煤化工煤灰熔融性对气化用煤的影响王艳柳,张晓慧(西北化工研究院,陕西西安710600)摘要:以实验室所评价的气化用煤样为依据,采用添加不同助熔剂或添加不同灰融熔性的煤以改变煤灰熔融性,讨论了煤灰融熔性对液态排渣气化用煤的影响。
结果表明,添加助熔剂或添加不同灰融熔性的煤可以改变煤灰熔融性,同时应根据实验确定助熔剂的种类及添加量、掺配煤种及掺配比例。
关键词:煤灰熔融性;助熔剂;配煤;气化用煤中图分类号:TQ53319文献标识码:B文章编号:1007-7677(2009)04-0055-04Effect of ash fusibility on gasifying coalWANG Yan-liu,ZH ANG Xiao-hui(T he N or thw e st Resear ch I nstitu te of Chemical E ngineer in g,X i'a n710600,China)Abstract:The influence of coal ash fusibility to slag-tap gasifier was discussed based on the experiment of flux adding and coal blending with different ash fusibilit y on the basis of laboratory gasifying c oa l.The results showed that ash fusibilit y could be c hanged by adding flux or blending coal with different ash fusibility.The species and addition of a flux or that of a mixed coal should be determined based on test results.Key words:ash fusibility;flux;coal blending;gasifying coal0前言煤灰熔融性是评价工业用煤的重要指标之一,主要用于锅炉和气化炉的设计、选型,并指导实际操作。
一般认为,煤灰的变形温度与气化炉及锅炉轻微结渣和其受热面轻微积灰的温度相对应;软化温度与气化炉及锅炉内大量结渣和大量积灰的温度相对应;而流动温度则与炉中灰渣呈液态流动或从受热面滴下和在炉栅上严重结渣的温度相对应。
在4个特征温度中,软化温度应用较广,一般都是根据转化温度来选择合适的燃烧或气化设备,或根据燃烧和气化设备类型来选择合适原料煤。
液态排渣的气化炉,其操作温度高于原料煤的流动温度。
较先进的Shell气化炉的操作温度为1400e~1600e左右,Texeco气化炉操作温度在1300e~1400e以上,多元料浆气化炉的操作温度为1300e~1400e。
该文通过以实验室所评价的气化煤样为依据,讨论煤灰融熔性对液态排渣气化用煤的选择。
1煤灰熔融性的测定煤灰熔融性是在规定条件下得到的随加热温度而变的煤灰变形、软化、半球和流动等特征物理状态[1]。
开始变形的温度称为变形温度(DT)。
进而软化、半球和流动,故称软化温度(ST)、半球温度(HT)和流动温度(FT)。
煤灰软化温度实际上是开始熔融的温度,故习惯称其为灰熔融性(ST)。
煤灰熔融性的测定按照GB/T219标准,在弱还原性气氛下测定。
2煤灰熔融性和灰成分的关系煤灰熔融性与煤灰成分有着相密的关系,国内外诸多学者[2~6]做了大量的研究工作,因煤灰成分复杂性,且各组分含量变化较大,因而煤灰熔融性与灰成分之间的关系也比较复杂。
众所周知,煤灰熔融性主要取决于煤灰成分及其气氛性质。
煤灰是煤中矿物质在较高温度下灼烧后的产物。
煤中矿物组分极为复杂,主要有硅、铝、钛、铁、钙、镁、钾、钠等的硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和硫化物及高岭土、石英等,经高温灼烧后大部分被氧化或分解,分解产物的含量和性质决定了煤灰的熔融性。
通常煤灰成分以氧化物的形态表示,按其含量的高低依此为:SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、T iO2以及SO355等9种成分;按其对煤灰熔融性的作用,前4种为主要成分,对熔融性起决定作用;其它几种由于含量较低,对熔融性影响较小,但当含量较高时也会产生很大影响;按其自身特性,SiO2和Al2O32种属于酸性氧化物,其熔融温度都很高,亦称难熔氧化物,主要起增高煤灰熔融性的作用。
Al2O3本身熔融性很高(2050e),煤灰的熔融温度随Al2O3含量增加而有规律的增高,当其含量超过40%时,煤灰的软化温度一般都超过1500e;大于30%时,ST也多在1300e以上。
氧化硅在煤灰熔融时有/助熔0作用,特别是煤灰中碱性组分含量较高时,助熔作用更明显。
但二氧化硅含量和灰熔融温度的关系不太明显[2],一般说来,二氧化硅含量大于60%的灰熔融温度就会明显增高。
Ca、Mg、Fe、K、Na的氧化物属于碱性氧化物,其熔融温度一般较低,亦称易熔氧化物,一般起降低灰熔融温度作用。
其中Fe2O3的影响较复杂,随灰渣所处的气氛性质不同有不同的影响,但总的趋势是降低灰熔融温度。
CaO和MgO也有明显降低灰熔融温度的作用,且有利于形成短渣,但其含量超过一定值时(大约35%),却可以提高灰熔融温度。
Na2O和K2O能促进熔融温度很低的共熔体的形成,从而降低灰熔融温度。
影响煤灰熔融温度的另一个主要因素是试验气氛,还原性气氛中煤灰熔融温度比氧化性气氛中熔融温度低,煤灰中铁含量越高,气氛对灰熔融性的影响越大。
因为气化炉中,一般都是CO、H2、CH4、CO2和O2为主的弱还原性气氛,所以煤灰熔融性的测定气氛选用弱还原性气氛。
