一种多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂及其制备方法，抗结焦剂由MgO、高岭土、活性Al2O3和发泡剂组成，所述MgO、高岭土和活性Al2O3MgO为所述抗结焦剂的MgO-高岭土-活性Al2O3基体，其中，在MgO-高岭土-活性Al2O3基体中MgO、高岭土和活性Al2O3这三种组分的质量百分含量分别为20％-60％、25％-65％和15％-30％，所述发泡剂在整个抗结焦剂中的质量百分含量为20％-50％。多孔膜结构的生物质抗结焦剂，其机械强度高、结构稳定且具有极大的孔隙率和比表面积，可增大抗结焦剂与生物质中碱金属的反应面积。其表面微孔具有吸附性能，可将K、Na等碱金属有效吸附于其表面，并生成高熔点物质，从而减少受热面结渣的生成。本发明同时提供抗结焦剂的制备方法。

说明书

技术领域

本发明属于生物质气化或燃烧技术领域，具体是指一种多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂及其制备方法。

背景技术

生物质燃料由于其碱金属K、Na及非金属元素Cl等无机元素与化石燃料相比含量较高，性质活跃等特殊性质，导致生物质灰熔点低，从而在生物质锅炉燃烧和气化过程中，造成了生物质锅炉更易积灰、结渣等一系列问题，极大的威胁着锅炉运行的安全性、经济性及锅炉可用率。

采用在生物质燃料中添加添加剂来抑制积灰、结渣的形成，是一个简单可行的方法。其原理：一是通过添加剂与碱金属蒸气发生化学反应生成高熔点碱金属化合物，固定在底灰中；二是通过添加剂的物理吸附和化学吸附作用将碱金属固定下来。三是通过添加剂与灰分中的一些非碱金属元素发生关联反应，抑制低熔点物质的生成。此外，添加剂本身属于高熔点的物质。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂，该抗结焦剂反应效率高、比表面积大、空隙率高、热稳定性好、机械强度大、结构稳定不变形，能够解决目前生物质燃料在燃烧过程中容易结渣、易积灰、燃烧设备利用率低的问题。

本发明的这一目的是通过以下技术方案来实现的：一种多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂，其特征在于：所述抗结焦剂由MgO、高岭土、活性Al₂O₃和发泡剂组成，所述MgO、高岭土和活性Al₂O₃MgO为所述抗结焦剂的MgO-高岭土-活性Al₂O₃基体，其中，在MgO-高岭土-活性Al₂O₃基体中MgO、高岭土和活性Al₂O₃这三种组分的质量百分含量分别为20％-60％、25％-65％和15％-30％，所述发泡剂在整个抗结焦剂中的质量百分含量为20％-50％。

所述发泡剂为木炭。

本发明利用了一些价格低廉的矿物作为添加剂制备了抗结焦剂，采用直接均匀混合的方法，仅用少量的添加剂，便大幅度提高了生物质燃料的灰熔融温度。因此，利用本复合添加剂来提高生物质灰熔融温度，具有过程简单和成本低的特点。本发明中，生物质燃料标准灰及复合添加剂和生物质灰混合物的灰熔融温度是按照GB/T219-2008规定的测试方法进行测试。

本发明的目的之二是提供上述多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂的制备方法，该制备方法操作简单，便于推广应用。

本发明的这一目的是通过以下技术方案来实现的：一种多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤(1)：选取高岭土、MgO和活性Al₂O₃研磨均匀，MgO、高岭土和活性Al₂O₃MgO为抗结焦剂的MgO-高岭土-活性Al₂O₃基体，其中，在MgO-高岭土-活性Al₂O₃基体中MgO、高岭土和活性Al₂O₃这三种组分的质量百分含量分别为20％-60％、25％-65％和15％-30％；然后加入发泡剂进行搅拌，发泡剂在整个抗结焦剂中的质量百分含量为20％-50％，搅拌均匀后压制成圆形片；

步骤(2)：将压制的圆形片进行煅烧；

步骤(3)：将焙烧后的圆形片进行研磨，即获得多孔膜结构的抗结焦剂。

所述步骤(1)中MgO、高岭土和活性Al₂O₃研磨后的粒径为0.06-0.09mm；所述发泡剂为木炭，粒径为0.1-0.2mm。

所述步骤(1)中MgO、高岭土、活性Al₂O₃和发泡剂搅拌均匀后在压力机上采用半干法在成型压力为38-40Mpa的条件下，压制成φ10×5mm的圆形片。

所述步骤(2)中的煅烧温度为1100-1200℃，煅烧时间为2-4h。

所述步骤(3)中的研磨粒径小于0.1mm。

与现有技术相比，本发明本发明中的抗结焦剂为多孔膜结构，具有机械强度高、结构稳定、极大的孔隙率和的比表面积，可增大抗结焦剂与生物质的反应面积。其表面微孔具有吸附性能，可将K、Na等碱金属有效吸附于其表面，并生成高熔点物质，从而减少受热面结渣的生成。抗结焦剂中的活性成分可有效抑制生物质燃烧过程中低熔点碱金属盐的生成，从而提高秸秆灰熔融点。此外该添加剂价格低廉，制备工艺简单，并且燃烧后产生的灰还可以作为肥料还田，实现了物质的循环利用，适于大范围推广应用。

具体实施方式

实施例1

一种多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂，该抗结焦剂由MgO、高岭土、活性Al₂O₃和发泡剂组成，发泡剂为木炭，MgO、高岭土和活性Al₂O₃MgO为抗结焦剂的MgO-高岭土-活性Al₂O₃基体，抗结焦剂中各组分质量分别为：10.0g高岭土、4.0g活性Al₂O₃、6.0g MgO和20.0g木炭。

