CN115418258A - 一种锅炉结焦抑制剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锅炉结焦抑制剂及其制备方法，属于化工材料生产技术领域，包括以下重量份原料：刚玉粉20‑40份、石英粉10‑30份、高岭土40‑80份、生石灰5‑25份、第一助燃剂20‑30份、第二助燃剂8‑10份、导热分散剂3‑5份、疏松剂3‑5份和缓蚀剂3‑5份，将上述原料混合即可得到，本发明通过引入不含硝酸根的助燃剂，得到更加环保、高效的锅炉结焦抑制剂，可用于解决垃圾焚烧发电厂锅炉、危废焚烧厂锅炉、燃煤电站锅炉、钢铁冶炼锅炉、生物质电站锅炉、有色冶金行业熔炼炉等锅炉的辐射区结焦、对流区粘结性积灰、尾部烟道烟气腐蚀设备的问题。
Description
技术领域
本发明属于化工材料生产技术领域，具体地，涉及一种锅炉结焦抑制剂及其制备方法。
背景技术
锅炉结焦是燃煤工业锅炉运行中比较普遍的现象，它会破坏正常燃烧工况，减少锅炉出力，破坏正常水循环，造成爆管事故，严重时还会使炉膛出口堵塞而被迫停炉。
造成结焦的原因主要有燃烧时供应的空气量不足或空气混合不充分，达不到完全燃烧而产生一氧化碳，从而使灰熔点大大降低；火焰偏斜；锅炉超负荷运行；吹灰、除焦不及时，而结焦抑制剂的存在能够改善这一现象。
现有的锅炉抑制剂主要是以硝酸盐类为主，如专利CN102337170A公开了一种锅炉除焦剂，由硝酸铝、硼砂、硝酸铜、硝酸铵组成；专利CN102851100A公开的一种锅炉除焦剂则由硼酸作为解焦剂，硝酸铜、硝酸钾或硝酸铵作为氧化剂。专利CN102899121A公开的一种除焦剂由硼砂、活泼金属粉、助燃物质和高熔点类物质组成，其中助燃物质包括硝酸铜、硝酸钾、高锰酸钾和二氧化锰。虽然上述结焦抑制剂中的硝酸盐在高温下会分解放出氧气，起到助燃的作用，但是其还会释放出剧毒的含氮氧化物，既不安全也不环保，因此，提供一种更加环保高效的锅炉结焦抑制剂是目前需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种锅炉结焦抑制剂及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种锅炉结焦抑制剂，包括以下重量份原料：刚玉粉20-40份、石英粉10-30份、高岭土40-80份、生石灰5-25份、第一助燃剂20-30份、第二助燃剂8-10份、导热分散剂3-5份、疏松剂3-5份和缓蚀剂3-5份；
该锅炉结焦抑制剂由以下步骤制成：
将刚玉粉、石英粉、高岭土、生石灰和第一助燃剂加入混合搅拌设备中，温度33-40℃，转速400-600r/min搅拌30-40min，然后加入第二助燃剂、导热分散剂、梳松剂、缓蚀剂，转速不变搅拌8-10min后转移至超声振荡混合设备中，功率300-400W，振荡20-30min，通过干燥设备在温度45-50℃下烘干20-30min，研磨，过300目筛，得到锅炉结焦抑制剂。
本发明以刚玉粉、石英粉、高岭土、生石灰、阻燃剂等辅助剂为原料制备了一种结焦抑制剂，其中高岭土组分具有催化作用，能够增强氧化氛围，提高燃烧效果，使燃烧更加充分，并使助熔矿物质充分氧化避免形成低熔点共熔体，高岭土、石英粉和刚玉粉配合具有提高灰渣熔点的作用，得到干燥的、易碎的、不易粘附的高熔点化合物，阻止结焦物进一步长大，疏松剂具有使渣块裂化膨胀的作用，能够使渣块由致密粘稠变成干燥松脆的灰渣，致使其可通过自身重力、烟气剪切力或吹灰轻易被去除，达到抑制渣块生产的目的。
进一步地，第一助燃剂通过以下步骤制成：
步骤S1、将环氧化凹凸棒土和DMF加入三口烧瓶中，加入结合剂和四丁基溴化铵，升温至80-90℃，搅拌反应4-5h，反应结束后，离心，沉淀用40wt％乙醇溶液洗涤3-5次，干燥，得到接枝改性凹凸棒土；
