CN112480986B - 一种阻焦剂及其制备方法、使用方法 - Google Patents

一种阻焦剂及其制备方法、使用方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种阻焦剂及其制备方法、使用方法，包括阻焦化学品；所述阻焦化学品包括组分I；所述组分I中含有硫元素和钙元素。本发明可有效固定和转化易于结焦和结渣的硫酸钾和氯化钾，使其转化为疏松、易碎不易结焦结渣的混合物质，能有效阻断结焦结渣过程，消除或缓解锅炉受热面的结焦结渣情况。

Description

一种阻焦剂及其制备方法、使用方法
技术领域
本申请涉及一种阻焦剂及其制备方法、使用方法，属于生物质发电锅炉技术领域。
背景技术
生物质能源是可再生清洁能源中一种，而将生物质焚烧发电是废物资源化利用的有效途径。生物质锅炉是生物焚烧发电常用的发电设备之一。目前，生物发电锅炉的装置及其工艺流程均借鉴常规的燃煤发电锅炉。由于生物燃料的性质、组分与煤有很大的区别，使得他们燃烧产生的灰分组分及性质也完全不同。一般地，生物质燃烧后的飞灰的主要成分为氯化钾和硫酸钾，这种飞灰不仅会造成严重的积灰结焦结渣，而且其过渡产物如二氧化硫、氯化氢、氧化钾等会对受热面造成腐蚀，影响锅炉的正常运行。特别是以畜禽养殖废弃物为主要燃料的生物，如鸡粪和谷壳混合物，由于其燃烧的灰分中硫酸钾和氯化钾含量高，且原始燃料的湿度特别大，在这种环境之下产生的飞灰粘度更大，更容易在受热面上结焦结渣，严重降低锅炉的热传递效率，缩短了锅炉的运行周期，大大限制了锅炉的效能提升。此外，该积灰容易固化结焦，在热交换器的钢管上不易脱落，这也给后续停机清理带来很大工作量和安全隐患，严重影响了锅炉发电的经济效益。因此，解决锅炉热交换器的结焦结渣问题，对提高畜禽养殖废弃发电锅炉效率，延长锅炉寿命，提升发电锅炉经济效益具有重要意义。
发明内容
针对上述技术背景，本发明要同时解决下列技术问题，包括但不限于：生物质发电锅炉受热面结焦结渣的技术问题；生物质燃料晒干或烘干所需的大片场地以及消耗热量的问题。本申请提供的阻焦剂，包括阻焦化学品；所述阻焦化学品包括组分I；所述组分I中含有硫元素和钙元素。本发明可有效固定和转化易于结焦和结渣的硫酸钾和氯化钾，使其转化为疏松、易碎不易结焦结渣的混合物质，能有效阻断结焦结渣过程，消除或缓解锅炉受热面的结焦结渣情况。
根据本申请的第一方面，提供了一种阻焦剂，包括阻焦化学品；所述阻焦化学品包括组分I；
所述组分I中含有硫元素和钙元素。
可选地，所述组分I中的钙元素来自氧化钙、氢氧化钙、钙盐中的至少一种；
所述组分I中的硫元素来自含有硫元素的盐类化合物。
可选地，所述所述含有硫元素的盐类化合物选自硫酸钙、亚硫酸钙、硫化钙中的至少一种。
可选地，所述钙盐选自硫酸钙、亚硫酸钙、硫化钙、氯化钙、碳酸钙、草酸钙中的至少一种。
可选地，所述钙元素和硫元素来自含硫、钙元素的无机盐或混合无机盐。
可选地，所述含硫、钙元素的无机盐或混合无机盐包括硫酸盐与钙盐的混合物。
可选地，所述含硫、钙元素的无机盐或混合无机盐包括硫酸钙、亚硫酸钙、硫化钙中一种或多种。
可选地，在所述组分I中，所述钙元素和所述硫元素的摩尔比为(5～1)：1。
可选地，所述阻焦化学品还包括组分II和组分III；
所述组分II中含有镁元素；
所述组分III中含有磷元素。
可选地，所述组分II中包括镁盐、氧化镁、氢氧化镁中的至少一种。
可选地，在所述阻焦化学品中，所述镁元素、所述磷元素和所述硫元素的摩尔比为0.01～31.5：21～60：16～64。
可选地，在所述阻焦化学品中，所述镁元素、所述磷元素和所述硫元素的摩尔比上限独立地选自9：54：64、10：60：20，下限独立地选自2：28：42、9：54：64、10：60：20。
可选地，所述组分III中的磷元素来自红磷、五氧化二磷、磷酸钙盐、磷酸镁盐中的一种或多种。
可选地，所述磷酸钙盐选自碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙中的至少一种。
可选地，所述磷酸氢镁钙的化学式如式I所示：
CaxMgyHz(PO4)n 式I
在式I中，x:y:z:n＝(1～18):(1～2):2:(2～14)。
