结焦抑制剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种结焦抑制剂及其制备方法和应用，属于工业添加剂领域。

背景技术：

1、在冶金、电力、化工等行业中，广泛使用各类高温炉窑设备，如侧吹炉、熔炼炉、转炉、燃煤锅炉、焚烧炉等。这些设备在生产运行过程中，由于原料成分复杂、燃烧温度分布不均、燃料中硫分及灰分含量高等原因，极易在受热面（如水冷壁、过热器、烟道壁等）上形成结焦和积灰。

2、结焦的形成机理主要包括：

3、（1）低温湿式结焦：燃料燃烧后产生的烟气中含有少量水分、三氧化硫及灰分。在温度较低的受热面上，水蒸气与三氧化硫结合生成硫酸，硫酸粘附于受热面表面并不断捕集烟气中的飞灰，同时与金属反应生成硫酸盐，逐渐形成致密粘性结焦层。

4、（2）高温干式结焦：在温度较高的受热面或炉膛壁上，原料中的碱金属（如钠、钾）与硫、氧反应生成低熔点的硫酸盐（如na2so4、k2so4）或共熔体，这些低熔点物质在高温下呈熔融或半熔融状态，极易粘附于受热面并不断增厚，形成坚硬的高温结焦。

5、结焦带来的危害十分严重：

6、（1）结焦的热阻是金属受热面热阻的数百倍（约为400倍），导致受热面传热能力急剧恶化，降低炉窑热效率，增加燃料消耗。

7、（2）结焦堵塞烟气通道，增加排烟阻力，迫使设备降负荷运行，影响冶炼效率或蒸汽产量。

8、（3）结焦层下易形成局部高温或腐蚀性气氛，尤其是硫酸盐和硫化物会加速金属的腐蚀，缩短设备使用寿命。

9、（4）为清除结焦，往往需要停机人工清理，劳动强度大、安全隐患高，且导致生产中断。

10、为缓解结焦问题，业界已开发出多种结焦抑制剂或除焦剂。现有的结焦抑制剂主要分为以下几类：

11、（1）如碳酸钠、氢氧化钙等，依靠中和酸性物质来抑制结焦。但单组分碱性物质作用单一，无法有效破碎已生成的坚硬结焦，且添加量过大时易造成炉内碱金属积聚，反而加剧高温结焦。

12、（2）部分稀土氧化物（如氧化铈）具有催化燃烧和改变灰渣熔点的作用，但单独使用稀土氧化物成本较高，且对已结焦层的清除能力有限，难以实现自剥落。

13、（3）如硝酸盐，利用其分解释放的活性氧助燃并冲击灰渣，但缺乏对灰渣晶体结构的调控能力，除焦效果不稳定，且不能形成长效防腐保护。

14、（4）少数专利或市售产品尝试将碱性物、氧化剂等简单混合，但各组分之间缺乏协同设计，往往仅针对某一种结焦类型（低温或高温），无法兼顾抑制与清除、防焦与防腐、脱硫与助燃等多重功能。更重要的是，现有技术中未见将“碱性物、稀土氧化物、成核剂、氧化剂、助熔剂和分散剂”六类组分进行系统集成，并利用成核剂诱导晶化、助熔剂引发热应力裂纹、分散剂协同形成保护膜等多重物理化学耦合机制的报道。

15、因此，开发一种能够同时实现高效抑制结焦、清除已有结焦、脱硫固硫、助燃节能及受热面防腐保护，且各组分协同作用显著、适应多种炉型的结焦抑制剂，具有重要的工业应用价值和经济效益。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种结焦抑制剂及其制备方法和应用，本发明的技术方案是：

2、一种结焦抑制剂，由以下组分组成：碱性物、稀土氧化物、成核剂、氧化剂、助熔剂和分散剂；所述结焦抑制剂喷入炉窑高温区后，上述各组分通过中和、催化、晶化、氧化、助熔、成孔及防腐作用产生协同效应，用于实现抑制结焦、清除已有结焦、脱硫固硫、助燃节能及防腐保护。

3、按质量份数计，各组分的含量为：碱性物30～55份、稀土氧化物5～20份、成核剂1～8份、氧化剂10～30份、助熔剂3～15份、分散剂5～15份；所述碱性物选自碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙、氧化锌中的一种或多种按照任意比例组成的混合物；所述稀土氧化物选自氧化铈、氧化钕、氧化镧中的一种或多种按照任意比例组成的混合物；所述成核剂选自锌粉、氧化锌、钛白粉中的一种或多种按照任意比例组成的混合物；所述氧化剂选自硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸钾中的一种或多种按照任意比例组成的混合物；所述助熔剂选自硼砂、氯化钠、氯化钾、氟化钙中的一种或多种按照任意比例组成的混合物；所述分散剂选自白炭黑、硅藻土、高岭土中的一种或多种按照任意比例组成的混合物。

