污染的有效途径。目前，畜禽养殖废弃物发电锅炉的装置及其工艺流程均借鉴于常规的燃煤发电锅炉。然而，畜禽养殖废弃物燃料性质与组分与煤有很大的区别，使得它们燃烧产生的灰分组分及性质也完全不同。以鸡粪和稻谷壳为主要成分的生物质混合燃料为例，其含水量高，粘性比通常的生物质大，燃烧产生的飞灰主要为KCL和硫酸钾，这种飞灰的烟气其粘度大，容易粘附在锅炉的热交换器的受热面上，并且能够在受热面不断的聚集、固化和结焦结渣，造成严重的积灰，降低了锅炉的热传递效率，缩短了锅炉的运行周期，大大限制了锅炉的效能提升。此外，该积灰容易固化结焦，在热交换器的钢管上不易脱落，这也给后续停机人工清灰带来很大工作量和安全隐患，严重影响了锅炉发电的经济效益和社会效益。因此，解决锅炉热交换器的结焦结渣问题，对提高畜禽养殖废弃发电锅炉效率，延长锅炉寿命，提升发电锅炉经济效益具有重要意义。
发明内容
针对上述锅炉存在的结焦结渣问题，本申请的一个方面，提供了一种阻焦剂，包括气体阻焦化学品；所述气体阻焦化学品选自乙炔、天然气、乙烯、煤气、石油气中的至少一种。本发明可有效固定和转化易于结焦和结渣的硫酸钾和氯化钾，使其转化为疏松、易碎不易结焦结渣的混合物质，能有效阻断结焦结渣过程，消除或缓解锅炉受热面的结焦结渣情况。
根据本申请的第一方面，提供了一种阻焦剂，包括气体阻焦化学品；所述气体阻焦化学品选自乙炔、天然气、乙烯、煤气、石油气中的至少一种。
可选地，在所述气体阻焦化学品中，还包括PH3、H2S中的至少一种。
可选地，所述PH3在所述气体阻焦化学品中的体积含量为0.001～1％；和/或，
所述H2S在所述气体阻焦化学品中的体积含量为0.001～1％。
可选地，所述阻焦剂中还包括固体阻焦化学品；
所述固体阻焦化学品包括组分I；
所述组分I中含有硫元素和钙元素。
可选地，所述组分I中的钙元素来自氧化钙、氢氧化钙、钙盐中的至少一种；
所述组分I中的硫元素来自含有硫元素的盐类化合物。
可选地，所述含有硫元素的盐类化合物选自硫酸钙、亚硫酸钙、硫化钙中的至少一种。
可选地，所述钙盐选自硫酸钙、亚硫酸钙、硫化钙、氯化钙、碳酸钙、草酸钙中的至少一种。
可选地，在所述组分I中，所述钙元素和所述硫元素的摩尔比为(5～1)：1。
可选地，所述固体阻焦化学品还包括组分II和组分III；
所述组分II中含有镁元素；
所述组分III中含有磷元素。
可选地，所述组分II中的镁元素来自镁盐、氧化镁、氢氧化镁中的至少一种；
所述组分III中的磷元素来自红磷、五氧化二磷、磷酸钙盐、磷酸镁盐中的至少一种。
可选地，所述镁元素、所述磷元素和所述硫元素的摩尔比为0.01～31.5：21～60：16～64。可选地，所述磷酸钙盐选自碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙中的至少一种。
可选地，所述镁元素、所述磷元素和所述硫元素的摩尔比上限独立地选自9：54：64、10：60：20，下限独立地选自2：28：42、9：54：64、10：60：20。
可选地，所述磷酸氢镁钙的化学式如式I所示：
CaxMgyHz(PO4)n 式I
在式I中，x:y:z:n＝(1～18):(1～2):2:(2～14)。
可选地，所述阻焦剂中还包括石英砂。
可选地，所述阻焦剂中石英砂的质量含量为6.5～39wt％。
可选地，所述阻焦剂中石英砂的质量含量上限独立地选自39wt％、30wt％、25wt％、20wt％、15wt％、10wt％，下限独立地选自6.5wt％、30wt％、25wt％、20wt％、15wt％、10wt％。
可选地，所述固体阻焦化学品的粒径小于2mm；
所述石英砂的粒径为0.05～0.8mm。
根据本申请的第二方面，提供了一种上述阻焦剂在生物质发电锅炉中的应用。
可选地，所述生物质发电锅炉中的生物质为畜禽养殖废弃物、松木粉、竹粉中的至少一种。
可选地，所述畜禽养殖废弃物选自鸡粪、稻壳中的至少一种。
根据本申请的第三方面，提供了一种生物质发电锅炉阻焦的方法，所述方法包括：使用阻焦剂对生物质发电锅炉进行阻焦；
所述阻焦剂选自上述阻焦剂中的至少一种。
可选地，所述方法包括以下步骤：
(1-1)向生物质发电锅炉的热交换器炉膛内通入气体阻焦化学品即可。
可选地，在所述步骤(1-1)中，所述气体阻焦化学品通入速率为6～12kg/h。
可选地，在所述步骤(1-1)中，通入气体阻焦化学品的位置选自生物质发电锅炉的高温过热器区域、省煤器区域、空预器区域中的至少一种。
可选地，在所述步骤(1-1)之前，还包括如下步骤：
(1-0)将固体阻焦化学品和石英砂在生物质发电锅炉的分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置处喷入即可，或；
将固体阻焦化学品在生物质发电锅炉的分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置处喷入即可。