可选地，所述阻焦剂中还包括石英砂。
可选地，所述阻焦剂中石英砂的质量含量为6.5～39wt％。
可选地，所述阻焦剂中石英砂的质量含量上限独立地选自39wt％、30wt％、25wt％、20wt％、15wt％、10wt％，下限独立地选自6.5wt％、30wt％、25wt％、20wt％、15wt％、10wt％。
可选地，所述阻焦化学品粒径小于0.8mm；所述石英砂粒径小于1mm。
可选地，所述阻焦化学品包括以下组分：
组分1：包括含硫、钙元素的无机盐或混合无机盐，所述含硫钙元素的无机盐或混合无机盐，包括硫酸盐与钙盐的混合物；进一步地，包括硫酸钙、亚硫酸钙、硫化钙中一种或多种；所述的组分1中，钙、硫元素的摩尔组分量均为16～64份；
组分2：包括钙盐或钙的氧化物或硫化物，进一步地，包括氢氧化钙、氧化钙、氯化钙、碳酸钙、草酸钙、硫化钙中的一种或多种；所述的组分2中，钙元素的摩尔组分量为0～63份；
组分3：包括镁盐或镁的氧化物或氢氧化物；进一步地，包括氧化镁、氢氧化镁、硫酸镁中一种或多种；所述的组分3中，镁元素的摩尔组分量为0～20份；
组分4：包括含磷化合物，进一步地，包括红磷、五氧化二磷、磷酸钙盐、磷酸镁盐一种或多种；所述的组分4中，磷元素的摩尔组分量为21～60份。
灰分元素以氯、钾和硫为主要元素成分的生物质在燃料过程中，氯、钾及硫元素挥发后化合形成以氯化钾和硫酸钾为主要成分的飞灰气溶胶，由于硫酸钾粘性大，很容易在烟气流动过程中粘附在对流管束、过热器、省煤气和空气预热器上，粘附的硫酸钾由于其粘附特性，又容易将低熔点易升华的氯化钾颗粒吸附在其表面，随着时间演变，更多的硫酸钾和氯化钾就这样如此反复粘附和吸附、堆积、团聚，同时在高温的条件下，这些团聚的飞灰进一步地结晶固化结焦，形成了坚硬的块状结焦体，并牢牢地结焦在各热交换器的钢管上，极难以脱落和清理。
我们研究发现，造成这种结焦问题最主要因素是飞灰中极具粘附性地硫酸钾，为了阻断由于硫酸钾引起的一系列连锁结焦反应，我们采取了飞灰组分转化的方案，即将硫酸钾和氯化钾为主的飞灰通过阻焦剂阻断反应后实时转化成难以结焦的飞灰组分，再利用重力的作用通过机械的方法将该积灰从热交换器炉体底部及时地排出。
主要反应机理包括：
1.硫酸钾的固定转化：
CaSO4(s)+K2SO4(s)+H2O(g)＝K2Ca(SO4)2·H2O(s)
因炉膛中有源源不断的氧气供应，所以此反应中硫酸钙可用亚硫酸钙代替，或用硫化钙代替。因为亚硫酸钙或硫化钙在空气中灼烧能容易转化成硫酸钙。
同样地，此反应中硫酸钙和带结晶水的硫酸钙(包括生石膏或熟石膏)具有同样性质，因此硫酸钙也可以用带结晶水的硫酸钙替换(如生石膏或熟石膏)。
此反应最终的产物是带结晶水的钾石膏，通常情况下，钾石膏在高温下会脱水和分解又生成硫酸钾，生成的硫酸钾仍然会造成结焦。但是，在本发明实施例中，由于所用的生物质含水量较大，以鸡粪和谷壳混合物为例，其含水量大于40％，在这种情况之下，当燃烧进行时，炉膛中充满大量的水蒸气，其炉膛的湿度将达到RH100％。在如此高浓度的水蒸气下，根据化学反应平衡原理，可以得出，该反应只会向正反应进行，而不会向逆反应进行，从而达到我们固定硫酸钾的目的。
2.氯化钾的包覆固定；
10Ca(OH)2(s)+3P2O5(g)＝2Ca5(PO4)3(OH)(s)+9H2O(g)
CaO(s)+MgO(s)+P2O5(g)+H2O(g)＝CaxMgyHz(PO4)n(s)
Ca3(PO4)2(s)+MgO(s)+H2O(g)＝CaxMgyHz(PO4)n(s)
反应2中，生成的产物为磷酸氢镁钙，x,y,z,n的值由投料中元素钙、镁、磷的相对量比决定，如CaMgH2(PO4)2，Ca4MgH2(PO4)4，Ca4MgH2(PO4)4，Ca18Mg2H2(PO4)14，Ca7MgH2(PO4)6，Ca10Mg2H2(PO4)8等。
在氧气气氛和高温条件下，反应1中生成的产物为碱式磷酸钙，其中Ca(OH)2可用氢氧化钙、氧化钙、氯化钙、碳酸钙、草酸钙或硫化钙替换；P2O5可用红磷、五氧化二磷或磷酸钙盐替代；
在氧气气氛和高温条件下，反应2中的CaO可用氢氧化钙、氯化钙、碳酸钙、草酸钙或硫化钙替代；P2O5可用红磷、五氧化二磷或磷酸钙盐替代；MgO可用氢氧化镁、硫酸镁盐、磷酸镁盐替代。
