專利名稱：用于城市生活垃圾焚燒爐的除焦清灰劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于城市生活垃圾焚燒爐的除焦清灰技術(shù)，特別涉及一種用于城市生
活垃圾焚燒爐的除焦清灰劑及其制備方法，適用于以鈣鋁硅酸鹽為結(jié)渣和積灰主要成分的 除焦清灰劑配方。
背景技術(shù)：
隨著中國城市化進(jìn)程的不斷加快，城市生活垃圾的數(shù)量越來越多，其增長的速度 也越來越快。而居民生活水平的提高，使得城市生活垃圾有機(jī)物含量不斷提高，相應(yīng)的垃圾 熱值也隨之提高。 垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)由于可以實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾的最大減容化、無害化處理、除毒 徹底、兼容效果好以及占地面積小等特點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家處理城市垃圾、資源回收 的一種主要方式。垃圾作為燃料不同于煤、重油、天然氣等其它燃料，其成分復(fù)雜多變，發(fā)熱 值低而含水量和灰分含量高，質(zhì)地相當(dāng)?shù)土樱涣硗?，垃圾的質(zhì)量也隨季節(jié)、年代和地區(qū)而變 化，相應(yīng)的熱值變化幅度較大，結(jié)果焚燒過程中煙氣溫度和成分波動也很大。因此，垃圾焚 燒爐是垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的核心。 焚燒爐與其他普通鍋爐一樣，其受熱面的積灰和結(jié)焦是危害焚燒爐安全運(yùn)行的重 要影響因素之一。由于灰污層的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬管壁低數(shù)百倍，受熱面即使是輕度積灰，積 灰層帶來的附加熱阻也將占汽水受熱面內(nèi)外總傳熱熱阻的1/3以上。爐膛中結(jié)焦積灰會造 成受熱面熱阻增大、煙氣流動阻力增大，導(dǎo)致鍋爐效率降低，排煙溫度升高，甚至使燃燒工 況惡化，影響鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 鍋爐受熱面產(chǎn)生結(jié)焦和積灰，主要是燃燒時燃料中的礦物成分發(fā)生作用的結(jié)果， 其燃燒特性直接影響到粘結(jié)性灰污在受熱面上的生成情況。因此，可以通過向爐內(nèi)投入化 學(xué)藥品來改變礦物質(zhì)在爐內(nèi)的反應(yīng)歷程，從而改變其灰污特性。上世紀(jì)六十年代，以銅為主 要成分的添加劑開始用于解決爐膛積灰、結(jié)焦，并已開發(fā)成產(chǎn)品在一些國家應(yīng)用。八十年代 我國清灰劑問世，現(xiàn)已廣泛用于清除鍋爐受熱面上的積灰和結(jié)渣。 目前，應(yīng)用于鍋爐的清灰劑或除焦劑一般通過以下四種方法來減輕積灰結(jié)焦對受 熱面的影響1、使用添加劑來提高灰熔點(diǎn)溫度；2、用化學(xué)聚晶劑來催化熔灰，使之從玻璃 狀熔融相變成結(jié)晶狀；3、組織各種灰分相互結(jié)合，抑制結(jié)焦；4、在渣內(nèi)形成斷裂層，并使積 灰結(jié)焦自然碎裂脫落。目前，常見的清灰劑或除焦劑主要有兩大類氧化型和鹽型。前者的 主要成分是硝酸鹽，后者則主要含有NaCl、 Na2C03等堿金屬鹽等。此外硼砂、氧化鋅等也常 作為除焦劑的添加劑。 