上述多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂，其制备方法如下：

步骤(1)：将10.0g高岭土、4.0g活性Al₂O₃和6.0g MgO分别研磨至0.06-0.09mm，加入20.0g粒径为0.1-0.2mm的木炭，在压力机上采用半干法在成型压力为38MPa的条件下，压制成φ10×5mm的圆形片；

步骤(2)：将压制的圆形片在马弗炉中1100℃煅烧适当4h；

步骤(3)：将焙烧后的圆形片研磨至小于0.1mm即获得多孔膜结构抗结焦剂。(其中高岭土、活性Al₂O₃和MgO的质量百分含量分别为50％、20％和30％，发泡剂质量分数为50％)。

采用自行研制的小型燃烧反应器对上述抗结焦剂的性能进行测试。采用来自山东泰安的小麦秸秆为燃料，添加剂质量为小麦秸秆质量的4％，在800-1100℃下可有效降低烟气中钾、钠等碱金属气体的含量。而且经过反应后，生物质灰分的灰熔点得到明显提高，灰熔点具体数据如表1。

表1

实施例2

一种多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂，该抗结焦剂由MgO、高岭土、活性Al₂O₃和发泡剂组成，发泡剂为木炭，MgO、高岭土和活性Al₂O₃MgO为抗结焦剂的MgO-高岭土-活性Al₂O₃基体，抗结焦剂中各组分质量分别为：13.0g高岭土、3.0g活性Al₂O₃4.0g、MgO和8.6g木炭。

上述多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂，其制备方法如下：

步骤(1)：将13.0g高岭土、3.0g活性Al₂O₃和4.0g MgO分别研磨至0.06-0.09mm，加入8.6g粒径为0.1-0.2mm的木炭，在压力机上采用半干法在成型压力为39MPa的条件下，压制成φ10×5mm的圆形片；

步骤(2)：将压制的圆形片在马弗炉中1150℃煅烧适当3h；

步骤(3)：将焙烧后的圆形片研磨至小于0.1mm即获得多孔膜结构抗结焦剂。(其中高岭土、活性Al₂O₃和MgO的质量百分含量分别为65％、15％和20％，发泡剂质量分数为30％)。

采用自行研制的小型燃烧反应器对上述抗结焦剂的性能进行测试。采用来自山东泰安的小麦秸秆为燃料，添加剂质量为小麦秸秆质量的4％，在800-1100℃下可有效降低烟气中钾、钠等碱金属气体的含量。而且经过反应后，生物质灰分的灰熔点得到明显提高，灰熔点具体数据如表2。

表2

实施例3

一种多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂，该抗结焦剂由MgO、高岭土、活性Al₂O₃和发泡剂组成，发泡剂为木炭，MgO、高岭土和活性Al₂O₃MgO为抗结焦剂的MgO-高岭土-活性Al₂O₃基体，抗结焦剂中各组分质量分别为：5.0g高岭土、3.0g活性Al₂O₃、12.0g MgO和5.0g木炭。

上述多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂，其制备方法如下：

步骤(1)：将5.0g高岭土、3.0g活性Al₂O₃和12.0g MgO分别研磨至0.06-0.09mm，加入5.0g粒径为0.1-0.2mm的木炭，在压力机上采用半干法在成型压力为39MPa的条件下，压制成φ10×5mm的圆形片；

步骤(2)：将压制的圆形片在马弗炉中1200℃煅烧适当2.5h；

步骤(3)：将焙烧后的圆形片研磨至小于0.1mm即获得多孔膜结构抗结焦剂。(其中高岭土、活性Al₂O₃和MgO的质量百分含量分别为25％、15％和60％，发泡剂质量分数为20％)。

采用自行研制的小型燃烧反应器对上抗结焦剂的性能进行测试。采用来自内蒙古通辽市的玉米秸秆为燃料，添加剂质量为玉米秸秆质量的2％，在800-1100℃下可有效降低烟气中钾、钠等碱金属气体的含量。而且经过反应后，生物质灰分的灰熔点得到明显提高，灰熔点具体数据如表3。

表3

实施例4

一种多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂，该抗结焦剂由MgO、高岭土、活性Al₂O₃和发泡剂组成，发泡剂为木炭，MgO、高岭土和活性Al₂O₃MgO为抗结焦剂的MgO-高岭土-活性Al₂O₃基体，抗结焦剂中各组分质量分别为：6.0g高岭土、4.0g活性Al₂O₃、10.0g MgO和13.3g木炭。

上述多孔膜结构生物质锅炉抗结焦剂，其制备方法如下：

步骤(1)：将6.0g高岭土、4.0g活性Al₂O₃和10.0g MgO分别研磨至0.06-0.09mm，加入13.3g粒径为0.1-0.2mm的木炭，在压力机上采用半干法在成型压力为40MPa的条件下，压制成φ10×5mm的圆形片；

步骤(2)：将压制的圆形片在马弗炉中1200℃煅烧适当2h；

步骤(3)：将焙烧后的圆形片研磨至小于0.1mm即获得多孔膜结构抗结焦剂。(其中高岭土、活性Al₂O₃和MgO的质量百分含量分别为30％、20％和50％，发泡剂质量分数为40％)。

采用自行研制的小型燃烧反应器对上抗结焦剂的性能进行测试。采用来自内蒙古通辽市的玉米秸秆为燃料，添加剂质量为玉米秸秆质量的2％，在800-1100℃下可有效降低烟气中钾、钠等碱金属气体的含量。而且经过反应后，生物质灰分的灰熔点得到明显提高，灰熔点具体数据如表4。

表4