碱式磷酸钙和磷酸氢镁钙对炉膛产生的氯化钾气溶胶具有吸附和包覆的作用，减少了氯化钾与受热面的直接接触，从而使得受热面的钢管免于结焦和腐蚀。
经阻焦处理之后，飞灰中的成分由硫酸钾和氯化钾结焦混合物，变成了由被包覆在内氯化钾、磷酸氢镁钙、碱式磷酸钙和钾石膏组成，该混合物飞灰在高温高湿下无法团聚结渣，更不会固化结焦成硬块，而是形成砂砾状可流动的混合物，从而避免在受热面钢管上的结焦，进而我们只要利用重力或负压抽动的作用在炉体底部将其及时收集和排空，即可解决锅炉的结焦问题。
经本发明研究表明，由于生物质炉膛最高温度在800-1200摄氏度之间，因此石英砂在整个结灰过程中并不参与化学反应，但是，由于飞灰中的硫酸钾在形成之初，还来不及与阻焦剂反应，在结焦初期其微粒容易在受热面上形成晶核，并不断地长大，而熔融的氯化钾微粒很容易在这些在受热面表面的硫酸钾上沉积进一步形成积灰，如此由于初期结焦时未有效阻断，必然会迟滞阻焦效果，因此，石英砂在此时的作用较大，这些微小粒径的石英砂可以为硫酸钾飞灰提供成核位点，引导硫酸钾在其表面生长结晶，从而亦可以进一步减少氯化钾的在受热面的结焦，如此就延缓了受热面的初期结焦结渣，与此同时，石英砂的流动性好，更容易沉降，可以通过及时排空底部积灰，进一步缓解了结焦结渣情况。值得注意，石英砂在结焦初期阻断结焦作用更大，但结焦后期其阻断效果明显减弱，因此在生物质焚烧初期，石英砂的量投入量大一些，但后期石英砂投入量可适当减少，一般地，后期的投入量相对于阻焦剂的重量含量为初期投入量的1/2。由于石英砂初始时颗粒就比较大，重量重，若直接和生物质燃料混合使用，那么容易造成其大部分在燃烧炉膛即被沉降，其无法有效地在过热器部位发挥有效作用，减弱了整个阻焦效率。因此，本发明进一步优化，将阻焦化学品和石英砂分开使用，即可选地，阻焦化学品和生物质燃料混合焚烧，而石英砂在高温过热器部位周期性喷射进入。由于生物质，其灰分中含有的二氧化硅的含量差别较大，本发明中，若生物质灰分中二氧化硅含量较大时，可以适当地减少石英砂的用量；若生物质灰分中二氧化硅的含量极高(大于60wt％)时，可以免去使用石英砂。
可选地，所述阻焦化学品包括以下组分：
组分A：包括硫酸钙、亚硫酸钙、硫化钙中一种或多种；所述的组分A中，钙元素的摩尔组分量为16～64份；
组分B：包括碱式磷酸钙[Ca5(PO4)3(OH)]和磷酸氢镁钙[CaxMgyHz(PO4)n]的一种或多种；所述组分B中，磷元素的摩尔组分量为21-60份。
添加阻焦剂后最终积灰的各组分化合物之间由于晶体结构间巨大差异，各化合物之间形成的作用力小，无法有效再团聚结块。为了进一步验证，我们将最终形成的沉降积灰在1200摄氏度下潮湿空气中灼烧6小时后发现其无法团聚成块，仍然呈砂砾流动状，也说明各积灰产物化合物之间作用力小。
根据本申请的第二方面，还提供了一种上述阻焦剂、根据上述方法制备得到的阻焦剂中的至少一种在生物质发电锅炉中的应用。
可选地，所述生物质发电锅炉中的生物质为畜禽养殖废弃物、松木粉、竹粉中的至少一种。
可选地，所述畜禽养殖废弃物选自鸡粪、谷壳中的至少一种。
本发明实施例所选用的畜禽养殖废弃物生物质，硫含量较高(硫元素占干生物质的质量含量为1.11wt％)，产生灰分黏性更大，阻焦难度更大。
根据本申请的第三方面，还提供了一种生物质发电锅炉阻焦剂的使用方法，包括以下方法中的至少一种：
方法一：将阻焦化学品送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可；
方法二：将阻焦化学品从生物质发电锅炉分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置送入锅炉即可；
所述阻焦化学品选自上述阻焦剂中的至少一种。
可选地，所述使用方法包括以下方法中的至少一种：
方法I：将阻焦化学品和石英砂均送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可；
方法II：将阻焦化学品和石英砂均从生物质发电锅炉分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置送入锅炉即可；