其中，环氧化凹凸棒土、DMF和结合剂的用量比为3-5g：60-70mL：0.8-1.5g，四丁基溴化铵用量为环氧化凹凸棒土质量的3-4％，在四丁基溴化铵的作用下，使环氧化凹凸棒土的环氧基与结合剂中的羧基发生化学反应，使凹凸棒土表面富含羧基；
步骤S2、将接枝改性凹凸棒土、无水乙醇、去离子水混合均匀，然后加入硝酸盐复合物，室温下搅拌1h，静置3-4h后抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤多次后，于80℃鼓风干燥箱中干燥至恒重，得到第一助燃剂；
其中，接枝改性凹凸棒土、无水乙醇、去离子水和硝酸盐复合物的用量比为3-5g：60-70mL：20-30mL：1.3-1.7g，硝酸盐复合物为硝酸铝、硝酸铜、硝酸钾和硝酸钠中的一种或多种按照任意比例组成，以接枝改性凹凸棒土为载体，通过其表面羧基与金属离子相互作用，得到第一助燃剂。
所述结合剂通过以下步骤制成：
将柠檬酸、三羟甲基丙烷和对甲苯磺酸加入四口烧瓶中，搅拌均匀后，升温至125℃，真空度0.08MPa，转速200-220r/min搅拌反应3-4h，反应结束后，得到结合剂，其中柠檬酸和三羟甲基丙烷的摩尔比为2-3：1，对甲苯磺酸的用量为柠檬酸和三羟甲基丙烷质量和的2％，在对甲苯磺酸的催化作用下，使以柠檬酸和三羟甲基丙烷发生酯化反应。
所述环氧化凹凸棒土为偶联剂KH-560按照常规技术手段处理得到。
进一步地，刚玉粉、石英粉、高岭土和生石灰的粒度为300-350目。
进一步地，第二助燃剂由高锰酸钾、氯酸钾和高氯酸钾按照质量比3-8：2-5：1-3组成。
进一步地，导热分散剂为氧化镁、氧化钙和氧化铝中的一种或几种按照任意比例混合。
进一步地，疏松剂为碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或两种按照任意比例混合。
进一步地，缓蚀剂为苯骈三氮唑或甲基苯骈三氮唑。
本发明的有益效果：
1、本发明制备的锅炉结焦抑制剂可用于解决垃圾焚烧发电厂锅炉、危废焚烧厂锅炉、燃煤电站锅炉、钢铁冶炼锅炉、生物质电站锅炉、有色冶金行业熔炼炉等锅炉的辐射区结焦、对流区粘结性积灰、尾部烟道烟气腐蚀设备的问题。
2、相比于传统结焦抑制剂直接采用硝酸盐类助燃剂，发挥助燃作用的同时引入污染性气体，本发明采用第一助燃剂和第二助燃剂协同使用，发挥高效助燃作用且不引入污染性气体，其中第一助燃剂为表面结合有铜、钾和钠离子的凹凸棒土，在燃烧过程中，这些离子能够与煤粉中腐殖酸钙等难溶腐殖酸盐进行离子交换，形成着火点较低的腐殖酸盐，改善煤粉的着火性能，并且这些离子半径小，易于嵌入煤炭的晶格内，使碳晶格发生畸变，促使长链高分子断裂，提高其燃烧活性，而凹凸棒土为硅酸盐矿物，在低温燃烧阶段，借助空气的扩散，具有吸附二氧化硫、氨基、水蒸气、氮氧化物的作用，提高气流氧气浓度，发挥助燃作用，由于凹凸棒土中含有水，在高温时产生很大的蒸汽压力，使矿物颗粒炸裂，体积迅速膨胀，在煤层燃烧过程中，起到“翻炒”煤层的作用，增大了碳粒接触面积，增加其燃烧程度，而第二助燃剂为复合物，能够在不同温区下释放氧气，使燃料充分燃烧，因此，本发明所制备的结焦抑制剂更加环保、高效。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
第一助燃剂通过以下步骤制成：
步骤S1、将3g环氧化凹凸棒土和60mL DMF加入三口烧瓶中，加入结合剂和0.8g四丁基溴化铵，升温至80℃，搅拌反应4h，反应结束后，离心，沉淀用40wt％乙醇溶液洗涤3次，干燥，得到接枝改性凹凸棒土；
步骤S2、将3g接枝改性凹凸棒土、60mL无水乙醇、20mL去离子水混合均匀，然后加入1.3g硝酸盐复合物，室温下搅拌1h，静置3h后抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤多次后，于80℃鼓风干燥箱中干燥至恒重，得到第一助燃剂；
