一種降低煤灰熔融溫度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤能源清潔利用領(lǐng)域，特別涉及一種降低煤灰熔融溫度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是富煤、缺油、少氣。能源結(jié)構(gòu)決定了發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)的地 位，其中煤氣化是煤炭清潔高效利用的核心技術(shù)。
[0003] 目前已工業(yè)化的1000t/d以上的煤氣化技術(shù)主要采用氣流床技術(shù)，氣流床的特點(diǎn) 決定了其有提高溫度、增加壓力強(qiáng)化混合的最大潛力。而氣流床氣化爐的排渣方式均采用 "液態(tài)排渣"，即操作溫度一般高于所燒煤種的灰熔點(diǎn)，使灰渣處于熔融狀態(tài)，以便灰渣呈液 態(tài)形式排出氣化爐。操作溫度高于煤灰熔點(diǎn)時(shí)，水冷壁上熔渣較為光滑，孔隙率較低，覆蓋 面積更大，掛渣效果好。與固態(tài)排渣法相比，液態(tài)排渣氣化有許多優(yōu)點(diǎn):氣化強(qiáng)度高;生產(chǎn)能 力大;碳轉(zhuǎn)化率和氣化效率高;粗煤氣中有效氣組分高。但在實(shí)際操作過程中會經(jīng)常遇到爐 壁襯受高溫液態(tài)煤灰渣侵蝕和液態(tài)煤灰渣流動不暢而產(chǎn)生的堵渣問題。
[0004] 在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，判別某一煤種是否適用于氣流床氣化技術(shù)，通常采用煤灰的 流動溫度(FT)作為判別依據(jù)?？紤]到氣化爐耐火材料、測溫元件的壽命及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，氣 化爐內(nèi)的操作溫度不宜控制過高，對于采用耐火襯里(熱壁式)的氣流床氣化爐一般要求煤 灰渣的流動溫度(FT)小于1350°C，而對于水冷壁襯里(冷壁式)的氣流床氣化爐一般要求煤 灰渣的流動溫度(FT)小于1400°C。因此限制了灰熔點(diǎn)較高的煤種在氣流床氣化技術(shù)中的應(yīng) 用。
[0005] 專利文獻(xiàn)CN 1970698 A公開了一種用于降低煤灰熔點(diǎn)的助熔劑，含有Ca⑶3、 Fe2〇3、MgC03三種組分。專利文獻(xiàn)CN 101580751 A公開了一種降低煤灰熔點(diǎn)的助熔劑，包括 按重量份計(jì)的30-60份的Si〇2和其它不同份量的0&0、？62〇3、18〇，或進(jìn)一步加入六12〇3、似2〇、 K2O等組分，經(jīng)過研磨、熔制和粉碎后作為降低煤灰熔點(diǎn)的助熔劑。這兩篇專利中公開的助 溶劑，不僅未說明其適合的煤種、也未說明其用量范圍，且其制作過程較為復(fù)雜;助溶劑的 用量范圍對煤灰熔融溫度的降低有著至關(guān)重要的作用，用量不足時(shí)達(dá)不到降低煤灰熔融溫 度的作用，用量過量時(shí)又會對煤灰的其他性能造成影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于降低煤灰熔融溫度的方法，通過該方法能夠針對 經(jīng)灰化所得煤灰中的酸性氧化物與堿性氧化物的質(zhì)量比大于6.5的煤種而選擇合適的助熔 劑，使原料煤的煤灰熔融溫度降低，從而使煤灰熔融溫度較高的煤種也能適用于液態(tài)排渣 的氣流床氣化技術(shù)。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明的降低煤灰熔融溫度的方法，包括向原料煤中添加助熔劑的步驟，其中，所 述原料煤灰化所得煤灰中的酸性氧化物與堿性氧化物的質(zhì)量比大于6.5;所述助熔劑的添 加量為使原料煤與助熔劑的混合物灰化所得煤灰中的酸性氧化物與堿性氧化物的質(zhì)量比 為1·5-4·5〇
