CN109679705A

CN109679705A - 一种改善煤灰熔融性的复合助熔剂

Info

Publication number: CN109679705A
Application number: CN201910046594.2A
Authority: CN
Inventors: 周志刚
Original assignee: Pingquan Tengchen Nonmetallic Mineral Products Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shanxi Qiwang mineral products Co.,Ltd.
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2019-04-26
Anticipated expiration: 2039-01-18
Also published as: CN109679705B

Abstract

本发明公开了一种改善煤灰熔融性复合助熔剂，属于改善煤灰熔融性的技术领域，可解决现有改善煤灰熔融性的方法成本高，降低灰熔点的同时，无法对煤灰粘温特性进行调整等问题，助熔剂原料包括石灰石、铁矿石及硅砂等易得工业原料，硅砂主要用于调整目标煤种的硅铝比，添加比例根据目标煤种灰成分确定，添加量为占原煤质量的4％～6％。本发明有效地改善了煤灰的熔融性，既可以保证混合均匀度的要求，又可以满足环保和稳定生产的需要。

Description

一种改善煤灰熔融性的复合助熔剂

技术领域

本发明涉及改善煤灰熔融性技术领域，尤其涉及一种改善煤灰熔融性的复合助熔剂。

背景技术

随着国内包括航天炉、晋华炉等炉型的成熟和快速推广应用，带动了煤气化研发方向和市场逐渐被大型加压气流床煤气化气化炉主导，液态排渣气化炉推广应用，在一定意义上限制了高灰熔点煤的使用。

由于目前国内运行的气化炉大部分均采用的是液态排渣的方式，灰熔点以及粘温特性对于气化炉的排渣过程至关重要，炉内的温度过高则伴随着煤灰的粘度降低，煤灰无法附着在气化炉的炉壁，无法有效的保护气化炉。炉内的温度太低，则煤灰粘度太大，煤灰容易黏结在炉壁上甚至堵塞排渣口，影响气化炉正常排渣严重还需要停炉清理影响工艺进程，制约生产的高负荷运行。

为满足灰熔点高煤(灰的流动温度＞1580℃，超过了传统灰熔点测试仪的测量范围)液态排渣，气化炉一般操作温度高于灰熔点50～100℃，主要会产生以下问题：1、煤炭热解气化在950℃以上，控制高于1400℃，这个温度空间需要消耗大量的能量来实现，降低气化炉操作温度，是降低煤气化系统消耗的有效途径；2、高温区操作稳定性更差，安全性更低；3、粘温特性差会造成煤灰呈流动态的温度区间窄，可供工艺操作控制的范围小，气化炉操作难度大，稳定性差，极易造成结渣或炉渣挂壁不好引起的气化炉停炉事故发生。

行业内普遍采用以下几种方式降低原料煤灰熔点：①添加石灰石；②配入煤灰熔融性较好的煤种进行配煤气化；③添加钠盐；④添加镁盐或者硼砂等。但在生产实践中存在较多问题，如配煤造成挂渣不稳定问题；钠盐在灰水***溶解造成的腐蚀性问题；镁盐的效果不明显造成灰份偏高问题。添加钙系助熔剂会出现成灰熔点“极点”现象等。

因此，提供一种操作简单、不易结渣的助熔剂，能够调节煤灰的酸碱比降低煤灰熔点是本领域需要解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种改善煤灰熔融性的复合助熔剂。

根据本发明的一个方面，提供一种改善煤灰熔融性的复合助熔剂，包括以下组分：

其中，复合助熔剂中硅元素与铝元素的比例为1:1～3:1。

可选择地，包括以下组分：

可选择地，复合助熔剂为颗粒状，其中，粒径为3-10mm的部分大于85％，粒径小于3mm的部分小于10％。

可选择地，复合助熔剂的含水量小于5％。

根据本发明的另一个方面，提供一种改善煤灰熔融性的复合助熔剂的使用方法，向原煤中添加4％～6％的复合助熔剂，其中，CaCO₃的添加量为原煤质量的3％～3.5％，Fe₂O₃或Fe₃O₄的添加量为原煤质量的2.5％～3％。

可选择地，掺杂有复合助熔剂的煤燃烧的煤灰中酸性氧化物组分含量为 60％-80％，碱性氧化物组分含量为20％-30％，酸碱比为2-5.5:1。

可选择地，掺杂有复合助熔剂的煤燃烧的煤灰中酸性氧化物组分含量为 65％-75％，碱性氧化物组分含量为22％-25％，酸碱比为3-5:1。

其中，灰熔点和粘温特性作为煤灰气化的重要指标，灰熔点是煤灰达到熔融时的温度，一般分软化、熔融、流动几个温度点，其中流动温越低对煤灰气化效果越好。只有煤灰的熔点低，且煤灰达到熔点时的粘度也低，容易流动，煤灰才容易气化，易于气化炉排渣。粘温特性是指煤的灰分在不同温度下熔融时，液态灰所表现的流动性。