其中，硝酸盐复合物为硝酸铝、硝酸铜、硝酸钾和硝酸钠按照质量比1：1：1：1组成。
所述结合剂通过以下步骤制成：
将柠檬酸、三羟甲基丙烷和对甲苯磺酸加入四口烧瓶中，搅拌均匀后，升温至125℃，真空度0.08MPa，转速200r/min搅拌反应3h，反应结束后，得到结合剂，其中柠檬酸和三羟甲基丙烷的摩尔比为2：1，对甲苯磺酸的用量为柠檬酸和三羟甲基丙烷质量和的2％。
所述环氧化凹凸棒土由以下步骤制成：
将3g凹凸棒土和60mL无水甲苯加入三口烧瓶中，搅拌1h后，滴加25mL KH-560水解溶液，滴加结束后，升温至回流反应4h，反应结束后，转速3000r/min下离心分离，沉淀用无水乙醇和蒸馏水洗涤多次，50℃下干燥至恒重，得到环氧化凹凸棒土，KH-560水解溶液由硅烷偶联剂KH-560、无水乙醇和去离子水按照质量比20：72：8组成。
实施例2
第一助燃剂通过以下步骤制成：
步骤S1、将5g环氧化凹凸棒土和70mL DMF加入三口烧瓶中，加入结合剂和1.5g四丁基溴化铵，升温至90℃，搅拌反应5h，反应结束后，离心，沉淀用40wt％乙醇溶液洗涤5次，干燥，得到接枝改性凹凸棒土；
步骤S2、将5g接枝改性凹凸棒土、70mL无水乙醇、30mL去离子水混合均匀，然后加入1.7g硝酸盐复合物，室温下搅拌1h，静置4h后抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤多次后，于80℃鼓风干燥箱中干燥至恒重，得到第一助燃剂；
其中，硝酸盐复合物为硝酸铝、硝酸铜、硝酸钾和硝酸钠按照质量比1：1：1：1组成。
所述结合剂通过以下步骤制成：
将柠檬酸、三羟甲基丙烷和对甲苯磺酸加入四口烧瓶中，搅拌均匀后，升温至125℃，真空度0.08MPa，转速220r/min搅拌反应4h，反应结束后，得到结合剂，其中柠檬酸和三羟甲基丙烷的摩尔比为3：1，对甲苯磺酸的用量为柠檬酸和三羟甲基丙烷质量和的2％。
所述环氧化凹凸棒土由以下步骤制成：
将5g凹凸棒土和60mL无水甲苯加入三口烧瓶中，搅拌1h后，滴加30mL KH-560水解溶液，滴加结束后，升温至回流反应6h，反应结束后，转速3000r/min下离心分离，沉淀用无水乙醇和蒸馏水洗涤多次，50℃下干燥至恒重，得到环氧化凹凸棒土，KH-560水解溶液由硅烷偶联剂KH-560、无水乙醇和去离子水按照质量比20：72：8组成。
实施例3
一种锅炉结焦抑制剂，包括以下重量份原料：刚玉粉20份、石英粉10份、高岭土40份、生石灰5份、实施例1的第一助燃剂20份、第二助燃剂8份、导热分散剂3份、疏松剂3份和缓蚀剂3份；
该锅炉结焦抑制剂由以下步骤制成：
将刚玉粉、石英粉、高岭土、生石灰和第一助燃剂加入混合搅拌设备中，温度33℃，转速400r/min搅拌30min，然后加入第二助燃剂、导热分散剂、梳松剂、缓蚀剂，转速不变搅拌8min后转移至超声振荡混合设备中，功率300W，振荡20min，通过干燥设备在温度45℃下烘干20min，研磨，过300目筛，得到锅炉结焦抑制剂。
其中，刚玉粉、石英粉、高岭土和生石灰的粒度为300-350目，第二助燃剂由高锰酸钾、氯酸钾和高氯酸钾按照质量比3：2：1组成，导热分散剂为氧化镁，疏松剂为碳酸钠，缓蚀剂为苯骈三氮唑。
实施例4
一种锅炉结焦抑制剂，包括以下重量份原料：刚玉粉30份、石英粉20份、高岭土60份、生石灰15份、实施例2的第一助燃剂25份、第二助燃剂9份、导热分散剂4份、疏松剂4份和缓蚀剂4份；
该锅炉结焦抑制剂由以下步骤制成：
将刚玉粉、石英粉、高岭土、生石灰和第一助燃剂加入混合搅拌设备中，温度35℃，转速500r/min搅拌35min，然后加入第二助燃剂、导热分散剂、梳松剂、缓蚀剂，转速不变搅拌9min后转移至超声振荡混合设备中，功率350W，振荡25min，通过干燥设备在温度48℃下烘干25min，研磨，过300目筛，得到锅炉结焦抑制剂。
