一種抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑及制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑，由活性成分和輔料制成，所述的活性成分為Al2O3、高嶺土和(NH4)2SO4，其中所述的Al2O3、高嶺土和(NH4)2SO4的質量份配比為10~25：40~60：20~35。本發明中的復合添加劑能抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移，避免堿金屬在燃燒過程中生成低熔點共熔體和熔融狀態的共晶體，解決現有生物質鍋爐爐內結焦結渣，熱效率低等問題。還公開了上述復合添加劑的制備方法，該制備方法簡潔，成本低，并公開了上述復合添加劑在生物質燃燒過程中的應用，復合添加劑應用于生物質燃燒中時，添加量小，投資成本低。
【專利說明】一種抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加 劑及制備方法和應用

【技術領域】
[0001] 本發明屬于生物質燃燒【技術領域】，具體涉及一種適用于以生物質為燃料的鍋爐， 抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的添加劑及其制備方法和應用。

【背景技術】
[0002] 生物質是繼煤、石油、天然氣后的第四位能源，其貢獻占全世界一次能源消費的 14%，且生物質能具有二氧化碳近零排放的特點，所以充分開發和利用生物質資源對緩解能 源供應緊張問題和減少溫室氣體排放等具有重要意義。生物質在我國全部能源消耗中約占 20%，每年生物質資源總量折合成標準煤2-4億噸，具有極大的開發潛力，足以補充我國的 能源缺口。
[0003] 然而由于生物質燃料中堿金屬元素 K、Na及非金屬元素 Si、Cl含量較高，燃燒過 程中會出現以下三種問題：一是燃燒過程中，生物質中含有的堿金屬以氣態的形式析出，如 KCl (g)，KOH (g)等，這些氣態產物在換熱器表面上被冷卻，形成粘稠的熔融態物質粘附在受 熱面上，并繼續捕集煙氣中的固體顆粒，形成聚團和結渣；二是燃燒過程中硅與堿金屬在較 低溫度下便能形成熔融狀態的共晶體，導致受熱面結渣；三是堿金屬在燃燒過程中易生成 低熔點共熔體，導致爐內的結渣，極大地影響了鍋爐的安全運行。


【發明內容】

[0004] 本發明的目在于提供一種抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加 齊IJ，該復合添加劑能避免堿金屬在燃燒過程中生成低熔點共熔體和熔融狀態的共晶體，能 解決現有生物質鍋爐爐內結焦結渣，熱效率低等問題。
[0005] 本發明目的還在于提供上述抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添 加劑的低成本制備方法。
[0006] 本發明的另一個目的在于提供上述抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的 復合添加劑在生物質燃燒過程中的應用。
[0007] 本發明的第一個目的是通過以下技術方案來實現的：一種抑制生物質燃燒過程中 堿金屬向氣相遷移的復合添加劑，由活性成分和輔料制成，所述的活性成分為Al 2O3、高嶺土 和（NH4)2SO4,其中所述的A1 203、高嶺土和（NH4)2SO4的質量份配比為10~25 :40~60 :20~35。
[0008] 作為本發明的一種優選的技術方案，當將復合添加劑制成顆粒狀時，本發明所述 的輔料為粘結劑和水。
[0009] 本發明所述的粘結劑、Al2O3、高嶺土和（NH 4)2SO4的質量份配比優選為5~20 : 10~25 :40~60 :20~35,其中水的用量優選為粘結劑、Al2O3、高嶺土和（NH4) 2SO4S質量的 10-30%〇
[0010] 作為本發明的一種優選的實施方案，本發明所述的粘結劑由淀粉和糊精組成，所 述的淀粉和糊精的質量份配比為60~80 :20~40。 toon] 本發明的第二個目的是通過以下技術方案來實現的：當將復合添加劑制成顆粒狀 時，本發明提供的一種抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑的優選的制 備方法，含以下步驟： (1) 按計量比取原料Al2O3、高嶺土、（NH4) #04和粘結劑，混勻后研磨得混合物a ; (2) 在混合物a中按計量比加入水，混勻，得混合物b ; (3) 將混合物b置于造粒機中，在常溫下造粒成型，制得抑制生物質燃燒過程中堿金屬 向氣相遷移的復合添加劑。
