CN1784483A - 燃烧设备内防止生垢,消除烟灰、煤渣、泥渣并控制火焰的复合物 - Google Patents

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Abstract

介绍了一种燃料添加剂复合物，包括硼砂、氢氧化钠、胺基稳定剂、过氧化氢及水。其可以加入如煤、油、气等燃料中，使得燃料易于燃烧并清除燃烧设备中的不纯相，降低有害气体如SOx，NOx及CO的排放量。

Description

燃烧设备内防止生垢，消除烟灰、煤渣、泥渣并控制火焰的复合物
技术领域
本发明涉及水溶性燃料添加剂复合物，包括硼砂、氢氧化钠、胺基稳定剂、过氧化氢及水。其可以使得燃料易于燃烧、增加热效率、降低烟尘量、消除炉内烟灰煤渣并可以控制火焰辐射热传递系统。
背景技术
传统上，通过物理方法消除炉内烟灰及煤渣，空气污染则通过后处理控制。改善热辐射系统以增强热效率的研究集中在机械方面。然而，炉子的操作情况及燃料性能会引发一系列问题。
以蒸汽锅炉为例，白化或相似过程产生的泥渣等硬固体材料，会导致耗气量增加或者爆炸。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以添加至煤、油、气等燃料的燃料添加剂，其可以使得燃料易于燃烧、增加热效率、降低烟尘量、消除燃烧设备内烟灰煤渣并可以控制火焰辐射热传递系统。
附图说明
图1为添加本发明的燃料添加剂后，耗气量的降低与时间的关系图。
具体实施方式
本发明提供一种燃料添加剂，包括10-40份的硼砂、16-40份的氢氧化钠、8-40份的胺基稳定剂、8-40份的过氧化氢及水(以上比例均按重量计算)。
此复合物通过在水中分散而制备，使得其成分与水的比例控制在1∶2-1∶50(按重量计)。
每100份燃料中添加0.02-0.5份的添加剂复合物(按重量计)。
复合物添加剂中还可以包括甲醇或表面活性剂，复合物成分与其的比例控制在1∶1-1∶3(按重量计)。
复合物添加剂中还可以包括一种或多种催化剂，此催化剂可从下列药品中选择：碳酸钾、碳酸钙及碳酸钠，其中，复合物成分与催化剂的比例控制在1∶0.03-1∶0.3(按重量计)。
本发明还提供制备此复合物添加剂的方法，包括以下步骤：
将10-40份重量的硼砂溶于水中，随后向此溶液中混合16-40份重量的碳酸钠；
向合成的混合物中加入8-40份重量的胺基稳定剂及8-40份重量的过氧化氢。
本发明还提供燃料添加剂复合物的用途。
以下对本发明进行详细描述。
本发明的燃料添加剂复合物包括硼砂、氢氧化钠、胺基稳定剂、过氧化氢及水，其可以使得燃料易于燃烧，并可促进其完全燃烧。
过氧化氢可以产生氧基，从而使燃料易于燃烧。氧基是氧的原子状态，其非常不稳定。这样，氧基的存在时间很短并具有高活性。在本发明的复合物中，过氧化氢可以产生氧基，从而使炉子或燃烧管内的燃料易于燃烧。因此，燃料即使在氧气量很小的情况下也易于燃烧。同时，氧基减少了NOx并阻止了炉内PM(颗粒物质，如SOx、CO)的产生。
由于过氧化氢即使在室温也可以产生氧基或氧分子，所以通过丙三醇或胺基稳定剂对其进行抑制，使得氧基在400℃左右大量产生，从而易于燃烧。800℃左右或更高时，硼砂产生的氧基使得燃料易于燃烧。
胺基稳定剂从以下药品中选择：二乙醇胺、乙醇胺、三甲基胺及三乙醇胺。