关于阻焦剂喷入锅炉的位置选择，可以任选生物质发电锅炉分离器出口的水平烟道、高温过热器区域、低温过热器区域、省煤器区域或空预器区域开孔喷入。由于上述各区域是连通的，且烟道的流动方向为分离器出口的水平烟道、高温过热器区域、低温过热器区域、省煤器区域、空预器区域，因此，选择在烟道流动上游区域喷入更为有利，反应更充分，阻断结焦效果更佳。而在这几个区域同时喷入，其效果更好。
可选地，所述步骤(1-0)完毕后的5min之内开始所述步骤(1-1)。
可选地，所述步骤(1-0)进行的频次为：每日分批次等量喷入，每隔3～6小时喷一次，当天喷入的量为当日生物质燃料投量的0.125～1.5wt％。
可选地，所述方法还包括如下步骤：
(1-2)在生物质发电锅炉的过热器炉膛底部实时排放沉积的积灰阻焦。
可选地，所述生物质发电锅炉的过热器炉膛底部设置有排灰口；
所述排灰口为漏斗状。
根据本申请的最后一方面，还提供了一种生物质发电锅炉的发电方法，所述发电方法包括步骤I-1；
步骤I-1：向生物质发电锅炉的热交换器炉膛内通入气体阻焦化学品，将生物质燃料送入生物质发电锅炉中焚烧即可；
所述气体阻焦化学品选自上述阻焦剂中的至少一种。
可选地，在所述步骤I-1之前，还包括如下步骤：
步骤I-0：将固体阻焦化学品和石英砂在生物质发电锅炉的分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置处喷入即可，或；
将固体阻焦化学品在生物质发电锅炉的分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置处喷入即可。
可选地，在所述步骤I-1之后，还包括步骤I-2；
步骤I-2：在生物质发电锅炉的过热器炉膛底部实时排放沉积的积灰阻焦。
可选地，所述固体阻焦化学品和石英砂的用量为生物质燃料质量的0.125～1.5％。
可选地，所述生物质燃料的含水量为30.5～49.2wt％。
可选地，所述方法包括三个方面：乙炔爆破阻焦、阻焦剂喷洒阻焦和过热器炉膛底部实时排放沉积的积灰阻焦。
可选地，所述乙炔爆破阻焦，包括以下步骤：
周期性地向热交换器炉膛内通入乙炔气体，使乙炔气体在空气和高温下发生爆炸，一方面爆炸产生的剧烈震动以及冲击波可以有效地将受热面上的结焦积灰从受热面上震荡脱落；另一方面，将爆炸产生高能冲击波和震动可以将团聚的积灰分解成微小的颗粒，增加了颗粒反应的表面积，同时爆炸也产生了大量的高能粒子，有利于积灰的转化反应；例如，硫酸钾和喷入的阻焦剂硫酸钙微小粒子在爆炸瞬间能充分接触碰撞，并高能环境下迅速反应转化成钾石膏粒子。
本申请中使用的乙炔气体为工业乙炔，其中会含有PH3、H2S杂质，因此，可不需要单独加入PH3、H2S气体。乙炔中的杂质，如PH3，能够在爆炸瞬间产生大量的高能粒子，这些高活性地高能粒子，能够迅速地和飞灰中的钙镁元素发生转化反应，进一步形成磷酸镁钙盐，磷酸镁钙盐能够很好地固化包覆固溶KCl，有利于阻止KCL在受热面的沉积固化，防止受热面被腐蚀。
利用乙炔可燃气体和空气，送入燃烧室中进行燃气脉冲燃烧。与常规的燃烧过程和燃烧方式有所不同，燃气脉冲燃烧是利用不稳定燃烧气体在高湍流状态下，产生压缩波，形成动能、声能、热能。这种燃烧速度较快，燃烧产生的气体压力被限制在一定的范围之内，在输出管的喷口处发射冲击波能与积灰状况适应。通过冲击波的作用使受热面上的积灰脱落，将被污染受热面上的灰尘颗粒、松散物、粘合物及沉积物除去，达到降低锅炉尾部排烟温度，提高锅炉热效率。
本申请中，气体阻焦化学品中含有PH3，PH3的含量根据喷入的阻焦剂中含磷化合物的量来调整(如磷酸盐、五氧化二磷)；当喷入含磷化合物的量增加时，乙炔中PH3的浓度即降低，随着喷入含磷化合物的量增加，乙炔中的PH3的浓度可降至0；当阻焦剂中含磷化合物的量为0时，此时需要的乙炔中的PH3的浓度最大。通常，工业用的乙炔气体中PH3体积含量小于等于0.08％，即乙炔气体中PH3的含量为0-0.08％。
可选地，所述乙炔气体的通入量为1.5～3kg。
可选地，所述周期性通入乙炔气体，指的是每隔1h通入一次乙炔气体。
可选地，通入乙炔气体的炉膛位置为：高温过热器区域、低温过热器、省煤器区域或空预器区域中一个区域或多个区域。
可选地，本申请中的固体阻焦化学品包括以下组分：
组分1：包括含硫、钙元素的无机盐或混合无机盐，所述含硫钙元素的无机盐或混合无机盐，包括硫酸盐与钙盐的混合物；进一步地，包括硫酸钙、亚硫酸钙、硫化钙中一种或多种；所述的组分1中，钙、硫元素的摩尔组分量均为16～64份；
组分2：包括钙盐或钙的氧化物或硫化物，进一步地，包括氢氧化钙、氧化钙、氯化钙、碳酸钙、草酸钙、硫化钙中的一种或多种；所述的组分2中，钙元素的摩尔组分量为0～63份；
组分3：包括镁盐或镁的氧化物或氢氧化物；进一步地，包括氧化镁、氢氧化镁、硫酸镁中一种或多种；所述的组分3中，镁元素的摩尔组分量为0～20份；
组分4：包括含磷化合物，进一步地，包括红磷、五氧化二磷、磷酸钙盐、磷酸镁盐一种或多种；所述的组分4中，磷元素的摩尔组分量为21～60份。
可选地，所述固体阻焦化学品的颗粒粒径小于1mm。