方法III：将阻焦剂中的石英砂从生物质发电锅炉分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置送入锅炉，阻焦剂中的阻焦化学品送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可。
可选地，在所述方法I、方法II和方法III中，加入石英砂的量随生物质发电锅炉运行周期而逐天递减，每天递减量为前一天石英砂重量的1.4～1.8wt％。
优选地，所述阻焦剂中石英砂的量随锅炉运行周期进行逐量递减，递减至最后一次的石英砂的相对于阻焦剂的含量为第一次石英砂含量的1/2。
关于阻焦剂喷入锅炉的位置选择，可以任选生物质发电锅炉分离器出口的水平烟道、高温过热器区域、低温过热器区域、省煤器区域或空预器区域开孔喷入。由于上述各区域是连通的，且烟道的流动方向为分离器出口的水平烟道、高温过热器区域、低温过热器区域、省煤器区域、空预器区域，因此，选择在烟道流动上游区域喷入更为有利，反应更充分，阻断结焦效果更佳。而在这几个区域同时喷入，其效果更好。
根据本申请的最后一方面，提供了一种生物质发电锅炉的发电方法，所述发电方法包括以下方法中的至少一种：
方法a1：将阻焦化学品和生物质燃料混合后送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可；
方法a2：将阻焦化学品从生物质发电锅炉分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置送入，生物质燃料送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可；
所述阻焦化学品选自上述阻焦剂中的至少一种。
可选地，所述发电方法包括以下方法中的至少一种：
方法c1：将阻焦化学品、石英砂和生物质燃料混合后送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可；
方法c2：将阻焦剂中的石英砂从生物质发电锅炉分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置送入，阻焦剂中的阻焦化学品和生物质燃料送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可；
方法c3：将阻焦化学品和石英砂从生物质发电锅炉分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置送入，生物质燃料送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可。
可选地，所述阻焦剂为生物质燃料质量的0.125～1.5％。
可选地，所述阻焦剂为生物质燃料质量的上限独立地选自1.5％、1.2％、1.0％、0.8％、0.6％、0.4％、0.2％，下限独立地选自0.125％、1.2％、1.0％、0.8％、0.6％、0.4％、0.2％。
可选地，所述生物质燃料的含水量为30.5～49.2wt％。
本发明中阻焦的位置主要针对的是过热器炉膛内各个热交换器受热面的部位，其具体的位置如图3所示。
本申请能产生的有益效果包括：
1.本发明可有效固定和转化易于结焦和结渣的硫酸钾和氯化钾，使其转化为疏松、易碎不易结焦结渣的混合物质，能有效阻断结焦结渣过程，消除或缓解锅炉受热面的结焦结渣情况；
2.因本发明可有效固定和转化易于结焦和结渣的硫酸钾和氯化钾，所以本发明的锅炉阻焦剂具有一定范围的普适性，对于积灰组分为硫酸钾和氯化钾的生物质锅炉都适用，只要针对各生物质积灰组分具体组成，调整阻焦剂中各组分的比例，即可实现有效的阻焦。
3.能有效吸收燃烧过程中过渡气体产物SO2和Cl2、HCl，降低对锅炉受热面的腐蚀。
4.为了缓解锅炉的结焦结渣情况以及提高燃料热值，生物质燃料在焚烧之前将其晒干、晾干处理。然而，实际情况是每天焚烧的生物质量巨大，而晒干、晾干等工序需要巨大的场地以及消耗大量的热能，而且像鸡粪之类的畜禽废弃物晒干、晾干会造成严重环境污染，不具备干燥燃料的条件，如此，大多数的生物质燃料干燥后再行焚烧不具备现实的经济条件。在此情况下，本发明的提供的阻焦剂可以在高湿度环境下，有效地阻断飞灰结焦渣，很好地解决上述困扰。
