一种减少准东煤燃烧结渣的添加剂及方法

新疆准东煤田是我国新发现的贮藏量上千亿吨的巨大煤矿，预测储量达到3900亿吨，是我国最大的整装煤田。准东煤的优点在于其热值大、燃点低、燃尽率高、燃烧经济性高、污染排放相对较低，是优良的动力用煤，非常符合我国节能减排的目标，所以目前中国国内多家大型能源企业正在新疆准东地区进行大规模的煤炭开发与利用。但是，准东煤由于成煤时间及地理条件的影响，其煤中碱金属钠与钙的含量高，通常为常见煤种的5倍以上。在准东煤的燃烧过程中碱金属钠大量挥发到烟气中，易与气相的硫发生反应，导致锅炉结渣、沾污严重。特别是在水冷壁附近形成致密的结渣层，经常被迫停炉整修，不但锅炉效率下降，造成巨大的经济损失，而且形成极大的锅炉运行安全隐患。目前现有电厂大多采用掺烧、混燃、降低负荷等方法燃用准东煤，并且定期停炉打焦、除渣，浪费了大量人力物力。此外燃用准东煤大多采用坑口电厂，水洗等方法，以除去原煤中的钠。但是这些方法，成本高、难实现，且不符合新疆地区普遍缺水的现实条件。因此迫切需要找出经济、高效、安全利用准东煤的新方法。目前已有向准东煤中添加高岭土等添加剂的实验方案，但仍存在一定的局限性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种有效减少准东煤燃烧结渣现象、并且步骤简捷，适用于行业推广的减少准东煤燃烧结渣的添加剂及方法。

为达上述目的，本发明提出一种减少准东煤燃烧结渣的添加剂，包括磷酸镁，蛭石和珍珠岩矿石，所述添加剂通过所述磷酸镁，蛭石和珍珠岩矿石混合制得。

优选的，所述添加剂成分的配比分别为：总质量25～30％磷酸镁和总质量5～10％蛭石，余量均为珍珠岩矿石。

本发明还提出一种减少准东煤燃烧结渣的方法，包括以下步骤：

步骤1：将添加剂与准东煤进行粉碎处理；

步骤2：将所述添加剂与所述准东煤进行干燥处理；

步骤3：将所述添加剂按一定比例与所述准东煤破碎混合；

步骤4：将混合物置于炉膛内进行燃烧。

优选的，在步骤1中，将所述添加剂与所述准东煤粉碎处理到80-200目。

优选的，在步骤2中，将所述添加剂与所述准东煤在45-50摄氏度的环境下进行干燥处理8-9h。

优选的，在步骤3中，所述一定比例为2～10wt％的添加剂。

优选的，在步骤3中，将所述添加剂与所述准东煤置于中速辊式磨煤机中进行破碎以及充分混合，所述添加剂与所述准东煤粉碎至150μm以下。

优选的，在步骤4中，所述炉膛内以20-30℃/min的速率持续升温；所述炉膛内给粉量为8g/min，过量空气系数为1.2，温度工况分别设置为900℃、1000℃或1100℃。

与现有技术相比，本发明的优势之处在于：准东煤结渣主要来自于碱金属在高温下的熔融、挥发、凝结、沾污，本发明是一种减少准东煤燃烧过程中结渣的方法，原理简单，操作方便，添加剂成分为磷酸镁、蛭石与珍珠岩矿石，镁元素能够在高温下参与反应形成高熔点的镁盐构成准东煤灰的骨架，磷元素在高温下能够与碱金属反应生成高熔点的盐，从而起到固定碱金属元素的作用，珍珠岩矿石拥有良好的热膨胀性，在800℃高温下可达10～20的热膨胀系数，在炉膛中形成疏松多孔的结构，极大的提高比表面积，有效吸附碱金属挥发形成的蒸气，大幅度减少结渣，降低准东煤燃烧过程中对受热面的结渣影响，同时有效固定硫元素，减轻了对环境的污染，适合工业推广以及使用。

