CN113817524A

CN113817524A - 一种纳米复合功能水性材料的制备工艺及应用

Info

Publication number: CN113817524A
Application number: CN202111155594.XA
Authority: CN
Inventors: 吉南
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2021-12-21

Abstract

本发明属于工业锅炉助燃技术领域，公开了一种纳米复合功能水性材料的制备工艺，包括以下步骤，S1：称取适量的蒸馏水、含铜盐、分散剂、活性剂、中和调节剂、改性氨水和改性有机醇备用；S2：将S1中称量的蒸馏水倒入搅拌罐中，然后加入含铜盐，使含铜盐完全溶解于蒸馏水中，得到含铜盐溶液；S3：将分散剂加入搅拌罐中，搅拌均匀；S4：将活性剂加入到搅拌罐中，搅拌，然后加入中和调节剂，调节溶液的pH为7～8.5；S5：将改性氨水加入到搅拌罐中，搅拌；S6：将改性有机醇加入到搅拌罐中，搅拌，对S5得到的溶液稳定处理；从而得到稳定的纳米复合功能水性材料成品。还公开了一种纳米复合功能水性材料的应用，将纳米复合功能水性材料应用于锅炉煤炭燃烧。

Description

一种纳米复合功能水性材料的制备工艺及应用

技术领域

本发明属于工业锅炉助燃技术领域，具体涉及一种纳米复合功能水性材料的制备工艺及应用。

背景技术

我国以煤炭为主的能源资源禀赋决定了煤炭的基础能源地位，因此如何实现煤炭清洁高效燃烧利用，成为科学家、产业界和社会关注的焦点。煤炭燃烧释放热能满足了我国约65％的发电生产需求，也为钢铁、建材、化工等工业领域提供热能，其释放氮氧化物、二氧化硫、粉尘等有害污染物，造成对大气环境的影响。

造成我国燃煤锅炉高排放或低排放技术推进困难的原因主要有三：

其一，与发达国家燃煤工业锅炉数量少、燃用煤炭质量高且燃料稳定性好相比，与我国企业用煤煤质本身差异较大，燃烧热效率不高，且尤其在工业领域的大多数企业煤炉燃烧技术落后，无法实现热效率提升和超低排放。

其二，为提高燃烧效率，我国引进和发展了高炉喷煤技术、富氧/全氧冶金技术、分级燃烧等技术，一定程度上提升了尤其是工业炉窑的煤炭利用水平，但除我国燃煤工业炉窑的平均热效率仍比国外先进水平低15％左右外，富氧燃烧提高了氮氧化物的排放，污染排放更高。

其三，即使除我国发电领域70％的燃煤发电机组已经实现超低排放外，然发电领域外的如钢铁、建材、化工等用煤企业依然呈现燃烧利用水平不高、排放污染严重的现象，在这些领域中，煤炭清洁高效燃烧利用的科技支撑不足，因采用发电领域的尾部为主的烟气净化系统因成本昂贵而无法应用。

因此，在提高热效率的同时污染排放高、以及企业减排投资和运营成本昂贵的前提下，我们提供一种能提高煤炭燃烧效率、解决“高效燃烧”与“高污染排放”之矛盾、降低企业投资和运行成本、安全性强且易操作的煤炭清洁高效燃烧的技术。

发明内容

针对上述背景技术所提出的问题，本发明的目的是：旨在提供一种纳米复合功能水性材料的制备工艺及应用。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纳米复合功能水性材料的制备工艺，包括以下步骤，

S1：称取适量的蒸馏水、含铜盐、分散剂、活性剂、中和调节剂、改性氨水和改性有机醇备用；

S2：将S1中称量的蒸馏水倒入搅拌罐中，然后加入含铜盐，使含铜盐完全溶解于蒸馏水中，得到含铜盐溶液；

S3：将分散剂加入搅拌罐中，搅拌均匀，使分散剂对含铜盐溶液分散渗透处理；

S4：将活性剂加入到搅拌罐中，搅拌，对S3得到的溶液进行活性材料表明渗透处理，然后加入中和调节剂，调节溶液的pH为7～8.5；

S5：将改性氨水加入到搅拌罐中，搅拌，对S4得到的溶液进行激活处理；

S6：将改性有机醇加入到搅拌罐中，搅拌，对S5得到的溶液稳定处理；从而得到稳定的纳米复合功能水性材料成品。

作为本发明的一种优选方案，所述蒸馏水、含铜盐、分散剂、活性剂、中和调节剂、改性氨水和改性有机醇的重量组分为：

按1000份记，

蒸馏水445～455份；

含铜盐75～80份；

分散剂175～185份；

活性剂67～70份；

中和调节剂15～20份；

改性氨水155～160份；

改性有机醇48～50份。

作为本发明的一种优选方案，所述蒸馏水、含铜盐、分散剂、活性剂、中和调节剂、改性氨水和改性有机醇的重量组分为：按1000份记，蒸馏水451份、含铜盐77份、分散剂179份、活性剂68.5份、中和调节剂17.5份、改性氨水158份、改性有机醇449份。

