锅炉铬基除焦节煤剂组合物及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于发电、热电、石油、化工和冶金等行业燃煤锅炉使用的燃煤添加剂，具体地说是一种锅炉铬基除焦节煤剂组合物，本发明还涉及锅炉铬基除焦节煤剂组合物的制备方法。
【背景技术】
[0002]1、锅炉结渣、结焦给锅炉带来的危害
据统计，我国现拥有的锅炉约50万台，而且锅炉用煤的煤种复杂、产地广和优劣不一，锅炉的结焦结渣问题成了困扰锅炉正常运行的一大难点，由于锅炉结焦结渣给锅炉带来了如下危害:
(I)锅炉受热面由于结焦、结渣体导热系数很小，仅为受热面金属的I/ 400，使得热阻显著增大，传热状况迅速恶化，排烟温度升高，导致锅炉热效率降低，影响余热锅炉出力。据测算，全国工业锅炉平均热效率只有70%，比发达国家降低15?20个百分点，因此年浪费原煤8000?10000万吨，直接损失约50亿。
[0003](2)结焦使烟气流通截面积减少，流动阻力增大，炉膛正压明显升高。一方面，使风机的耗电量增加；另一方面，造成微正压运行，烟气泄漏加剧，严重影响锅炉的正常运行；同时，造成环境污染，影响安全生产。
[0004](3)受热面上的结渣、结焦成份，如钠、硫、硫酸铁等，在一定的温度下，对受热面有很强的腐蚀作用。资料表明，硫在300?400°C时很容易与碳钢直接反应生成硫酸亚铁，形成高温腐蚀，在450°C以上，其对炉管的破坏作用更为严重，硫酸铁呈酸性且易吸潮，在停炉降温后，它开始吸潮潮解，在受热面形成强酸性的腐蚀环境，致使受热面停工阶段受稀酸腐蚀的侵害。
[0005](4)结焦结渣造成锅炉中煤燃烧不完全，烟尘中CO、SO2等含量上升，严重污染环境。
[0006](5)结渣、结焦严重最终要致使锅炉停炉人工清焦，人工清焦不仅要有足够的停车时问，而且经常发生烧、烫伤事故，给安全生产带来了严重威胁。同时，由于停车时间长，影响整个后续装置生产，给企业带来极大的损失，增加检修费用。在中国，工业锅炉是国计民生中不可缺少的热源设备，既是耗煤大户，又是大气的一大污染源，年耗原煤4.3亿吨，年排放烟气7.2万亿标准立方米，烟尘和302有各20万吨，三者占全国总排放量的三分之一以上。
[0007]我国在用工业锅炉有如下特点，一是以烧原煤为主，而且煤种多、煤种杂和煤质不达标；二是台数甚多，尤其小型锅炉居多数，手烧炉有相当数量；三是分布极广，尤其生活锅炉分布居民区；四是结构陈旧，技术含量低，几乎无高技术含量；五是仪表控制水平差，自控率很低；六是设计制造质量欠佳。而煤种的情况更是千差万别，主要是含硫份高、灰份大和灰溶点低，这是造成锅炉结焦的主要原因。
[0008]2、锅炉受热面结焦、结渣机理工业锅炉烟火侧受热面结焦、结渣，是燃煤烧油锅炉的共有现象，结焦却是燃煤锅炉所独有的现象，结渣或结焦均起因于燃料所含有的除碳、氢以外的矿物杂质。
[0009](I)高温干式结焦、结渣:在锅炉受热面较高的区域，如水冷壁、过热器和蒸发器等，结焦、结渣主要有:
①低熔点硫酸钠生成:S03+Na20 — Na2SO 4，熔点884°C，一遇到温度低于其熔点的受热面即固着在上面。
[0010]②焦硫酸钠生成。熔点更低的硫酸铁钠复盐的生成(有腐蚀受热面铁质的作用)。
[0011]③其它金属硫酸盐的形成:CaO+ S03— CaSO4 ；MgO+ S03— MgSO4。