5.吸纳部分水分，提高燃料有效热值。
6.本发明能显著减少生物质锅炉的结渣、积灰问题，降低金属管壁的腐蚀，提高受热面热传导，增加热效率，提高锅炉能效。
7.本发明畜禽养殖废弃物生物质发电锅炉阻焦剂的使用方法简单，成本低，应用前景大。
附图说明
图1为实施例1过热器积灰的XRD图谱；
图2为实施例3过热器底部积灰的XRD图谱；
图3为本申请中生物质发电锅炉的结构示意图，在图3中，“高省”——高温省煤器；“低省”——低温省煤器；“高过”——高温过热器；“低过”——低温过热器；省煤器包括低温省煤器和高温省煤器。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料和催化剂均通过商业途径购买。
本发明中除特别说明外的所有所用到的原料试剂均通过国内商业渠道获得。
物相分析：采用X射线粉末衍射仪(XRD,Rigaku,Miniflex 600)分析。
实施例1(对比例)
本实施例采用的生物质燃料为未经干燥的含湿鸡粪和稻谷壳混合物(其中稻谷壳含量为70wt％，鸡粪含量为30wt％)，其含水量为30.5～49.2％，平均含水量为40.1wt％(因每天投入的生物质的含水量因气候运输因素的影响会有差异，故用范围表示)；将该生物质燃料应用于鸡粪循环流化床发电锅炉中进行焚烧发电，经过长时间运行监测，结果表明在锅炉***能连续正常运行的周期为30天，过热器上的积灰结焦情况比较严重，积灰结焦结渣成块，迎风面具有旗状结渣积灰，坚硬，不易清理。过热器的积灰主要组分为KCl、硫酸钾以及氯化碱式磷酸钙，在炉膛底部沉降的积灰少，占所有结焦积灰重量的12wt％。
对过热器上的积灰进行物相分析(图1)，分析结果过热器上的积灰主要组分有KCl、硫酸钾以及氯化碱式磷酸钙(Ca505(PO4)3.014Cl0.595(OH)1.67)。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于，生物质燃料添加了阻焦剂，阻焦剂包括阻焦化学品和石英砂，石英砂颗粒粒径0.2-0.8mm；阻焦化学品的组分为：硫酸钙；本实施例阻焦化学品占原生物质燃料质量比重的0.25％，石英砂相对于原生物质燃料的投量重量分数为0.05～0.025wt％。将上述配比的阻焦化学品粉碎至最大粒径小于0.8mm后，与生物质燃料均匀混合后一同送入发电锅炉中燃烧；在锅炉开始正常运行后，石英砂同时从生物质锅炉分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处以及空预器区域外部两侧开孔处(如图3所示)周期性(每隔1h喷入一次，每次喷吹时长10min，每个喷入口喷入的石英砂的量相同，直至计划喷入的石英砂全部喷完)喷吹送入锅炉，所述的喷入的石英砂的量随锅炉运行周期进行逐天递减，从最初相对于生物质投量百分含量的0.05wt％逐天递减至最后一次的0.025wt％，平均每天递减量为前一天石英砂投量的1.8％。
将本实施例提供的阻焦剂应用到鸡粪循环流化床锅炉上，经过长时间运行监测，结果表明在锅炉***能连续正常运行的周期为38天，过热器上的积灰结焦情况明显改善，换热面腐蚀问题也得到明显缓解。过热器底部自行沉降的积灰明显增多，底部积灰重量相对于所有结焦积灰重量(过热器的结焦积灰和沉降在过热器底部的积灰之和)的42wt％，底部积灰主要组分为积灰主要以钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，其积灰性状表现为疏松砂砾状，不结焦结渣成块，受重力或负压作用容易流动。
实施例3：
本实施例与实施例1不同之处在于，生物质燃料添加了阻焦剂，阻焦剂包括阻焦化学品和石英砂，石英砂相对于整个阻焦剂的重量的26～13wt％(石英砂在阻焦剂中含量每天是动态变化的)，石英砂颗粒粒径0.2-0.8mm；阻焦化学品各组分及摩尔量配比为：
硫酸钙：16份；
氧化钙：63份；
磷酸镁：21份(以磷元素的摩尔量计)；
石英砂：26wt％～13wt％(相对于整个阻焦剂的质量分数)
