專利名稱：鍋爐鉻基除渣清灰節(jié)能劑組合物及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于電力、化工、石油、熱電等大中小型煤粉固態(tài)排渣鍋爐的除焦、防焦與清灰助劑，尤其是一種鍋爐鉻基除渣清灰節(jié)能劑，本發(fā)明還涉及鍋爐鉻基除渣清灰節(jié)能劑的制備工藝。
隨著工業(yè)的快速發(fā)展，電力需求不斷增大，由于我國地域煤炭分布不合理加之各地燃煤性質(zhì)差異大，造成燃煤鍋爐高溫受熱面水冷管壁、四角噴燃器周圍的結(jié)渣、過熱器系統(tǒng)積灰，這些結(jié)渣、積灰極大危害著鍋爐的正常安全經(jīng)濟(jì)運行，主要危害如下(1)積灰和結(jié)渣將降低爐內(nèi)受熱面的傳熱能力；沉積在受熱面上的結(jié)渣和積灰層的導(dǎo)熱系數(shù)很低，熱阻很大，使得水冷壁在發(fā)生玷污數(shù)小時后其傳熱能力一般將下降30％～60％，導(dǎo)致爐內(nèi)火焰中心后移，爐膛出口煙溫升高。降低了鍋爐的熱效率。
(2)由于爐內(nèi)受熱面的積灰和結(jié)渣，爐膛出口煙溫相應(yīng)升高，使得飛灰容易粘結(jié)在屏式和對流過熱器上，引起過熱器的高溫粘結(jié)性積灰和腐蝕，堵塞煙氣通道，引起傳熱惡化。
(3)低溫積灰將引起省煤器和空氣預(yù)熱器的堵塞和傳熱效果的顯著下降，從而使鍋爐的排煙溫度提高、熱損失上升，降低鍋爐運行的經(jīng)濟(jì)性。
(4)由于鍋爐受熱面總的傳熱熱阻增大，鍋爐可能無法維持在滿負(fù)荷工況下運行，只好增加燃煤量，引起爐膛出口煙溫進(jìn)一步升高，使得飛灰更加容易粘結(jié)在受熱面上，造成惡性循環(huán)，導(dǎo)致一系列鍋爐事故，如過熱器和省煤器管束堵灰、傳熱惡化和爆管，空氣預(yù)熱器大量漏風(fēng)，出渣系統(tǒng)堵塞失靈。
(5)由于爐膛出口煙溫升高，導(dǎo)致過熱汽溫偏高，高溫過熱器受熱面形成局部超溫，從而引起金屬強(qiáng)度降低而發(fā)生爆管事故。
(6)粘結(jié)在水冷壁或高溫過熱器上的積灰層或熔渣具有較強(qiáng)的腐蝕性，在高溫?zé)煔獾淖饔孟聲c管壁金屬發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，形成高溫腐蝕。發(fā)生高溫腐蝕時，水冷壁管的平均腐蝕速度可達(dá)0.8～2.6mm/年。若燃用高硫煤，腐蝕區(qū)受到高溫?zé)煔獾闹苯記_刷，其腐蝕速度可達(dá)5mm/年以上?？梢?，高溫腐蝕會使水冷壁或高溫過熱器金屬管壁發(fā)生強(qiáng)烈腐蝕，導(dǎo)致管壁減薄甚至于發(fā)生爆管停爐事故。因此，受熱面發(fā)生玷污和結(jié)渣是發(fā)生高溫腐蝕的前兆。
鍋爐受熱面由于積灰和結(jié)渣可造成的經(jīng)濟(jì)損失主要有(1)爐膛出口煙溫和排煙溫度的提高將降低鍋爐的出力和效率，據(jù)國內(nèi)外資料統(tǒng)計結(jié)果，鍋爐平均效率會因此而降低1％～2％，并增大了煤耗；(2)由于結(jié)渣和積灰使鍋爐受熱面總的傳熱熱阻增大，鍋爐只能低負(fù)荷運行，結(jié)渣嚴(yán)重時鍋爐甚至只能在40％的負(fù)荷下運行，并經(jīng)常被迫停爐；(3)積灰和結(jié)渣給鍋爐的安全運行帶來隱患，必要時需要停爐檢修，因少發(fā)電而帶來經(jīng)濟(jì)損失，有統(tǒng)計資料表明，一臺500MW機(jī)組每停爐一天就要損失10萬美元以上；(4)需要布置足夠數(shù)量的吹灰器，少則十幾臺，多則數(shù)十臺，顯著增加了機(jī)組的投資費用，此外，還需要增加大量的檢修費用，如清渣、更換受熱面管子等所需的費用。