可选地，所述固体阻焦化学品和石英砂的用量为生物质燃料质量的0.08～0.56wt％。
可选地，本申请中的过热器炉膛底部实时排放沉积的积灰阻焦，指的是在过热器炉膛底部设置漏斗状的排灰口，使脱落下来的积灰在沉降至过热器底部时能够及时排出炉膛。
可选地，所述气体阻焦化学品选自易燃易爆气体，进一步地，包括乙炔、天然气、乙烯、煤气、石油气中的一种或几种。
可选地，本申请中使用的乙炔为工业乙炔，其中含有PH3、H2S；所述的PH3的体积浓度为1％以内，H2S的浓度为1％以内。
本申请中，灰分元素以氯、钾和硫为主要元素成分的生物质在燃料过程中，氯、钾及硫元素挥发后化合形成以氯化钾和硫酸钾为主要成分的飞灰气溶胶，由于硫酸钾粘性大，很容易在烟气流动过程中粘附在对流管束、过热器、省煤气和空气预热器上，粘附的硫酸钾由于其粘附特性，又容易将低熔点易升华的氯化钾颗粒吸附在其表面，随着时间演变，更多的硫酸钾和氯化钾就这样如此反复粘附和吸附、堆积、团聚，同时在高温的条件下，这些团聚的飞灰进一步地结晶固化结焦，形成了坚硬的块状结焦体，并牢牢地结焦在各热交换器的钢管上，极难以脱落和清理。
我们研究发现，造成这种结焦问题最主要因素是飞灰中极具粘附性地硫酸钾，为了阻断由于硫酸钾引起的一系列连锁结焦反应，我们采取了飞灰组分转化的方案，即将硫酸钾和氯化钾为主的飞灰通过阻焦剂阻断反应后实时转化成难以结焦的飞灰组分，再利用重力的作用通过机械的方法将该积灰从热交换器炉体底部及时地排出。
主要反应机理包括：
1.硫酸钾的固定转化：
CaSO4(s)+K2SO4(s)+H2O(g)＝K2Ca(SO4)2·H2O(s)
因炉膛中有源源不断的氧气供应，所以此反应中硫酸钙可用亚硫酸钙代替，或用硫化钙代替。因为亚硫酸钙或硫化钙在空气中灼烧能容易转化成硫酸钙。
同样地，此反应中硫酸钙和带结晶水的硫酸钙(包括生石膏或熟石膏)具有同样性质，因此硫酸钙也可以用带结晶水的硫酸钙替换(如生石膏或熟石膏)。
此反应最终的产物是带结晶水的钾石膏，通常情况下，钾石膏在高温下会脱水和分解又生成硫酸钾，生成的硫酸钾仍然会造成结焦。但是，在本发明实施例中，由于所用的生物质含水量较大，以鸡粪和稻壳混合物为例，其含水量大于30％，在这种情况之下，当燃烧进行时，炉膛中充满大量的水蒸气，其炉膛的湿度将达到RH100％。在如此高浓度的水蒸气下，根据化学反应平衡原理，可以得出，该反应只会向正反应进行，而不会向逆反应进行，从而达到我们固定硫酸钾的目的。
2.氯化钾的包覆固定；
10Ca(OH)2(s)+3P2O5(g)＝2Ca5(PO4)3(OH)(s)+9H2O(g)
CaO(s)+MgO(s)+P2O5(g)+H2O(g)＝CaxMgyHz(PO4)n(s)
Ca3(PO4)2(s)+MgO(s)+H2O(g)＝CaxMgyHz(PO4)n(s)
反应2中，生成的产物为磷酸氢镁钙，x,y,z,n的值由投料中元素钙、镁、磷的相对量比决定，如CaMgH2(PO4)2，Ca4MgH2(PO4)4，Ca4MgH2(PO4)4，Ca18Mg2H2(PO4)14，Ca7MgH2(PO4)6，Ca10Mg2H2(PO4)8等。
反应3中，生成的产物为磷酸氢镁钙，x,y,z,n的值由投料中元素钙、镁、磷的相对量比决定，如CaMgH2(PO4)2，Ca4MgH2(PO4)4，Ca4MgH2(PO4)4，Ca18Mg2H2(PO4)14，Ca7MgH2(PO4)6，Ca10Mg2H2(PO4)8等。
在氧气气氛和高温条件下，反应1中生成的产物为碱式磷酸钙，其中Ca(OH)2可用氢氧化钙、氧化钙、氯化钙、碳酸钙、草酸钙或硫化钙替换；P2O5可用红磷、五氧化二磷或磷酸钙盐替代；
在氧气气氛和高温条件下，反应2中的CaO可用氢氧化钙、氯化钙、碳酸钙、草酸钙或硫化钙替代；P2O5可用红磷、五氧化二磷或磷酸钙盐替代；MgO可用氢氧化镁、硫酸镁盐、磷酸镁盐替代。
碱式磷酸钙和磷酸氢镁钙对炉膛产生的氯化钾气溶胶具有吸附和包覆的作用，减少了氯化钾与受热面的直接接触，从而使得受热面的钢管免于结焦和腐蚀。
经阻焦处理之后，飞灰中的成分由硫酸钾和氯化钾结焦混合物，变成了由被包覆在内氯化钾、磷酸氢镁钙、碱式磷酸钙和钾石膏组成，该混合物飞灰在高温高湿下无法团聚结渣，更不会固化结焦成硬块，而是形成砂砾状可流动的混合物，从而避免在受热面钢管上的结焦，进而我们只要利用重力或负压抽动的作用在炉体底部将其及时收集和排空，即可解决锅炉的结焦问题。