将上述配比的阻焦化学品粉碎至最大粒径小于0.8mm后，与石英砂及生物质燃料均匀混合后一同送入发电锅炉焚烧炉膛内燃烧；所述的阻焦剂中石英砂的量随锅炉运行周期进行逐天递减，从最初含量的26wt％逐天递减至最后一次的13wt％(平均每天递减量为前一天石英砂投量的1.6％)。本实施例阻焦剂占原生物质燃料质量比重为0.45％。
将本实施例提供的阻焦剂应用到鸡粪循环流化床锅炉上，经过长时间运行监测，结果表明在锅炉***能连续正常运行的周期为42天，过热器上的积灰结焦情况明显改善，换热面腐蚀问题也得到明显缓解。过热器底部自行沉降的积灰明显增多，底部积灰重量相对于所有结焦积灰重量的52wt％，底部积灰主要组分为积灰主要以钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，其积灰性状表现为疏松砂砾状，不结焦结渣成块，受重力或负压作用容易流动。
对底部积灰的取样进行物相分析(图2)，分析结果表明的其积灰主要组分有钾石膏[K2Ca(SO4)2·H2O]、碱式磷酸钙[Ca5(PO4)3(OH)]、磷酸氢镁钙[Ca18Mg2H2(PO4)14]和KCl。
实施例4
本实施例与实施例1不同之处在于，生物质燃料添加了阻焦剂，阻焦剂包括阻焦化学品和石英砂，石英砂相对于整个阻焦剂的重量的39～19.5wt％，石英砂颗粒粒径0.1-0.6mm；阻焦化学品各组分及摩尔量配比为：
硫酸钙：64份；
氢氧化镁：9份；
磷酸钙：27份(以磷元素的摩尔量计)；
石英砂：39wt％～19.5wt％(相对于整个阻焦剂的质量分数)
将上述配比的阻焦化学品粉碎至最大粒径小于0.8mm后，与石英砂混合后同时从生物质锅炉分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处以及空预器区域外部两侧开孔处周期性(每隔1h喷入一次，每次喷吹时长10min，每个喷入口喷入的阻焦剂的量相同，直至计划喷入的阻焦剂全部喷完)喷吹送入锅炉，所述的阻焦剂中石英砂的量随锅炉运行周期进行逐天递减，从最初含量的39wt％逐天递减至最后一次的19.5wt％(平均每天递减量为前一天石英砂投量的1.4％)。本实施例阻焦剂占原生物质燃料质量比重为0.125％。
将本实施例提供的阻焦剂应用到鸡粪循环流化床锅炉上，经过长时间运行监测，结果表明在锅炉***能连续正常运行的周期为48天，过热器上的积灰结焦情况明显改善，换热面腐蚀问题也得到明显缓解。过热器底部自行沉降的积灰明显增多，底部积灰重量相对于所有结焦积灰重量的63wt％，底部积灰主要组分为积灰主要以钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，其积灰性状表现为疏松砂砾状，不结焦结渣成块，受重力或负压作用容易流动。
实施例5
本实施例与实施例1不同之处在于，生物质燃料添加了阻焦剂，阻焦剂包括阻焦化学品和石英砂，石英砂相对于整个阻焦剂的重量的13～6.5wt％，石英砂颗粒粒径0.4-1mm；阻焦化学品各组分及摩尔量配比为：
硫酸钙：20份；
硫酸镁：20份；
磷酸钙：60份(以磷元素的摩尔量计)；
石英砂：13wt％～6.5wt％(相对于整个阻焦剂的质量分数)
将上述配比的阻焦化学品粉碎至最大粒径小于0.8mm后，与石英砂及生物质燃料均匀混合后一同送入发电锅炉中燃烧；所述的阻焦剂中石英砂的量随锅炉运行周期进行逐量递减，从最初含量的13wt％逐天递减至最后一次的6.5wt％(平均每天递减量为前一天石英砂投量的1.4％)。本实施例阻焦剂占原生物质燃料质量比重为1.5％。
将本实施例提供的阻焦剂应用到鸡粪循环流化床锅炉上，经过长时间运行监测，结果表明在锅炉***能连续正常运行的周期为40天，过热器上的积灰结焦情况明显改善，换热面腐蚀问题也得到明显缓解。过热器底部自行沉降的积灰明显增多，底部积灰重量相对于所有结焦积灰重量的46wt％，底部积灰主要组分为积灰主要以钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，其积灰性状表现为疏松砂砾状，不结焦结渣成块，受重力或负压作用容易流动。
实施例6
