专利名称：锅炉铬基除渣清灰节能剂组合物及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于电力、化工、石油、热电等大中小型煤粉固态排渣锅炉的除焦、防焦与清灰助剂，尤其是一种锅炉铬基除渣清灰节能剂，本发明还涉及锅炉铬基除渣清灰节能剂的制备工艺。
随着工业的快速发展，电力需求不断增大，由于我国地域煤炭分布不合理加之各地燃煤性质差异大，造成燃煤锅炉高温受热面水冷管壁、四角喷燃器周围的结渣、过热器系统积灰，这些结渣、积灰极大危害着锅炉的正常安全经济运行，主要危害如下(1)积灰和结渣将降低炉内受热面的传热能力；沉积在受热面上的结渣和积灰层的导热系数很低，热阻很大，使得水冷壁在发生玷污数小时后其传热能力一般将下降30％～60％，导致炉内火焰中心后移，炉膛出口烟温升高。降低了锅炉的热效率。
(2)由于炉内受热面的积灰和结渣，炉膛出口烟温相应升高，使得飞灰容易粘结在屏式和对流过热器上，引起过热器的高温粘结性积灰和腐蚀，堵塞烟气通道，引起传热恶化。
(3)低温积灰将引起省煤器和空气预热器的堵塞和传热效果的显著下降，从而使锅炉的排烟温度提高、热损失上升，降低锅炉运行的经济性。
(4)由于锅炉受热面总的传热热阻增大，锅炉可能无法维持在满负荷工况下运行，只好增加燃煤量，引起炉膛出口烟温进一步升高，使得飞灰更加容易粘结在受热面上，造成恶性循环，导致一系列锅炉事故，如过热器和省煤器管束堵灰、传热恶化和爆管，空气预热器大量漏风，出渣系统堵塞失灵。
(5)由于炉膛出口烟温升高，导致过热汽温偏高，高温过热器受热面形成局部超温，从而引起金属强度降低而发生爆管事故。
(6)粘结在水冷壁或高温过热器上的积灰层或熔渣具有较强的腐蚀性，在高温烟气的作用下会与管壁金属发生复杂的化学反应，形成高温腐蚀。发生高温腐蚀时，水冷壁管的平均腐蚀速度可达0.8～2.6mm/年。若燃用高硫煤，腐蚀区受到高温烟气的直接冲刷，其腐蚀速度可达5mm/年以上。可见，高温腐蚀会使水冷壁或高温过热器金属管壁发生强烈腐蚀，导致管壁减薄甚至于发生爆管停炉事故。因此，受热面发生玷污和结渣是发生高温腐蚀的前兆。
锅炉受热面由于积灰和结渣可造成的经济损失主要有(1)炉膛出口烟温和排烟温度的提高将降低锅炉的出力和效率，据国内外资料统计结果，锅炉平均效率会因此而降低1％～2％，并增大了煤耗；(2)由于结渣和积灰使锅炉受热面总的传热热阻增大，锅炉只能低负荷运行，结渣严重时锅炉甚至只能在40％的负荷下运行，并经常被迫停炉；(3)积灰和结渣给锅炉的安全运行带来隐患，必要时需要停炉检修，因少发电而带来经济损失，有统计资料表明，一台500MW机组每停炉一天就要损失10万美元以上；(4)需要布置足够数量的吹灰器，少则十几台，多则数十台，显著增加了机组的投资费用，此外，还需要增加大量的检修费用，如清渣、更换受热面管子等所需的费用。
综上所述，锅炉的结渣与积灰对锅炉正常安全经济运行带来诸多的严重危害。上世纪九十年代西安热工研究所报导了关于“我国电站锅炉除渣剂及应用的研究及电站锅炉除渣剂使用情况调研报告”中记载的钾钠基几种除渣剂的化学组成配方为
对于上述四种除渣剂与清灰剂的使用调查表明，它们的除渣效果不明显，因为除渣剂中含有水溶性钾钠盐类，对锅炉钢管材质有较大的腐蚀作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤粉燃烧锅炉使用的锅炉铬基除渣清灰节能剂及其制备工艺，该节能剂对锅炉无腐蚀，能有效去除锅炉内结渣、结焦与积灰，节能降耗，有效改善锅炉燃烧环境，特别适用于低挥发份、高灰分、中低发热值煤种的燃烧环境。
实现本发明目的的技术方案如下一种铬基除渣清灰节能剂组合物，由下述组分及重量份数组成铬酸酐CrO36～20份铬绿Cr2O36～12份氯化铜CuCl26～25份硫酸铜CuSO46～12份硼酸钠Na2B4O7·10H2O 8～20份氟化钙CaF25～15份硝酸锌Zn(NO3)24～10份蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)210～30份氢氧化铝Al(OH)320～50份色素碳C 3～7份三氧化二铝Al2O33～7份制备铬基除渣清灰节能剂组合物的配方优选重量配比范围是铬酸酐CrO311～17份铬绿Cr2O38～10份氯化铜CuCl210～20份硫酸铜CuSO48～10份硼酸钠Na2B4O7·10H2O 11～18份氟化钙CaF28～12份硝酸锌Zn(NO3)25～8份蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)215～25份氢氧化铝Al(OH)330～40份色素碳C 4～6份三氧化二铝Al2O34～6份将上述重量份数的组份制成本发明组合物的制备工艺包括下述步骤1、将铬酸酐、铬绿、氯化铜、硫酸铜、氟化钙、蛭石、氢氧化铝、色素碳、三氧化二铝按重量份数称重混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占60～70％，80目细度的占10～20％，50目细度的占20～30％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；