由于生物质炉膛最高温度在800-1200摄氏度之间，因此石英砂在整个结灰过程中并参与化学反应，但是，由于飞灰中的硫酸钾在形成之初，还来不及与阻焦剂反应，在结焦初期其微粒容易在受热面上形成晶核，并不断地长大，而熔融的氯化钾微粒很容易在这些在受热面表面的硫酸钾上沉积进一步形成积灰，如此由于初期结焦时未有效阻断，必然会迟滞阻焦效果，因此，石英砂在此时的作用较大，这些微小粒径的石英砂可以为硫酸钾飞灰提供成核位点，引导硫酸钾在其表面生长结晶，从而亦可以进一步减少氯化钾的在受热面的结焦，如此就延缓了受热面的初期结焦结渣，与此同时，石英砂的流动性好，更容易沉降，可以通过及时排空底部积灰，进一步缓解了结焦结渣情况。值得注意，石英砂在结焦初期阻断结焦作用更大，但结焦后期其阻断效果明显减弱，因此在生物质焚烧初期，石英砂的量投入量大一些，但后期石英砂投入量可适当减少，一般地，后期的投入量相对于阻焦剂的重量含量为初期投入量的1/2。由于石英砂初始时颗粒就比较大，重量重，若直接和生物质燃料混合使用，那么容易造成其大部分在燃烧炉膛即被沉降，其无法有效地在过热器部位发挥有效作用，减弱了整个阻焦效率。因此，本发明进一步优化，将阻焦化学品和石英砂分开使用，即可选地，阻焦化学品和生物质燃料混合焚烧，而石英砂在高温过热器部位周期性喷射进入。由于生物质，其灰分中含有的二氧化硅的含量差别较大，本发明中，若生物质灰分中二氧化硅含量较大时，可以适当地减少石英砂的用量；若生物质灰分中二氧化硅的含量极高(大于60wt％)时，可以免去使用石英砂。
本发明实施例所选用的畜禽养殖废弃物生物质，硫含量较高(硫元素占干生物质的质量含量为1.11wt％)，产生灰分黏性更大，阻焦难度更大。
本发明中阻焦的位置主要针对的是过热器炉膛内各个热交换器受热面的部位，其具体的位置如图3所示。
本申请能产生的有益效果包括：
1.采用含有磷化氢气体的乙炔作为爆燃气体至少有以下两方面有益效果：一方面，以磷化氢气体作为一种阻焦反应试剂，相对于固体阻焦反应剂，反应会更加地有效充分，避免固体阻焦反应不完全而造成极大的浪费，也就是说，气体的流动特性可以确保其与飞灰颗粒之间充分的碰撞和接触，同时气体在爆炸的高能量下，容易电离成更高反应活性的等离子体，能有效传导能量并且充分地和飞灰颗粒发生转化反应，此外，磷化氢气体与乙炔气体充分混合，能保证乙炔爆炸瞬间充分的利用能量，并在原位发生化学反应，促进飞灰颗粒的转化反应；又一方面，因工业用的乙炔气体通常含有磷化氢杂质，因此比起纯的乙炔气体而言，我们直接采用工业非纯乙炔气体，不仅使得非纯乙炔的充分利用，而且还大量降低了我们阻焦的成本，更有利于产业推广。
2.本发明可有效固定和转化易于结焦和结渣的硫酸钾和氯化钾，使其转化为疏松、易碎不易结焦结渣的混合物质，能有效阻断结焦结渣过程，消除或缓解锅炉受热面的结焦结渣情况；
3.能有效吸收燃烧过程中过渡气体产物SO2和Cl2、HCl，降低对锅炉受热面的腐蚀。
4.本发明能显著减少生物质锅炉的结渣、积灰问题，降低金属管壁的腐蚀，提高受热面热传导，增加热效率，提高锅炉能效。锅炉连续正常运行周期加长，从原来的30天延长到56天，受热面的结焦率从原来的88％下降到24％。
5.本发明畜禽养殖废弃物生物质发电锅炉阻焦剂的使用方法简单，成本低，应用前景大。
附图说明
图1为实施例1过热器积灰的XRD图谱；
图2为实施例3过热器底部积灰的XRD图谱；
图3为本申请中生物质发电锅炉的结构示意图，在图3中，“高省”——高温省煤器；“低省”——低温省煤器；“高过”——高温过热器；“低过”——低温过热器；省煤器包括低温省煤器和高温省煤器。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料和催化剂均通过商业途径购买。
本发明中除特别说明外的所有所用到的原料试剂均通过国内商业渠道获得。
物相分析：采用X射线粉末衍射仪(XRD,Rigaku,Miniflex 600)分析。
实施例1(对比例)
本实施例采用的生物质燃料为未经干燥的含湿鸡粪和稻谷壳混合物(其中稻谷壳含量为70wt％，鸡粪含量为30wt％)，其平均含水量为40.1wt％(因每天投入的生物质的含水量因气候运输因素的影响会有差异，故用范围表示)；将该生物质燃料应用于鸡粪循环流化床发电锅炉中进行焚烧发电，经过长时间运行监测，结果表明在锅炉系统能连续正常运行的周期为30天，过热器上的积灰结焦情况比较严重，积灰结焦结渣成块，迎风面具有旗状结渣积灰，坚硬，不易清理。过热器的积灰主要组分为KCl、硫酸钾以及氯化碱式磷酸钙，在炉膛底部沉降的积灰少，占所有结焦积灰重量的12wt％。
对过热器上的积灰进行物相分析(图1)，分析结果过热器上的积灰主要组分有KCl、硫酸钾以及氯化碱式磷酸钙(Ca505(PO4)3.014Cl0.595(OH)1.67)。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于，生物质燃料添加了阻焦剂，阻焦剂包括阻焦化学品和石英砂，石英砂颗粒粒径0.2-0.8mm；阻焦化学品的组分为：硫酸钙；本实施例阻焦化学品占原生物质燃料质量比重的0.25％，石英砂相对于原生物质燃料的投量重量分数为0.05～0.025wt％。将上述配比的阻焦化学品粉碎至最大粒径小于0.8mm后，与生物质燃料均匀混合后一同送入发电锅炉中燃烧；在锅炉开始正常运行后，石英砂同时从生物质锅炉分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处以及空预器区域外部两侧开孔处(如图3所示)周期性(每隔1h喷入一次，每次喷吹时长10min，每个喷入口喷入的石英砂的量相同，直至计划喷入的石英砂全部喷完)喷吹送入锅炉，所述的喷入的石英砂的量随锅炉运行周期进行逐天递减，从最初相对于生物质投量百分含量的0.05wt％逐天递减至最后一次的0.025wt％，平均每天递减量为前一天石英砂投量的1.8％。