綜上所述，鍋爐的結(jié)渣與積灰對鍋爐正常安全經(jīng)濟(jì)運行帶來諸多的嚴(yán)重危害。上世紀(jì)九十年代西安熱工研究所報導(dǎo)了關(guān)于“我國電站鍋爐除渣劑及應(yīng)用的研究及電站鍋爐除渣劑使用情況調(diào)研報告”中記載的鉀鈉基幾種除渣劑的化學(xué)組成配方為

對于上述四種除渣劑與清灰劑的使用調(diào)查表明，它們的除渣效果不明顯，因為除渣劑中含有水溶性鉀鈉鹽類，對鍋爐鋼管材質(zhì)有較大的腐蝕作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種煤粉燃燒鍋爐使用的鍋爐鉻基除渣清灰節(jié)能劑及其制備工藝，該節(jié)能劑對鍋爐無腐蝕，能有效去除鍋爐內(nèi)結(jié)渣、結(jié)焦與積灰，節(jié)能降耗，有效改善鍋爐燃燒環(huán)境，特別適用于低揮發(fā)份、高灰分、中低發(fā)熱值煤種的燃燒環(huán)境。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下一種鉻基除渣清灰節(jié)能劑組合物，由下述組分及重量份數(shù)組成鉻酸酐CrO36～20份鉻綠Cr2O36～12份氯化銅CuCl26～25份硫酸銅CuSO46～12份硼酸鈉Na2B4O7·10H2O 8～20份氟化鈣CaF25～15份硝酸鋅Zn(NO3)24～10份蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)210～30份氫氧化鋁Al(OH)320～50份色素碳C 3～7份三氧化二鋁Al2O33～7份制備鉻基除渣清灰節(jié)能劑組合物的配方優(yōu)選重量配比范圍是鉻酸酐CrO311～17份鉻綠Cr2O38～10份氯化銅CuCl210～20份硫酸銅CuSO48～10份硼酸鈉Na2B4O7·10H2O 11～18份氟化鈣CaF28～12份硝酸鋅Zn(NO3)25～8份蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)215～25份氫氧化鋁Al(OH)330～40份色素碳C 4～6份三氧化二鋁Al2O34～6份將上述重量份數(shù)的組份制成本發(fā)明組合物的制備工藝包括下述步驟1、將鉻酸酐、鉻綠、氯化銅、硫酸銅、氟化鈣、蛭石、氫氧化鋁、色素碳、三氧化二鋁按重量份數(shù)稱重混合均勻；再用研磨機(jī)進(jìn)行破碎過篩分級；其中100目細(xì)度的占60～70％，80目細(xì)度的占10～20％，50目細(xì)度的占20～30％，然后再將三種分級成份攪拌均勻合成制得第一粉末；
2、將硝酸鋅、硼酸鈉按重量份數(shù)稱重混合均勻粉碎過50目篩，制得第二粉末；3、將制得第一粉末與第二粉末混合，攪拌均勻即制成鉻基除渣清灰節(jié)能劑。
本發(fā)明的鉻基除渣清灰節(jié)能劑組合物，其外觀為淺綠黃色粉末狀，粒度直徑80～100目占80％，含水分≤3％，堆積比重為1.02-1.10g/cm3，添加量為原煤量的萬分之二點五至萬分之三，添加方法是用加料機(jī)將本發(fā)明均勻加在輸煤皮帶或給煤刮板機(jī)內(nèi)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使易結(jié)焦煤種的燃燒環(huán)境得以良好改善，爐膛水冷管壁、四角噴燃器及燃帶老焦體在3-5日內(nèi)脫落干凈，新生成的渣體自動周期脫落，其渣體疏松多孔，結(jié)晶態(tài)型明顯，十分易碎。除渣防焦性能和節(jié)能降耗效果遠(yuǎn)高于歐美除渣劑。