[0012] 本發明步驟（1)中混合物a的粒徑優選為0. Imm以下。
[0013] 本發明步驟（3)中制成的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑 的粒徑優選為l~10mm。
[0014] 本發明的最后一個目的是通過以下技術方案來實現的：上述抑制生物質燃燒過程 中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑在生物質燃燒過程中的應用。
[0015] 作為本發明的一種優選的實施方式，在生物質燃燒過程中作為復合添加劑使用 時，所述的復合添加劑按生物質總質量的1~5%添加。
[0016] 本發明通過向生物質燃料中添加復合添加劑，一是抑制生物質燃料中的堿金屬向 氣相中遷移，二是復合添加劑與堿金屬反應生成高熔點化合物，解決了生物質鍋爐結渣難 題，從而提高生物質鍋爐熱效率和穩定性。
[0017] 本發明的有益效果是： (1) 本發明的復合添加劑中的活性成分Al2O3、高嶺土和（NH4) 2SO4在燃燒過程中能抑 制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移，氣態堿金屬化合物在換熱器表面形成的聚團和結 渣；而且復合添加劑中Al 2O3、高嶺土和（NH4)2SO4在燃燒過程中能與堿金屬發生物理化學反 應，一方面復合添加劑作為中間介質，阻礙了堿金屬形成低熔點共熔體，另一方面復合添加 劑與堿金屬發生化學反應，生成高熔點化合物，減少了堿金屬之間形成低熔點共熔體，提高 了生物質燃料的灰熔點，因此提高生物質鍋爐熱效率和穩定性； (2) 本發明的復合添加劑中粘結劑為淀粉和糊精，自身無毒、無害、無污染； (3 )本發明的復合添加劑的制備方法簡單，在常溫下造粒成型，降低了生產成本； (4) 本發明的復合添加劑的添加比例小，僅為生物質燃料總質量的1~5%，降低了投資成 本。

【具體實施方式】
[0018] 實施例1 本實施例提供的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑，由活性成分 和輔料制成，活性成分為Al2O3、高嶺土和（NH4)2S0 4，輔料為粘結劑和水，其中粘結劑、A1203、 高嶺土和（NH 4)2SOJ^質量份配比為10 :10 :55 :25,其中水的用量為粘結劑、Al2O3、高嶺土和 (NH4) 2SO4 總質量的 15%。
[0019] 上述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑的制備方法如 下： (1)按照粘結劑、Al2O3、高嶺土和（NH4)2SOd^質量份配比為10 :10 :55 :25,稱取粘結劑、 Al2O3、高嶺土和（NH4)2SO4，其中粘結劑由淀粉和糊精組成，淀粉和糊精的質量份配比為60 : 40，將其在干燥容器內混合均勻，得混合物a ; (2) 將步驟（1)所得的混合物a研磨后的粒徑為0. I mm以下； (3) 在步驟（2)所得的混合物a中加入占粘結劑、A1203、高嶺土和（NH4) 2SO4總質量15% 的水，攪拌混合均勻，得混合物b ; (4) 將步驟（3)所得的混合物b送入造粒機，在常溫下造粒成型，制成的復合添加劑的 粒徑為2mm。
[0020] 在生物質(稻草秸桿）燃燒過程中，復合添加劑占稻草秸桿總質量的0%。
[0021] 實施例2 本實施例提供的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑，由活性成分 和輔料制成，活性成分為Al2O3、高嶺土和（NH4)2S0 4，輔料為粘結劑和水，其中粘結劑、A1203、 高嶺土和（NH 4)2SOJ^質量份配比為5 :15 :50 :30,其中水的用量為粘結劑、Al 203、高嶺土和 (NH4)2SO 4總質量的 30%。
[0022] 上述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑的制備方法如 下： (1) 按照粘結齊U、A1203、高嶺土和（NH4)2SO 4的質量份配比為5 :15 :50 :30,其中粘結劑 由淀粉和糊精組成，淀粉和糊精的質量份配比為70 :30,將其在干燥容器內混合均勻，得混 合物a ; (2) 將步驟（1)所得的混合物a研磨后的粒徑為0. I mm以下； (3) 在步驟（2)所得的混合物a中加入30%的水，攪拌混合均勻，得混合物b ; (4) 將步驟（3)所得的混合物b送入造粒機，在常溫下造粒成型，粒徑為Imm ; 在生物質(稻草秸桿）燃燒過程中，復合添加劑占稻草秸桿總質量的1%。