将本实施例提供的阻焦剂应用到鸡粪循环流化床锅炉上，经过长时间运行监测，结果表明在锅炉系统能连续正常运行的周期为38天，过热器上的积灰结焦情况明显改善，换热面腐蚀问题也得到明显缓解。过热器底部自行沉降的积灰明显增多，底部积灰重量相对于所有结焦积灰重量(过热器的结焦积灰和沉降在过热器底部的积灰之和)的42wt％，底部积灰主要组分为积灰主要以钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，其积灰性状表现为疏松砂砾状，不结焦结渣成块，受重力或负压作用容易流动。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于，生物质燃料添加了阻焦剂，阻焦剂包括阻焦化学品和石英砂，石英砂相对于整个阻焦剂的重量的26～13wt％(石英砂在阻焦剂中含量每天是动态变化的)，石英砂颗粒粒径0.2-0.8mm；阻焦化学品各组分及摩尔量配比为：
硫酸钙：16份；
氧化钙：63份；
磷酸镁：21份(以磷元素的摩尔量计)；
石英砂：26wt％～13wt％
将上述配比的阻焦化学品粉碎至最大粒径小于0.8mm后，与石英砂及生物质燃料均匀混合后一同送入发电锅炉焚烧炉膛内燃烧；所述的阻焦剂中石英砂的量随锅炉运行周期进行逐天递减，从最初含量的26wt％逐天递减至最后一次的13wt％(平均每天递减量为前一天石英砂投量的1.6％)。本实施例阻焦剂占原生物质燃料质量比重为0.45％。
将本实施例提供的阻焦剂应用到鸡粪循环流化床锅炉上，经过长时间运行监测，结果表明在锅炉系统能连续正常运行的周期为42天，过热器上的积灰结焦情况明显改善，换热面腐蚀问题也得到明显缓解。过热器底部自行沉降的积灰明显增多，底部积灰重量相对于所有结焦积灰重量的52wt％，底部积灰主要组分为积灰主要以钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，其积灰性状表现为疏松砂砾状，不结焦结渣成块，受重力或负压作用容易流动。
对底部积灰的取样进行物相分析(图2)，分析结果表明的其积灰主要组分有钾石膏[K2Ca(SO4)2·H2O]、碱式磷酸钙[Ca5(PO4)3(OH)]、磷酸氢镁钙[Ca18Mg2H2(PO4)14]和KCl。
实施例4
本实施例与实施例1不同之处在于，生物质燃料添加了阻焦剂，阻焦剂包括阻焦化学品和石英砂，石英砂相对于整个阻焦剂的重量的39～19.5wt％，石英砂颗粒粒径0.1-0.6mm；阻焦化学品各组分及摩尔量配比为：
硫酸钙：64份；
氢氧化镁：9份；
磷酸钙：27份(以磷元素的摩尔量计)；
石英砂：39wt％～19.5wt％
将上述配比的阻焦化学品粉碎至最大粒径小于0.8mm后，与石英砂混合后同时从生物质锅炉分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处以及空预器区域外部两侧开孔处周期性(每隔1h喷入一次，每次喷吹时长10min，每个喷入口喷入的阻焦剂的量相同，直至计划喷入的固体阻焦剂全部喷完)喷吹送入锅炉，所述的阻焦剂中石英砂的量随锅炉运行周期进行逐天递减，从最初含量的39wt％逐天递减至最后一次的19.5wt％(平均每天递减量为前一天石英砂投量的1.4％)。本实施例阻焦剂占原生物质燃料质量比重为0.125％。
将本实施例提供的阻焦剂应用到鸡粪循环流化床锅炉上，经过长时间运行监测，结果表明在锅炉系统能连续正常运行的周期为48天，过热器上的积灰结焦情况明显改善，换热面腐蚀问题也得到明显缓解。过热器底部自行沉降的积灰明显增多，底部积灰重量相对于所有结焦积灰重量的63wt％，底部积灰主要组分为积灰主要以钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，其积灰性状表现为疏松砂砾状，不结焦结渣成块，受重力或负压作用容易流动。
实施例5
本实施例与实施例1不同之处在于，生物质燃料添加了阻焦剂，阻焦剂包括阻焦化学品和石英砂，石英砂相对于整个阻焦剂的重量的13～6.5wt％，石英砂颗粒粒径0.4-1mm；阻焦化学品各组分及摩尔量配比为：
硫酸钙：20份；
硫酸镁：20份；
磷酸钙：60份(以磷元素的摩尔量计)；
石英砂：13wt％～6.5wt％
将上述配比的阻焦化学品粉碎至最大粒径小于0.8mm后，与石英砂及生物质燃料均匀混合后一同送入发电锅炉中燃烧；所述的阻焦剂中石英砂的量随锅炉运行周期进行逐量递减，从最初含量的13wt％逐天递减至最后一次的6.5wt％(平均每天递减量为前一天石英砂投量的1.4％)。本实施例阻焦剂占原生物质燃料质量比重为1.5％。
