一种用于垃圾焚烧炉的液体除焦剂及其制备方法与流程

本发明涉及锅炉，特别涉及一种用于垃圾焚烧炉的液体除焦剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着我国经济进入快速增长期和城市化进程逐步加快，城市人口不断增加，城市生活垃圾产生量也日益增加。对生活垃圾采用的热处理方式如热解、气化、焚烧可以有效实现生活垃圾的无害化、减量化、资源化。目前在我国垃圾直接焚烧发电是较为主流的垃圾热处理方式。城市生活垃圾经过焚烧发电，一般可减容85-90％，减重约80％，同时可实现垃圾资源回收利用。

2、生活垃圾焚烧过程中总会产生一定量的无机物废渣。焚烧过程中的飞灰经常在迁移过程中于热交换设备的受热面上形成积灰和结渣。其中积灰是指温度低于灰熔点的灰粒在受热面上的沉积；结渣主要是由烟气中夹带的熔融或半熔融的灰粒接触到受热面凝结下来，并在受热面上不断积聚而成。

3、随着结渣不断加剧，逐渐形成过渡层、外层，影响正常生产运营。在不影响现有工况、不改造装置的前提下，可使用加入化学添加剂混烧的方式来达到清灰、除焦的效果。市面上常见的除焦剂多用于煤质燃烧产物的结焦和沾污，与煤制燃烧不同，垃圾焚烧产生的高温烧结灰粘性较强，因此普通除焦剂用于垃圾焚烧炉的除焦效果不显著。此外，目前除焦剂多为固体颗粒，影响垃圾焚烧炉的除焦效果。为了减轻垃圾焚烧炉的结焦和沾污问题，提高锅炉除焦剂的除焦和节能效率，降低生产成本，设计更为有效的液体除焦剂是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有的技术问题，本发明的目的在于提供一种用于垃圾焚烧炉的液体除焦剂及其制备方法。本发明提供的液体除焦剂能够使除焦剂与焦块表面充分接触，并延长两者的反应时间，通过微爆和化学作用后使焦块碎片化，提高除焦效率，从而预防掉落的焦块在烟道横梁换热器管道之间结拱堵塞，提高锅炉效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用的的技术方案如下：

3、本发明一方面提供了一种用于垃圾焚烧炉的液体除焦剂，以重量份数计，其原料包括：氧化镁30-45份，硝酸和硫酸复配10-20份，硼砂5-10份，改性活性炭10-20份，表面活性剂2-3份、防腐剂1-2份、高分子分散剂1-2份、去离子水10-30份；其中无机酸至少包括硝酸，改性活性炭使用硝酸铜进行改性并对其进行酸碱联合改性，表面活性剂为使用植酸改性所得的聚合物。

4、其反应机理和作用如下：

5、(1)本发明除焦剂在制备过程中会生成硝酸镁，垃圾焚烧炉积灰属于粘结性强的高温烧结灰，而含硝酸盐类的除焦剂对于清除这种类型积灰有较好效果。硝酸镁分解时会产生气体冲击波，发生微爆现象，使焦层脆裂疏松，易于脱落。此外，当硝酸镁在锅炉高温区燃烧时，会产生碱金属阳离子并附着在受热面上，可防止炉内硬沉积物上积灰。

6、(2)本发明除焦剂在制备过程中还会生成硫酸镁，能和具有高粘结性、低熔点的钒类化合物产生中和反应，降低结渣的腐蚀性，保护锅炉设施。

7、(3)作为成核剂的氧化镁，一方面，它可以使高温下形成的熔融或半熔融灰颗粒到达受热面后迅速结晶，大大降低结焦的附着力。另一方面，在高温炉渣中加入氧化镁可以使灰层中形成的玻璃体发生反玻璃化，从而改变其热膨胀系数，使灰层开裂龟裂。

8、(4)硼砂的加入可作为疏松剂，对于黏稠型结渣，可以降低其粘度，增加灰渣的流动性。

9、(5)垃圾焚烧时热值低，使得含氯、含硫垃圾燃烧不充分，难以完全氧化，活性炭的加入有利于抑制致癌物质二恶英的生成，同时吸附脱硫，进而减少含硫结渣的生成，改性活性炭使得其作用效果显著增强。活性炭在高温焙烧前又进行了碱改性，酸改性和碱改性均可以产生活性炭的新微孔。酸改性明显增加活性炭的表面酸性含氧基团含量，而酸碱联合改性则大幅减少酸性基团，同时增加了碱性基团，经过酸碱联合改性的活性炭吸附量有所增加，进一步减少含硫结渣的生成。

10、(6)活性炭改性时高温焙烧会生成氧化铜，不仅可以增大活性炭表面积，提升活性炭的吸附效果，还可以有效的破坏焦渣形成过程中化合物的晶体结构，降低结焦强度。

11、(7)本发明除焦剂中的表面活性剂，选用特定配比的丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，同时聚合后加入一定量的植酸进行改性，制备合成的表面活性剂一方面有助于增强各组分间的粘度，使除焦剂与焦块表面充分接触，延长两者的反应时间，另一方面它可以起到稳定改性活性炭的作用，从而有效地阻止颗粒沉淀，防止固液间的分离，同时延长使除焦剂的使用生命周期。