本发明的改善煤灰熔融性的复合助熔剂包括15％～35％Fe₂O₃或Fe₃O₄、 5％～55％CaCO₃、8％～18％SiO₂、≤4％Al₂O₃。

优选地，改善煤灰熔融性的复合助熔剂包括15％～25％Fe₂O₃或Fe₃O₄、 45％～55％CaCO₃、8％～15％SiO₂、≤2％Al₂O₃。

其中，CaCO₃作为本发明的复合助熔剂的重要组分之一，钙系助熔剂存在一个“极点”，当助熔剂添加到一定比例时，灰熔点不再降低反而出现上升情况。本发明的复合助熔剂中CaCO₃的含量为35％～55％。优选地，本发明的复合助熔剂中CaCO₃的含量为45％～55％

SiO₂作为本发明的复合助熔剂的重要组分之一，硅成分是传统酸性成分，但在当目标煤灰成分中硅含量在45％～60％范围内时，硅能有效降低灰熔点，且明显改善煤灰粘温特性；根据不同原料煤灰成分硅含量情况，本发明的复合助熔剂中SiO₂的含量为8％～18％，优选地，本发明的复合助熔剂中SiO₂的含量为8％～15％。

Fe₂O₃或Fe₃O₄作为铁系助熔剂是本发明的复合助熔剂的重要组分之一，铁系助熔剂取材方便，与灰熔点降低成正相关，但是向煤灰中掺杂铁系助熔剂易出现铁单质析出影响排渣和挂壁的情况。因此，综合考虑灰熔点降低以及挂壁情况，本发明中的复合助熔剂中Fe₂O₃或Fe₃O₄的含量为15％～35％，本发明的复合助熔剂中Fe₂O₃或Fe₃O₄的含量为15％～25％。

Al₂O₃作为影响灰熔点调整负面元素，应该控制其含量，根据前期数据， Al₂O₃含量每增减1％，可以抵消约2～3％Fe₂O₃效应。根据经验估计，本发明要求Al₂O₃≤4％。

原煤燃烧的熔渣黏温特性主要取决于液态渣的黏度，而液态渣黏度又依赖于渣的组成，特别是SiO/Al₂O₃、CaO和FeO的含量，实际气化运用中，需添加助熔剂来改善煤灰的熔融特性及黏温特性以满足工业液态排渣气化炉运行要求。本发明通过添加二氧化硅调整硅铝比，添加铁和钙，提高碱性成分含量，最终使入炉原料煤的灰成分接近低灰熔点的煤的灰成分比例，实现降低灰熔点的目的。本发明的复合助熔剂的硅铝比为1:1～3:1。

本发明的复合助熔剂，使用时向原煤中添加4％-6％的复合助熔剂，本发明通过对目前国内使用量最高的前十种原煤进行实验，向不同组分含量的原煤中添加本发明的复合助熔剂，添加量为4％-6％时，降低不同原煤的煤灰熔点的综合效果最好，普适性更高。

作为本发明的一个优选示例，改善煤灰熔融性的复合助熔剂包括以下组分：

本发明的有益效果如下：

1、本发明的改善煤灰熔融性的复合助熔剂降低煤灰熔点效果明显，比常规助熔剂降低灰熔点约100℃以上。

2、本发明的改善煤灰熔融性的复合助熔剂有效改善了常规钙系助熔剂随着添加量增加灰熔点不降反升的“极点”现象出现。

3、本发明的复合助熔剂通过选择合理的硅铝比有效改善了煤灰粘温特性，优化了气化炉工艺操作空间，改善了煤燃烧的挂壁情况，防止煤灰结渣需要停炉清理等影响生产周期的状况发生。

4、本发明的复合助熔剂充分考虑了燃煤过程中稳定计量的问题，本发明的复合助熔剂粒度均匀，具有良好的流动性，可以保证小剂量定量控制的连续稳定、精确可靠。

5、发明的复合助熔剂添加到原煤中，使得入炉原料煤的灰成分接近低灰熔点的煤的灰成分比例，降低灰熔点、改善煤灰的黏温特性，从而提高气化炉运转的稳定性。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征向量可以相互任意组合。