在鍋爐除焦清灰劑的使用過程中，應(yīng)首先認(rèn)清其受熱面結(jié)焦和積灰的形式、成分 及物理狀態(tài)等。針對不同類型的積灰和結(jié)焦，應(yīng)選用合適的除焦清灰劑。如選用不當(dāng)，不僅 可能起不到除焦清灰效果，還有可能促進(jìn)灰渣的形成。通過對國家知識產(chǎn)權(quán)局專利檢索，發(fā) 現(xiàn)已公布的清灰除焦劑專利基本均為針對常規(guī)燃煤鍋爐的，并不適用于垃圾焚燒爐。然而， 實(shí)際中垃圾焚燒爐存在著更為嚴(yán)重的積灰和結(jié)焦現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于城市生活垃圾焚燒爐的除焦清灰劑及其制備方法，用于抑制和清除城市生活垃圾焚燒爐受熱面的結(jié)焦和積灰，從而提高鍋爐效率，降低排煙溫度，減少因結(jié)焦積灰?guī)淼耐t事故，減輕除焦清灰時的人工勞動量，延長鍋爐使用壽命，節(jié)能環(huán)保。 城市生活垃圾焚燒爐和常規(guī)燃煤鍋爐的結(jié)焦和積灰成分不一樣，其主要是以鈣鋁硅酸鹽為主要成分的一類結(jié)焦和積灰，灰分中硫元素含量極少。為了達(dá)到上述目的，發(fā)明人經(jīng)過理論分析和實(shí)踐驗(yàn)證，采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn) (1) —種用于城市生活垃圾焚燒爐的除焦清灰劑，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比組分25-30 %的純堿、25-30 %的氧化鋅、20-25 %的硝酸鈉或硝酸鉀、5-10 %硼砂、5-10 %氯化鈉、1-4 %蛭石、1-4 %氯氧化銅。 (2)上述用于城市生活垃圾焚燒爐的除焦清灰劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟首先，按照重量百分比稱取純堿、氧化鋅、硝酸鈉或硝酸鉀、硼砂、氯化鈉、蛭石、氯氧化銅，混合后進(jìn)行破碎，過50目篩，然后加入攪拌機(jī)內(nèi)混合均勻，最后在100°C 15(TC下干燥處理10 20分鐘，即可。 本發(fā)明的除焦清灰劑成分及質(zhì)量百分含量為25-30%的純堿、25_30%的氧化鋅、20-25 %的硝酸鈉或硝酸鉀、5-10 %硼砂、5-10 %氯化鈉、1 -4 %蛭石、1 -4 %氯氧化銅，其反應(yīng)機(jī)理和作用如下 (1)硝酸鈉或硝酸鉀是氧化型清灰劑的主要成分，垃圾焚燒爐積灰屬于粘結(jié)性強(qiáng)的高溫?zé)Y(jié)灰，而氧化型清灰劑對于清除這種類型積灰有較好效果，因此，將硝酸鈉和硝酸鉀作為垃圾焚燒爐清灰劑的主要成分。 (2)純堿能夠使得高熔點(diǎn)的二氧化硅及硅鋁酸鹽熔融，反應(yīng)生成物易脫離結(jié)焦本體而脫落，并隨煙氣排走，同時能夠遺留下許多微小的空穴，使結(jié)焦變酥，逐漸脫落。
(3)氧化鋅在玻璃制造中作為成核劑，在除焦劑中添加氧化鋅，一方面能夠使熔融或半熔融灰粒到達(dá)受熱面時迅速晶化，降低灰粒的附著能力，另一方面能夠使沉積層的玻璃體反玻璃化，進(jìn)而改變其熱膨脹系數(shù)，使灰渣易于產(chǎn)生裂紋，為除灰創(chuàng)造有利條件。
(4)硝酸鈉在75(TC以上即開始分解，并生成氧化鈉、過氧化鈉及各種氮氧化物(如Na202、 Na20、 Na02和NO、 N203、 N205等)。硼砂在700°C以下即開始分解:
Na2B407 — 2NaB02+B203 (1) 鈉的氧化物與爐內(nèi)的C02、H20、S02等進(jìn)一步反應(yīng)，生成Na2C03、NaOH和Na2S04，也有一部分被熔融硅酸鹽顆粒吸收。因此添加劑落在沉積物上的成分有NaN03、NaN02、Na2B407、NaB02、 B203、 Na2C03、 Na2S04及各種鈉的氧化物。 各成分落在沉積面上的量，除與加入的添加劑量有關(guān)以外，還與經(jīng)歷的加熱過程
以及沉積表面溫度有關(guān)。這些成分與沉積物成分之間可發(fā)生下列反應(yīng) 2NaN03+Si02 — Na2Si03+N203 (2)Na2C03+Si02 — Na2Si03+C02 (3) Na2C03+Na2S207 — 2Na2S04+C02 (4) Na20+Na2S207 — 2Na2S04 (5)
4
<formula>formula see original document page 5</formula> 反應(yīng)(2) 、 (3) 、 (4)發(fā)生后產(chǎn)生氣體，這有利于沉積物變得疏松。 此外，硝酸鹽產(chǎn)生的堿金屬陽離子附著于受熱面上，可防止飛灰的沉積；并利用硝
酸鹽分解時產(chǎn)生的沖擊波在受熱面灰渣上發(fā)生微爆反應(yīng)，使灰渣變得疏松易于脫落。 硼砂可作為良好的疏松劑，落在沉積物上后使沉積物熔點(diǎn)降低。對于粘稠型結(jié)渣，
硼砂的加入，可使其粘度大大降低，增加灰渣的流動性。硼砂還可與灰渣中的焦硫酸鹽發(fā)生
反應(yīng)(如式(7)所示)，使灰沉積物粘度降低，從而減弱其附著作用，同時硼砂也能起到類似
純堿的作用。
<formula>formula see original document page 5</formula> (5)氯化鈉可以與其他硫酸鹽發(fā)生純化作用，生成Na2S04和氯化物
<formula>formula see original document page 5</formula> 純化生成的Na2S04易粉化，因而降低了灰渣的粘結(jié)強(qiáng)度，并且還生成了易揮發(fā)的氯化鹽成分。反應(yīng)生成的AlCl3、FeCl3等都極易升華(升華點(diǎn)分別為180.7t:、319t:)，從而使積灰和結(jié)渣產(chǎn)生剝離和疏松，易于脫落。
(6)蛭石的膨脹特性容易使灰渣出現(xiàn)裂紋。 (7)氯氧化銅(3CuO CuCl2 4H20)能夠使灰渣粘結(jié)強(qiáng)度降低，液態(tài)渣結(jié)晶速度增加，并促使氣泡形成。氯氧化銅被加熱時形成揮發(fā)性氧化亞銅，在熔融灰粒表面上的氧化亞銅被氧化亞鐵還原成金屬銅 <formula>formula see original document page 5</formula>
實(shí)踐中，本發(fā)明的除焦清灰劑對于抑制和清除受熱面的結(jié)焦積灰有良好效果。使用時，將本發(fā)明的除焦清灰劑按垃圾焚燒爐日耗垃圾量的千分之一左右，用專用設(shè)備從鍋爐看火孔噴入，并依據(jù)爐膛形狀盡量覆蓋到所有易結(jié)焦處，除焦清灰劑隨煙氣流經(jīng)各個受熱面，在爐膛溫度下與結(jié)焦反映，起到疏松軟化作用。考慮到為使?fàn)t內(nèi)不生成結(jié)焦的初始沉積層，建議每天每班都要投藥，但這樣會提高工人的勞動強(qiáng)度，如果結(jié)焦不嚴(yán)重時每周投藥兩至三次。結(jié)焦積灰情況改善后，爐膛出口溫度和排煙溫度的降低則保證了鍋爐效率的提高和鍋爐安全運(yùn)行周期的拉長，從而帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。另外，此藥劑無毒，無臭味、無腐蝕性、無爆炸性，可謂安全無污染。