本發(fā)明的作用機(jī)理是迅速提高煤灰熔點、灰粘度；鉻物質(zhì)促使結(jié)渣結(jié)構(gòu)由現(xiàn)有的非均質(zhì)玻璃態(tài)型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)型渣結(jié)構(gòu)，促使致密堅硬的焦體發(fā)育成為氣孔狀、質(zhì)輕、酥松易碎、脆性的集合體；使焦渣硬度大大降低，能夠自動脫落。本發(fā)明的鍋爐鉻基除渣清灰節(jié)能劑組合物在爐膛高溫(≥1300℃)的化學(xué)裂變中，添加的重金屬鉻離子在爐膛中不斷與煤灰成分中硅酸鹽、鋁硅酸鹽相互作用，即在晶核誘導(dǎo)下生成高溫礦物尖晶石族群絡(luò)；它的熔溶溫度在1380～1440℃之間，當(dāng)新生物的高溫礦物群絡(luò)飛至爐膛管壁，它們已經(jīng)凝固或半凝固，不會再結(jié)成玻璃態(tài)的渣體；新生高溫礦物群絡(luò)不斷形成的同時，使得負(fù)粒子SiO2中置換的氧原子不斷生成，氧原子在高溫條件下不斷產(chǎn)生新的熱能物質(zhì)，成為燃燒劑，可使?fàn)t膛中心溫度提高80～140℃，對于節(jié)能降耗增效具有顯著效果，節(jié)煤率在6～12％之間。以電廠年耗燃煤100萬噸為例，使用本產(chǎn)品可節(jié)煤7-10萬噸，每噸按300元計算，可節(jié)省開支2100～3000萬元，投入產(chǎn)出比為1∶5～8。
本發(fā)明主要組分的作用和機(jī)理如下所述本發(fā)明的鍋爐鉻基除渣清灰節(jié)能劑，從提高低灰熔點煤種的灰分熔點入手，解決粘度甚小的物質(zhì)附著予爐膛受熱面衛(wèi)燃帶，造成玻璃態(tài)焦體而使熱效率下降，使玻璃態(tài)型渣轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)型渣。該機(jī)理從以下方面入手完成轉(zhuǎn)換全過程由于Cr、Cu、Zn粒子能迅速促使新生礦物(結(jié)晶態(tài))群體的生成，使它們成為鉻尖晶石族礦物的晶核，這種晶核離子吸收易結(jié)焦煤種高鐵成分中的Fe+2離子成為高溫礦物族的同質(zhì)類象、從而降低煤質(zhì)中的鐵含量，使灰熔點，灰粘度得到提高。
由氟化鈣CaF2成分來克服補(bǔ)充低鈣高鐵易結(jié)焦煤種鈣的不足及負(fù)離子(F2)成為強(qiáng)揮發(fā)份在流態(tài)焦體中生成氣孔構(gòu)造。
硝酸鋅Zn(NO3)2是強(qiáng)氧化劑，用來使未充分燃燒成分二次燃燒，是節(jié)能的主要配料。另外還可使部分鋅變成為閃鋅礦。
由蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)2成分在較高溫焦渣體中生成氣孔，使焦渣體變?yōu)槭杷蔂?，?qiáng)度大大減弱；氫氧化鋁、三氧化二鋁作為鉻劑產(chǎn)品的基料?；钚缘匿X粒子大部分參與硅酸鹽較高溫礦物反應(yīng)。
硼酸鈉Na2B4O7·10H2O主要在低溫?zé)煔庵衅鸬蕉螐?qiáng)燃燒作用，使超標(biāo)煙塵濃度降低。
色素碳為鉻劑產(chǎn)品的染色質(zhì)及鍋爐過熱管、煙道的光滑劑，起順暢作用。
