CN107163992B - 一种改善煤灰熔渣黏温特性的助剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种改善煤灰熔渣黏温特性的助剂是煤矸石，其组成和含量按质量百分比为SiO266.91～74.35%，Al2O318.09～21.53%,Fe2O3≤1.50%,CaO≤0.50%,MgO≤1.20%,SO3≤0.5%,K2O≤3%煤矸石。将助剂破碎研磨到小于0.18mm，以煤为基准，按3.09～5.26wt%比例加入新疆伊北煤田煤中，混合均匀后做为粉煤气化炉原料煤。本发明具有可以有效地改善新疆伊北煤田煤灰渣的黏温特性，使其满足干粉煤气化液态排渣的要求，不仅拓宽了该地区煤的使用范围，而且以煤矸石为原料，价格低廉，实现了资源的合理利用。

Description

一种改善煤灰熔渣黏温特性的助剂及其应用
技术领域
本发明属于一种改善煤灰熔渣黏温特性的助剂及其应用。
背景技术
煤气化技术是现代煤化工发展的基础，是实现煤炭资源清洁高效利用的可行途径。其中，气流床气化因其具有煤种适应范围广和碳转化率高等特点，近年来已成为气化技术发展的趋势。气流床气化依据进料方式有两种不同的类型：水煤浆气化和干粉煤气化，水煤浆气化考虑到高温下水蒸气的的损失及对耐火砖的腐蚀，操作温度不宜过高，通常控制在1350℃左右。而干粉煤气化因其采用“以渣抗渣”的水冷壁技术，炉壁衬里形成适宜厚度的渣层可以抵抗熔融灰渣的腐蚀，操作温度通常控制在1300～1600℃.
干粉煤气化高温下煤灰渣以液态的形式由气化炉底部排出，液态排渣是否顺畅是决定气化炉长周期稳定运行的关键因素。采用液态排渣，在运行过程中需预防因液态灰渣流动不畅，而产生的堵渣问题，煤灰渣的黏温特性决定了气流床气化炉操作的窗口温度、水冷壁适宜的挂渣厚度和排渣性能，对确保气化炉正常稳定运行具有十分重要的意义。以壳牌气化炉为例，煤灰的高温黏度需控制在2.5～25Pa·s，黏度过低煤灰渣不能顺利挂渣，黏度过高容易堵渣。
我国煤储量丰富且性质差异较大，仅少数煤适用于液态排渣气化炉，多数原料煤无法直接满足液态排渣的要求，需要通过配煤或加助剂的方式调控，为了更合理、经济地将我国的煤炭资源用于液态排渣气化炉，掌握煤灰黏温特性的调控方法已迫在眉睫。有些地区的煤由于煤灰中碱性组分较少，导致灰黏度偏高易堵渣，大量研究证实，可以通过加入钙基、铁基、镁基、钠基等单组分助熔剂，或多组分复合助熔剂，如石灰石、伊利石等矿物或分析纯化学物质，改善煤灰黏温特性。新疆伊北煤田的煤由于其灰化学组成中硅铝含量低钙铁镁硫含量高，高温下灰黏度较低，随温度的改变黏度变化敏感，易引起堵渣且对耐火材料的侵蚀严重，成为困扰该地区煤应用的难题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种改善粉煤气化煤灰熔渣黏温特性的助剂，可以有效改善新疆伊北煤田煤灰渣黏温特性，使其达到液态排渣的要求。
为达到上述目的，本方案采用的技术方案如下：
一种改善煤灰渣黏温特性的助剂，其特征在于助剂是煤矸石，其组成和含量按质量百分比为SiO2 66.91～74.35％，Al2O3 18.09～21.53％,Fe2O3≤1.50％,CaO≤0.50％,MgO≤1.20％,SO3≤0.5％,K2O≤3％。
应用步骤为：将助剂破碎研磨到小于0.18mm，以煤为基准，按3.09～5.26wt％比例加入新疆伊北煤田煤中，混合均匀后做为粉煤气化炉原料煤。
伊北煤田煤灰低硅铝高钙铁镁的组成特点，加入钙基、铁基、镁基等单组分及多组分复合助剂，难以解决其液态排渣过程中的问题，而加入适量高硅铝、高硅铝比的煤矸石助剂，既解决了随温度改变灰渣黏度变化敏感的问题，同时灰渣类型由结晶渣变为玻璃体渣，拓宽了液态排渣温度范围，而且气化炉操作温度可选范围增大。
当助剂的添加比例小于3.09wt％，灰渣中硅铝含量低，高温下灰渣黏度低，液态排渣温度偏低，这与干粉煤气化操作温度高，通常控制在1300～1600℃要求不符。当助剂的添加比例大于5.26wt％，灰渣中硅铝含量高，高温下灰渣黏度高，灰渣类型有可能再次变为结晶渣，且加入量过大，易造成资源浪费及大量的热损失。添加比例控制在3.09～5.26wt％，灰渣中硅铝含量适宜，灰渣类型为玻璃渣，液态排渣温度范围宽且满足干粉煤气化操作温度要求。
