在火电厂中钙镁添加剂的替代优势巨大

摘要：我国火电厂在全类型电力行业中仍然占据着主导地位，燃煤添加剂的使用可以达到改善煤炭燃烧特性、提高燃烧效率和降低企业运行成本的效果。本文将从添加剂的作用原理、常用的添加剂和替代性更强的钙镁添加剂进行分析。

据国家统计局数据，火力发电行业在2017年新增产能出现大幅下滑，但在全部类型的发电中，火力发电仍然占据着主导地位，而且在2017年火力发电行业的技术投入比率为0.7，打破了十多年来的稳定态势，究其原因还是火电产业正向高效清洁的方向转型发展，具体的发展方向还是燃烧低能级劣质煤面临的燃烧技术落后、燃烧不充分和效率低等问题。近年来，在不改变燃煤设备的情况下，根据燃烧机理加入少量添加剂，可以达到改善煤炭燃烧特性、节约能源和减少污染物排放的目的。

燃煤添加剂的作用原理和分类

燃煤添加剂主要由氧化剂、催化剂、脱硫剂、膨松剂构成。氧化剂主要为燃烧过程提供活性氧，进而促进煤炭中可燃成分的燃烧，如高锰酸钾、氯酸钾和高氯酸钾等，这些化合物可以在炉膛燃烧温度下分解产生氧气；催化剂主要作用是缩短反应到达终点的时间，如含锰化合物、含铁化合物和含铝化合物、同时也包含部分盐类，其中含铁化合物的存在可以降低煤炭的着火点和化学反应的活化能，进而提高煤炭的燃烧速率；膨松剂主要使炉膛高温区产生微爆，促使覆盖在煤炭表面的灰渣被动脱落，加大煤炭和空气的接触温度，常见的膨松剂如工业食盐氯化钠；固硫剂主要作用是将煤炭燃烧过程产生的SO₂以固体的形式固定下来，减少空气中SO₂的排放，常用的有钙基、镁基、钡基和纳米材料固硫剂等。

火电厂中常用的燃煤添加剂

目前火电厂中应用较多的添加剂主要为高岭土、硅藻土和活性矾土等。

高岭土是一种常见的粘土矿物，主要成分为硅铝酸盐。应用特点：当燃烧环境中存在钠盐的时候，高岭土不仅可以直接与钠盐反应，同时高岭土高温自身分解产生的氧化硅和氧化铝也可与钠盐反应，过程中可生成高熔点的霞石（熔点：1254℃）和钠长石（熔点：1118℃），提高了灰熔点，改善了结渣性；存在的问题：（1）成本高。每吨高岭土的价格超高350元，增加电厂的运行成本；（2）熄火现象常发生。高岭土的使用会吸收部分炉膛内的热量，使得炉膛内经常出现熄火的现象；（3）提高灰熔点的效果不达预期。霞石是一种易熔的架状硅酸盐矿物，在炉膛中的燃烧环境下容易发生熔融，与其他矿物成分行成低温共熔体，对煤灰灰熔点的提升不高。

硅藻土的主要成分为SiO₂。应用特点：硅藻土可以和钠盐反应生成硅酸钠（熔点为1089℃），可适当减轻熔融态灰渣造成的沾污现象，可发生反应较少，提高灰熔点的效果优于高岭土；存在的问题：（1）成本高。国内的硅藻土分布较集中，储量有限，使用成本较高；（2）硅酸钠的熔点为1089℃，对煤灰熔点的提升有限。

活性矾土主要成分为Al₂O₃。应用特点：活性矾土和钠盐反应产生偏铝酸钠（熔点为1650℃），可适当减轻熔融态灰渣造成的沾污现象。存在问题：（1）反应平衡常数小，不利于生成大量的偏铝酸钠，对煤灰灰熔点的提高有限；（2）成本高；（3）矾土不纯，常含有少量的氧化铁，可催化烟气中二氧化硫生成三氧化硫。

火电厂中钙镁添加剂的应用优势

钙镁添加剂为电石渣和含镁废渣组成的混合物，其中电石渣中氢氧化钙的质量分数占比超过85%，含镁废渣中氧化镁的质量分数超过60%。应用特点：（1）当电石渣中的氧化钙和煤灰中氧化钠的质量比在8~10的范围内，并且含镁废渣中氧化镁和煤灰中氧化钠的质量比在4~6的范围内，可以将煤灰的熔融点提高100-150℃，同时能避免炉膛中结大块渣；（2）电石渣中含有碳化钙，可分解产生乙炔气体，起到助燃的效果，避免炉膛熄火事故；（3）电石渣中氧化钙的存在可抑制液相物质的生成，形成的灰渣的强度小，可通过简单的吹灰形式除去，同时兼具固硫效果；（4）成本低。电石渣和含镁废渣均为工业废料，成本远低于高岭土、硅藻土和矾土。

结语

由电石渣和含镁废渣组成的钙镁添加剂，选用合适的配比可显著提高煤灰熔融点，并且可以降低火电厂的运行成本，竞争优势非常大。在我国火电仍然占据主导地位的时期，添加剂的应用空间非常大，钙镁添加剂的使用将越来越广。