機(jī)理反應(yīng)過程當(dāng)本發(fā)明摻入煤粉后進(jìn)入爐膛燃燒，它們在450～900℃即分解為Cr、Cu、Zn重金屬粒子，當(dāng)遇到灰成分的Mn、Mg、Fe成分時，即以同質(zhì)類象的方式，生成大量的新生礦物群鐵尖晶石族及鉻磁鐵礦，閃鋅礦等。這樣使原來易結(jié)焦物質(zhì)被破壞，新生高(灰)熔點礦物為主導(dǎo)，時原粘度值提高10-30倍；當(dāng)蛭石被新成分所粘捕，它即在集合體中被分解揮發(fā)，造成致密的氣孔構(gòu)造而保留。
本發(fā)明經(jīng)西安熱工院進(jìn)行12CrIMoV不銹鋼和20#鋼鍋爐的高溫腐蝕作用的實驗，結(jié)果表明顯示為空白值。本發(fā)明由河南金冠電力有限公司、獨子山石化公司熱電廠、焦作煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任電力分公司公司、等相關(guān)單位在65t/h、220t/h、SG440t/h等鍋爐上試驗、實驗與使用，具有迅速提高灰粘度和灰熔點，使結(jié)渣由玻璃態(tài)型渣向結(jié)晶態(tài)型渣轉(zhuǎn)變的作用，效果顯著；排煙溫度從嚴(yán)重超標(biāo)的180～190℃降至設(shè)計值范圍。
河南金冠電力有限公司有兩臺SG440t/h煤粉固態(tài)排渣鍋爐，由于長期燃用含鐵量較高的煤種，造成爐膛受熱面水冷管壁、衛(wèi)燃帶、四角噴燃器周圍嚴(yán)重結(jié)焦，特別是燃燒區(qū)上方流態(tài)焦渣非常嚴(yán)重，厚度在40-50厘米，最厚處達(dá)80厘米以上，爐膛出口煙溫、主蒸汽溫度異常升高，嚴(yán)重結(jié)焦使鍋爐無法正常運行；本發(fā)明在該兩機(jī)進(jìn)行除渣效果試驗，使用五日左右，爐膛四角流態(tài)焦渣大面積脫落，水冷管壁、衛(wèi)燃帶40-80厘米的老焦渣全部自動脫落，并且無新的流焦、渣體產(chǎn)生，爐膛出口煙溫明顯降低，解決了主蒸汽溫度異常升高所帶來的不安全隱患，使鍋爐滿負(fù)荷正常安全經(jīng)濟(jì)運行。
因本發(fā)明排除了現(xiàn)有除渣劑中采用的水溶性鉀、鈉鹽，對鍋爐鋼材無腐蝕作用，長期使用對鍋爐的正常運行、滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)起到穩(wěn)定作用，消除鍋爐安全隱患，無需停爐檢修，電廠機(jī)組不需吹灰器，減少投資，綜合經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。爐膛內(nèi)只有甚微的掛渣，且質(zhì)輕、易碎、易脫落。本發(fā)明適用各類煤種，特別適用燃用劣質(zhì)煤、褐煤、低揮發(fā)分煤的鍋爐。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步說明實施例1按下述組分及重量稱取原料鉻酸酐CrO36kg鉻綠Cr2O38kg氯化銅CuCl222kg硫酸銅CuSO48kg硼酸鈉Na2B4O7·10H2O 20kg氟化鈣CaF210kg硝酸鋅Zn(NO3)27kg蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)229kg氫氧化鋁Al(OH)338kg色素碳C 3kg三氧化二鋁Al2O36kg按下述步驟將上述重量配比對原料制備成成品的工藝如下1、將按上述配比重量稱重的鉻酸酐、鉻綠、氯化銅、硫酸銅、氟化鈣、蛭石、氫氧化鋁、色素碳、三氧化二鋁混合均勻；再用磨機(jī)進(jìn)行破碎過篩分級；其中100目細(xì)度的占70％，80目細(xì)度的占10％，50目細(xì)度的占20％，然后再將三種分級成份攪拌均勻合成制得第一粉末；2、將按上述配比重量稱重的硝酸鋅、硼酸鈉混合均勻粉碎過50目篩，制得第二粉末；3、將制得第一粉末與第二粉末混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蚣粗瞥摄t基除渣清灰節(jié)能劑。
