一种复配型锅炉烟垢清洗剂及其制备方法

摘要

本发明提供一种复配型锅炉烟垢清洗剂，由如下重量份的原料组成：仲辛醇聚氧乙烯醚15～25份，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵10～20份，十六烷基氯化吡啶10～20份，十二醇硫酸钠5‑15份，硅酸钠15～20份，磷酸三钠15～20份，水150～250份。本发明的复配型锅炉清洗剂呈弱酸性，主要中和腐蚀锅炉内层烟垢中的碳酸盐成分并使外层结焦瓦解脱落，采用本发明提供的复配型锅炉烟垢清洗剂对燃煤/燃油锅炉内受热面烟垢的清除率可达到98％以上，可以有效提高锅炉热效率，节约燃料，对锅炉腐蚀损伤小，提高了锅炉运行稳定性和使用寿命及施工的安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种锅炉烟垢清洗剂，尤其涉及一种复配型锅炉烟垢清洗剂及其制备方法，属于锅炉烟垢清洗技术领域。

背景技术

作为一种热能与动力设备，锅炉在现代工业生产中发挥着巨大作用。锅炉运行时会在其内部受热面(如省煤器、预热器、过热器、水冷壁等管道外壁)形成积灰与烟垢。锅炉燃料(煤炭、燃油、液化石油气等)富含各种金属与矿物质元素，烟垢的组成成分较为复杂，包括碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、碱土金属氧化物、残碳等，根据性状不同可分为内层板结性结垢和外层熔融性结垢(结焦)。烟垢不仅影响锅炉受热面吸收热量，降低锅炉热效率，而且其中的氧化物成分与锅炉内水汽会产生化学反应，形成的酸性板结层对金属管道有腐蚀作用，影响锅炉的稳定运行和使用寿命。

现有的锅炉烟垢清洗方式有机械除垢、超声波除垢、化学药剂除垢等。机械除垢效果不佳且浪费人力，易损伤炉壁。超声波除垢安装施工复杂，运行成本较高。已有的化学药剂除垢包括固态清洗剂和液态清洗剂。其中，固态清洗剂多采用硝酸盐、氯化物、催化剂等配制而成，除垢效果较好，优点是无需停炉即可清洗，但长期使用成本也较高。液态清洗剂多采用强效酸/碱化物、表面活性剂等配置而成，需停炉后集中施工，除垢效果最彻底，但会对锅炉内的金属管道产生一定的腐蚀与损伤，施工人员安全也存在隐患。

发明内容

针对现有问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种复配型锅炉烟垢清洗剂及其制备方法。利用本发明的复配型液态清洗剂，可以有效地腐蚀锅炉受热面内层烟垢并使外层结焦层龟裂脱落，除垢率高且对锅炉管道腐蚀性低。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术手段为：

一种复配型锅炉烟垢清洗剂，由如下重量份的原料组成：

仲辛醇聚氧乙烯醚15～25份，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵10～20份，十六烷基氯化吡啶10～20份，十二醇硫酸钠5～15份，硅酸钠15～20份，磷酸三钠15～20份，水150～250份。

优选的，所述的复配型锅炉烟垢清洗剂由如下重量份的原料组成：

仲辛醇聚氧乙烯醚20份，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵15份，十六烷基氯化吡啶15份，十二醇硫酸钠10份，硅酸钠20份，磷酸三钠20份，水200份。

所述的复配型锅炉烟垢清洗剂pH值为5.2～5.8。

一种所述的复配型锅炉烟垢清洗剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)加料：将原料按如上所述的重量份加入到反应釜中；

(2)加热溶解：将步骤(1)中的原料加热到50℃并充分搅拌均匀，等待4～5小时后各组分充分溶解；

(3)冷却出料：停止加热，静置冷却2～3小时出料，即得。

所述的仲辛醇聚氧乙烯醚为渗透剂，具有渗透和乳化作用；

所述的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为阳离子絮凝剂，能够促使烟灰中的胶体颗粒聚集成大块絮状物，从悬浮液中分离；