本发明的优点在于：以煤矸石为助剂，通过添加3.09～5.26wt％(煤基)的助剂，可以明显改善新疆伊北煤灰渣的黏温特性，使其以液态形式顺利排出，以煤矸石为助剂既实现了资源的合理利用，又拓宽了液态排渣气化技术的煤种适用性。
附图说明
图1为实施例1，煤灰渣黏温特性曲线图。虚线为未添加助剂A煤灰渣黏温特性曲线，实线为添加助剂后A煤灰渣黏温特性曲线。
图2为实施例2及例3，煤灰渣黏温特性曲线图。虚线为未添加助剂B煤灰渣黏温特性曲线，实线1为例2添加3.09％助剂后B煤灰渣黏温特性曲线，实线2为例3添加5.26％助剂后B煤灰渣黏温特性曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式进一步阐述本发明，但不是对本发明的限制。
实施例1：将质量百分比含SiO2 74.35％，Al2O3 18.09％,Fe2O3 0.84％,CaO0.15％,MgO 1.20％,SO3 0.06％,K2O 2.21％的煤矸石助剂，按5.26wt％(煤基)的比例加入新疆伊北煤田煤A煤中，混合均匀，按照标准《GB/T 31424-2015煤灰黏度测定方法》，分别测定原煤与加助剂煤样的灰黏度。
图1所示结果可以看出，A煤中加入助剂，明显改善了高温下煤灰渣的黏温特性，高温下灰渣类型由结晶渣变为玻璃体渣，灰渣黏度2.5～25Pa·s对应的温度范围从1330～1412℃变为1310～1526℃，既拓宽排渣温度范围，同时解决了随温度改变灰渣黏度变化敏感，影响液态排渣稳定运行的难题。
实施例2：将质量百分比含SiO2 66.91％，Al2O3 21.53％,Fe2O31.50％,CaO0.50％,MgO 0.64％,SO3 0.50％,K2O 3.00％的煤矸石助剂，按3.09wt％(煤基)的比例加入新疆伊北煤田煤B煤中，混合均匀，按照标准《GB/T 31424-2015煤灰黏度测定方法》，分别测定原煤与加助剂煤样的灰黏度。结果表明，B煤中加入3.09％(煤基)助剂，明显改善了高温下煤灰渣的黏温特性，高温下灰渣类型由结晶渣变为玻璃体渣，黏度2.5～25Pa·s对应的温度为1244～1445℃。
实施例3：将质量百分比含SiO2 66.91％，Al2O3 21.53％,Fe2O31.50％,CaO0.50％,MgO 0.64％,SO3 0.50％,K2O 3.00％的煤矸石助剂，按5.26wt％(煤基)的比例加入新疆伊北煤田煤B煤中，混合均匀，按照标准《GB/T 31424-2015煤灰黏度测定方法》，测定加助剂煤样的灰黏度。结果表明，B煤中加入5.26％(煤基)助剂，高温下灰渣类型为玻璃体渣，黏度2.5～25Pa·s对应的温度为1343～>1569℃。
图2所示结果可以看出，B煤中分别加入3.09％及5.26％的助剂，明显改善了高温下煤灰渣的黏温特性，高温下灰渣类型由结晶渣变为玻璃体渣，随着添加比例的增大，高温下煤灰渣黏度增大。考虑到干粉煤气流床气化炉操作温度通常控制在1300～1600℃，故助剂添加比例控制在3.09～5.26％范围内，不宜过高或过低。
本发明所采用的新疆伊北煤田A、B煤灰组成(wt％)见表1.
表1 新疆伊北煤田A、B煤灰组成(wt％)

Claims (2)

1.一种改善煤灰熔渣黏温特性的助剂，其特征在于助剂是煤矸石；所述助剂用于干粉气流床气化过程；所述煤矸石的组成和含量按质量百分比为SiO2 66.91～74.35%，Al2O318.09～21.53%，Fe2O3 ≤1.50%，CaO ≤0.50%，MgO ≤1.20%，SO3 ≤0.5%，K2O ≤3%；所述煤为新疆伊北煤田煤。
2.如权利要求1所述的一种改善煤灰熔渣黏温特性的助剂的应用，其特征在于包括如下步骤：将助剂破碎研磨到小于0.18mm，以煤为基准，按3.09～5.26wt%比例加入新疆伊北煤田煤中，混合均匀后做为干粉气流床煤气化炉的原料煤。
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