作为本发明的一种优选方案，所述含铜盐为硫酸铜或氯化铜；

所述分散剂为有机硅或三羟甲基丙烷；

所述活性剂为树枝状聚合物型表面活性剂；

所述中和调节剂为稀盐酸或稀硫酸；

所述改性氨水为改性有机胺。

一种纳米复合功能水性材料的应用，将纳米复合功能水性材料应用于锅炉煤炭燃烧。

所述纳米复合功能水性材料运用的应用工艺为：在运行工况稳定的情况下，对目标锅炉进行连续、稳定地按比例添加纳米复合功能水性材料。

本发明的有益效果：

通过本发明制备的纳米复合功能水性材料，能够将锅炉中空气或煤炭中的水份分解为活性氢和活性氧，其化学表达式如下；

高活性氧催化燃烧粘附在锅炉换热壁上的焦垢并逐步清除掉，从而恢复并提高炉与锅之间的换热效率，在运行负荷不变的前提下，生产同样数量的蒸汽所需要的燃煤用量就会减少，所需的燃烧空气用量也会减少；

高活性氧可以提高煤炭燃烧效率，减少煤炭消耗；

高活性氧的产生可降低燃煤的起燃温度并充分燃烧，因此可以适当调整降低炉膛温度 (30～100℃)和炉膛氧含量，减少排烟温度和排烟总量造成的能量损耗，后期冷却水的消耗与电耗自然下降；

活性氢的存在，可以抑制NO_X(氮氧化合物)的生成，煤炭燃烧所产生的硫酸盐在高温情况下分解产生SO₂的比例也会降低，从而减少脱硝用氨水消耗消耗量和亚硫酸氨造成的结晶堵塞；

本发明制备的纳米复合功能水性材料为微碱性水性溶液，没有添加任何腐蚀性材料，不会对设备与管道产生腐蚀。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明技术方案进一步说明。

实施例1

一种纳米复合功能水性材料的制备工艺，包括以下步骤，

S1：称重量比例称取的445份蒸馏水、80份硫酸铜、180份有机硅、70份树枝状聚合物型表面活性剂、20份稀硫酸、155份改性有机胺和50改性有机醇备用；

S2：将S1中称量的蒸馏水倒入搅拌罐中，然后加入硫酸铜，使硫酸铜完全溶解于蒸馏水中，得到硫酸铜溶液；

S3：将有机硅加入搅拌罐中，搅拌均匀，使有机硅对硫酸铜溶液分散渗透处理；

S4：将树枝状聚合物型表面活性剂加入到搅拌罐中，搅拌，对S3得到的溶液进行活性材料表明渗透处理，然后加入稀硫酸，调节溶液的pH为7～8.5；

S5：将改性有机胺加入到搅拌罐中，搅拌，对S4得到的溶液进行激活处理；

实施例2

一种纳米复合功能水性材料的制备工艺，包括以下步骤，

S1：称重量比例称取的455份蒸馏水、75份硫酸铜、175份有机硅、67份树枝状聚合物型表面活性剂、20份稀硫酸、160份改性有机胺和48份改性有机醇备用；

实施例3

一种纳米复合功能水性材料的制备工艺，包括以下步骤，

S1：称重量比例称取的451份蒸馏水、77份硫酸铜、179份有机硅、68.5份树枝状聚合物型表面活性剂、17.5份稀硫酸、158份改性有机胺和49份改性有机醇备用；

实施例4

一种纳米复合功能水性材料的制备工艺，包括以下步骤，

S1：称重量比例称取的455份蒸馏水、80份氯化铜、175份三羟甲基丙烷、67份树枝状聚合物型表面活性剂、15份稀氯酸、160份改性有机胺和48改性有机醇备用；

S2：将S1中称量的蒸馏水倒入搅拌罐中，然后加入氯化铜，使氯化铜完全溶解于蒸馏水中，得到氯化铜溶液；

S3：将三羟甲基丙烷加入搅拌罐中，搅拌均匀，使三羟甲基丙烷对氯化铜溶液分散渗透处理；

S4：将树枝状聚合物型表面活性剂加入到搅拌罐中，搅拌，对S3得到的溶液进行活性材料表明渗透处理，然后加入稀氯酸，调节溶液的pH为7～8.5；

实施例5

一种纳米复合功能水性材料的制备工艺，包括以下步骤，

S1：称重量比例称取的450份蒸馏水、75份氯化铜、180份三羟甲基丙烷、67份树枝状聚合物型表面活性剂、20份稀氯酸、160份改性有机胺和48份改性有机醇备用；