[0023] 實施例3 本實施例提供的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑，由活性成分 和輔料制成，活性成分為Al2O3、高嶺土和（NH4)2S0 4，輔料為粘結劑和水，其中粘結劑、A1203、 高嶺土和（NH 4)2SOJ^質量份配比為20 :20 :40 :20,其中水的用量為粘結劑、Al2O3、高嶺土和 (NH4) 2SO4總質量的 20%。
[0024] 上述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑的制備方法如 下： (1) 按照粘結劑、A1203、高嶺土和（NH4)2SO 4的質量份配比為20 :20 :40 :20,其中粘結劑 由淀粉和糊精組成，淀粉和糊精的質量份配比為80 :20,將其在干燥容器內混合均勻，得混 合物a ; (2) 將步驟（1)所得的混合物a研磨后的粒徑為0. I mm以下； (3) 在步驟（2)所得的混合物a中加入20%的水，攪拌混合均勻，得混合物b ; (4) 將步驟（3)所得的混合物b送入造粒機，在常溫下造粒成型，粒徑為Imm ; 在生物質(稻草秸桿）燃燒過程中，復合添加劑占稻草秸桿總質量的2%。
[0025] 實施例4 本實施例提供的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑，由活性成分 和輔料制成，活性成分為Al2O3、高嶺土和（NH4)2S0 4，輔料為粘結劑和水，其中粘結劑、A1203、 高嶺土和（NH 4)2SOJ^質量份配比為15 :25 :40 :20,其中水的用量為粘結劑、Al2O3、高嶺土和 (NH4)2SO4總質量的 20%。
[0026] 上述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑的制備方法如 下： (1) 按照粘結劑、A1203、高嶺土和（NH4)2SO 4的質量份配比為15 :25 :40 :20,其中粘結劑 由淀粉和糊精組成，淀粉和糊精的質量份配比為75 :25,將其在干燥容器內混合均勻，得混 合物a ; (2) 將步驟（1)所得的混合物a研磨后的粒徑為0. I mm以下； (3) 在步驟（2)所得的混合物a中加入20%的水，攪拌混合均勻，得混合物b ; (4) 將步驟（3)所得的混合物b送入造粒機，在常溫下造粒成型，粒徑為Imm ; 在生物質(稻草秸桿）燃燒過程中，復合添加劑占稻草秸桿總質量的5%。
[0027] 實施例5 本實施例提供的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑，由活性成分 和輔料制成，活性成分為Al2O3、高嶺土和（NH4)2S0 4，輔料為粘結劑和水，其中粘結劑、A1203、 高嶺土和（NH 4)2SOJ^質量份配比為15 :25 :40 :20,其中水的用量為粘結劑、Al2O3、高嶺土和 (NH4) 2SO4總質量的 20%。
[0028] 上述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑的制備方法如 下： (1) 按照粘結劑、A1203、高嶺土和（NH4)2SO 4的質量份配比為15 :25 :40 :20,其中粘結劑 由淀粉和糊精組成，淀粉和糊精的質量份配比為75 :25,將其在干燥容器內混合均勻，得混 合物a ; (2) 將步驟（1)所得的混合物a研磨后的粒徑為0. I mm以下； (3) 在步驟（2)所得的混合物a中加入20%的水，攪拌混合均勻，得混合物b ; (4) 將步驟（3)所得的混合物b送入造粒機，在常溫下造粒成型，粒徑為Imm ; 在生物質(稻草秸桿）燃燒過程中，復合添加劑占稻草秸桿總質量的7%。
[0029] 實施例6 本實施例提供的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑，由活性成分 和輔料制成，活性成分為Al2O3、高嶺土和（NH4)2S0 4，輔料為粘結劑和水，其中粘結劑、A1203、 高嶺土和（NH 4)2SOJ^質量份配比為5 :15 :50 :30,其中水的用量為粘結劑、Al 203、高嶺土和 (NH4)2SO 4總質量的 30%。