使用胺基稳定剂时，分解反应甚至延缓到约180℃或者更高。在180℃或者更高温度时，氧基大量产生，使得燃料即使在氧气量很小的情况下也易于燃烧。胺基稳定剂还可以防止低温腐蚀并增加水溶液的分散性，从而降低各物质比重的差异。
硼砂或者水合硼酸钾(Na2B4O7-10H2O)可以消除燃烧设备炉膛内的烟灰、煤渣及泥渣等，从而增加热传导效率，防止炉子腐蚀，延长炉子寿命。
混合至燃料的部分硼砂分解而产生氧基，但未反应的硼砂沉积在炉膛表面形成一层薄膜，从而防止了升温过程中炉子的腐蚀、降低灰烬粘度、消除PM如烟灰、煤渣及泥渣等、改善热效率并减少空气污染(烟尘、NOx、SOx)。如果在燃烧设备内使用，本发明燃料添加剂产生的氧基可以降低热NOx的生成，并且混合物中的钠生成硫酸钠，SOx的排放量也降低。
添加粉末状的硼砂并溶于水中。
然而，随着时间延长可能发生沉积，所以添加氢氧化钠及胺基稳定剂以增强水中硼砂的稳定性并防止沉积发生。
燃料添加剂复合物的制备包括以下步骤：
将8-40份的过氧化氢、8-40份的硼砂、10-40份的胺基稳定剂及16-40份的氢氧化钠于水中分散，其成分与水的比例控制在1∶2-1∶50(按重量计)。
如果复合物的成分低于此范围，燃烧可能会延缓，从而导致燃料用量的增加，并可能降低清洁能力或在分散过程会发生沉积。
复合物添加剂中还可以包括碳酸钾、碳酸钙或碳酸钠，以降低燃烧过程中的排烟量。其可以促使低温燃烧从而减少NOx的产生，并可以控制火焰尺寸以改善辐射热传递系统并降低燃料消耗。本发明复合物成分与催化剂的比例控制在1∶0.03-1∶0.3(按重量计)。
本发明燃料添加剂复合物成分可通过燃料的种类及质量、炉子的操作情况及老化度等来适当控制。最好每100份燃料中添加0.02-0.5份的添加剂复合物(按重量计)。燃料添加剂复合物增强了清洁能力并防止了低温及高温腐蚀。
本发明燃料添加剂复合物的制备包括以下步骤：
将10-40份重量的硼砂溶于水中，随后向此溶液中混合16-40份重量的碳酸钠；
向合成的混合物中加入8-40份重量的胺基稳定剂及8-40份重量的过氧化氢。
在50-95℃范围内加入硼砂以使其稳定性最佳，过氧化氢最后加入以控制氧基的含量。如果过氧化氢随着硼砂在第一步中加入，氧基就会生成过多，从而发生起泡并且氧基消失。同时，合成燃料添加剂的温度也会随之升高，使得接下来的步骤复杂而危险。
加入过氧化氢后再添加碳酸钾、碳酸钙及碳酸钠。
任何固体、液体及气体燃料均可用于本发明。举例来说，固体燃料如煤、焦炭及木炭，液体燃料如汽油、煤油、轻油、重油、煤焦油、油砂、油岩、甲醇及乙醇，气体燃料如天然气、液化石油气、氢气、乙炔等均可用。
本发明的燃料添加剂复合物在灰化前燃烧碳颗粒(即煤)，因此可以防止碳颗粒随灰烬凝结，并生成硼砂薄膜及降低灰烬粘度，从而防止了炉内烟灰、煤渣及泥渣的沉积。
尤其是在还原气氛的炉内灰化点降低。本发明的燃料添加剂复合物通过氧基阻止了灰化点的降低，从而防止煤渣生成。同时，渗入煤孔隙中的硼砂可以通过玻璃珠反应防止灰烬的凝结。未分解的硼砂沉积在炉膛表面形成薄膜，从而防止了高温腐蚀及煤渣沉积，增强了热效率。
在首选设备中，如果本发明的燃料添加剂复合物用于蒸汽锅炉中，其会防止泥渣生成并降低能量消耗。