[0012](2)低温湿式结渣、结焦发生在低温受热面上，如省煤器和空气预热器，在结焦、结渣过程中因有水份参加，主要有:
①燃料中含硫量高时，烟气中三氧化硫含量亦高，则烟气露点也随之增高，越易在较高的温度下形成硫酸，空气预热器的受热面特别是空气进口的冷端部分的温度，会低于烟气露点很多，有硫酸凝出。
[0013]②硫酸对烟气中灰分的粘着，灰分中的金属氧化物与硫酸反应生成相应的金属硫酸盐，在与未反应的灰分杂质混合结为渣体或焦体。
[0014]目前，在我国还没有足够的财力对锅炉进行更新改造，且煤种无法实现全部达标的情况下，只有采用化学的方法来解决这一问题。本发明提供的锅炉铬基除焦节煤剂正是为了解决这一问题而开发研制的节能环保产品，是锅炉行业实现长周期、高负荷安全运行的有效途径。
【发明内容】
[0015]本发明的目的在于提供一种燃烧煤粉锅炉使用的锅炉铬基除焦节煤剂组合物；本发明的另一个目的在于提供锅炉铬基除焦节煤剂组合物的制备方法。该锅炉铬基除焦节煤剂组合物对锅炉无腐蚀，能快速有效去除锅炉内的结渣、结焦与积灰，节煤降耗，有效改善锅炉燃烧环境，特别适用于低挥发分、高灰分、中低发热值煤种的燃烧环境。
[0016]为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下:一种锅炉铬基除焦节煤剂组合物，由下述质量份数的原料组成:三氧化二铬Cr2O3 65?80份、硫酸铜CuSO4 12?20份、氧化铈CeO2 8?13份、五氧化二钒V2O5 8?13份、二氧化锰MnO2 10?16份、高锰酸钾KMnO412?18份、氯酸钾KClO3 6?11份、氧化锌ZnO 15?22份、钼酸钾K2MoO4 10?15份、碳酸钴CoCO3 8?13份、碳酸钡BaCO3 9?15份、碳酸钠Na2CO3 30?40份、三氯化铁FeCl36?10份、活性凹凸棒白土 40?55份与渗透剂JFC 0.1?0.3份。
[0017]将上述重量份数的原料制备成锅炉铬基除焦节煤剂组合物的方法包括下述步骤:
1、将上述质量份数的三氧化二铬、硫酸铜、氧化铈和五氧化二钒混合均匀，用研磨机进行破碎过80目筛，制得第一粉末；
2、将上述质量份数的活性凹凸棒白土粉碎过20目筛，加入到第一粉末，混合搅拌30分钟至均匀，制得第二粉末；
3、将上述质量份数的二氧化锰、高锰酸钾、氯酸钾、氧化锌、钼酸钾、碳酸钴、碳酸钡、三氯化铁、碳酸钠和渗透剂JFC混合均匀，粉碎过40目筛，制得第三粉末；
4、将制得的第二粉末和第三粉末混合，搅拌均匀制成锅炉铬基除焦节煤剂组合物。
[0018]本发明锅炉铬基除焦节煤剂组合物，其外观为浅绿黄色粉末状，粒度直径20?80目，水分< 6%，堆积密度为1.04?1.16g/cm3。使用时，添加量为锅炉用原煤量的万分之三左右，添加方法是用加料机将本发明产品均匀添加在输煤皮带或给煤刮板机内。
[0019]本发明所用原料的组份主要作用和机理如下所述:
1、三氧化二铬:本发明组合物中添加的三氧化二铬的铬离子在锅炉炉膛中在CuSO4/Ce02/V205复合催化剂的作用下，不断与煤灰成分中的硅酸盐、铝硅酸盐、硫酸铁盐相互作用，即在晶核诱导下生产高温矿物铬系尖晶石群络，使焦渣由玻璃态的焦渣体，变为结晶形态焦渣体，能快速高效的除去锅炉中的焦渣。三价铬离子可完全替代有毒有害的六价铬离子，氧化铬(CrO3)的六价铬离子对皮肤及呼吸器官有毒有害和损伤。而三氧化二铬及其水合物可以考虑是无毒的(参考《铬化物生产与应用》的第三十九章铬盐生产中的安全技术及劳动保护，P334页)。经过工业试验和不断研宄，三氧化二铬完全能取得比铬酸酐更好的除焦渣和清灰效果。