[0009] 優(yōu)選地，所述助熔劑的添加量為使原料煤與助熔劑的混合物灰化所得煤灰中的酸 性氧化物與堿性氧化物的質(zhì)量比為1.51-3.55。
[0010] 優(yōu)選地，所述助熔劑的添加量為使原料煤與助熔劑的混合物灰化所得煤灰中的酸 性氧化物與堿性氧化物的質(zhì)量比為1.51-3.26
[0011] 優(yōu)選地，所述助熔劑的添加量為使原料煤與助熔劑的混合物灰化所得煤灰中的酸 性氧化物與堿性氧化物的質(zhì)量比為1.51-1.86。
[0012] 在本發(fā)明中，術(shù)語"酸性氧化物"和"堿性氧化物"均為本領(lǐng)域所熟知，具體地，煤灰 成分以氧化物的形態(tài)表示，通常含有5102^1 203』6203、030、]\%0、似20、1( 20和1^02等，其中本 發(fā)明中所述酸性氧化物是指煤灰中的Si02、Al 2〇3和TiO2,所述堿性氧化物是指煤灰中的 Fe2O3、CaO 和 MgO。
[0013]需要說明的是，原料煤中酸性氧化物和堿性氧化物的存在形態(tài)不單是氧化物形 態(tài)，還包括其與金屬或無機(jī)物形成的穩(wěn)定形態(tài)，例如一些穩(wěn)定的絡(luò)合物或鹽類，但是在測試 分析時(shí)以其氧化物的量來表示其含量，這是本領(lǐng)域的常規(guī)表示方法。
[0014]優(yōu)選地，所述助熔劑的添加量為原料煤質(zhì)量的l-10wt%。
[0015] 優(yōu)選地，所述助熔劑選自CaCKFe2O3和MgO中的至少一種，或者以CaCKFe2O 3和MgO中 的至少一種為主要成分的物質(zhì)，或者CaCKFe2O3和MgO中的至少一種的穩(wěn)定絡(luò)合物或者鹽類， 或者煅燒分解成或制得CaCKFe 2O3和MgO中的至少一種的物質(zhì)，例如白云石、黃鐵礦等。
[0016] 優(yōu)選地，所述助溶劑為CaO或CaCO3。
[0017]優(yōu)選地，助溶劑為CaO時(shí)，CaO的添加量為原料煤質(zhì)量的卜8wt %。
[0018]原料煤的煤灰質(zhì)量一般為原料煤質(zhì)量的10-20wt%。
[0019]優(yōu)選地，原料煤的煤灰質(zhì)量為原料煤質(zhì)量的15wt%時(shí)，CaO的添加量為原料煤質(zhì)量 的 1 · 5_6wt % 〇
[0020] 煤灰中CaO的含量變化很大。一般情況下，我國煤灰中的CaO含量大部分在IOwt % 以下，少部分在10_30wt%之間，極少數(shù)的在30wt %以上。由于煤灰中一般SiO2含量比較高， 而CaO是堿金屬氧化物，所以在高溫條件下，CaO能與足夠的SiO 2反應(yīng)形成復(fù)合硅酸鹽，因此 CaO能在適當(dāng)范圍內(nèi)有效降低煤灰熔融性溫度。而以CaO為主要成分的物質(zhì)，或者CaO的穩(wěn)定 絡(luò)合物或鹽類，或者高溫下易分解或制得CaO的物質(zhì)，均能在高溫時(shí)起到與CaO-樣的作用。 同樣地，F(xiàn)e 2O3和MgO的情況也是這樣。