3实验实验煤样可供选择的余地较大,可包括烟煤、无烟煤、褐煤等。
灰熔融性范围较大,为了使那些特高或特低的煤种能适用于先进的液态排渣的气化技术,使其灰熔融性适合气化工艺条件,该实验室对高灰融熔性的煤在实验室进行添加助熔剂的实验,对低灰融熔性的煤利用配煤的方法进行实验。
选取22个试验煤样,煤灰成分的分析按GB/T1574标准进行,其数据见表1;添加助熔剂实验结果见表2、表3;配煤实验结果见表4。
表1煤灰成分及灰熔融性煤灰样号煤灰成分/%煤灰熔融性/eSiO2A l2O3Fe2O3CaO MgO SO3TiO2DT ST FT015116334110219531871139217411251430>1500024919438168116431530130311011641450>1500034916843140213511400116018111381480>150004481834117851460195010401771128>1500054415326198121917133013051830178126013401390 064016641192318761380122511611101400>1500074711339121219941170132218611581410>150008631212014241505106019221400196121012901400 0917154716817152331745107151220119129013801410 1011131814412176371916120201900140137014101440 112519891091013041167110781290165133014201450 1232188131591413318122412791560177105010701110 134210844171218741930108218911501370>1500145019015170816111115118981510192104010801280 154719320101513916164110551150192108011401210 164711140164519121330122112511811410>1500174116117175515924105210151790165104010801130 1820148915520158311213110111920179127013201350 1928179111911818725102211991580186106010901110 2036146141441713618186118171710179104010801110 2135108211951114517139219661501142109011901240 22481442410511100418711813177218011401300136056表2添加助熔剂(CaO)的实验结果煤灰样号加入CaO/%灰融熔温度/eDT ST FT0101430>1500) 25124012901360 30120012501310 35119012201250 401190122012600201450>1500) 25133013801450 30127013101380 35124012701310 401260128013300301480>1500) 30134013901410 40127013201360 45128013101330040>1500)) 35128013001340 40126012901320050126013401390 10131013801430 15126013401370 20117012401320 251140119012600601400>1500) 25129013301350 30128013201340 351270132013500701410>1500) 25130013401280 35124012801320080121012901400 10116012201340 15114012001300 20109011701240表3添加助熔剂(SiO2)的实验结果煤灰样号加入SiO2/%灰融熔温度/eDT ST FT090129013801410 5126013401350 10119012301260100137014101440 513001420>1500 10131013901470110133014201450 5120012801340 10118012001220 15114011701220180127013201350 5114012201240表4配煤实验结果配煤灰融熔温度/e灰样号配比DT ST FT01)1430>1500)12)10501070111001与12配比7B31310139014606B41250131013605B51210126013204B61170124013103B711501200126013)1370>1500)14)10401080128013与14配比5B51220141014803B711801240130013)1370>1500)15)10801140121013与15配比6B413201480>15005B513001440>15003B712601330137016)1410>1500)17)10401080113016与17配比7B313601470>15005B51260131013404B612801320136021)10901190124022)11401300136021与22配比5B51150121012904B61160123013204结果与讨论411助熔剂对煤灰融熔温度的影响从表1来看,SiO2、Al2O3、Fe2O3以及CaO是构成煤灰的主要成分,其他氧化物则含量较少。