實施例2按下述組分及重量稱取原料鉻酸酐CrO315kg鉻綠Cr2O39kg氯化銅CuCl216kg硫酸銅CuSO49kg硼酸鈉Na2B4O7·10H2O 15kg氟化鈣CaF210kg硝酸鋅Zn(NO3)26kg蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)220kg氫氧化鋁Al(OH)335kg色素碳C 5kg三氧化二鋁Al2O37kg制備工藝將鉻酸酐、鉻綠、氯化銅、硫酸銅、氟化鈣、蛭石、氫氧化鋁、色素碳、三氧化二鋁按上述配比重量稱重混合均勻；再用研磨機(jī)進(jìn)行破碎過篩分級；其中100目細(xì)度的占60％，80目細(xì)度的占20％，50目細(xì)度的占20％，然后再將三種分級成份攪拌均勻合成制得第一粉末；其余方法與實施例1相同。
實施例3按下述組分及重量稱取原料鉻酸酐CrO320kg鉻綠Cr2O310kg氯化銅CuCl216kg硫酸銅CuSO412kg硼酸鈉Na2B4O7·10H2O 8kg氟化鈣CaF215kg硝酸鋅Zn(NO3)25kg蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)215kg氫氧化鋁Al(OH)335kg色素碳C 7kg三氧化二鋁Al2O33kg制備工藝將鉻酸酐、鉻綠、氯化銅、硫酸銅、氟化鈣、蛭石、氫氧化鋁、色素碳、三氧化二鋁按上述配比重量稱重混合均勻；再用研磨機(jī)進(jìn)行破碎過篩分級；其中100目細(xì)度的占65％，80目細(xì)度的占15％，50目細(xì)度的占20％，然后再將三種分級成份攪拌均勻合成制得第一粉末；其余方法與實施例1相同。
實施例4按下述配比稱取原料鉻酸酐CrO315kg鉻綠Cr2O36kg氯化銅CuCl216kg硫酸銅CuSO412kg硼酸鈉Na2B4O7·10H2O 8kg氟化鈣CaF215kg硝酸鋅Zn(NO3)25kg蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)220kg氫氧化鋁Al(OH)350kg色素碳C 7kg三氧化二鋁Al2O35kg制備工藝將鉻酸酐、鉻綠、氯化銅、硫酸銅、氟化鈣、蛭石、氫氧化鋁、色素碳、三氧化二鋁按上述配比重量稱重混合均勻；再用研磨機(jī)進(jìn)行破碎過篩分級；其中100目細(xì)度的占70％，80目細(xì)度的占10％，50目細(xì)度的占20％，然后再將三種分級成份攪拌均勻合成制得第一粉末；其余方法與實施例1相同。
實施例5按下述組分及重量稱取原料鉻酸酐CrO312kg鉻綠Cr2O38kg氯化銅CuCl215kg硫酸銅CuSO48kg硼酸鈉Na2B4O7·10H2O 12kg氟化鈣CaF210kg硝酸鋅Zn(NO3)28kg蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)222kg氫氧化鋁Al(OH)320kg色素碳C 7kg
三氧化二鋁Al2O34kg制備工藝將鉻酸酐、鉻綠、氯化銅、硫酸銅、氟化鈣、蛭石、氫氧化鋁、色素碳、三氧化二鋁按上述配比重量稱重混合均勻；再用研磨機(jī)進(jìn)行破碎過篩分級；其中100目細(xì)度的占60％，80目細(xì)度的占10％，50目細(xì)度的占30％，然后再將三種分級成份攪拌均勻合成制得第一粉末；其余方法與實施例1相同。