附图说明

图1为本发明一实施例中沉降炉的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。

本发明提出一种减少准东煤燃烧结渣的添加剂，包括磷酸镁，蛭石和珍珠岩矿石，所述添加剂通过所述磷酸镁，蛭石和珍珠岩矿石混合制得。

在本实施例中，所述添加剂成分的配比分别为：总质量25～30％磷酸镁和总质量5～10％蛭石，余量均为珍珠岩矿石。

本发明还提出一种减少准东煤燃烧结渣的方法，包括以下步骤：

步骤1：将添加剂与准东煤进行粉碎处理；

步骤2：将所述添加剂与所述准东煤进行干燥处理；

步骤3：将所述添加剂按一定比例与所述准东煤破碎混合；

步骤4：将混合物置于炉膛内进行燃烧。

在本实施例中，在步骤1中，将所述添加剂与所述准东煤粉碎处理到80-200目。

在本实施例中，在步骤2中，将所述添加剂与所述准东煤在45-50摄氏度的环境下进行干燥处理8-9h。

在本实施例中，在步骤3中，所述一定比例为2～10wt％的添加剂。

在本实施例中，在步骤3中，将所述添加剂与所述准东煤置于中速辊式磨煤机中进行破碎以及充分混合，所述添加剂与所述准东煤粉碎至150μm以下。

在本实施例中，在步骤4中，所述炉膛内以20-30℃/min的速率持续升温；所述炉膛内给粉量为8g/min，过量空气系数为1.2，温度工况分别设置为900℃、1000℃或1100℃。

下面将通过具体实施例对本发明的技术内容以及技术效果做出进一步阐述：

实施例1：

一种沉降炉测试煤种结渣性以及钠、硫挥发性的方法，具体包括以下步骤：

(1)取准东五彩湾煤经干燥后放入磨煤机中磨至r90＝35％，通过给粉机进入炉膛内燃烧，给粉量为8g/min，过量空气系数为1.2，温度工况分别设置为900℃、1000℃、1100℃，燃尽率达到97％以上。

(2)炉内设置有结渣棒，设置于恒温区内，为管状曲面结构，模拟烟气冲刷条件，可定期取出观测结渣、沾污情况。炉膛底部有带水冷的集灰系统，用来收集底灰。

(3)对结渣棒进行渣层厚度、硬度、黏度分析及灰熔点分析；并采用微波消解法对集灰进行消解，所得消解液采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(icp-oes)进行成分分析，可得出钠、硫挥发量。结渣棒结果显示900℃时发生少量结渣情况，当温度达到1000℃时结渣严重，渣层厚且硬度较大，当温度达到1100℃时渣层硬度进一步增大，结渣趋势更加严重，并且很难用吹灰器清除。结果分析得出900℃时钠挥发量达到62％，硫挥发量为81％，灰样软化温度为1132℃；1000℃时钠挥发量达到79％，硫挥发量为85％，灰样软化温度为1173℃；1100℃时钠挥发量达到90％，硫挥发量为88％，灰样软化温度为1392℃。

实施例2：

一种沉降炉测试煤种结渣性以及钠、硫挥发性的方法，具体包括以下步骤：

(1)按下表比例配置添加剂：

磷酸镁30％，蛭石10％，珍珠岩矿石余量.

(2)取准东五彩湾煤经干燥后放入磨煤机中磨至r90＝35％，将添加剂磨至最大粒径不超过100μm，将磨碎后的添加剂与煤粉以质量配比为0.1:1一同放入搅拌机中充分混合，将混合物通过给粉机进入炉膛内燃烧，给粉量为8g/min，过量空气系数为1.2，温度工况分别设置为900℃、1000℃、1100℃，燃尽率达到97％以上。

(3)炉内设置有结渣棒，设置于恒温区内，为管状曲面结构，模拟烟气冲刷条件，可定期取出观测结渣、沾污情况。炉膛底部有带水冷的集灰系统，用来收集底灰。

(4)对结渣棒进行渣层厚度、硬度、黏度分析及灰熔点分析，采用微波消解法对集灰进行消解，所得消解液采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(icp-oes)进行成分分析，可得出钠、硫挥发量。

结渣棒结果显示900℃、1000℃、1100℃下都无结渣现象。结果分析得出900℃时钠挥发量达到12％，硫挥发量为14％，灰样软化温度为1192℃；1000℃时钠挥发量达到31％，硫挥发量为18％，灰样软化温度为1353℃；1100℃时钠挥发量达到38％，硫挥发量为20％，灰样软化温度为>1500℃。

