配煤和添加助熔剂降低淮南煤灰熔点的实验研究

淮南矿区煤炭资源虽然富足,但按照GB/T219-2008《煤灰熔融性的测定方法》对淮南煤的煤灰熔融性测定,淮南矿区高灰分煤较多,灰熔融性温度基本都高于1500℃,无法直接用于液态排渣的气化炉。为了让淮南的高灰分煤能够应用于Texaco气化技术,本文研究了配煤和添加助熔剂对高灰熔点淮南煤煤灰熔融特性的影响。实验结果表明,配煤和添加助熔剂均能降低淮南煤灰熔点。SH煤的配煤效果要好于YM煤。添加60%的SH煤可以使得淮南煤灰熔点降至1350℃。FHD#和KZ5#助熔剂的助熔效果要好于KZ1#和KZ19#。5%FHD#和KZ5#的添加量可以使得淮南煤灰熔点降至1350℃。     

配煤煤灰熔融特性模拟研究

煤灰熔融特性是影响液态排渣气化炉运行稳定性的重要因素,高熔点煤会造成气化炉排渣困难,从而导致气化炉非计划停工。为了将高灰熔融温度的朱集西煤应用于液态排渣的SE-东方炉,利用热力学软件Factsage,研究朱集西煤、神华煤、门克庆煤及朱集西-神华配煤、朱集西-门克庆配煤的煤灰熔融特性,包括全液相温度、灰渣矿物组成及煤灰黏度的变化规律。朱集西-门克庆配煤和朱集西-神华配煤的完全熔化温度分别为1 390℃和1 400℃,配煤灰熔融温度并不是单纯2种煤的灰熔融温度加和; 800℃时2种配煤中堇青石和钙长石含量较高,900℃时朱集西-神华配煤灰中出现少量尖晶石;朱集西-神华配煤在黏度为25 Pa·s时的温度为1 400℃。结果表明,朱集西-门克庆配煤可满足SE-东方炉入炉煤的煤灰流动温度要求,但其在SE-东方炉正常操作温度下灰渣黏度较大,无法顺利排出;朱集西-神华配煤在有效降低灰熔融温度的同时,改善了灰渣的黏温特性,与主体煤朱集西煤相比,灰渣黏度为25 Pa·s时的温度降低100℃,渣型由"塑性渣"变为"玻璃渣",适用于SE-东方炉。朱集西-神华配煤中熔融温度低的堇青石和钙长石含量较高,钙长石和尖晶石形成低温共熔体,是配煤灰熔融温度低的主要原因。     

石灰石对Shell煤气化的影响

Shell煤气化是当前先进的第二代煤气化工艺,属熔渣、加压气流床气化工艺。煤的灰分、结渣性、灰熔融性等煤质特性对Shell煤气化装置的稳定运行发挥着重要作用。为保证气化炉能顺利排渣,对于高灰熔点的煤,通过添加助燃剂来改变煤的熔融特性成为煤气化工艺的重中之重。探讨了石灰石作为廉价的助燃剂对Shell煤气化的影响。结果表明:添加石灰石后,可降低煤的灰熔融性温度,从而降低了煤灰粘度,降低了煤灰结渣性,保证了装置的稳定运行。     

煤的成分对Shell煤气化工艺操作的影响分析

河南龙宇煤化工有限公司的气化装置使用的是先进的粉煤加压Shell气化炉,其采用以煤粉为原料、液态形式排渣、气流床加压气化的工艺技术。虽然Shell气化炉对煤种适应性较广,对高灰分与高灰熔点(1 500℃)的煤种都能很好地气化,但长期运行实践表明,煤种的变化对Shell气化炉的稳定、经济运行存在不同程度的制约,特别是煤的灰分含量、灰熔融性、灰渣黏温特性、水分、灰分、元素含量、发热量等,其指标的高低对Shell气化炉的运行影响较大,只有通过配煤,找出适合气化炉的煤种,才能保证长周期、稳定运行。     