4、所述稀土氧化物为氧化铈与氧化钕的复合物，质量比为1:0.3～1:1。

5、所述成核剂为平均粒径1～30微米的锌粉。

6、所述结焦抑制剂包括以下重量份的各组分：碳酸钠40份、氧化铈8份、氧化钕4份、锌粉3份、硝酸钠20份、硼砂10份、白炭黑15份；所述结焦抑制剂的平均粒径为10～50微米，水分含量≤0.5%。

7、所述结焦抑制剂适用于工业炉窑，所述工业炉窑包括侧吹炉、熔炼炉、转炉、沸腾炉、回转窑、焚烧炉、燃煤锅炉、生物质锅炉、水泥窑炉或有色金属冶炼炉。

8、所述的结焦抑制剂的制备方法，包括以下步骤：

9、s1、按配比称取碱性物、稀土氧化物、成核剂、氧化剂、助熔剂和分散剂；

10、s2、将称取的稀土氧化物与助熔剂混合后进行预研磨，得到预混合粉体；

11、s3、将所述预混合粉体与碱性物、成核剂、氧化剂和分散剂一同投入高速混合机中进行混合；

12、s4、将步骤s3中混合后的粉体过筛；

13、s5、将步骤s4过筛后的粉体进行真空干燥，真空干燥温度为45～65℃，时间为1.5～3小时；

14、s6、将干燥后的粉体进行气流粉碎，得到平均粒径为10～50微米的结焦抑制剂。

15、所述的结焦抑制剂的应用方法，采用多点分布式喷射系统，将所述结焦抑制剂通过压缩空气喷入炉窑高温区，喷射压力0.3～0.8 mpa，添加量为燃料质量的0.03%～0.6%，添加频次每2～6小时一次；所述结焦抑制剂在炉膛内依次或同时经历以下反应或作用步骤：

16、（a）中和步骤：碱性物与烟气中的硫酸、三氧化硫发生中和反应，生成硫酸盐，降低灰渣粘附性；

17、（b）催化步骤：稀土氧化物催化二氧化硫氧化为三氧化硫，并促进燃料的氧化燃烧；

18、（c）晶化步骤：成核剂在熔融灰渣中诱导晶核形成，引发玻璃体反玻璃化，产生微裂纹；

19、（d）氧化步骤：氧化剂在750℃以上分解释放新生态氧，与碳及硫化物反应，产生局部气浪冲击；

20、（e）助熔步骤：助熔剂形成低熔点玻璃相，渗入结焦孔隙，因热膨胀系数差异诱导裂纹扩展；

21、（f）成孔步骤：所述的步骤（a）至步骤（e）反应后，结焦层孔隙率增加，使其疏松多孔；

22、（g）防腐步骤：分散剂与碱性物在受热面形成保护膜，抑制酸性腐蚀。

23、本发明的优点是：

24、1.首次将碱性物、稀土氧化物、成核剂、氧化剂、助熔剂和分散剂六类功能组分进行系统复配，各组分在炉窑高温区通过中和、催化、晶化、氧化、助熔、成孔及防腐的链式协同作用，同时实现抑制新焦生成、清除已有结焦、脱硫固硫、助燃节能及受热面防腐保护五大功能。

25、2.通过成核剂诱导灰渣玻璃体反玻璃化，结合助熔剂形成的低熔点玻璃相产生热膨胀系数差异，使坚硬结焦层内部产生大量微裂纹并逐步扩展，最终使结焦层疏松多孔、自行脱落。

26、3.碱性物与烟气中硫酸、三氧化硫中和生成高熔点硫酸盐，稀土氧化物提高灰渣熔融温度，分散剂与碱性物协同在受热面形成致密保护膜，从源头上阻止灰渣粘附。

27、 4.氧化剂分解释放新生态氧，强化燃料燃烧，尤其促使细碳粒及碳化物燃尽；稀土氧化物催化氧化反应，增加挥发分析出量。

28、 5.稀土氧化物与碱性物协同捕获烟气中的so2、so3，将其转化为稳定的硫酸盐固定在炉渣或飞灰中，降低大气污染，符合环保要求。

29、 6.分散剂（如白炭黑）与碱性物在高温下反应生成硅酸钠类保护膜，有效阻隔硫酸、硫酸盐对金属的腐蚀。腐蚀速率降低90%以上，水冷壁、过热器等关键部件使用寿命延长2倍以上。

30、 7.制备方法采用预研磨、高速混合、过筛、真空干燥、气流粉碎等步骤，工艺成熟、操作简单，流动性和分散性优良，便于储存和使用。

31、 8.本发明不仅能降低燃料消耗和除焦劳动强度，还能减少设备腐蚀维修成本、延长检修周期，同时降低烟气污染物排放，综合经济效益突出，对推动节能降耗和清洁生产具有重要意义。