CN114703001B - 一种协同抑制cfb锅炉结渣和腐蚀的添加剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂及制备方法，各组分重量百分比分别为：H2SO4 10％～30％；CaO 10％～30％；Al2O3 50％～70％；其制备方法是：将硫酸用水稀释，将Al2O3浸渍于硫酸溶液中，混合均匀；将上述混合物在室温下超声后，经过干燥、研磨，得到负载SO4 2‑的Al2O3；称取适量的Ca(NO3)2与水混合，充分搅拌后，再取负载了SO4 2‑的Al2O3，浸入Ca(NO3)2溶液中充分混合；将上述混合物在室温下超声，并经干燥、煅烧、研磨后，得到协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂。本发明的床料添加剂原料成本低廉，来源广泛，制备工艺流程简单，适用于生物质流化床锅炉。
Description
技术领域
本发明属于生物质流化床燃烧技术领域、抗结焦添加剂技术领域，具体来说，涉及一种协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂及制备方法。
背景技术
生物质发电是生物质能的主要利用方式之一，其中，生物质循环流化床锅炉简称CFB锅炉。流化床燃烧技术凭借其燃料适应性广、燃烧效率高、污染排放低等优点，已成为生物质发电的主要技术之一。
然而，生物质流化床燃烧过程中，极易发生床料粘结和结渣，严重危害锅炉运行，其根本原因在于生物质燃料中富含碱金属（以K为主）和氯（Cl）元素，K易与床料中的SiO2发生反应，生成低熔点的碱金属硅酸盐共晶体，引起床料粘结成块，破坏床料正常流化，造成流化床结渣失流。而且，K还可与Cl结合，生成低熔点KCl，凝结并包覆在飞灰颗粒表面，增加飞灰表面粘性，造成飞灰颗粒在锅炉受热面沾污结渣。
专利CN201110402031.6、CN201510675245.9、CN201410694957.0等提出通过添加惰性床料或高岭土等添加剂的方式吸附、固化碱金属，以提高灰熔点，抑制结渣和床料粘结。专利CN201611061538.9、CN201310351376.2等以硝酸盐、硫酸铵、碳酸钙、碳酸镁中的一种或多种与粘结剂结合，制备出抗结焦添加剂，强化除焦效果。然而，上述方式却会直接增加烟气中的Cl含量（以HCl和Cl2为主），其原因在于，生物质燃烧过程中碱金属多以氯化物形式析出（以KCl为主），传统添加剂虽能够通过吸附K，抑制其与SiO2反应，但会直接导致以HCl、Cl2等形式析出的Cl元素增多，进而对烟道受热面造成更为严重的氯腐蚀，并引起排空烟气中Cl含量超标，危害环境安全和人体健康。
目前，关于生物质流化床锅炉K与Cl协同控制添加剂的研究仍然较少，协同抑制生物质流化床燃烧过程结渣和腐蚀的效果也并不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂，该添加剂可协同吸附并固化生物质燃烧释放K与Cl，有效抑制生物质流化床锅炉中由K和Cl带来的结渣和腐蚀问题。
本发明采取的技术方案是一种协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂，该添加剂包括H2SO4、Al2O3和CaO，各组分重量百分比分别为：
H2SO410%～30%；
CaO10%～30%；
Al2O350%～70%。
本发明还提供了一种协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将Al2O3浸渍于稀硫酸溶液中混合均匀；
（2）将步骤（1）制备的混合物经过干燥，得到负载SO4 2-的Al2O3；
（3）负载了SO4 2-的Al2O3浸入Ca(NO3)2水溶液中充分混合；
（4）将步骤（3）制备的混合物并经干燥、煅烧后，得到协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂。
优选地，所述步骤（1）中，将96%浓度的浓硫酸、Al2O3和水按照20～100重量份的硫酸、100～250重量份的水、100～150重量份的Al2O3混合均匀；先将浓硫酸与水混合制成浓度为1 mol/L～3 mol/L的稀硫酸，再将Al2O3浸入稀硫酸溶液中。
优选地，所述步骤（1）通过搅拌进行混合，搅拌时间为10～30分钟。