所述的十六烷基氯化吡啶为阳离子表面活性剂，具有卤化性能；

所述的十二醇硫酸钠为阴离子表面活性剂，具有润湿、浮化和膨胀性能；

所述的硅酸钠为粘合剂，具有耐酸性能，用作除垢剂助剂；

所述的磷酸三钠为强碱弱酸盐，具有较高的溶解度，可以与炉垢中的碱土金属离子发生反应。

相对于现有技术，本发明提供的复配型锅炉烟垢清洗剂的有益效果为：

(1)传统思路的强效清洗剂不加区分的对所有锅炉烟垢成分都具有清洗效果，而本发明提供的清洗剂具有选择性，对紧贴炉壁的内层炉垢具有很强的渗透和腐蚀效果，这样大块炉垢可直接脱落，对于未脱落的小块炉垢，再使用高压水枪冲洗即可有效清除。本发明提供的清洗剂pH值在5.2～5.8之间，呈弱酸性，这主要是因为清洗剂中的十六烷基氯化吡啶成分水解造成的。弱酸性可以有效分解内层炉垢中的碳酸盐成分，残余的弱酸对锅炉内金属管道造成的腐蚀和损伤极小，在清洗剂的发泡乳化作用下，坚韧的内层炉垢变得柔软蓬松，考虑到附着在其上的结焦的重量，炉垢整体极易脱落。

(2)本发明的复配型锅炉烟垢清洗剂，对以碳酸盐为主要成分的内层炉垢具有很强的清洗效果，对外层结焦也能起到一定程度的瓦解作用。采用本发明提供的锅炉烟垢清洗剂对燃煤/燃油锅炉内受热面烟垢的清除率可达到98％以上，可以有效提高锅炉热效率，节约燃料，提高锅炉运行稳定性和使用寿命。本发明还具有腐蚀性小、施工安全性高的优点。

附图说明

图1为锅炉烟垢样品的清洗效果图，其中(a)为内层炉垢对照样品图，(b)为加入清洗剂30分钟后的内层炉垢样品图，(c)为外层结焦对照样品图，(d)为加入清洗剂30分钟后的外层结焦样品图；

图2为内层炉垢的拉曼光谱图，其中(a)为拉曼光谱扫描结果图，(b)为拉曼光谱线扫描结果图；

图3为内层炉垢和外层结焦的拉曼光谱对比图，其中，(a)为内层炉垢的拉曼光谱图，(b)为外层结焦的拉曼光谱图；

图4为内层炉垢和外层结焦的光学照片和扫描电镜照片，其中(a)为内层炉垢的光学照片，(b)为内层炉垢的扫描电镜(SEM)照片，(c)为外层结焦的光学照片，(d)为外层结焦的扫描电镜(SEM)照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1一种复配型锅炉烟垢清洗剂

(1)加料：将仲辛醇聚氧乙烯醚20kg，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵15kg，十六烷基氯化吡啶15kg，十二醇硫酸钠10kg，硅酸钠20kg，磷酸三钠20kg，水200kg加入到反应釜中。

(2)加热溶解：将步骤(1)中的原料加热到50℃并充分搅拌均匀，等待4～5小时后各组分充分溶解；

(3)冷却出料：停止加热，静置冷却2～3小时出料，即得。

实施例2一种复配型锅炉烟垢清洗剂

(1)加料：将仲辛醇聚氧乙烯醚24kg，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵18kg，十六烷基氯化吡啶18kg，十二醇硫酸钠12kg，硅酸钠18kg，磷酸三钠18kg，水240kg加入到反应釜中。

(2)加热溶解：将步骤(1)中的原料加热到50℃并充分搅拌均匀，等待4～5小时后各组分充分溶解；

(3)冷却出料：停止加热，静置冷却2～3小时出料，即得。

实施例3一种复配型锅炉烟垢清洗剂

(1)加料：将仲辛醇聚氧乙烯醚15kg，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵12kg，十六烷基氯化吡啶12kg，十二醇硫酸钠10kg，硅酸钠16kg，磷酸三钠16kg，水160kg加入到反应釜中。