将本实施例提供的阻焦剂应用到鸡粪循环流化床锅炉上，经过长时间运行监测，结果表明在锅炉系统能连续正常运行的周期为40天，过热器上的积灰结焦情况明显改善，换热面腐蚀问题也得到明显缓解。过热器底部自行沉降的积灰明显增多，底部积灰重量相对于所有结焦积灰重量的46wt％，底部积灰主要组分为积灰主要以钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，其积灰性状表现为疏松砂砾状，不结焦结渣成块，受重力或负压作用容易流动。
实施例6
本实施例以松木粉作为生物质燃料，并在管式炉中模拟炉膛内的灼烧化学反应，在灼烧之前，将松木粉与阻焦剂均匀混合，阻焦剂相对于松木粉的质量分数为5wt％，阻焦剂的摩尔组分如下：
硫酸钙：42份；
草酸钙：42份；
氧化镁：2份；
P2O5：28份(以磷元素的摩尔量计)；
石英砂：5wt％(相对于整个阻焦剂的质量分数)；
石英砂颗粒粒径小于0.8mm；阻焦剂粒径小于0.2mm；
将松木粉与阻焦剂均匀混合后，取1g的混合物平铺在一石英舟中，然后置于管式炉中灼烧，管式炉内持续通含湿空气，灼烧的程序为：从室温80min升温至800摄氏度，并在800摄氏度保持2小时；灼烧后的灰分经粉末衍射仪测试分析，其主要成分包括钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，无检测到硅酸盐组分，灰分性状为疏松砂砾状。
实施例7
本实施例与实施例1不同之处在于，生物质燃料添加了阻焦化学品，阻焦化学品的组分为：硫酸钙；本实施例阻焦化学品占原生物质燃料质量比重的0.25％。将上述配比的阻焦化学品粉碎至最大粒径小于0.8mm后，与生物质燃料均匀混合后一同送入发电锅炉中燃烧。
将本实施例提供的阻焦剂应用到鸡粪循环流化床锅炉上，经过长时间运行监测，结果表明在锅炉系统能连续正常运行的周期为35天，过热器上的积灰结焦情况有改善，换热面腐蚀问题得到缓解。过热器底部自行沉降的积灰增多，底部积灰重量相对于所有结焦积灰重量(过热器的结焦积灰和沉降在过热器底部的积灰之和)的35wt％，底部积灰主要组分为积灰主要以钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，其积灰性状表现为疏松砂砾状，不结焦结渣成块，受重力或负压作用容易流动。
实施例8
本实施例与实施例5不同之处在于，生物质燃料为竹粉，阻焦剂相对于竹粉的质量分数为5％，阻焦剂的摩尔组分如下：
硫酸钙：42份；
碳酸钙：42份；
氧化镁：2份；
P2O5：28份(以磷元素的摩尔量计)；
石英砂：5wt％(相对于整个阻焦剂的质量分数)；
石英砂颗粒粒径小于0.8mm；阻焦剂粒径小于0.2mm；
灼烧后的灰分经粉末衍射仪测试分析，其主要成分包括钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，无检测到硅酸盐组分，灰分性状为疏松砂砾状。
实施例9
本实施例与实施例1不同之处在于，在实施生物质燃料焚烧发电的过程中，将乙炔爆破阻焦方法应用于上述生物质锅炉中，本实施例所述的生物质燃料与实施例1相同。
乙炔气体的使用方法：
选用的乙炔气体中PH3体积含量0.08％，H2S体积含量0.1％；
将上述湿生物质燃料未干燥情况下直接送入生物质循环流化床锅炉中进行焚烧，生物质锅炉开始正常运行后，每天周期性地从高温过热器区域外部两侧、低温过热器区域外部两侧、省煤器区域外部两侧及空预器区域外部两侧开孔处(图3所示)向过热器炉膛通入上述乙炔气体，每间隔1小时通入一次，每次通入量为1.5kg，在15分钟内通入完毕，在此期间点火，炉膛内会发生间歇性的爆炸。
将本实施例提供的阻焦剂应用到鸡粪循环流化床锅炉上，经过长时间运行监测，结果表明在锅炉系统能连续正常运行的周期，由原来的原来30天提升到40天，过热器上的结焦情况比原来明显缓解，积灰的组分也发生了很大的变化，过热器的积灰主要组分有钾石膏、碱式磷酸钙、KCl和硫酸钾，和原来的相比，硫酸钾的含量明显减少，同时在炉膛底部沉积的积灰，其主要组分为钾石膏、碱式磷酸钙和KCl，未监测到硫酸钾的存在，沉积底部的积灰量明显增多，收集到沉降积灰占到所有清理积灰重量的42％，且积灰性状表现为疏松砂砾状，不结焦结渣成块，说明经该阻焦处理后，很大一部分的飞灰硫酸钾被固定转化，形成不易结渣结焦混合组分，并受重力或负压作用迅速沉降，最终缓解过热器受热面的结焦结渣情况。
实施例10
本实施例与实施例9不同之处在于，在过热器炉膛底部有开置5个实时排灰口，使得沉降下来的积灰能够及时地排空。由于实施例1中沉降的积灰变多，大量的堆积在过热器炉膛底部，并最终会阻塞较低位置的空预器，造成烟气流动不畅，加重过热器受热面的结焦。为了及时排出沉降下来的大量积灰，畅通烟气流动，本实施例在过热器炉膛底部开置多个实时排灰口，使得沉降下来的积灰能够及时地排空。本实施例在一个过热器炉膛底部开置了5个实时漏斗状排灰口，外部用大型容器(大孔径麻袋)收集。