2、将硝酸锌、硼酸钠按重量份数称重混合均匀粉碎过50目筛，制得第二粉末；3、将制得第一粉末与第二粉末混合，搅拌均匀即制成铬基除渣清灰节能剂。
本发明的铬基除渣清灰节能剂组合物，其外观为浅绿黄色粉末状，粒度直径80～100目占80％，含水分≤3％，堆积比重为1.02-1.10g/cm3，添加量为原煤量的万分之二点五至万分之三，添加方法是用加料机将本发明均匀加在输煤皮带或给煤刮板机内。
与现有技术相比，本发明使易结焦煤种的燃烧环境得以良好改善，炉膛水冷管壁、四角喷燃器及燃带老焦体在3-5日内脱落干净，新生成的渣体自动周期脱落，其渣体疏松多孔，结晶态型明显，十分易碎。除渣防焦性能和节能降耗效果远高于欧美除渣剂。
本发明的作用机理是迅速提高煤灰熔点、灰粘度；铬物质促使结渣结构由现有的非均质玻璃态型结构转变为结晶态型渣结构，促使致密坚硬的焦体发育成为气孔状、质轻、酥松易碎、脆性的集合体；使焦渣硬度大大降低，能够自动脱落。本发明的锅炉铬基除渣清灰节能剂组合物在炉膛高温(≥1300℃)的化学裂变中，添加的重金属铬离子在炉膛中不断与煤灰成分中硅酸盐、铝硅酸盐相互作用，即在晶核诱导下生成高温矿物尖晶石族群络；它的熔溶温度在1380～1440℃之间，当新生物的高温矿物群络飞至炉膛管壁，它们已经凝固或半凝固，不会再结成玻璃态的渣体；新生高温矿物群络不断形成的同时，使得负粒子SiO2中置换的氧原子不断生成，氧原子在高温条件下不断产生新的热能物质，成为燃烧剂，可使炉膛中心温度提高80～140℃，对于节能降耗增效具有显著效果，节煤率在6～12％之间。以电厂年耗燃煤100万吨为例，使用本产品可节煤7-10万吨，每吨按300元计算，可节省开支2100～3000万元，投入产出比为1∶5～8。
本发明主要组分的作用和机理如下所述本发明的锅炉铬基除渣清灰节能剂，从提高低灰熔点煤种的灰分熔点入手，解决粘度甚小的物质附着予炉膛受热面卫燃带，造成玻璃态焦体而使热效率下降，使玻璃态型渣转变为结晶态型渣。该机理从以下方面入手完成转换全过程由于Cr、Cu、Zn粒子能迅速促使新生矿物(结晶态)群体的生成，使它们成为铬尖晶石族矿物的晶核，这种晶核离子吸收易结焦煤种高铁成分中的Fe+2离子成为高温矿物族的同质类象、从而降低煤质中的铁含量，使灰熔点，灰粘度得到提高。
由氟化钙CaF2成分来克服补充低钙高铁易结焦煤种钙的不足及负离子(F2)成为强挥发份在流态焦体中生成气孔构造。
硝酸锌Zn(NO3)2是强氧化剂，用来使未充分燃烧成分二次燃烧，是节能的主要配料。另外还可使部分锌变成为闪锌矿。
由蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)2成分在较高温焦渣体中生成气孔，使焦渣体变为疏松状，强度大大减弱；氢氧化铝、三氧化二铝作为铬剂产品的基料。活性的铝粒子大部分参与硅酸盐较高温矿物反应。
硼酸钠Na2B4O7·10H2O主要在低温烟气中起到二次强燃烧作用，使超标烟尘浓度降低。
色素碳为铬剂产品的染色质及锅炉过热管、烟道的光滑剂，起顺畅作用。
机理反应过程当本发明掺入煤粉后进入炉膛燃烧，它们在450～900℃即分解为Cr、Cu、Zn重金属粒子，当遇到灰成分的Mn、Mg、Fe成分时，即以同质类象的方式，生成大量的新生矿物群铁尖晶石族及铬磁铁矿，闪锌矿等。这样使原来易结焦物质被破坏，新生高(灰)熔点矿物为主导，时原粘度值提高10-30倍；当蛭石被新成分所粘捕，它即在集合体中被分解挥发，造成致密的气孔构造而保留。
本发明经西安热工院进行12CrIMoV不锈钢和20#钢锅炉的高温腐蚀作用的实验，结果表明显示为空白值。本发明由河南金冠电力有限公司、独子山石化公司热电厂、焦作煤业(集团)有限责任电力分公司公司、等相关单位在65t/h、220t/h、SG440t/h等锅炉上试验、实验与使用，具有迅速提高灰粘度和灰熔点，使结渣由玻璃态型渣向结晶态型渣转变的作用，效果显著；排烟温度从严重超标的180～190℃降至设计值范围。