(2)加热溶解：将步骤(1)中的原料加热到50℃并充分搅拌均匀，等待4～5小时后各组分充分溶解；

(3)冷却出料：停止加热，静置冷却2～3小时出料，即得。

实施例4复配型锅炉烟垢清洗剂的使用方法及使用效果

将实施例1配制好的清洗剂喷洒在锅炉内受热面烟垢上，静置4～6小时，即可以使管道外壁上的烟垢产生龟裂，部分烟垢可自行脱落，再通过高压水枪冲洗，如果烟垢结层较厚(大于80mm)，可多次重复此过程，即可将剩余烟垢清除，整体除垢率在98％以上。

图1为锅炉烟垢样品的清洗效果图，如图(1-a)所示，为内层炉垢对照样品图，可见内层炉垢质地致密，密度较大，坚韧不宜处理；加入清洗剂后30分钟的内层烟垢如图(1-b)所示，可见，坚韧的内层炉垢用塑料滴管触碰下即可碎裂为小块。如图(1-c)所示为外层结焦对照样品图，加入清洗剂后30分钟的外层结焦如图(1-d)所示，可见清洗剂对外层结焦的影响较小。

为了表征内层炉垢和外层结焦的成分，分别对内层烟垢和外层结焦进行了拉曼光谱扫描。拉曼光谱表征的是分子间化学键的特征振动，碳酸根、硫酸根、硅酸根等不同类型的离子会表现出不同的特征振动。

图2为内层炉垢的拉曼光谱图，其中内层炉垢的拉曼光谱扫描结果如图(2-a)所示，拉曼光谱特征峰(1402cm^-1，1373cm^-1)对应于碳酸根的特征振动；拉曼光谱线扫描结果如图(2-b)所示，可见内层炉垢的物质成分均匀，主要成分为碳酸盐。

图3为内层炉垢和外层结焦的拉曼光谱对比图，其中图(3-a)为内层炉垢的拉曼光谱，图(3-b)为外层结焦的拉曼光谱。可以看出，内层炉垢特征峰(1402cm^-1，1373cm^-1)对应于碳酸根的特征振动，而外层结焦特征峰(463cm^-1)对应于硫酸根的特征振动，说明结焦主要成分为硫酸盐。硫酸盐对质子酸具有耐受性，难以分解，解释了图1揭示的实验结果。从图(3-b)中可以看出，外层结焦除主要成分为硫酸盐之外，还含有少量的碳酸盐和硅酸盐成分。清洗剂的弱酸性无法分解硫酸盐和硅酸盐，但硫酸盐和硅酸盐颗粒通常粘结在基层碳酸盐上，质子酸与碳酸盐反应可以在一定程度上破坏结焦整体结构，使结焦瓦解脱落。

图4为内层炉垢和外层结焦的光学照片和扫描电镜照片，内层炉垢的光学照片如图(4-a)所示，扫描电镜(SEM)照片如图(4-b)所示。从光学照片上可以看到，内层炉垢为亮白色固体，SEM显示为细碎的微观结构。以碳酸盐为主要成分的内层炉垢表面光洁，微观为多孔结构，更加容易被酸性物质中和腐蚀。

外层结焦的光学照片如图(4-c)所示，扫描电镜(SEM)照片如图(4-d)所示。可见结焦为灰色的块状，微观为不规则形状结构。以上结构表明，外层结焦更多的为颗粒，色泽灰暗，微观结构致密，不易被弱酸性的清洗剂腐蚀。考虑到结焦往往是附着在碳酸盐的表面形成蜂窝状的堆积结构，因此酸性物质腐蚀掉碳酸盐后，结焦颗粒堆积物往往发生瓦解脱落，也可以达到清除效果。

通过失重挂片法，测定该清洗剂对奥氏体不锈钢的腐蚀率小于0.5g/(m²·h)，可见该清洗剂对锅炉管道的腐蚀损伤极小。实践证明采用本发明提供的锅炉烟垢清洗剂对燃煤/燃油锅炉内受热面烟垢的清除率可达到98％以上，可以有效提高锅炉热效率，节约燃料，提高锅炉运行稳定性和使用寿命。本发明还具有腐蚀性小、施工安全性高的优点。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。