优选地，所述步骤（2）和步骤（4）在干燥前，在室温下超声波处理，超声时间为1～3小时。
优选地，所述步骤（2）和步骤（4）中干燥温度为95～120℃；干燥时间为5～12小时。
优选地，所述步骤（3）中，Ca(NO3)2与水按照20～150重量份的Ca(NO3)2和150～250重量份的水混合制得Ca(NO3)2水溶液。
优选地，所述步骤（3）中的Ca(NO3)2水溶液与负载SO4 2-的Al2O3的混合比例为150～250重量份的Ca(NO3)2水溶液和100～200重量份的负载SO4 2-的Al2O3。
优选地，所述步骤（4）中的煅烧温度为300～500℃，煅烧时间为3～5小时。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂，以负载SO4 2-的Al2O3和CaO为活性组分，实现对碱金属K和Cl的协同吸附及固化。本发明通过具有大表面积的Al2O3，增强碱金属蒸汽扩散，提高其吸附效率。Al2O3上的SO4 2-与K反应生成高熔点的K2SO4，减少气相K含量，抑制低熔点碱金属硅酸盐的形成以及床料粘结失流、受热面结渣。同时，Al2O3上的CaO与Cl反应，生成CaCl2，实现Cl元素固定，减弱含Cl化合物对锅炉受热面及烟道腐蚀。本发明的床料添加剂原料成本低廉，来源广泛，制备工艺流程简单，适用于生物质流化床锅炉。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明，但不作为对本发明的限定。
本发明的协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂，该添加剂包括H2SO4、Al2O3和CaO，各组分重量百分比分别为：H2SO410%～30%；CaO10%～30%；Al2O350%～70%。
本发明的添加剂的制备方法，包括步骤（1）将Al2O3浸渍于稀硫酸溶液中混合均匀；其中，将96%浓度的浓硫酸、Al2O3和水按照20～100重量份的硫酸、100～250重量份的水、100～150重量份的Al2O3混合均匀，先用水将浓硫酸稀释1 mol/L～3 mol/L的稀硫酸，再将Al2O3浸入稀硫酸溶液中。
（2）将步骤（1）制备的混合物经过干燥，干燥温度95～120℃，干燥时间5～12小时：得到负载SO4 2-的Al2O3；
（3）负载了SO4 2-的Al2O3浸入Ca(NO3)2水溶液中充分混合；Ca(NO3)2与水按照20～150重量份的Ca(NO3)2和150～250重量份的水混合制得Ca(NO3)2水溶液。Ca(NO3)2水溶液与负载SO4 2-的Al2O3的混合比例为150～250重量份的Ca(NO3)2水溶液和100～200重量份的负载SO4 2-的Al2O3。
（4）将步骤（3）制备的混合物并经干燥，干燥温度95～120℃，干燥时间5～12小时；300～500℃温度下煅烧3～5小时后，得到协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂。
下面举较佳的实施例进行详细说明。
实施例1：
床料添加剂按10%的H2SO4、20%的CaO、70%的Al2O3进行制备。
制备方法：
（1）称取25重量份纯度为96%的硫酸，加100重量份水配制浓度为1mol/L的稀硫酸溶液，取50重量份该稀硫酸溶液，再称取150重量份的Al2O3，将Al2O3载体浸渍于稀硫酸溶液中，使用磁力搅拌器充分搅拌20分钟，混合均匀；
（2）将步骤（1）制备的混合物超声2小时后，放入烘箱中，在100℃下干燥5小时，并通过研磨得到负载SO4 2-的Al2O3；
（3）称取150重量份的Ca(NO3)2与150重量份的水混合，充分搅拌后溶解为Ca(NO3)2水溶液，再称取步骤（2）中100重量份负载SO4 2-的Al2O3，浸渍于Ca(NO3)2水溶液中，并通过搅拌20分钟充分混合；
（4）将步骤3）制备的混合物在室温下超声2小时，并放入烘箱中干燥5小时，移至马弗炉中进行煅烧，在400℃下煅烧4小时，最后进行研磨，得到协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂。
