摘要：我國(guó)火電廠在全類型電力行業(yè)中仍然占據(jù)著主導(dǎo)地位，燃煤添加劑的使用可以達(dá)到改善煤炭燃燒特性、提高燃燒效率和降低企業(yè)運(yùn)行成本的效果。本文將從添加劑的作用原理、常用的添加劑和替代性更強(qiáng)的鈣鎂添加劑進(jìn)行分析。

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，火力發(fā)電行業(yè)在2017年新增產(chǎn)能出現(xiàn)大幅下滑，但在全部類型的發(fā)電中，火力發(fā)電仍然占據(jù)著主導(dǎo)地位，而且在2017年火力發(fā)電行業(yè)的技術(shù)投入比率為0.7，打破了十多年來(lái)的穩(wěn)定態(tài)勢(shì)，究其原因還是火電產(chǎn)業(yè)正向高效清潔的方向轉(zhuǎn)型發(fā)展，具體的發(fā)展方向還是燃燒低能級(jí)劣質(zhì)煤面臨的燃燒技術(shù)落后、燃燒不充分和效率低等問(wèn)題。近年來(lái)，在不改變?nèi)济涸O(shè)備的情況下，根據(jù)燃燒機(jī)理加入少量添加劑，可以達(dá)到改善煤炭燃燒特性、節(jié)約能源和減少污染物排放的目的。

燃煤添加劑的作用原理和分類

燃煤添加劑主要由氧化劑、催化劑、脫硫劑、膨松劑構(gòu)成。氧化劑主要為燃燒過(guò)程提供活性氧，進(jìn)而促進(jìn)煤炭中可燃成分的燃燒，如高錳酸鉀、氯酸鉀和高氯酸鉀等，這些化合物可以在爐膛燃燒溫度下分解產(chǎn)生氧氣；催化劑主要作用是縮短反應(yīng)到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)間，如含錳化合物、含鐵化合物和含鋁化合物、同時(shí)也包含部分鹽類，其中含鐵化合物的存在可以降低煤炭的著火點(diǎn)和化學(xué)反應(yīng)的活化能，進(jìn)而提高煤炭的燃燒速率；膨松劑主要使?fàn)t膛高溫區(qū)產(chǎn)生微爆，促使覆蓋在煤炭表面的灰渣被動(dòng)脫落，加大煤炭和空氣的接觸溫度，常見(jiàn)的膨松劑如工業(yè)食鹽氯化鈉；固硫劑主要作用是將煤炭燃燒過(guò)程產(chǎn)生的SO₂以固體的形式固定下來(lái)，減少空氣中SO₂的排放，常用的有鈣基、鎂基、鋇基和納米材料固硫劑等。

火電廠中常用的燃煤添加劑

目前火電廠中應(yīng)用較多的添加劑主要為高嶺土、硅藻土和活性礬土等。

高嶺土是一種常見(jiàn)的粘土礦物，主要成分為硅鋁酸鹽。應(yīng)用特點(diǎn)：當(dāng)燃燒環(huán)境中存在鈉鹽的時(shí)候，高嶺土不僅可以直接與鈉鹽反應(yīng)，同時(shí)高嶺土高溫自身分解產(chǎn)生的氧化硅和氧化鋁也可與鈉鹽反應(yīng)，過(guò)程中可生成高熔點(diǎn)的霞石（熔點(diǎn)：1254℃）和鈉長(zhǎng)石（熔點(diǎn)：1118℃），提高了灰熔點(diǎn)，改善了結(jié)渣性；存在的問(wèn)題：（1）成本高。每噸高嶺土的價(jià)格超高350元，增加電廠的運(yùn)行成本；（2）熄火現(xiàn)象常發(fā)生。高嶺土的使用會(huì)吸收部分爐膛內(nèi)的熱量，使得爐膛內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)熄火的現(xiàn)象；（3）提高灰熔點(diǎn)的效果不達(dá)預(yù)期。霞石是一種易熔的架狀硅酸鹽礦物，在爐膛中的燃燒環(huán)境下容易發(fā)生熔融，與其他礦物成分行成低溫共熔體，對(duì)煤灰灰熔點(diǎn)的提升不高。

硅藻土的主要成分為SiO₂。應(yīng)用特點(diǎn)：硅藻土可以和鈉鹽反應(yīng)生成硅酸鈉（熔點(diǎn)為1089℃），可適當(dāng)減輕熔融態(tài)灰渣造成的沾污現(xiàn)象，可發(fā)生反應(yīng)較少，提高灰熔點(diǎn)的效果優(yōu)于高嶺土；存在的問(wèn)題：（1）成本高。國(guó)內(nèi)的硅藻土分布較集中，儲(chǔ)量有限，使用成本較高；（2）硅酸鈉的熔點(diǎn)為1089℃，對(duì)煤灰熔點(diǎn)的提升有限。

活性礬土主要成分為Al₂O₃。應(yīng)用特點(diǎn)：活性礬土和鈉鹽反應(yīng)產(chǎn)生偏鋁酸鈉（熔點(diǎn)為1650℃），可適當(dāng)減輕熔融態(tài)灰渣造成的沾污現(xiàn)象。存在問(wèn)題：（1）反應(yīng)平衡常數(shù)小，不利于生成大量的偏鋁酸鈉，對(duì)煤灰灰熔點(diǎn)的提高有限；（2）成本高；（3）礬土不純，常含有少量的氧化鐵，可催化煙氣中二氧化硫生成三氧化硫。

火電廠中鈣鎂添加劑的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

鈣鎂添加劑為電石渣和含鎂廢渣組成的混合物，其中電石渣中氫氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比超過(guò)85%，含鎂廢渣中氧化鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)60%。應(yīng)用特點(diǎn)：（1）當(dāng)電石渣中的氧化鈣和煤灰中氧化鈉的質(zhì)量比在8~10的范圍內(nèi)，并且含鎂廢渣中氧化鎂和煤灰中氧化鈉的質(zhì)量比在4~6的范圍內(nèi)，可以將煤灰的熔融點(diǎn)提高100-150℃，同時(shí)能避免爐膛中結(jié)大塊渣；（2）電石渣中含有碳化鈣，可分解產(chǎn)生乙炔氣體，起到助燃的效果，避免爐膛熄火事故；（3）電石渣中氧化鈣的存在可抑制液相物質(zhì)的生成，形成的灰渣的強(qiáng)度小，可通過(guò)簡(jiǎn)單的吹灰形式除去，同時(shí)兼具固硫效果；（4）成本低。電石渣和含鎂廢渣均為工業(yè)廢料，成本遠(yuǎn)低于高嶺土、硅藻土和礬土。

結(jié)語(yǔ)

由電石渣和含鎂廢渣組成的鈣鎂添加劑，選用合適的配比可顯著提高煤灰熔融點(diǎn)，并且可以降低火電廠的運(yùn)行成本，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)非常大。在我國(guó)火電仍然占據(jù)主導(dǎo)地位的時(shí)期，添加劑的應(yīng)用空間非常大，鈣鎂添加劑的使用將越來(lái)越廣。