实施例6

一种纳米复合功能水性材料的制备工艺，包括以下步骤，

S1：称重量比例称取的451份蒸馏水、77份氯化铜、179份三羟甲基丙烷、68.5份树枝状聚合物型表面活性剂、17.5份稀氯酸、158份改性有机胺和49份改性有机醇备用；

将实施例1～实施例6制备的纳米复合功能水性材料应用于锅炉煤炭燃烧；

以实施例3的得到的产品进行测验，得到以下结论；

纳米复合功能水性材料产生的高活性氧，可慢慢把积存在燃烧室与换热壁上的焦垢烧成炭灰随烟气排放掉，恢复锅炉换热效率，时间需要3～5天；喷加试验水剂的锅炉在停炉检修时，观察炉内的确没有焦垢。

纳米复合功能水性材料在燃烧室产生活性氧可替代部分空气中的氧气，从而减少燃烧空气进量。在实验过程中，氧含量从6％下降到3％，锅炉各项运行指标仍处于良好状态；燃烧空气进量减少，烟气温度也会降低，第一次试用试验水剂时1号炉空预器出口温度从155～159℃降到143℃～150℃(不低于126℃露点温度)，热空气损耗自然降低(排烟温度每降低10℃，可减少热损失1％)。

纳米复合功能水性材料喷入燃煤锅炉形成高活性氧后，可使碳充分燃烧，取样观察喷加试验水剂的煤渣外观较好；通过喷加试验水剂从试验炉取煤渣样几乎看不到含碳颗粒，对比分析得煤渣残碳含量从实验前的3％降到1％以下，煤渣中200多大卡的热值得到了充分利用。

利用纳米复合功能水性材料生成活性氧可使煤炭在相对低的温度下充分燃烧，低温可抑制空气中氮气的活性，减少氮氧化合物的生成，同时高活性氢也可还原氮氧化合物为氮气与水；实验前试验炉炉膛内氧含量平均6.3％，烟气中NOx平均306ppm；添加试验水剂后，通过调整氧含量到3.5～4.0％，烟气中NOx日平均177mg/m3，下降42％。

喷加纳米复合功能水性材料产生活性氧高效清洁燃烧降低炉膛温度，可减少因高温导致的脱硫剂与煤灰煤渣中的硫酸盐分解与挥发，从而减少SO₂排放，喷加试验水剂降低脱硫剂消耗4.3％。

统计数据表明：开始添加纳米复合功能水性材料，锅炉效率明显提高，随后两天平均煤耗189.9Kg/吨蒸汽；第三天停加试验水剂后，煤耗开始反弹，喷加前煤耗203.8Kg/吨蒸汽，对比煤耗下降6.8％。

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种纳米复合功能水性材料的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种纳米复合功能水性材料的制备工艺，其特征在于：所述蒸馏水、含铜盐、分散剂、活性剂、中和调节剂、改性氨水和改性有机醇的重量组分为：

按1000份记，

蒸馏水445～455份；

含铜盐75～80份；

分散剂175～185份；

活性剂67～70份；

中和调节剂15～20份；

改性氨水155～160份；

改性有机醇48～50份。

3.根据权利要求2所述的一种纳米复合功能水性材料的制备工艺，其特征在于：所述蒸馏水、含铜盐、分散剂、活性剂、中和调节剂、改性氨水和改性有机醇的重量组分为：按1000份记，蒸馏水451份、含铜盐77份、分散剂179份、活性剂68.5份、中和调节剂17.5份、改性氨水158份、改性有机醇449份。

4.根据权利要求1所述的一种纳米复合功能水性材料的制备工艺，其特征在于：所述含铜盐为硫酸铜或氯化铜；

所述分散剂为有机硅或三羟甲基丙烷；

所述活性剂为树枝状聚合物型表面活性剂；

所述中和调节剂为稀盐酸或稀硫酸；

所述改性氨水为改性有机胺。

5.一种纳米复合功能水性材料的应用，其特征在于：将如权利要求1～4所制备的纳米复合功能水性材料应用于锅炉煤炭燃烧。

6.根据权利要求5所述的一种纳米复合功能水性材料的应用，其特征在于：所述纳米复合功能水性材料运用的应用工艺为：在运行工况稳定的情况下，对目标锅炉进行连续、稳定地按比例添加纳米复合功能水性材料。