实施例3：

一种沉降炉测试煤种结渣性以及钠、硫挥发性的方法，具体包括以下步骤：

(1)按下表比例配置添加剂：

磷酸镁30％，蛭石5％，珍珠岩矿石余量。

(2)取准东五彩湾煤经干燥后放入磨煤机中磨至r90＝35％，将添加剂磨至最大粒径不超过100μm，将磨碎后的添加剂与煤粉以质量配比为0.02:1一同放入搅拌机中充分混合，将混合物通过给粉机进入炉膛内燃烧，给粉量为8g/min，过量空气系数为1.2，温度工况分别设置为900℃、1000℃、1100℃，燃尽率达到97％以上。

(3)炉内设置有结渣棒，设置于恒温区内，为管状曲面结构，模拟烟气冲刷条件，可定期取出观测结渣、沾污情况。炉膛底部有带水冷的集灰系统，用来收集底灰。

(4)对结渣棒进行渣层厚度、硬度、黏度分析及灰熔点分析，采用微波消解法对集灰进行消解，所得消解液采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(icp-oes)进行成分分析，可得出钠、硫挥发量。

结渣棒结果显示900℃几乎无结渣情况，当温度达到1000℃和1100℃时出现少量挂渣，易用吹灰器清除。结果分析得出900℃时钠挥发量达到26％，硫挥发量为21％，灰样软化温度为1185℃；1000℃时钠挥发量达到44％，硫挥发量为22％，灰样软化温度为1296℃；1100℃时钠挥发量达到48％，硫挥发量为27％，灰样软化温度为1488℃。

实施例4：

一种沉降炉测试煤种结渣性以及钠、硫挥发性的方法，具体包括以下步骤：

(1)取准东将军煤经干燥后放入磨煤机中磨至r90＝35％，通过给粉机进入炉膛内燃烧，给粉量为8g/min，过量空气系数为1.2，温度工况分别设置为900℃、1000℃、1100℃，燃尽率达到97％以上。

(2)炉内设置有结渣棒，设置于恒温区内，为管状曲面结构，模拟烟气冲刷条件，可定期取出观测结渣、沾污情况。炉膛底部有带水冷的集灰系统，用来收集底灰。

(3)对结渣棒进行渣层厚度、硬度、黏度分析及灰熔点分析，采用微波消解法对集灰进行消解，所得消解液采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(icp-oes)进行成分分析，可得出钠、硫挥发量。

结渣棒结果显示900℃时几乎无结渣情况，当温度达到1000℃时出现少量结渣现象，当温度达到1100℃时结渣严重，并且无法用吹灰器清除。结果分析得出900℃时钠挥发量达到69％，硫挥发量为52％，灰样软化温度为1250℃；1000℃时钠挥发量达到77％，硫挥发量为65％，灰样软化温度为1326℃；1100℃时钠挥发量达到84％，硫挥发量为80％，灰样软化温度为1392℃。

实施例5：

一种沉降炉测试煤种结渣性以及钠、硫挥发性的方法，具体包括以下步骤：

(1)按下表比例配置添加剂：

磷酸镁30％，蛭石10％，珍珠岩矿石余量。

(2)取准东将军煤经干燥后放入磨煤机中磨至r90＝35％，将添加剂磨至最大粒径不超过100μm，将磨碎后的添加剂与煤粉以质量配比为0.1:1一同放入搅拌机中充分混合，将混合物通过给粉机进入炉膛内燃烧，给粉量为8g/min，过量空气系数为1.2，温度工况分别设置为900℃、1000℃、1100℃，燃尽率达到97％以上。

(3)炉内设置有结渣棒，设置于恒温区内，为管状曲面结构，模拟烟气冲刷条件，可定期取出观测结渣、沾污情况。炉膛底部有带水冷的集灰系统，用来收集底灰。

(4)对结渣棒进行渣层厚度、硬度、黏度分析及灰熔点分析，采用微波消解法对集灰进行消解，所得消解液采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(icp-oes)进行成分分析，可得出钠、硫挥发量。