12、(8)本发明除焦剂中的高分子分散剂起到促使除焦剂组分中不溶于水的组分在水相中均匀分散的作用。高分子分散剂一方面会有效地吸附在改性活性炭表面，提高改性活性炭的亲水性，另一方面，它有助于协同硝酸镁发生微爆作用，使焦层脆裂疏松。

13、(9)本发明除焦剂中的防腐剂具有使得除焦剂体系稳定，防止除焦剂变质的作用。

14、在一些实施方式中，所述改性活性炭的制备方法如下：

15、s1:将活性炭浸泡于乙醇中超声洗涤，过滤后再用去离子水超声洗涤后过滤，于烘箱中烘干，冷却备用；

16、s2:将经步骤s1预处理过的活性炭投入等体积的硝酸铜溶液中，室温下充分浸渍6-12h，浸渍完全后过滤并用去离子水超声洗涤至中性，然后放入烘箱内干燥得到负载硝酸铜的活性炭；

17、s3:将经步骤s2处理得到的活性炭投入等体积的氢氧化钠溶液中，室温下充分浸渍6-12h，浸渍完全后过滤并用去离子水超声洗涤至中性，然后放入烘箱内干燥得到联合改性的活性炭；

18、s4:将经步骤s3处理得到的活性炭在马弗炉中高温焙烧，即可得到最终的改性活性炭。

19、优选地，所述活性炭为煤制柱状活性炭，比表面积为850-1100m2/g。

20、在一些实施方式中，所述硝酸和硫酸复配的摩尔比为(1-3)：1。

21、优选地，所述硝酸和硫酸的摩尔比为2：1。

22、在一些实施方式中，所述高分子分散剂为十二烷基硫酸铵、羟乙基纤维素、烷基萘磺酸钠中的一种。

23、在一些实施方式中，所述防腐剂为苯并异噻唑啉酮。

24、在一些实施方式中，所述的表面活性剂的制备方法如下：

25、(1)在反应器皿中加入丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和去离子水，混合搅拌至单体完全溶解，得到混合溶液a；

26、(2)控制温度在10-15℃，将步骤(1)得到的混合溶液a调节ph至6-8，加入交联剂搅拌均匀后通入高纯氮气，再加入引发剂混合均匀，得到混合溶液b；

27、(3)将步骤(2)得到的混合溶液b进行聚合升温，当温度达到40-50℃后，保温1-2h后加入植酸，持续搅拌反应1-2h，得到反应溶液；

28、(4)将步骤(3)得到的反应溶液进行超声洗涤，在40-50℃的真空环境中干燥10-12h后取出，即得到所述表面活性剂。

29、在一些实施方式中，所述丙烯酰胺与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的质量比为(2.5-3.5)：1。

30、优选地，所述丙烯酰胺与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的质量比为3：1。

31、优选地，所述交联剂为十六烷基二甲基烯丙基氯化铵、十八烷基烯丙基二甲基氯化铵中的一种。

32、优选地，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸铵与亚硫酸氢钠的混合物。

33、进一步优选地，所述过硫酸铵与亚硫酸氢钠的质量比为1：2。

34、在一些实施方式中，所述植酸与反应溶液的质量比为(1-5)：100。

35、优选地，所述植酸与反应溶液的质量比为1：50。

36、在一些实施方式中，所述改性活性炭与高分子分散剂的质量比为(8-20)：1。

37、优选地，所述改性活性炭与高分子分散剂的质量比为15：1。

38、本发明另一方面提供了一种用于垃圾焚烧炉的液体除焦剂的制备方法，包括如下步骤：

39、ⅰ.将氧化镁、无机酸混合均匀，于80-100℃的恒温水浴锅中搅拌0.5-1h，得到反应溶液a；

40、ⅱ.将制备得到的改性活性炭粉碎至100-400目后倒入去离子水，依次加入分散剂、表面活性剂于无重力混合机中，混合均匀得到反应溶液b；

41、ⅲ.将硼砂倒入反应溶液b中混合均匀，再依次加入反应溶液a、防腐剂，搅拌混匀，即得到液体除焦剂。

42、优选地，所述改性活性炭粉碎至200目后再倒入去离子水中。

43、有益效果：

44、本发明提供的一种用于垃圾焚烧炉的液体除焦剂及其制备方法，该液体除焦剂不是市面上常见的固体或粉末状的除焦剂，而是具有高温滞留能力的粘稠液体。一方面，该液体除焦剂不仅能使除焦剂更均匀分散到整个锅炉的各个区域，提高锅炉整体的除焦率，而且能够使除焦剂与结渣表面充分接触，延长反应时间，通过微爆和化学作用后使焦块碎片化，进一步提升除焦效果，另一方面，可以预防掉落的焦块在烟道横梁换热器管道之间结拱堵塞，提高锅炉效率。