專利名稱：鍋爐鉻基除渣清灰節能劑組合物及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發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能劑，本發明還涉及鍋爐鉻基除渣清灰節能劑的制備工藝。
隨著工業的快速發展，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渣、過熱器系統積灰，這些結渣、積灰極大危害著鍋爐的正常安全經濟運行，主要危害如下(1)積灰和結渣將降低爐內受熱面的傳熱能力；沉積在受熱面上的結渣和積灰層的導熱系數很低，熱阻很大，使得水冷壁在發生玷污數小時后其傳熱能力一般將下降30％～60％，導致爐內火焰中心后移，爐膛出口煙溫升高。降低了鍋爐的熱效率。
(2)由于爐內受熱面的積灰和結渣，爐膛出口煙溫相應升高，使得飛灰容易粘結在屏式和對流過熱器上，引起過熱器的高溫粘結性積灰和腐蝕，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，降低鍋爐運行的經濟性。
(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荷工況下運行，只好增加燃煤量，引起爐膛出口煙溫進一步升高，使得飛灰更加容易粘結在受熱面上，造成惡性循環，導致一系列鍋爐事故，如過熱器和省煤器管束堵灰、傳熱惡化和爆管，空氣預熱器大量漏風，出渣系統堵塞失靈。
(5)由于爐膛出口煙溫升高，導致過熱汽溫偏高，高溫過熱器受熱面形成局部超溫，從而引起金屬強度降低而發生爆管事故。
(6)粘結在水冷壁或高溫過熱器上的積灰層或熔渣具有較強的腐蝕性，在高溫煙氣的作用下會與管壁金屬發生復雜的化學反應，形成高溫腐蝕。發生高溫腐蝕時，水冷壁管的平均腐蝕速度可達0.8～2.6mm/年。若燃用高硫煤，腐蝕區受到高溫煙氣的直接沖刷，其腐蝕速度可達5mm/年以上。可見，高溫腐蝕會使水冷壁或高溫過熱器金屬管壁發生強烈腐蝕，導致管壁減薄甚至于發生爆管停爐事故。因此，受熱面發生玷污和結渣是發生高溫腐蝕的前兆。
鍋爐受熱面由于積灰和結渣可造成的經濟損失主要有(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，據國內外資料統計結果，鍋爐平均效率會因此而降低1％～2％，并增大了煤耗；(2)由于結渣和積灰使鍋爐受熱面總的傳熱熱阻增大，鍋爐只能低負荷運行，結渣嚴重時鍋爐甚至只能在40％的負荷下運行，并經常被迫停爐；(3)積灰和結渣給鍋爐的安全運行帶來隱患，必要時需要停爐檢修，因少發電而帶來經濟損失，有統計資料表明，一臺500MW機組每停爐一天就要損失10萬美元以上；(4)需要布置足夠數量的吹灰器，少則十幾臺，多則數十臺，顯著增加了機組的投資費用，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，鍋爐的結渣與積灰對鍋爐正常安全經濟運行帶來諸多的嚴重危害。上世紀九十年代西安熱工研究所報導了關于“我國電站鍋爐除渣劑及應用的研究及電站鍋爐除渣劑使用情況調研報告”中記載的鉀鈉基幾種除渣劑的化學組成配方為
對于上述四種除渣劑與清灰劑的使用調查表明，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，對鍋爐鋼管材質有較大的腐蝕作用。
發明內容
本發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能劑及其制備工藝，該節能劑對鍋爐無腐蝕，能有效去除鍋爐內結渣、結焦與積灰，節能降耗，有效改善鍋爐燃燒環境，特別適用于低揮發份、高灰分、中低發熱值煤種的燃燒環境。
實現本發明目的的技術方案如下一種鉻基除渣清灰節能劑組合物，由下述組分及重量份數組成鉻酸酐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能劑組合物的配方優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份將上述重量份數的組份制成本發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稱重混合均勻；再用研磨機進行破碎過篩分級；其中100目細度的占60～70％，80目細度的占10～20％，50目細度的占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能劑。
本發明的鉻基除渣清灰節能劑組合物，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將本發明均勻加在輸煤皮帶或給煤刮板機內。
與現有技術相比，本發明使易結焦煤種的燃燒環境得以良好改善，爐膛水冷管壁、四角噴燃器及燃帶老焦體在3-5日內脫落干凈，新生成的渣體自動周期脫落，其渣體疏松多孔，結晶態型明顯，十分易碎。除渣防焦性能和節能降耗效果遠高于歐美除渣劑。
本發明的作用機理是迅速提高煤灰熔點、灰粘度；鉻物質促使結渣結構由現有的非均質玻璃態型結構轉變為結晶態型渣結構，促使致密堅硬的焦體發育成為氣孔狀、質輕、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。本發明的鍋爐鉻基除渣清灰節能劑組合物在爐膛高溫(≥1300℃)的化學裂變中，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，即在晶核誘導下生成高溫礦物尖晶石族群絡；它的熔溶溫度在1380～1440℃之間，當新生物的高溫礦物群絡飛至爐膛管壁，它們已經凝固或半凝固，不會再結成玻璃態的渣體；新生高溫礦物群絡不斷形成的同時，使得負粒子SiO2中置換的氧原子不斷生成，氧原子在高溫條件下不斷產生新的熱能物質，成為燃燒劑，可使爐膛中心溫度提高80～140℃，對于節能降耗增效具有顯著效果，節煤率在6～12％之間。以電廠年耗燃煤100萬噸為例，使用本產品可節煤7-10萬噸，每噸按300元計算，可節省開支2100～3000萬元，投入產出比為1∶5～8。