河南金冠电力有限公司有两台SG440t/h煤粉固态排渣锅炉，由于长期燃用含铁量较高的煤种，造成炉膛受热面水冷管壁、卫燃带、四角喷燃器周围严重结焦，特别是燃烧区上方流态焦渣非常严重，厚度在40-50厘米，最厚处达80厘米以上，炉膛出口烟温、主蒸汽温度异常升高，严重结焦使锅炉无法正常运行；本发明在该两机进行除渣效果试验，使用五日左右，炉膛四角流态焦渣大面积脱落，水冷管壁、卫燃带40-80厘米的老焦渣全部自动脱落，并且无新的流焦、渣体产生，炉膛出口烟温明显降低，解决了主蒸汽温度异常升高所带来的不安全隐患，使锅炉满负荷正常安全经济运行。
因本发明排除了现有除渣剂中采用的水溶性钾、钠盐，对锅炉钢材无腐蚀作用，长期使用对锅炉的正常运行、满负荷运转起到稳定作用，消除锅炉安全隐患，无需停炉检修，电厂机组不需吹灰器，减少投资，综合经济效益十分可观。炉膛内只有甚微的挂渣，且质轻、易碎、易脱落。本发明适用各类煤种，特别适用燃用劣质煤、褐煤、低挥发分煤的锅炉。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明的内容做进一步说明实施例1按下述组分及重量称取原料铬酸酐CrO36kg铬绿Cr2O38kg氯化铜CuCl222kg硫酸铜CuSO48kg硼酸钠Na2B4O7·10H2O 20kg氟化钙CaF210kg硝酸锌Zn(NO3)27kg蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)229kg氢氧化铝Al(OH)338kg色素碳C 3kg三氧化二铝Al2O36kg按下述步骤将上述重量配比对原料制备成成品的工艺如下1、将按上述配比重量称重的铬酸酐、铬绿、氯化铜、硫酸铜、氟化钙、蛭石、氢氧化铝、色素碳、三氧化二铝混合均匀；再用磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占70％，80目细度的占10％，50目细度的占20％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；2、将按上述配比重量称重的硝酸锌、硼酸钠混合均匀粉碎过50目筛，制得第二粉末；3、将制得第一粉末与第二粉末混合，充分搅拌均匀即制成铬基除渣清灰节能剂。
实施例2按下述组分及重量称取原料铬酸酐CrO315kg铬绿Cr2O39kg氯化铜CuCl216kg硫酸铜CuSO49kg硼酸钠Na2B4O7·10H2O 15kg氟化钙CaF210kg硝酸锌Zn(NO3)26kg蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)220kg氢氧化铝Al(OH)335kg色素碳C 5kg三氧化二铝Al2O37kg制备工艺将铬酸酐、铬绿、氯化铜、硫酸铜、氟化钙、蛭石、氢氧化铝、色素碳、三氧化二铝按上述配比重量称重混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占60％，80目细度的占20％，50目细度的占20％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；其余方法与实施例1相同。
实施例3按下述组分及重量称取原料铬酸酐CrO320kg铬绿Cr2O310kg氯化铜CuCl216kg硫酸铜CuSO412kg硼酸钠Na2B4O7·10H2O 8kg氟化钙CaF215kg硝酸锌Zn(NO3)25kg蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)215kg氢氧化铝Al(OH)335kg色素碳C 7kg三氧化二铝Al2O33kg制备工艺将铬酸酐、铬绿、氯化铜、硫酸铜、氟化钙、蛭石、氢氧化铝、色素碳、三氧化二铝按上述配比重量称重混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占65％，80目细度的占15％，50目细度的占20％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；其余方法与实施例1相同。