采用管式炉对上述床料添加剂进行性能测试，以玉米秸秆作为生物质燃料，石英砂作为床料，床料添加剂按照一定比例混入石英砂中，添加剂占比为15%，在900℃下通入1L/min空气，燃烧2小时，得到玉米秸秆灰样。通过电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）和离子色谱（IC）对灰样中K和Cl含量进行检测，结果如表1所示。与未使用添加剂相比，在本发明床料添加剂使用后，灰中K和Cl含量显著增加，这表明本发明床料添加剂能够有效协同吸附并固定生物质燃烧过程中的K元素和Cl元素。
表1灰样ICP-OES和IC检测数据
| K含量（%） | Cl含量（%） | |
| 添加床料添加剂前 | 15.90 | 0.69 |
| 添加床料添加剂后 | 27.68 | 2.51 |
实施例2：
本实例床料添加剂按30%的H2SO4、10%的CaO、60%的Al2O3进行制备。
制备方法：
（1）称取50重量份纯度为96%的硫酸，加100重量份水配制浓度为2mol/L的稀硫酸溶液，取100重量份该稀硫酸溶液，再称取150重量份的Al2O3，将Al2O3载体浸渍于稀硫酸溶液中，磁力搅拌器充分搅拌20分钟，混合均匀；
（2）将步骤（1）制备的混合物超声2小时后，放入烘箱中，在100℃下干燥5小时，并通过研磨得到负载SO4 2-的Al2O3；
（3）称取100重量份的Ca(NO3)2与200重量份的水混合，充分搅拌后溶解为Ca(NO3)2水溶液，再将步骤（2）中150重量份负载SO4 2-的Al2O3，浸渍于Ca(NO3)2水溶液中，并通过搅拌20分钟充分混合；
（4）将步骤（3）制备的混合物在室温下超声2小时，并放入烘箱中干燥5小时，移至马弗炉中进行煅烧，在400℃下煅烧4小时，最后进行研磨，得到协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂。
采用管式炉对上述床料添加剂进行性能测试，以玉米秸秆作为生物质燃料，石英砂为床料，床料添加剂按照一定比例混入石英砂中，添加剂占比为20%，在900℃下通入1L/min空气燃烧2小时，得到玉米秸秆灰样。通过ICP-OES和IC对灰样中的K和Cl含量进行检测，结果如表2所示。与未使用添加剂相比，在本发明床料添加剂使用后，灰中K和Cl含量显著增加，这表明本发明床料添加剂能够有效协同吸附并固定生物质燃烧过程中的K元素和Cl元素。
表2灰样ICP-OES和IC检测数据
| K含量（%） | Cl含量（%） | |
| 添加床料添加剂前 | 15.90 | 0.69 |
| 添加床料添加剂后 | 23.13 | 2.61 |
实施例3：
本实例床料添加剂按20%的H2SO4、30%的CaO、50%的Al2O3进行制备。
制备方法：
（1）称取100重量份纯度为96%的硫酸，加200重量份水配制浓度为2mol/L的稀硫酸溶液，取75重量份该稀硫酸溶液，再称取125重量份的Al2O3，将Al2O3载体浸渍于稀硫酸溶液中，使用磁力搅拌器充分搅拌20分钟，混合均匀；
（2）将步骤（1）制备的混合物超声2小时后，放入烘箱中，在100℃下干燥5小时，并通过研磨得到负载SO4 2-的Al2O3；
（3）称取150重量份的Ca(NO3)2与200重量份的水混合，充分搅拌后溶解为Ca(NO3)2水溶液，再将步骤（2）中150重量份负载SO4 2-的Al2O3，浸渍于Ca(NO3)2水溶液中，并通过搅拌20分钟充分混合；
（4）将步骤（3）制备的混合物在室温下超声2小时，并放入烘箱中干燥5小时，移至马弗炉中进行煅烧，在400℃下煅烧4小时，最后进行研磨，得到协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂。
采用管式炉对上述床料添加剂进行性能测试，以玉米秸秆作为生物质燃料，石英砂作为床料，添加剂按照一定比例混入石英砂中，添加剂占比为10%，在900℃下通入1L/min空气燃烧2小时，得到玉米秸秆灰样。通过ICP-OES和IC对灰样中K和Cl含量进行检测，结果如表3所示。与未使用添加剂相比，在本发明床料添加剂使用后，灰中K和Cl含量显著增加，这表明本发明床料添加剂能够有效协同吸附并固定生物质燃烧过程中的K元素和Cl元素。
表3灰样ICP-OES和IC检测数据
| K含量（%） | Cl含量（%） | |
| 添加床料添加剂前 | 15.90 | 0.69 |
| 添加床料添加剂后 | 18.40 | 0.94 |
实施例4：
本实例床料添加剂按30%的H2SO4、20%的CaO、50%的Al2O3进行制备。