本發明主要組分的作用和機理如下所述本發明的鍋爐鉻基除渣清灰節能劑，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附著予爐膛受熱面衛燃帶，造成玻璃態焦體而使熱效率下降，使玻璃態型渣轉變為結晶態型渣。該機理從以下方面入手完成轉換全過程由于Cr、Cu、Zn粒子能迅速促使新生礦物(結晶態)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焦煤種高鐵成分中的Fe+2離子成為高溫礦物族的同質類象、從而降低煤質中的鐵含量，使灰熔點，灰粘度得到提高。
由氟化鈣CaF2成分來克服補充低鈣高鐵易結焦煤種鈣的不足及負離子(F2)成為強揮發份在流態焦體中生成氣孔構造。
硝酸鋅Zn(NO3)2是強氧化劑，用來使未充分燃燒成分二次燃燒，是節能的主要配料。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，使焦渣體變為疏松狀，強度大大減弱；氫氧化鋁、三氧化二鋁作為鉻劑產品的基料。活性的鋁粒子大部分參與硅酸鹽較高溫礦物反應。
硼酸鈉Na2B4O7·10H2O主要在低溫煙氣中起到二次強燃燒作用，使超標煙塵濃度降低。
色素碳為鉻劑產品的染色質及鍋爐過熱管、煙道的光滑劑，起順暢作用。
機理反應過程當本發明摻入煤粉后進入爐膛燃燒，它們在450～900℃即分解為Cr、Cu、Zn重金屬粒子，當遇到灰成分的Mn、Mg、Fe成分時，即以同質類象的方式，生成大量的新生礦物群鐵尖晶石族及鉻磁鐵礦，閃鋅礦等。這樣使原來易結焦物質被破壞，新生高(灰)熔點礦物為主導，時原粘度值提高10-30倍；當蛭石被新成分所粘捕，它即在集合體中被分解揮發，造成致密的氣孔構造而保留。
本發明經西安熱工院進行12CrIMoV不銹鋼和20#鋼鍋爐的高溫腐蝕作用的實驗，結果表明顯示為空白值。本發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(集團)有限責任電力分公司公司、等相關單位在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，使結渣由玻璃態型渣向結晶態型渣轉變的作用，效果顯著；排煙溫度從嚴重超標的180～190℃降至設計值范圍。
河南金冠電力有限公司有兩臺SG440t/h煤粉固態排渣鍋爐，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、衛燃帶、四角噴燃器周圍嚴重結焦，特別是燃燒區上方流態焦渣非常嚴重，厚度在40-50厘米，最厚處達80厘米以上，爐膛出口煙溫、主蒸汽溫度異常升高，嚴重結焦使鍋爐無法正常運行；本發明在該兩機進行除渣效果試驗，使用五日左右，爐膛四角流態焦渣大面積脫落，水冷管壁、衛燃帶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，使鍋爐滿負荷正常安全經濟運行。
因本發明排除了現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、滿負荷運轉起到穩定作用，消除鍋爐安全隱患，無需停爐檢修，電廠機組不需吹灰器，減少投資，綜合經濟效益十分可觀。爐膛內只有甚微的掛渣，且質輕、易碎、易脫落。本發明適用各類煤種，特別適用燃用劣質煤、褐煤、低揮發分煤的鍋爐。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明的內容做進一步說明實施例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；再用磨機進行破碎過篩分級；其中100目細度的占70％，80目細度的占10％，50目細度的占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，充分攪拌均勻即制成鉻基除渣清灰節能劑。
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；再用研磨機進行破碎過篩分級；其中100目細度的占60％，80目細度的占20％，50目細度的占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；再用研磨機進行破碎過篩分級；其中100目細度的占65％，80目細度的占15％，50目細度的占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；再用研磨機進行破碎過篩分級；其中100目細度的占70％，80目細度的占10％，50目細度的占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；再用研磨機進行破碎過篩分級；其中100目細度的占60％，80目細度的占10％，50目細度的占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；再用研磨機進行破碎過篩分級；其中100目細度的占60％，80目細度的占15％，50目細度的占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。
權利要求
1.一種鉻基除渣清灰節能劑組合物，其特征在于它由下述組分及重量份數組成鉻酸酐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.根據權利要求1所述的一種鉻基除渣清灰節能劑組合物，其特征在于所述組分的優選重量份數是鉻酸酐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稱重混合均勻；再用研磨機進行破碎過篩分級；其中100目細度的占60～70％，80目細度的占10～20％，50目細度的占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能劑。
全文摘要
本發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；該節能劑對鍋爐無腐蝕，能有效去除鍋爐內結渣、結焦與積灰，爐膛內只有甚微的掛渣，且質輕、易碎、易脫落；節能降耗，有效改善鍋爐燃燒環境，消除鍋爐安全隱患，無需停爐檢修，電廠機組不需吹灰器，減少投資。特別適用燃用劣質煤、褐煤、低揮發分煤的鍋爐。
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 優先權日2005年9月20日
發明者高春泉, 劉志新 申請人:甘肅黑馬石化工程有限公司