[0021] 所述的"煤灰熔融溫度"具有本領(lǐng)域公知的含義，其并不是確定的溫度點(diǎn)值，而是 溫度范圍，是指煤灰在高溫條件下軟化、熔融、流動時(shí)的溫度特性，是動力用煤和氣化用煤 的重要指標(biāo)，包括變形溫度(DT)、軟化溫度(ST)、半球溫度(HT)和流動溫度(FT)。在動力用 煤中，一般以煤灰軟化溫度做為衡量煤灰熔融特性的指標(biāo)。但在煤氣化用煤中，煤灰的流動 溫度通常是判別該煤種是否適合于氣化用煤的重要指標(biāo)。本發(fā)明的方法適特別適用于煤灰 熔融溫度較高，即煤中酸性氧化物與堿性氧化物的質(zhì)量比較高的煤種。利用本方法在加入 助熔劑后，變形溫度(DT)、軟化溫度(ST)、半球溫度(HT)和流動溫度(FT)的變化趨勢通常是 一致的。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際需要選擇采用哪個(gè)或哪幾個(gè)溫度做為主要的參考溫度。 本發(fā)明將流動溫度(FT)做為參考溫度。
[0022]優(yōu)選地，所述助溶劑為白云石。
[0023]白云石，化學(xué)成分為CaMg(O)3 )2，高溫煅燒下可生成CaO和MgO。
[0024]優(yōu)選地，所述助溶劑為大理石或者石灰?guī)r中的任一種。
[0025]大理石是重結(jié)晶的石灰?guī)r，主要成分是Ca⑶3;石灰?guī)r在高溫高壓下變軟，并在所 含礦物質(zhì)發(fā)生變化時(shí)重新結(jié)晶形成大理石。
[0026] 優(yōu)選地，將所述助熔劑研磨至粒徑小于0.2_。
[0027]本發(fā)明的有益效果在于：
[0028] 1、采用本發(fā)明方法中對助熔劑種類和用量的選擇，能夠有效降低煤灰熔融溫度， 從而使煤灰熔融溫度較高的煤種也適用于液態(tài)排渣的氣流床氣化技術(shù)，拓寬該技術(shù)適用煤 種的范圍；
[0029] 2、本發(fā)明的方法具有突出的適用性，尤其針對酸性氧化物與堿性氧化物的質(zhì)量比 較高，特別是所述質(zhì)量比高于6.5的煤種適用性更好;本發(fā)明的方法對具體工業(yè)用煤有實(shí)際 的指導(dǎo)意義；
[0030] 3、本發(fā)明方法從調(diào)節(jié)煤灰的灰成分比例入手，可根據(jù)不同原料煤的不同灰成分調(diào) 節(jié)助熔劑的添加量，靈活性高、適用性廣；
[0031] 4、助熔劑的添加量為原料煤質(zhì)量的l_8wt%時(shí)，可有效地將最終的煤灰中酸性氧 化物與堿性氧化物的質(zhì)量比控制在1.5-4.5內(nèi)，進(jìn)一步降低煤灰的灰熔融溫度，且不影響煤 灰的其他性能；
[0032] 5、助溶劑為CaO時(shí)，不僅原料易得、成本低廉，而且在其添加量為原料煤質(zhì)量的1-8wt%時(shí)，可有效地將煤灰的灰熔融溫度降低至最低，節(jié)約能源、降低設(shè)備投資。
[0033] 6、本發(fā)明降低煤灰熔融溫度的助熔劑來源廣泛，成本低廉，不會明顯增加生產(chǎn)的 原料成本；
[0034] 7、本發(fā)明的降低煤灰熔點(diǎn)的方法在實(shí)際應(yīng)用中，簡單易行，助熔劑可與原料煤同 時(shí)進(jìn)行工業(yè)研磨，且混合均勻，適用于水煤漿和干煤粉氣化的氣流床技術(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 以下通過具體實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案及其效果做進(jìn)一步說明。以下實(shí)施例僅用 于說明本發(fā)明的內(nèi)容，并不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)用本發(fā)明的構(gòu)思對本發(fā)明進(jìn)行 的簡單改變都在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
[0036]以下實(shí)施例中，煤灰樣本的變形溫度(DT )、軟化溫度(ST )、半球溫度(HT)和流動溫