本实施例以松木粉作为生物质燃料，并在管式炉中模拟炉膛内的灼烧化学反应，在灼烧之前，将松木粉与阻焦剂均匀混合，阻焦剂相对于松木粉的质量分数为5wt％，阻焦剂的摩尔组分如下：
硫酸钙：42份；
草酸钙：42份；
氧化镁：2份；
P2O5：14份；
石英砂：5wt％(相对于整个阻焦剂的质量分数)；
将松木粉与阻焦剂均匀混合后，取1g的混合物平铺在一石英舟中，然后置于管式炉中灼烧，管式炉内持续通含湿空气，灼烧的程序为：从室温80min升温至800摄氏度，并在800摄氏度保持2小时；灼烧后的灰分经粉末衍射仪测试分析，其主要成分包括钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，无检测到硅酸盐组分，灰分性状为疏松砂砾状。
实施例7
本实施例与实施例5不同之处在于，生物质燃料为竹粉，阻焦剂相对于竹粉的质量分数为5％，阻焦剂的摩尔组分如下：
硫酸钙：42份；
碳酸钙：42份；
氧化镁：2份；
P2O5：28份(以磷元素的摩尔量计)；
石英砂：5wt％(相对于整个阻焦剂的质量分数)；
石英砂颗粒粒径小于0.8mm；阻焦剂粒径小于0.2mm；
灼烧后的灰分经粉末衍射仪测试分析，其主要成分包括钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，无检测到硅酸盐组分，灰分性状为疏松砂砾状。
实施例8
本实施例与实施例1不同之处在于，生物质燃料添加了阻焦化学品，阻焦化学品的组分为：硫酸钙；本实施例阻焦化学品占原生物质燃料质量比重的0.25％。将上述配比的阻焦化学品粉碎至最大粒径小于0.8mm后，与生物质燃料均匀混合后一同送入发电锅炉中燃烧。
将本实施例提供的阻焦剂应用到鸡粪循环流化床锅炉上，经过长时间运行监测，结果表明在锅炉***能连续正常运行的周期为35天，过热器上的积灰结焦情况有改善，换热面腐蚀问题得到缓解。过热器底部自行沉降的积灰增多，底部积灰重量相对于所有结焦积灰重量(过热器的结焦积灰和沉降在过热器底部的积灰之和)的35wt％，底部积灰主要组分为积灰主要以钾石膏、碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙和KCl，其积灰性状表现为疏松砂砾状，不结焦结渣成块，受重力或负压作用容易流动。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (21)

1.一种阻焦剂在生物质发电锅炉中的应用，其特征在于，所述阻焦剂包括阻焦化学品；所述阻焦化学品包括组分I；
所述组分I中含有硫元素和钙元素；
所述生物质发电锅炉中的飞灰中包括硫酸钾；
在所述生物质发电锅炉中使用的生物质的含水量为30.5~49.2wt%，使得炉膛中充满大量的水蒸气，形成结构疏松的钾石膏；
所述钾石膏的化学式如式i所示：
K2Ca(SO4)2•H2O式i。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述组分I中的钙元素来自氧化钙、氢氧化钙、钙盐中的至少一种；
所述组分I中的硫元素来自含有硫元素的盐类化合物。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述含有硫元素的盐类化合物选自硫酸钙、亚硫酸钙、硫化钙中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述钙盐选自硫酸钙、亚硫酸钙、硫化钙、氯化钙、碳酸钙、草酸钙中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，在所述组分I中，所述钙元素和所述硫元素的摩尔比为（5~1）：1。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述阻焦化学品还包括组分II和组分III；
所述组分II中含有镁元素；
所述组分III中含有磷元素；
所述生物质发电锅炉中的飞灰中还包括氯化钾。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述组分II中的镁元素来自镁盐、氧化镁、氢氧化镁中的至少一种；