[0030] 上述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑的制備方法如 下： (1) 按照粘結齊U、A1203、高嶺土和（NH4)2SO 4的質量份配比為5 :15 :50 :30,其中粘結劑 由淀粉和糊精組成，淀粉和糊精的質量份配比為70 :30,將其在干燥容器內混合均勻，得混 合物a ; (2) 將步驟（1)所得的混合物a研磨后的粒徑為0. I mm以下； (3) 在步驟（2)所得的混合物a中加入30%的水，攪拌混合均勻，得混合物b ; (4) 將步驟（3)所得的混合物b送入造粒機，在常溫下造粒成型，粒徑為Imm ; 在生物質(稻草秸桿）燃燒過程中，復合添加劑占稻草秸桿總質量的0. 05%。
[0031] 實施例7 本實施例提供的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑，由活性成分 和輔料制成，活性成分為Al2O3、高嶺土和（NH4)2S0 4，輔料為粘結劑和水，其中粘結劑、A1203、 高嶺土和（NH 4)2SOJ^質量份配比為20 :25 :60 :35,其中水的用量為粘結劑、Al2O3、高嶺土和 (NH4) 2SO4總質量的 30%。
[0032] 上述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑的制備方法同實 施例4。
[0033] 實施例8 本實施例提供的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑，由活性成分 和輔料制成，活性成分為Al2O3、高嶺土和（NH4)2S0 4，輔料為粘結劑和水，其中粘結劑、A1203、 高嶺土和（NH 4)2SOJ^質量份配比為5 :10 :40 :20,其中水的用量為粘結劑、Al 203、高嶺土和 (NH4)2SO 4 總質量的 10%。
[0034] 上述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑的制備方法同實 施例4。
[0035] 對照例1 本實施例提供的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的Al2O3添加劑，由活性成 分和輔料制成，活性成分為Al2O3，輔料為粘結劑和水，其中粘結劑和Al2O 3的質量份配比為 15 :85,其中水的用量為粘結劑和Al2O3總質量的20%。
[0036] 上述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的Al2O3添加劑的制備方法如 下： (1) 按照粘結劑和Al2O3的質量份配比為15 :85,其中粘結劑由淀粉和糊精組成，淀粉和 糊精的質量份配比為75 :25,將其在干燥容器內混合均勻，得混合物a ; (2) 將步驟（1)所得的混合物a研磨后的粒徑為0. I mm以下； (3) 在步驟（2)所得的混合物a中加入20%的水，攪拌混合均勻，得混合物b ; (4) 將步驟（3)所得的混合物b送入造粒機，在常溫下造粒成型，粒徑為Imm ; 在生物質(稻草秸桿）燃燒過程中，Al2O3添加劑占稻草秸桿總質量的5%。
[0037] 對照例2 本實施例提供的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的高嶺土添加劑，由活性成 分和輔料制成，活性成分為（NH4) 2S04，輔料為粘結劑和水，其中粘結劑和（NH4) #04的質量份 配比為15 :85,其中水的用量為粘結劑和（NH4)2SO4總質量的20%。
[0038] 上述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的（NH4)2SO 4添加劑的制備方法 如下： (1) 按照粘結劑和（NH4)2SOJ^質量份配比為15 :85,其中粘結劑由淀粉和糊精組成，淀 粉和糊精的質量份配比為75 :25,將其在干燥容器內混合均勻，得混合物a ; (2) 將步驟（1)所得的混合物a研磨后的粒徑為0. I mm以下； (3) 在步驟（2)所得的混合物a中加入20%的水，攪拌混合均勻，得混合物b ; (4) 將步驟（3)所得的混合物b送入造粒機，在常溫下造粒成型，粒徑為Imm ; 在生物質(稻草秸桿）燃燒過程中，（NH4)2SO4添加劑占稻草秸桿總質量的5%。
[0039] 對照例3 本實施例提供的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的高嶺土添加劑，由活性成 分和輔料制成，活性成分為高嶺土，輔料為粘結劑和水，其中粘結劑和高嶺土的質量份配比 為15 :85,其中水的用量為粘結劑和高嶺土總質量的20%。