在蒸汽锅炉中，参与燃烧的空气中的细小粉尘在白化过程中可能会变硬而形成泥渣类的固体，厚度约1-2mm。若使用本发明的燃料添加剂复合物，熔化点及燃烧点会降低，从而消除泥渣或防止了泥渣生成。举例来说，当本发明的燃料添加剂复合物按1∶40的比例在水中分散并用于20吨/H的气/油组合锅炉时，火焰呈橙色并伸长，可节省5％的能量消耗。
另一首选设备中，若在气体涡轮中使用本发明的燃料添加剂复合物，其会消除粘附在涡轮边缘的粉尘。当气体涡轮高速下操作时粉尘会导致震动。本发明的燃料添加剂复合物可消除粉尘并可使其迅速燃烧，从而可以保证有效的告诉操作并改善2％的热效率。
此外，如果将本发明的燃料添加剂复合物与轻油混合用于柴油发动机，可以降低能量消耗。特殊的是，此时若加入甲醇及表面活性剂，可在燃烧过程中降低粉尘的产生并可以节约9％左右的能量。
在另一首选设备中，将本发明的燃料添加剂复合物分散于水中以增加约10％的煤炭哈氏可磨性指数(HGI)，通过推动燃烧而降低了灰烬的产生，并使得煤灰可以循环利用。同时，如果将复合物喷溅或混合至煤、焦炭或木炭中，燃烧更加容易并且可显著降低烟气及有害味道。尤其是碳酸钾与复合物混合，烟气生成量降低，低温燃烧更加容易，从而降低了有害气体如NOx，并在燃烧气体燃料过程中改善了辐射热传递系统，因此降低了燃料消耗。
此外，在水泥窑中可对本发明的燃料添加剂复合物作简单的盐处理，以改善每单位面积的燃烧率，降低残渣的产率。通常，燃烧率由火焰长度决定。
本发明的燃料添加剂复合物可促进完全燃烧并因此增加火焰长度。同时，若使用的是多孔煤，硼砂可渗入孔中并随温度升高而产生氧基。通过碳酸钙或碳酸钠增加氧接触面积，降低了熔化点并增加了孔隙率，从而提高了燃烧率，降低了燃烧温度，并将烟的生成从Ringelmann浊度3级降低到1级。
若将本发明的燃料添加剂复合物用于燃油锅炉可促进燃料完全燃烧，从而减少飞尘，改善粉尘收集效率，并延长粉尘收集器的催化寿命。特殊的是，若将复合物分散于水中后喷溅到燃油锅炉的膛内，会节约3％的燃料消耗并可清除内部泥渣。同时，粉尘及烟尘生成量降低，预热器中的泥渣也得以清除。
这样，本发明的燃料添加剂复合物可用于清除粉尘，防止腐蚀，防止烟灰、煤渣、泥渣的生成，并可以控制火焰。
下文中通过例子对本发明进行详细描述，以下例子仅用于理解本发明但并不局限于本发明。
实例
例1 70℃时将30kg硼砂与20kg氢氧化钠溶于50kg水中，然后加入20kg三乙胺、20kg过氧化氢及10kg碳酸钾，从而制得燃料添加剂复合物。合成的燃料添加剂复合物无沉淀或硼砂沉积，保持稳定的水溶液。
比较例子1
如例1所制备的燃料添加剂复合物，但未使用氢氧化钠。合成的复合物随时间延长而生成沉淀。
比较例子2
如例1所制备的燃料添加剂复合物，但温度为40℃。合成的复合物随时间延长而生成沉淀。
比较例子3
如例1所制备的燃料添加剂复合物，但温度为45℃。与比较例子1、2一样，合成的复合物随时间延长而生成沉淀。
比较例子4
70℃时将30kg硼砂与20kg氢氧化钠及30kg过氧化氢溶于50kg水中，然后加入20kg三乙胺、20kg过氧化氢，及10kg碳酸钾，从而制得燃料添加剂复合物。合成的燃料添加剂复合物的温度随时间延长迅速升高至100℃。
这是由于加入过氧化氢后氧基生成过多而造成的。
测试例子1：能量密度测试
利用例1中的复合物进行能量密度测试。