实施例4按下述配比称取原料铬酸酐CrO315kg铬绿Cr2O36kg氯化铜CuCl216kg硫酸铜CuSO412kg硼酸钠Na2B4O7·10H2O 8kg氟化钙CaF215kg硝酸锌Zn(NO3)25kg蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)220kg氢氧化铝Al(OH)350kg色素碳C 7kg三氧化二铝Al2O35kg制备工艺将铬酸酐、铬绿、氯化铜、硫酸铜、氟化钙、蛭石、氢氧化铝、色素碳、三氧化二铝按上述配比重量称重混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占70％，80目细度的占10％，50目细度的占20％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；其余方法与实施例1相同。
实施例5按下述组分及重量称取原料铬酸酐CrO312kg铬绿Cr2O38kg氯化铜CuCl215kg硫酸铜CuSO48kg硼酸钠Na2B4O7·10H2O 12kg氟化钙CaF210kg硝酸锌Zn(NO3)28kg蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)222kg氢氧化铝Al(OH)320kg色素碳C 7kg
三氧化二铝Al2O34kg制备工艺将铬酸酐、铬绿、氯化铜、硫酸铜、氟化钙、蛭石、氢氧化铝、色素碳、三氧化二铝按上述配比重量称重混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占60％，80目细度的占10％，50目细度的占30％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；其余方法与实施例1相同。
实施例6按下述组分及重量称取原料铬酸酐CrO312kg铬绿Cr2O38kg氯化铜CuCl215kg硫酸铜CuSO48kg硼酸钠Na2B4O7·10H2O 12kg氟化钙CaF210kg硝酸锌Zn(NO3)27kg蛭石(Mg·Fe)3(A1·S1)4O10(OH)222kg氢氧化铝Al(OH)338kg色素碳C 6kg三氧化二铝Al2O34kg制备工艺将铬酸酐、铬绿、氯化铜、硫酸铜、氟化钙、蛭石、氢氧化铝、色素碳、三氧化二铝按上述配比重量称重混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占60％，80目细度的占15％，50目细度的占25％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；其余方法与实施例1相同。
权利要求
1.一种铬基除渣清灰节能剂组合物，其特征在于它由下述组分及重量份数组成铬酸酐6～20份，铬绿6～12份，氯化铜6～25份，硫酸铜6～12份，硼酸钠8～20份，氟化钙5～15份，硝酸锌4～10份，蛭石10～30份，氢氧化铝20～50份，色素碳3～7份，三氧化二铝3～7份。
2.根据权利要求1所述的一种铬基除渣清灰节能剂组合物，其特征在于所述组分的优选重量份数是铬酸酐11～17份，铬绿8～10份，氯化铜10～20份，硫酸铜8～10份，硼酸钠11～18份，氟化钙8～12份，硝酸锌5～8份，蛭石15～25份，氢氧化铝30～40份，色素碳4～6份，三氧化二铝4～6份。
3.一种铬基除渣清灰节能剂组合物的制备工艺，其特征在于，包括下述步骤(1)将铬酸酐、铬绿、氯化铜、硫酸铜、氟化钙、蛭石、氢氧化铝、色素碳、三氧化二铝按重量份数称重混合均匀；再用研磨机进行破碎过筛分级；其中100目细度的占60～70％，80目细度的占10～20％，50目细度的占20～30％，然后再将三种分级成份搅拌均匀合成制得第一粉末；(2)将硝酸锌、硼酸钠按重量份数称重混合均匀粉碎过50目筛，制得第二粉末；(3)将制得第一粉末与第二粉末混合，搅拌均匀即制成铬基除渣清灰节能剂。
全文摘要
本发明涉及一种适用于电力、化工、石油、热电等大中小型煤粉固态排渣锅炉的除焦、防焦与清灰助剂，尤其是一种锅炉铬基除渣清灰节能剂及其制备工艺。它由下述组分的重量份粉碎至40～100目的颗粒制成铬酸酐6～20份，铬绿6～12份，氯化铜6～25份，硫酸铜6～12份，硼酸钠8～20份，氟化钙5～15份，硝酸锌4～10份，蛭石10～30份，氢氧化铝20～50份，色素碳3～7份，三氧化二铝3～7份；该节能剂对锅炉无腐蚀，能有效去除锅炉内结渣、结焦与积灰，炉膛内只有甚微的挂渣，且质轻、易碎、易脱落；节能降耗，有效改善锅炉燃烧环境，消除锅炉安全隐患，无需停炉检修，电厂机组不需吹灰器，减少投资。特别适用燃用劣质煤、褐煤、低挥发分煤的锅炉。
文档编号C10L10/06GK1935960SQ20051009607
公开日2007年3月28日 申请日期2005年9月20日 优先权日2005年9月20日
发明者高春泉, 刘志新 申请人:甘肃黑马石化工程有限公司