制备方法：
（1）称取100重量份纯度为96%的硫酸，加100重量份水配制浓度为3mol/L的稀硫酸溶液，取50重量份该稀硫酸溶液，再称取150重量份的Al2O3，将Al2O3载体浸渍于稀硫酸溶液中，使用磁力搅拌器充分搅拌20分钟，混合均匀；
（2）将步骤（1）制备的混合物超声2小时后，放入烘箱中，在100℃下干燥5小时，并通过研磨得到负载SO4 2-的Al2O3；
（3）称取150重量份的Ca(NO3)2与250重量份的水混合，充分搅拌后溶解为Ca(NO3)2水溶液，再称取步骤（2）中100重量份负载SO4 2-的Al2O3，浸渍于Ca(NO3)2水溶液中，并通过搅拌20分钟充分混合；
（4）将步骤（3）制备的混合物在室温下超声2小时，并放入烘箱中干燥5小时，移至马弗炉中进行煅烧，在400℃下煅烧4小时，最后进行研磨，得到协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂。
采用管式炉对上述床料添加剂进行性能测试，以玉米秸秆作为生物质燃料，石英砂作为床料，添加剂按照一定比例混入石英砂中，添加剂占比为15%，在900℃下通入1L/min空气燃烧2小时，得到玉米秸秆灰样。通过ICP-OES和IC对灰样中的K和Cl含量进行检测，结果如表4所示。与未使用添加剂相比，在本发明床料添加剂使用后，灰中K和Cl含量显著增加，这表明本发明床料添加剂能够有效协同吸附并固定生物质燃烧过程中的K元素和Cl元素。
表4灰样ICP-OES和IC检测数据
| K含量（%） | Cl含量（%） | |
| 添加床料添加剂前 | 15.90 | 0.69 |
| 添加床料添加剂后 | 23.12 | 1.11 |
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明原理和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出若干改进，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (3)
1.一种协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂的制备方法，其特征在于，
由以下方法制备：
（1）将96%浓度的浓硫酸、Al2O3和水按照20～100重量份的硫酸、100～250重量份的水、100～150重量份的Al2O3称量；先将浓硫酸与水混合制成浓度为1 mol/L～3 mol/L的稀硫酸，再将Al2O3浸入稀硫酸溶液中混合均匀；
（2）将步骤（1）制备的混合物经过干燥，干燥温度为95～120℃，干燥时间为5～12小时，得到负载SO4 2-的Al2O3；
（3）负载了SO4 2-的Al2O3浸入Ca(NO3)2水溶液中充分混合，其中，Ca(NO3)2与水按照20～150重量份的Ca(NO3)2和150～250重量份的水混合制得Ca(NO3)2水溶液；Ca(NO3)2水溶液与负载SO4 2-的Al2O3的混合比例为150～250重量份的Ca(NO3)2水溶液和100～200重量份的负载SO4 2-的Al2O3；
（4）将步骤（3）制备的混合物并经干燥、煅烧后，得到协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂；其中，干燥温度为95～120℃，干燥时间为5～12小时；煅烧温度为300～500℃，煅烧时间为3～5小时。
2.根据权利要求1所述的协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）通过搅拌进行混合，搅拌时间为10～30分钟。
3.根据权利要求1所述的协同抑制CFB锅炉结渣和腐蚀的添加剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）和步骤（4）在干燥前，在室温下超声波处理，超声时间为1～3小时。
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| CN202210379706.8A CN114703001B (zh) | 2022-04-12 | 一种协同抑制cfb锅炉结渣和腐蚀的添加剂及制备方法 |
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