其中，刚玉粉、石英粉、高岭土和生石灰的粒度为300-350目，第二助燃剂由高锰酸钾、氯酸钾和高氯酸钾按照质量比5：2：1组成，导热分散剂为氧化钙，疏松剂为碳酸氢钠，缓蚀剂为苯骈三氮唑。
实施例5
一种锅炉结焦抑制剂，包括以下重量份原料：刚玉粉40份、石英粉30份、高岭土80份、生石灰25份、实施例1的第一助燃剂30份、第二助燃剂10份、导热分散剂5份、疏松剂5份和缓蚀剂5份；
该锅炉结焦抑制剂由以下步骤制成：
将刚玉粉、石英粉、高岭土、生石灰和第一助燃剂加入混合搅拌设备中，温度40℃，转速600r/min搅拌40min，然后加入第二助燃剂、导热分散剂、梳松剂、缓蚀剂，转速不变搅拌10min后转移至超声振荡混合设备中，功率400W，振荡30min，通过干燥设备在温度50℃下烘干30min，研磨，过300目筛，得到锅炉结焦抑制剂。
其中，刚玉粉、石英粉、高岭土和生石灰的粒度为300-350目，第二助燃剂由高锰酸钾、氯酸钾和高氯酸钾按照质量比8：5：3组成，导热分散剂为氧化铝，疏松剂为碳酸钠，缓蚀剂为甲基苯骈三氮唑。
对比例1
将实施例1中第一助燃剂去除，其余原料及制备过程同实施例1。
对比例2
将实施例2中第一助燃剂替换成等量的硝酸钾，其余原料及制备过程同实施例2。
将实施例3-5和对比例1-2所制备的锅炉结焦抑制剂通入至同批锅炉中进行对比试验，运行15天后，记录结焦情况，统计表如表1所示：
表1
由表1可以看出，相比于对比例1-2，实施例3-5所制备的锅炉结焦抑制剂使用效果更好。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种锅炉结焦抑制剂，其特征在于，包括以下重量份原料：刚玉粉20-40份、石英粉10-30份、高岭土40-80份、生石灰5-25份、第一助燃剂20-30份、第二助燃剂8-10份、导热分散剂3-5份、疏松剂3-5份和缓蚀剂3-5份；
第一助燃剂通过以下步骤制成：
步骤S1、将环氧化凹凸棒土和DMF混合，加入结合剂和四丁基溴化铵，升温至80-90℃，搅拌反应4-5h，得到接枝改性凹凸棒土；
步骤S2、将接枝改性凹凸棒土、无水乙醇、去离子水混合，加入硝酸盐复合物，室温下搅拌1h，静置3-4h后抽滤，滤饼洗涤、干燥，得到第一助燃剂。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉结焦抑制剂，其特征在于，步骤S1中环氧化凹凸棒土、DMF和结合剂的用量比为3-5g：60-70mL：0.8-1.5g，四丁基溴化铵用量为环氧化凹凸棒土质量的3-4％。
3.根据权利要求1所述的一种锅炉结焦抑制剂，其特征在于，步骤S2中接枝改性凹凸棒土、无水乙醇、去离子水和硝酸盐复合物的用量比为3-5g：60-70mL：20-30mL：1.3-1.7g。
4.根据权利要求1所述的一种锅炉结焦抑制剂，其特征在于，步骤S2硝酸盐复合物为硝酸铝、硝酸铜、硝酸钾和硝酸钠中的一种或多种按照任意比例组成。
5.根据权利要求1所述的一种锅炉结焦抑制剂，其特征在于，结合剂通过以下步骤制成：
将柠檬酸、三羟甲基丙烷和对甲苯磺酸混合，温度125℃，真空度0.08MPa，搅拌反应3-4h，得到结合剂。
6.根据权利要求5所述的一种锅炉结焦抑制剂，其特征在于，柠檬酸和三羟甲基丙烷的摩尔比为2-3：1，对甲苯磺酸的用量为柠檬酸和三羟甲基丙烷质量和的2％。
7.根据权利要求1所述的一种锅炉结焦抑制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将刚玉粉、石英粉、高岭土、生石灰和第一助燃剂加入混合搅拌设备中，温度33-40℃，搅拌后加入第二助燃剂、导热分散剂、梳松剂、缓蚀剂，转速不变搅拌后转移至超声振荡混合设备中，振荡，烘干，研磨，过筛，得到锅炉结焦抑制剂。
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