[0020]2、硫酸铜、氧化铈、五氧化二钒:硫酸铜、氧化铈和五氧化二钒在本发明中作为复合催化剂，催化剂的加入可以增加燃煤的活性，强化燃煤的燃烧，起到强烈的助燃、增能、脱硫和节煤的作用。加入复合催化剂后，使碳的晶格发生扭曲变化，碳-金属络合物容易从晶格中脱离出来，碳的活性就提高了。燃煤传统的燃烧方式是通过煤表面与氧气接触，遇火燃烧，这种低效的燃烧方式，除导致游离炭的流失外，还使部分煤核中的可燃部分被浪费。
[0021]3、二氧化锰、高锰酸钾、氯酸钾、氧化锌:高锰酸钾、氯酸钾、氧化锌在本发明中作为氧化剂，高锰酸钾、氯酸钾为主氧化剂。高锰酸钾可在200°C?240°C温区分解反应出氧气；氯酸钾可在300°C?350°C温区分解放出氧气；二氧化锰和氧化锌可在400°C以上温区分解反应出氧气。氧化剂可在锅炉燃烧过程的不同温区持续分解反应出氧气，极大地改变煤燃烧时局部缺氧的状况，继而起到提高煤的燃烧效率，减小灰渣含碳量的作用，降低空气污染，减少能源浪费。二氧化锰和氧化锌在加热时可分解释放出氧气，并具有缓蚀作用，在煤燃烧过程中对锅炉有防腐、去烟和降尘作用，利于环保。
[0022]4、钼酸钾:钼酸钾也是一种辅助性催化剂，也是一种很好的高温静电剂，它在锅炉燃烧的环境中提供活泼的钼离子和钾离子，能提高燃煤的脱硫活性和燃烧活性，使燃煤中碳的晶格发生扭曲变化，碳-金属络合物容易从晶格中脱离出来，热分解释放出的活性氧加快火焰传播速度，进而提高了燃煤的燃烧效率；对金属材料具有很好的缓蚀保护性，能有效地防止锅炉的腐蚀；并对302有催化氧化作用，能够促进中间产物的生成速率，从而加大脱硫效率。
[0023]5、三氯化铁:三氯化铁具有脱硫、清灰、降尘作用，利于环保。
[0024]6、碳酸钴、碳酸钡、碳酸钠:碳酸钴、碳酸钡、碳酸钠在本发明中作为膨松剂，它们加热后在锅炉内燃烧时会产生微爆，使本发明组合物更好地与燃煤混合、渗入；碳酸钴和碳酸钡在较高温度的焦渣体中生成气孔，降低焦渣的粘度，使焦渣体变为疏松状，以利于锅炉受热面的清渣除垢。
[0025]7、活性凹凸棒白土:活性凹凸棒白土在本发明中作为催化剂的载体和吸附剂，能将催化剂被均匀的吸附分散到活性凹凸棒土的微孔和表面，使催化剂分散后增大比表面积，提高催化剂的活性和效果。它可有效地将燃煤中表水吸附在助燃剂内，水是稳定剂，它能使助燃剂在使用时有效地降温，使助燃剂只有在燃煤燃烧最需要增氧时才反应出氧，避免了助燃剂提前升温反应出氧，提高了助燃效果。
[0026]8、渗透剂JFC:渗透剂JFC在燃煤中把本发明组合物进行乳化和渗透，使催化剂能均匀地渗透到煤粒表面，能在燃烧前使催化剂与所添加的其他组分充分混合。
[0027]本发明与现有技术相比，铬离子在高温下属最活泼的多价金属离子，能快速形成以铬离子为晶核的矿物尖晶石群络，是其他金属离子无法与其相比。但Cr3+没有Cr6+活泼，故要选择相适应的催化剂相辅助，才能使Cr3+离子活泼性达到或超过Cr6+离子的活泼性。锅炉炉膛燃煤在燃烧过程中Cr2O3的Cr3+离子在优选的CuS0