所述组分III中的磷元素来自红磷、五氧化二磷、磷酸钙盐、磷酸镁盐中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，在所述阻焦化学品中，所述镁元素、所述磷元素和所述硫元素的摩尔比为0.01~31.5：21~60：16~64。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述磷酸钙盐选自碱式磷酸钙、磷酸氢镁钙中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述磷酸氢镁钙的化学式如式I所示：
CaxMgyHz(PO4) n式I
在式I中，x:y:z:n=(1~18):(1~2):2:(2~14)。
11.根据权利要求1至10任一项所述的应用，其特征在于，所述阻焦剂中还包括石英砂。
12.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述阻焦剂中石英砂的质量含量为6.5~39wt%。
13.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述阻焦化学品粒径小于0.8mm；所述石英砂粒径小于1mm。
14.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述生物质发电锅炉中的生物质为畜禽养殖废弃物、松木粉、竹粉中的至少一种。
15.根据权利要求14所述的应用，其特征在于，所述畜禽养殖废弃物选自鸡粪、谷壳中的至少一种。
16.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，所述阻焦剂的使用方法包括：
将阻焦化学品送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可。
17.根据权利要求16所述的应用，其特征在于，所述阻焦剂的使用方法包括：
将阻焦化学品和石英砂均送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可。
18.根据权利要求17所述的应用，其特征在于，加入石英砂的量随生物质发电锅炉运行周期而逐天递减，每天递减量为前一天石英砂加入重量的1.4~1.8 wt%。
19.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，所述阻焦剂在生物质发电锅炉中的发电方法包括以下方法中的至少一种：
方法a1：将阻焦化学品和生物质燃料混合后送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可；
方法a2：将阻焦化学品从生物质发电锅炉分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置送入，生物质燃料送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可。
20.根据权利要求19所述的应用，其特征在于，所述发电方法包括以下方法中的至少一种：
方法c1：将阻焦化学品、石英砂和生物质燃料混合后送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可；
方法c2：将阻焦剂中的石英砂从生物质发电锅炉分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置送入，阻焦剂中的阻焦化学品和生物质燃料送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可；
方法c3：将阻焦化学品和石英砂从生物质发电锅炉分离器出口的水平烟道两侧开孔处、高温过热器区域外部两侧开孔处、低温过热器区域外部两侧开孔处、省煤器区域外部两侧开孔处或空预器区域外部两侧开孔处中至少一个位置送入，生物质燃料送入生物质发电锅炉焚烧炉膛内焚烧即可。
21.根据权利要求20所述的应用，其特征在于，所述阻焦剂为生物质燃料质量的0.125～1.5%。
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