使用湿含量1.73％、含灰量14.73％及挥发物含量30.12％(热量值＝6977kcal；灰分熔化温度(FT)＝1588℃)的煤，蒸汽容量10ton/h的锅炉。此锅炉在8kPa压力下以80％的负荷运转。结果节省了16.8％的煤耗。
测试例子2：污染降低测试
关于复合物的含尘量、二氧化硫浓度及Ringelmann浊度的测量结果如表1所示。
  表1测试项目   测试前   测试后   测试结果
  平均含尘量(mg/Nm3)   1673.8   1082.3   降低35.3％
 平均排尘量(kg/h)   42.5   26.9   降低36.7％
 平均二氧化硫浓度(mg/Nm3)   321.5   249.1   降低22.5％
 平均二氧化硫排放量(kg/h)   8.158   249.1   降低24.1％
 Ringelmann浊度(烟气浓度)   1   1   相同
测试例子3：燃料消耗量节约测试
将复合物用于使用烟煤的组合加热发电站，对由于降低了空气污染及煤渣而形成的燃料消耗节约效应进行了测定。
以煤的重量为基准，在水中对复合物按1000∶1的比例进行稀释，并且喷溅到置于喂煤机上的块状煤上。将此块状煤压碎至200目或更小，然后于燃烧器内燃烧。
测试中采用蒸汽容量120ton/h的锅炉及中国大同烟煤(热量值＝6600kcal；灰分熔化温度(FT)＝1180℃；硫含量0.8％)。煤的消耗为300t/h，炉内温度为1300-1700℃。采用水平点火型燃烧器及自然循环型锅炉。
A 空气污染降低效应
对尘含量、SOx浓度、NOx浓度及CO浓度进行为期4周的测试。
1尘含量：采用圆柱过滤器测试。加入复合物之前，平均尘含量为19.4mg/cm2，降低了大约47.0％。
2SOx浓度：采用沉淀滴定法测量。其浓度降低了大约10.2％。
3NOx浓度：采用锌1-亚萘基二胺测量。其浓度降低了大约13.0％。
4CO浓度：采用非分散红外分析方法测量。其浓度降低了大约27％。
B 燃料效率改善效应
飞尘量从30.8％降低到13.0％，降低了大约57.8％。
此外，底部灰含量，泥渣的一部分，从59.0％降低到了25.0％，降低了大约57.6％。
C 泥渣清除效应
尽管测试用煤其1180℃的灰分熔化温度较通常所用煤(1300-1400℃)的低，但炉子内壁或超加热器内观察不到泥渣，同样也没有污垢。
测试例子4：燃料消耗节约测试
以下测试用来证实泥渣的清除及热效率的改进。
将经水稀释的复合物喷溅到压碎的煤上。
煤、水、复合物的比例取作1000∶10∶1。将此混合物喷溅到置于喂煤机上的块状煤上。将此块状煤压碎至200目或更小，然后于燃烧器内燃烧。
煤的湿含量2.36％、含灰量27.89％及挥发物含量17.97％。采用水平点火型锅炉。其蒸汽容量为220ton/h，压力9.8Mpa。炉内温度为1500-1700℃，空气比率约为4.8，燃烧消耗温度为120℃，蒸汽温度约为540℃。
A 燃料节约效应
使用14天加入了本发明的燃料添加剂复合物的煤，9786.54kg的煤产生了76710ton的蒸汽。若只用15天，9910.58kg的煤产生68462ton的蒸汽。因此，本发明的燃料添加剂复合物提供了更好的燃料效率。
B SOx 降低效应
加入了复合物例1的煤(C1)，复合物(C2)中加入10wt％的碳酸钾及未加入添加剂的煤，对其随时间增加废气量的降低进行了估价。
测试条件如下所示，测试结果如图1所示。