结渣棒结果显示900℃几乎无结渣情况，当温度达到1000℃和1100℃时出现少量挂渣，易用吹灰器清除。结果分析得出900℃时钠挥发量达到20％，硫挥发量为16％，灰样软化温度为1298℃；1000℃时钠挥发量达到27％，硫挥发量为19％，灰样软化温度为1448℃；1100℃时钠挥发量达到31％，硫挥发量为21％，灰样软化温度为>1500℃。

实施例6：

一种沉降炉测试煤种结渣性以及钠、硫挥发性的方法，具体包括以下步骤：

(1)按下表比例配置添加剂：

磷酸镁30％，蛭石5％，珍珠岩矿石余量。

(2)取准东将军煤经干燥后放入磨煤机中磨至r90＝35％，将添加剂磨至最大粒径不超过100μm，将磨碎后的添加剂与煤粉以质量配比为0.02:1一同放入搅拌机中充分混合，将混合物通过给粉机进入炉膛内燃烧，给粉量为8g/min，过量空气系数为1.2，温度工况分别设置为900℃、1000℃、1100℃，燃尽率达到97％以上。

(3)炉内设置有结渣棒，设置于恒温区内，为管状曲面结构，模拟烟气冲刷条件，可定期取出观测结渣、沾污情况。炉膛底部有带水冷的集灰系统，用来收集底灰。

(4)对结渣棒进行渣层厚度、硬度、黏度分析及灰熔点分析，采用微波消解法对集灰进行消解，所得消解液采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(icp-oes)进行成分分析，可得出钠、硫挥发量。

结渣棒结果显示900℃几乎无结渣情况，当温度达到1000℃和1100℃时出现少量挂渣，易用吹灰器清除。结果分析得出900℃时钠挥发量达到20％，硫挥发量为16％，灰样软化温度为1297℃；1000℃时钠挥发量达到27％，硫挥发量为18％，灰样软化温度为1406℃；1100℃时钠挥发量达到30％，硫挥发量为20％，灰样软化温度为>1500℃。

通过上述实施例可知，通过加入本发明的添加剂对准东煤进行燃烧，不仅能够有效提高煤灰的软化温度(st)，强化准东煤的灰熔融特性，还有效降低了钠和硫的挥发量，能够大幅度减少炉膛及其他受热面的沾污结垢，从而有效的减少准东煤的结渣现象。

本发明的减少准东煤燃烧结渣的方法可以通过现有的沉降炉实现自动化一体完成，如图1所示，所述的沉降炉包括给粉机1、给料机2、离心分离器4，磨煤机3、炉膛6、燃烧器5、吹灰器7、集灰器8、空气预热器9和一次风机10；

将添加剂和准东煤分别通过给粉机1和给料机2进行上料，输送至离心分离器4；离心分离器4根据煤粉以及添加剂的粒度(粒径)不同对煤粉进行筛选，粒径过大的煤粉以及添加剂可以置于磨煤机内进行研磨；一次风机10通过空气预热器9为离心分离器4和磨煤机3内的煤粉以及添加剂输送热风，以达到干燥的目的；与此同时，一次风机负责将符合粒径标准的煤粉以及添加剂输送至燃烧器5内进行初步燃烧后，再输送至燃烧器5内进行完全的燃烧，燃烧后的煤灰通过吹灰器7吹入集灰器8收集。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

技术总结

本发明提出一种减少准东煤燃烧结渣的添加剂及方法，准东煤结渣主要来自于碱金属在高温下的熔融、挥发、凝结、沾污，本发明是一种减少准东煤燃烧过程中结渣的方法，添加剂成分为磷酸镁、蛭石与珍珠岩矿石，镁元素能够在高温下参与反应形成高熔点的镁盐构成准东煤灰的骨架，磷元素在高温下能够与碱金属反应生成高熔点的盐，从而起到固定碱金属元素的作用，珍珠岩矿石拥有良好的热膨胀性，在800℃高温下可达10～20的热膨胀系数，在炉膛中形成疏松多孔的结构，极大的提高比表面积，有效吸附碱金属挥发形成的蒸气，大幅度减少结渣，降低准东煤燃烧过程中对受热面的结渣影响，同时有效固定硫元素，减轻了对环境的污染，适合工业推广以及使用。