[0040] 上述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的高嶺土添加劑的制備方法如 下： (1) 按照粘結劑和高嶺土的質量份配比為15 :85,其中粘結劑由淀粉和糊精組成，淀粉 和糊精的質量份配比為75 :25,將其在干燥容器內混合均勻，得混合物a ; (2) 將步驟（1)所得的混合物a研磨后的粒徑為0. I mm以下； (3) 在步驟（2)所得的混合物a中加入20%的水，攪拌混合均勻，得混合物b ; (4) 將步驟（3)所得的混合物b送入造粒機，在常溫下造粒成型，粒徑為Imm ; 在生物質(稻草秸桿）燃燒過程中，高嶺土添加劑占稻草秸桿總質量的5%。
[0041] 以稻草秸桿燃料，添加上述實施例1至實施例6和對照例1-3中的復合添加劑，采 用馬弗爐對復合添加劑抑制堿金屬向氣相遷移的性能進行測試，燃燒溫度為700°C，采用原 子吸收光譜儀測定灰渣中堿金屬的含量，表1為添加不同含量復合添加劑時灰渣中堿金屬 的含量(實施例1-6)，表2為添加劑活性組分僅為一種（Al 2O3或高嶺土或（NH4)2SO4)(對照 例1-3)與活性組分為三種（Al 2O3、高嶺土和（NH4)2SO4)(實施例4)時灰渣中堿金屬的含量。
[0042] 表1實施例1-6灰漁中堿金屬的含量

【權利要求】
1. 一種抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑，由活性成分和輔料 制成，其特征在于：所述的活性成分為A1203、高嶺土和（NH4) 2S04，其中所述的A1203、高嶺土 和（NH4)2S04的質量份配比為 10~25 :40~60 :20~35。
2. 根據權利要求1所述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑，其 特征在于：所述的輔料為粘結劑和水。
3. 根據權利要求2所述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑，其 特征在于：所述的粘結劑、A1203、高嶺土和（順4)#04的質量份配比為5~20 :10~25 :40~60 : 20~35,其中水的用量為粘結劑、A1203、高嶺土和（順4)#0 4總質量的10~30%。
4. 根據權利要求3所述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑， 其特征在于：所述的粘結劑由淀粉和糊精組成，所述的淀粉和糊精的質量份配比為60~80 : 20-40〇
5. 權利要求2-4任一項所述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加 劑的制備方法，其特征在于含以下步驟： (1) 按計量比取原料A1203、高嶺土、（NH4) #04和粘結劑，混勻后研磨得混合物a ; (2) 在混合物a中按計量比加入水，混勻，得混合物b ; (3) 將混合物b置于造粒機中，在常溫下造粒成型，制得抑制生物質燃燒過程中堿金屬 向氣相遷移的復合添加劑。
6. 根據權利要求5所述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑的 制備方法，其特征在于：步驟（1)中混合物a的粒徑為0. 1mm以下。
7. 根據權利要求5所述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑的 制備方法，其特征在于：步驟（3)中制成的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復 合添加劑的粒徑為l~l〇mm。
8. 權利要求1-4任一項所述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加 劑在生物質燃燒過程中的應用。
9. 根據權利要求8所述的抑制生物質燃燒過程中堿金屬向氣相遷移的復合添加劑在 生物質燃燒過程中的應用，其特征在于：在生物質燃燒過程中作為復合添加劑使用時，所述 的復合添加劑按生物質總質量的1~5%添加。
【文檔編號】C10L9/10GK104479790SQ201410694957
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】張宏亮, 趙瑩, 蘇偉, 林木松, 陳剛, 程桂石, 董長青, 李薇, 黃奎 申請人:廣東電網有限責任公司電力科學研究院, 華北電力大學