测试设备：Test 350M/XL(TESTO制造)
测试方法：静态势化学型，测试设备类型、许可号：ASGAM-2001-6(环境调查国家学院)
测试设备性能测试报告：韩国测试实验室制备
图1中，#1及#2(-□-，-◇-)为未加入复合物例1时的SOx排放量，▲-为加入C1与10wt％的C2一起加入，-■-为C1与15wt％的C2一起加入。
使用本发明的燃料添加剂复合物后，废气排放量平均从约1100ppm降至约600。因此，SOx降低效应约为45％。
C 飞尘中微粒的消除
对加入本发明的燃料添加剂复合物的1号锅炉及未加入复合物的2号锅炉，进行6天的微粒含量测试
1号锅炉的微粒含量为7.39％，而2号锅炉的微粒含量为8.76％。因此，微粒含量降低约15.64％。
如上所述，本发明的燃料添加剂复合物降低了粉尘、SOx、NOx的产生并促进了完全燃烧，从而降低了燃料消耗，防止了燃烧设备内的烟灰、煤渣、泥渣及腐蚀，增强了热传送效率并改善了操作稳定性。

Claims (20)

1.一种燃料添加剂复合物，包括10-40份的硼砂、16-40份的氢氧化钠、8-40份的胺基稳定剂、8-40份的过氧化氢及水(以上比例均按重量计算)。
2.如权利要求1所述的燃料添加剂复合物，胺基稳定剂可以是一种或多种化合物，可从以下药品中选择：二乙醇胺、乙醇胺、三甲基胺及三乙醇胺。
3.如权利要求1所述的燃料添加剂复合物，其中硼砂溶于氢氧化钠水溶液中。
4.如权利要求1所述的燃料添加剂复合物，其通过在水中分散制备。
5.如权利要求4所述的燃料添加剂复合物，其成分与水的比例控制在1∶2-1∶50(按重量计)。
6.如权利要求1所述的燃料添加剂复合物，其还可以包括一种或多种催化剂，可从以下药品中选择：碳酸钾、碳酸钙及碳酸钠。
7.如权利要求6所述的燃料添加剂复合物，其成分与催化剂的比例控制在1∶0.03-1∶0.3(按重量计)。
8.如权利要求1所述的燃料添加剂复合物，其还可以包括甲醇或表面活性剂。
9.如权利要求8所述的燃料添加剂复合物，其成分与甲醇或表面活性剂的比例控制在1∶1-1∶3(按重量计)。
10.本发明燃料添加剂复合物的制备包括以下步骤：将10-40份重量的硼砂溶于水中，随后向此溶液中混合16-40份重量的碳酸钠；然后向合成的混合物中加入8-40份重量的胺基稳定剂及8-40份重量的过氧化氢。
11.依据如权利要求10所述的燃料添加剂复合物制备方法，其中水、硼砂及氢氧化钠的混合温度控制在50-95℃。
12.燃烧设备的比例抑制剂包括如权利要求1所述的燃料添加剂复合物。
13.燃烧设备的腐蚀抑制剂包括如权利要求1所述的燃料添加剂复合物。
14.燃烧设备的烟灰生成抑制剂包括如权利要求1所述的燃料添加剂复合物。
15.燃烧设备的煤渣清除剂包括如权利要求1所述的燃料添加剂复合物。
16.燃烧设备的泥渣清除剂包括如权利要求1所述的燃料添加剂复合物。
17.燃烧设备的火焰控制剂包括如权利要求1所述的燃料添加剂复合物。
18.燃料复合物包括如权利要求1所述的燃料添加剂复合物。
19.如权利要求18所述的燃料复合物，其每100份重量的燃料加入0.02-0.5份重量的燃料添加剂复合物。
20.如权利要求19所述的燃料复合物，其中燃料可以是固态、液态或气态。
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