一种改善煤灰熔融性的复合助熔剂，包括以下组分：Fe₂O₃或 Fe₃O₄15％～35％、CaCO₃35％～55％、SiO₂8％～18％、Al₂O₃≤4％。其中，复合助熔剂中硅元素与铝元素的比例为1:1～3:1，在此条件下，使得入炉原料煤的灰成分接近低灰熔点的煤的灰成分比例，实现降低灰熔点的目的，避免由于煤灰的粘温特性差，在渣从渣口向下流动过程中温度降低、黏度增大，导致挂渣、难以流动，挂渣导致气体偏流，使下降管结渣或烧穿，每次停炉后都不得不检修下降管的问题。

复合助熔剂为颗粒状，其中，粒径为3-10mm的部分大于85％，粒径小于3mm的部分小于10％。复合助熔剂的含水量小于5％。

改善煤灰熔融性的复合助熔剂的使用方法，向原煤中添加4％～6％的复合助熔剂，其中，CaCO₃的添加量为原煤质量的3％～3.5％，Fe₂O₃或Fe₃O₄的添加量为原煤质量的2.5％～3％。

掺杂有复合助熔剂的煤燃烧的煤灰中酸性氧化物组分含量为60％-80％，碱性氧化物组分含量为20％-30％，酸碱比为2-5.5:1。

掺杂有复合助熔剂的煤燃烧的煤灰中酸性氧化物组分含量为65％-75％，碱性氧化物组分含量为22％-25％，酸碱比为3-5:1。

下面列出煤灰熔融性的复合助熔剂的具体实施例，在本发明的实施例中，以石灰石、铁矿石及硅砂为原料。

实施例

表1示出了本发明改善煤灰熔融性的复合助熔剂中各组分具体含量的部分实施例。需要指出的是，本发明的煤灰熔融性的复合助熔剂各组分具体含量并不局限于表1中数据。

表1 复合助熔剂组分含量实施例

对比测试例

对实施例1-8的改善煤灰熔融性的复合助熔剂的性能进行了测试。同时针对现有技术中采用普通钙系助熔剂的煤燃烧的性能数据进行了对比，具体如表2所示。

表2改善煤灰熔融性的复合助熔剂的性能测试及对比的灰熔点结果

由表2可以看出，添加了本发明的助熔剂的煤灰熔点比现有技术中添加普通钙系助熔剂明显降低。单纯使用钙系助熔剂，原料煤流动温度均值为 1387℃，使用本发明的助熔剂，原料煤流动温度均值可以有效控制在1308℃，使用本发明的助熔剂过程中没有发生过因工艺停炉事故。

由表2可以看出，本发明的助熔剂中SiO₂最佳范围为9.60％～17.72％； Fe₂O₃最佳范围为16.91％～20.77％；CaCO₃最佳范围为38.00％～51.25％。考虑所有煤种的局限性，助熔剂的最佳成分配比为：SiO₂最佳范围为 8.00％～18.00％；Fe₂O₃最佳范围为15.00％～25.00％；CaCO₃最佳范围为 35.00％～55.00％。

综上，本发明所涉及的改善煤灰熔融性的复合助熔剂，通过调整包含的组分以及配比，选择合适的硅铝比，降低煤燃烧的煤灰的酸碱比，使得煤灰的粘温特性的有效改善，气化炉稳定运行天数延长。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种改善煤灰熔融性的复合助熔剂，其特征在于，包括以下组分：

其中，复合助熔剂中硅元素与铝元素的比例为1:1～3:1。

2.如权利要求1所述的改善煤灰熔融性的复合助熔剂，其特征在于，包括以下组分：

3.如权利要求1所述的改善煤灰熔融性的复合助熔剂，其特征在于，包括以下组分：

4.如权利要求1所述的改善煤灰熔融性的复合助熔剂，其特征在于，所述复合助熔剂为颗粒状，其中，粒径为3-10mm的部分大于85％，粒径小于3mm的部分小于10％。

5.如权利要求4所述的改善煤灰熔融性的复合助熔剂，其特征在于，所述复合助熔剂的含水量小于5％。

6.一种如权利要求1所述的改善煤灰熔融性的复合助熔剂的使用方法，其特征在于，向原煤中添加4％～6％的所述复合助熔剂，其中，CaCO₃的添加量为原煤质量的3％～3.5％，Fe₂O₃或Fe₃O₄的添加量为原煤质量的2.5％～3％。

7.如权利要求6所述的改善煤灰熔融性的复合助熔剂的使用方法，其特征在于，掺杂有所述复合助熔剂的煤燃烧的煤灰中酸性氧化物组分含量为60％-80％，碱性氧化物组分含量为20％-30％，酸碱比为2-5.5:1。

8.如权利要求7所述的改善煤灰熔融性的复合助熔剂的使用方法，其特征在于，掺杂有所述复合助熔剂的煤燃烧的煤灰中酸性氧化物组分含量为65％-75％，碱性氧化物组分含量为22％-25％，酸碱比为3-5:1。