實施例6按下述組分及重量稱取原料鉻酸酐CrO312kg鉻綠Cr2O38kg氯化銅CuCl215kg硫酸銅CuSO48kg硼酸鈉Na2B4O7·10H2O 12kg氟化鈣CaF210kg硝酸鋅Zn(NO3)27kg蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)222kg氫氧化鋁Al(OH)338kg色素碳C 6kg三氧化二鋁Al2O34kg制備工藝將鉻酸酐、鉻綠、氯化銅、硫酸銅、氟化鈣、蛭石、氫氧化鋁、色素碳、三氧化二鋁按上述配比重量稱重混合均勻；再用研磨機(jī)進(jìn)行破碎過篩分級；其中100目細(xì)度的占60％，80目細(xì)度的占15％，50目細(xì)度的占25％，然后再將三種分級成份攪拌均勻合成制得第一粉末；其余方法與實施例1相同。
權(quán)利要求
1.一種鉻基除渣清灰節(jié)能劑組合物，其特征在于它由下述組分及重量份數(shù)組成鉻酸酐6～20份，鉻綠6～12份，氯化銅6～25份，硫酸銅6～12份，硼酸鈉8～20份，氟化鈣5～15份，硝酸鋅4～10份，蛭石10～30份，氫氧化鋁20～50份，色素碳3～7份，三氧化二鋁3～7份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉻基除渣清灰節(jié)能劑組合物，其特征在于所述組分的優(yōu)選重量份數(shù)是鉻酸酐11～17份，鉻綠8～10份，氯化銅10～20份，硫酸銅8～10份，硼酸鈉11～18份，氟化鈣8～12份，硝酸鋅5～8份，蛭石15～25份，氫氧化鋁30～40份，色素碳4～6份，三氧化二鋁4～6份。
3.一種鉻基除渣清灰節(jié)能劑組合物的制備工藝，其特征在于，包括下述步驟(1)將鉻酸酐、鉻綠、氯化銅、硫酸銅、氟化鈣、蛭石、氫氧化鋁、色素碳、三氧化二鋁按重量份數(shù)稱重混合均勻；再用研磨機(jī)進(jìn)行破碎過篩分級；其中100目細(xì)度的占60～70％，80目細(xì)度的占10～20％，50目細(xì)度的占20～30％，然后再將三種分級成份攪拌均勻合成制得第一粉末；(2)將硝酸鋅、硼酸鈉按重量份數(shù)稱重混合均勻粉碎過50目篩，制得第二粉末；(3)將制得第一粉末與第二粉末混合，攪拌均勻即制成鉻基除渣清灰節(jié)能劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于電力、化工、石油、熱電等大中小型煤粉固態(tài)排渣鍋爐的除焦、防焦與清灰助劑，尤其是一種鍋爐鉻基除渣清灰節(jié)能劑及其制備工藝。它由下述組分的重量份粉碎至40～100目的顆粒制成鉻酸酐6～20份，鉻綠6～12份，氯化銅6～25份，硫酸銅6～12份，硼酸鈉8～20份，氟化鈣5～15份，硝酸鋅4～10份，蛭石10～30份，氫氧化鋁20～50份，色素碳3～7份，三氧化二鋁3～7份；該節(jié)能劑對鍋爐無腐蝕，能有效去除鍋爐內(nèi)結(jié)渣、結(jié)焦與積灰，爐膛內(nèi)只有甚微的掛渣，且質(zhì)輕、易碎、易脫落；節(jié)能降耗，有效改善鍋爐燃燒環(huán)境，消除鍋爐安全隱患，無需停爐檢修，電廠機(jī)組不需吹灰器，減少投資。特別適用燃用劣質(zhì)煤、褐煤、低揮發(fā)分煤的鍋爐。
文檔編號C10L10/06GK1935960SQ20051009607
公開日2007年3月28日 申請日期2005年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月20日
發(fā)明者高春泉, 劉志新 申請人:甘肅黑馬石化工程有限公司