具體實(shí)施例方式實(shí)施示例一 取純堿30kg、氧化鋅30kg、硝酸鈉20kg、硼砂10kg、氯化鈉5kg、蛭石3kg、氯氧化銅2kg混合后進(jìn)行破碎至50 40目細(xì)度顆粒占80%以上；然后將破碎后的混合物加入攪拌機(jī)內(nèi)攪拌均勻；對攪拌均勻后的混合物進(jìn)行干燥處理，干燥溫度為15(TC，干燥時間為20分鐘；最后經(jīng)檢驗(yàn)包裝為成品入庫。使用本實(shí)施示例的除焦清灰劑可以大量緩解城市生活垃圾焚燒爐中各受熱面的結(jié)焦和積灰情況，延長焚燒爐的安全運(yùn)行周期，排煙溫度降低5 15t:，熱效率提高約i%。
實(shí)施示例二 取純堿25kg、氧化鋅28kg、硝酸銅25kg、硼砂7kg、氯化鈉8kg、蛭石4kg、氯氧化銅 3kg混合后進(jìn)行破碎至50 40目細(xì)度顆粒占80%以上；然后將破碎后的混合物加入攪拌 機(jī)內(nèi)攪拌均勻；對攪拌均勻后的混合物進(jìn)行干燥處理，干燥溫度為15(TC，干燥時間為20分 鐘；最后經(jīng)檢驗(yàn)包裝為成品入庫。使用本實(shí)施示例的除焦清灰劑可以大量緩解城市生活垃 圾焚燒爐中各受熱面的結(jié)焦和積灰情況，延長焚燒爐的安全運(yùn)行周期，排煙溫度降低5 15t:，熱效率提高約1%。
實(shí)施示例三 取純堿27kg、氧化鋅27kg、硝酸鈉24kg、硼砂9kg、氯化鈉8kg、蛭石2kg、氯氧化銅 3kg混合后進(jìn)行破碎至50 40目細(xì)度顆粒占80%以上；然后將破碎后的混合物加入攪拌 機(jī)內(nèi)攪拌均勻；對攪拌均勻后的混合物進(jìn)行干燥處理，干燥溫度為15(TC，干燥時間為20分 鐘；最后經(jīng)檢驗(yàn)包裝為成品入庫。使用本實(shí)施示例的除焦清灰劑可以大量緩解城市生活垃 圾焚燒爐中各受熱面的結(jié)焦和積灰情況，延長焚燒爐的安全運(yùn)行周期，排煙溫度降低5 15t:，熱效率提高約1%。
權(quán)利要求
一種用于城市生活垃圾焚燒爐的除焦清灰劑，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比組分25-30％的純堿、25-30％的氧化鋅、20-25％的硝酸鈉或硝酸鉀、5-10％硼砂、5-10％氯化鈉、1-4％蛭石、1-4％氯氧化銅。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于城市生活垃圾焚燒爐的除焦清灰劑的制備方法，其特 征在于，包括以下步驟首先，按照重量百分比稱取純堿、氧化鋅、硝酸鈉或硝酸鉀、硼砂、 氯化鈉、蛭石、氯氧化銅，混合后進(jìn)行破碎，過50目篩，然后加入攪拌機(jī)內(nèi)混合均勻，最后在 1Q0。C 150。C下干燥處理10 20分鐘，即可。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于城市生活垃圾焚燒爐的除焦清灰技術(shù)，公開了一種用于城市生活垃圾焚燒爐的除焦清灰劑及其制備方法，適用于以鈣鋁硅酸鹽為結(jié)渣和積灰主要成分的除焦清灰劑配方，其質(zhì)量百分比組分為25-30％的純堿、25-30％的氧化鋅、20-25％的硝酸鈉或硝酸鉀、5-10％硼砂、5-10％氯化鈉、1-4％蛭石、1-4％氯氧化銅。
文檔編號F23G5/00GK101787317SQ20101010335
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者吳志強(qiáng), 姜峰, 王樹眾, 白玉, 韓超 申請人:西安交通大學(xué)