经过长时间运行监测，结果表明在锅炉系统能连续正常运行的周期，由实施例1的30天提升到45天，过热器上的结焦情况比实施例1明显缓解，积灰组分与实施例9相比，没有明显地变化。
实施例11
本实施例与实施例10不同之处在于，除了通入乙炔气体外，还在分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处和空预器区域外部两侧开孔处同时喷入固体阻焦剂，每天固体阻焦剂的用量为每天生物质燃料初始量的0.18wt％，将其分批次喷入，平均每隔4小时喷入一次，每次喷入完毕后，在5min之内开始通入乙炔气体并点燃引爆，每次喷入用时为30min以内喷完；所述的阻焦剂包括阻焦化学品和石英砂，石英砂相对于整个阻焦剂的重量的26～13wt％，石英砂颗粒粒径0.05-0.4mm；阻焦化学品大颗粒粒径小于1mm，其各组分及摩尔量配比为：
硫酸钙：28份；
氧化钙：56份；
氢氧化镁：12份；
磷酸钙：6份(以磷元素的摩尔量计)；
石英砂：26wt％～13wt％；
将上述配比的阻焦化学品粉碎至最大粒径小于1mm后，与石英砂及生物质燃料均匀混合后一同送入发电锅炉中燃烧；所述的阻焦剂中石英砂的量随锅炉运行周期进行逐量递减，从最初含量的26wt％逐天递减至最后一次的13wt％。本实施例阻焦剂占原生物质燃料质量比重为0.1％。
经过长时间运行监测，结果表明在锅炉系统能连续正常运行的周期，由实施例1的30天提升到56天，过热器上的结焦情况比实施例明显缓解，在炉膛底部沉积的积灰，其主要组分为钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，未监测到硫酸钾的存在，沉积底部的积灰量明显增多，且积灰性状表现为疏松砂砾状，不结焦结渣成块，且收集的量大大增加，实施例9中收集到沉降积灰占到所有清理积灰重量的42％，而本实施例收集到沉降积灰占到了所有清理积灰重量的76％，说明经该阻焦处理后，绝大部分飞灰硫酸钾被固定转化，形成不易结渣结焦混合组分，并受重力或负压作用迅速沉降，最终缓解过热器受热面的结焦结渣情况。
实施例12
本实施例和实施例11不同之处在于：
阻焦化学品组分不同，所述的阻焦化学品组分：硫酸钙摩尔分量数为72份，硫酸镁为8份，磷酸钙摩尔份量数为20份(以磷元素的摩尔量计)；两组分均匀混合，最大颗粒粒径小于2mm；
阻焦剂的用量不同，阻焦剂的用量为生物质燃料初始量的0.56wt％；
喷入的时长不同：每次喷入用时为60min以内喷完；
通入的乙炔气体纯度大于99.99％；
乙炔每次的通入量为3kg；
经过长时间运行监测，结果表明在锅炉系统能连续正常运行的周期，由最原始(对比实施例)的30天提升到50天，过热器上的结焦情况比对比实施例明显缓解，在炉膛底部沉积的积灰，其主要组分为钾石膏、碱式磷酸钙、硫酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，未监测到硫酸钾的存在，沉积底部的积灰性状表现为疏松砂砾状，不结焦结渣成块，且收集的量大大增加，本实施例收集到沉降积灰占到了所有清理积灰重量的65wt％，说明经该阻焦处理后，绝大部分飞灰硫酸钾被固定转化，形成不易结渣结焦混合组分，并受重力或负压作用迅速沉降，最终缓解过热器受热面的结焦结渣情况。
实施例13
本实施例与实施例11的不同之处在于，研究发现，在受热面的结焦形成初始阶段主要是硫酸钾在其受热面的沉积固化，因此为了充分高效利用阻焦剂，节省阻焦剂的用量，我们在锅炉正常运行开始阶段先分别在分离器出口的水平烟道两侧开孔处和高温过热器区域外部两侧开孔处同时喷入硫酸钙，硫酸钙的用量为投入生物质燃料质量的0.005wt％，再锅炉正常运行7天后，再同实施例11一样使用和实施例11一样配比的阻焦剂，阻焦剂的用量为投入生物质燃料质量的0.08wt％；
经过长时间运行监测，结果表明在锅炉系统能连续正常运行的周期，由实施例1的30天提升到58天，过热器上的结焦情况比实施例明显缓解，在炉膛底部沉积的积灰，其主要组分为钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，未监测到硫酸钾的存在，沉积底部的积灰量明显增多，且积灰性状表现为疏松砂砾状，不结焦结渣成块，且收集的量大大增加，本实施例收集到沉降积灰占到了所有清理积灰重量的79％，说明经该阻焦处理后，绝大部分飞灰硫酸钾被固定转化，形成不易结渣结焦混合组分，并受重力或负压作用迅速沉降，最终缓解过热器受热面的结焦结渣情况。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种阻焦剂，其特征在于，包括气体阻焦化学品；所述气体阻焦化学品选自乙炔、天然气、乙烯、煤气、石油气中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的阻焦剂，其特征在于，在所述气体阻焦化学品中，还包括PH3、H2S中的至少一种；
优选地，所述PH3在所述气体阻焦化学品中的体积含量为0.001～0.08％；或/和，