生物质对高灰熔点煤灰熔融特性的调控机制

为探索生物质对高灰熔点煤灰熔融特性的影响,向鹤壁煤和晋城无烟煤中分别加入不同质量比的花生壳和玉米秸秆,采用智能灰熔点测定仪测定混合灰样的灰熔点,X-射线荧光仪和X-射线衍射仪分析灰熔融特性变化的原因。结果表明:随着生物质质量分数增大混合灰熔融温度逐渐降低,选择合适生物质质量分数能使灰熔融流动温度满足液态排渣要求;鹤壁煤混合灰样和晋城无烟煤混合灰样中的高熔点矿物质与煤灰其他成分反应生成了铁橄榄石、铁尖晶石、白榴石、钙长石和微斜长石等,这些矿物之间能够形成低温共熔物,从而导致混合灰的灰熔融温度降低。     

煤灰分及CaCO3对鹤岗煤灰熔融性和黏温特性影响研究

针对鹤岗煤灰熔融性温度高,无法满足德士古水煤浆气化工艺煤灰流动温度(FT)低于1 350℃的要求,以鹤岗龙煤(LM)和鹤翔煤(HM)为研究对象,考察了浮选前后灰分对煤灰组成的影响,分析了助熔剂CaCO_3对煤灰熔融特性和黏温特性的影响。结果表明:随着浮选煤灰分的降低,煤灰中SiO_2含量及ω(SiO_2)/ω(Al_2O_3)降低,煤灰FT升高;CaCO_3的加入可有效降低煤的灰熔融性温度,当CaCO_3加入质量分数为4%时,可使LM和HM煤灰熔融性温度均达到德士古气化炉操作温度的要求;LM和HM煤经过浮选降低灰分后,通过添加一定比例的CaCO_3,可有效调控煤灰的流动性,高温下煤灰渣类型由结晶渣转化为玻璃体渣,适宜的操作温度下液态排渣温度范围较宽,灰渣流动性能够较好地满足气流床气化炉对液态排渣黏度的要求。     

安庆化肥原料煤配石灰石后灰熔点实验与探讨

根据Shell粉煤气化工艺要求,结合中石化安庆分公司化肥装置原料煤的特性,在原料煤中加配不同比例的石灰石,然后测定其灰熔点;通过实验得出,当原料煤加配4%～6%石灰石时,原料煤灰熔点符合shell粉煤气化工艺对气化炉灰熔点的控制要求.实际生产时加配5%石灰石时,更有利工艺操作,降低风险,确保气化炉的安稳运行.     

高温气化过程中降低煤灰熔点的实验研究

高灰熔融性好的寨崖底矿煤分别与低灰熔融性的露天煤、府谷煤按不同配比混合,制成2种配煤灰样,用HR-4灰熔点测定仪分别测定其在氧化性气氛和弱还原性气氛下的熔融特征温度。结果表明,配煤能有效改善煤灰熔融特性,但配煤灰熔融性变化与配比之间是非线性关系,弱还原性气氛下配煤改善效果显著。以硼砂作为助熔剂,按不同比例添加到高灰熔点煤潞安矿中,在弱还原性气氛下测定混煤灰熔融温度,结果表明添加少量比例的硼砂可以显著降低煤灰熔融性温度。对混煤灰进行的X-射线衍射实验表明,煤灰中矿物质形态的变化是混煤灰熔点降低的直接原因。     

Shell 煤气化炉用煤及生产调控

从原料煤灰熔点对Shell煤气化炉稳定运行角度出发,详细介绍了煤的组成对灰熔点的影响、渣的形态对灰流动性的反映和因配煤不均或气化炉水冷壁、烧嘴罩及烧嘴头发生泄漏等情况而导致生产波动时的操作方法,对同类装置稳定运行具有重要指导意义。     

降低鱼卡矿煤灰熔点的试验

水煤浆加压气化技术要求煤灰熔点的流动温度1 350℃,以保证气化炉顺畅排渣。鱼卡矿煤在弱还原气氛下灰熔点的流动温度在1 329~1 379℃,必须加入助熔剂以改变其灰熔融性。通过试验,在原煤中添加质量分数2%~3%的生石灰时,鱼卡矿煤的流动温度可降至1 300℃以下。     