所述H2S在所述气体阻焦化学品中的体积含量为0.001～0.1％；
优选地，所述阻焦剂中还包括固体阻焦化学品；
所述固体阻焦化学品包括组分I；
所述组分I中含有硫元素和钙元素；
优选地，所述组分I中的钙元素来自氧化钙、氢氧化钙、钙盐中的至少一种；
所述组分I中的硫元素来自含有硫元素的盐类化合物；
优选地，所述含有硫元素的盐类化合物选自硫酸钙、亚硫酸钙、硫化钙中的至少一种；
优选地，所述钙盐选自硫酸钙、亚硫酸钙、硫化钙、氯化钙、碳酸钙、草酸钙中的至少一种；
优选地，在所述组分I中，所述钙元素和所述硫元素的摩尔比为(5～1)：1；
优选地，所述固体阻焦化学品还包括组分II和组分III；
所述组分II中含有镁元素；
所述组分III中含有磷元素；
优选地，所述组分II中的镁元素来自镁盐、氧化镁、氢氧化镁中的至少一种；
所述组分III中的磷元素来自红磷、五氧化二磷、磷酸钙盐、磷酸镁盐中的至少一种；
优选地，在所述固体阻焦化学品中，所述镁元素、所述磷元素和所述硫元素的摩尔比为0.01～31.5：21～60：16～64；
优选地，所述磷酸钙盐选自碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙中的至少一种；
优选地，所述磷酸氢镁钙的化学式如式I所示：
CaxMgyHz(PO4)n式I
在式I中，x:y:z:n＝(1～18):(1～2):2:(2～14)；
优选地，所述阻焦剂中还包括石英砂；
优选地，所述阻焦剂中石英砂的质量含量为6.5～39wt％；
优选地，所述固体阻焦化学品的粒径小于2mm；
所述石英砂的粒径为0.05～0.8mm。
3.权利要求1所述的阻焦剂在生物质发电锅炉中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述生物质发电锅炉中的生物质为畜禽养殖废弃物、松木粉、竹粉中的至少一种；
优选地，所述畜禽养殖废弃物选自鸡粪、谷壳中的至少一种。
5.一种生物质发电锅炉阻焦的方法，其特征在于，所述方法包括：使用阻焦剂对生物质发电锅炉进行阻焦；
所述阻焦剂选自权利要求1或2所述的阻焦剂中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1-1)向生物质发电锅炉的热交换器炉膛内通入气体阻焦化学品即可；
优选地，在所述步骤(1-1)中，所述气体阻焦化学品每隔一个小时的通入量为1.5～3kg；
优选地，在所述步骤(1-1)中，通入气体阻焦化学品的位置选自生物质发电锅炉的高温过热器区域、低温过热器区域、省煤器区域、空预器区域中的至少一种；
优选地，在所述步骤(1-1)之前，还包括如下步骤：
(1-0)将固体阻焦化学品和石英砂在生物质发电锅炉的分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置处喷入即可，或；
将固体阻焦化学品在生物质发电锅炉的分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置处喷入即可；
优选地，所述步骤(1-0)完毕后的5min之内开始所述步骤(1-1)；
优选地，所述步骤(1-0)进行的频次为：每日分批次等量喷入，每隔1～4小时喷一次，当天喷入的量为当日生物质燃料投量的0.125～1.5wt％；
优选地，所述方法还包括如下步骤：
(1-2)在生物质发电锅炉的过热器炉膛底部实时排放沉积的积灰阻焦；
优选地，所述生物质发电锅炉的过热器炉膛底部设置有排灰口；
所述排灰口为漏斗状。
7.一种生物质发电锅炉的发电方法，其特征在于，所述发电方法包括步骤I-1；
步骤I-1：向生物质发电锅炉的热交换器炉膛内通入气体阻焦化学品，将生物质燃料送入生物质发电锅炉中焚烧即可；
所述气体阻焦化学品选自权利要求1或2所述的阻焦剂中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的发电方法，其特征在于，在所述步骤I-1之前，还包括如下步骤：
步骤I-0：将固体阻焦化学品和石英砂在生物质发电锅炉的分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置处喷入即可，或；
将固体阻焦化学品在生物质发电锅炉的分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置处喷入即可。
9.根据权利要求7或8所述的发电方法，其特征在于，在所述步骤I-1之后，还包括步骤I-2；
步骤I-2：在生物质发电锅炉的过热器炉膛底部实时排放沉积的积灰阻焦。
10.根据权利要求7所述的发电方法，其特征在于，所述固体阻焦化学品和石英砂的用量为生物质燃料质量的0.08～1.5％；
优选地，所述生物质燃料的含水量为30.5～49.2wt％。
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