褐煤配入高熔点煤灰的灰熔点预测模型研究

测定了不同比例的褐煤与高熔点煤灰的混灰在弱还原气氛下的灰熔点,并且采用BP神经网络模型对灰熔点与灰成分及其组合参数之间的关系进行预测。结果表明:3种低灰熔点褐煤的灰熔融特性可以通过配入高熔点煤灰显著提高,混灰的灰熔点变化与配比间呈现非线性变化规律,灰熔点上升趋势总体可分为‘前段快速上升后段平缓’和‘前段快速上升中间段平缓后又上升’2种类型,配入灰熔点更高的高熔点煤灰对提高褐煤灰熔融温度效果不一定更优;使用摩尔分数作为基准,输入层包含8个灰成分参数和5个组合参数(硅值、酸值、碱值、白云石比率和R250)的BP神经网络模型对混灰熔点的预测优于仅包含8个灰成分参数的输入层预测模型,且该模型可对混合灰熔点的预测效果较好。     

生物质与煤混合灰的熔融及黏温特性

使用灰熔点测试仪研究了稻草、玉米秸秆、棉秆3种生物质分别掺入不同比例对鲍店煤灰熔融特性的影响,并利用高温黏度计考察了3种生物质掺入比例均为10%时对鲍店煤灰黏温特性的影响。结合X射线衍射仪分析测试结果,采用热力学计算软件FactSage得到了不同温度下灰渣熔融过程中物相及渣液内固含量的变化。结果表明：3种生物质掺混比例为10%～30%时,混合灰灰熔点均随生物质掺混比例的增加而降低,在较高的掺混比例下混合灰灰熔点呈现波动性,但均未高于煤的灰熔点。掺混比例为10%时,生物质的加入一定程度上改善了鲍店煤灰的黏温特性,可使气化炉操作温度下限降低约20℃左右。钙长石的生成是造成熔渣黏度迅速增加的主要原因。     

榆林煤灰熔融特性及黏温特性

榆林煤灰分中钙、硫含量均很高,气流床气化过程中存在易于结渣的问题,实验室测量其黏温曲线波动性很大。 采用FactSage6.2软件计算三元平衡相图和煤灰高温熔融过程的物相变化规律,并结合XRD手段,分析了加入SiO₂引起的煤灰熔融特性和黏温特性改变的机理以及黏度波动的原因。结果表明,榆林煤灰熔点随着硅铝比（S/A）、酸碱比（A/B）的增大先降低后升高;钙铝黄长石与煤灰黏温曲线波动性有较强关联,通过FactSage二元相图得出,加入SiO₂至S/A=2.48可减小曲线波动性。FactSage数值计算结果与实验结果吻合良好,表明化学热力学反应平衡分析方法是研究灰渣熔融特性的一种有效手段。     

合成煤中钠对煤燃烧及灰特性影响

准东煤中钠含量高，燃用时锅炉会出现严重结渣问题。通过向准东煤为原料制取的超纯煤中添加灰的模型化合物，得到合成煤。并在此基础上利用热重-差示扫描量热分析法（TG/DTG/DSC）、X射线衍射仪（XRD）和灰熔融温度测定分析手段，研究Na₂O含量对煤燃烧特性和灰熔融性的影响。结果表明：钠主要影响合成煤的着火温度（T_i）与焦炭燃烧阶段，钠含量增加使T_i升高，并且Na₂O在灰中质量分数由5%升高至8%后，钠含量增加使焦炭燃烧速率先减小后加快，并能够改善煤粉燃尽特性。钠能够降低灰熔融温度，并在Na₂O质量分数高于5%后，温度下降更加明显。在三元相图中钠对莫来石的助熔作用是造成灰熔融温度降低的重要原因。XRD分析表明Na₂O含量增加，充当骨架作用的石英在钠的助熔作用下与难熔矿物硅钙石、MgO等生成低熔点长石类矿物，这类矿物在高温下有助熔作用，能够降低灰熔融温度。同时还生成助熔性含钠矿物霞石，加剧了灰熔融。     

MgO含量对高钠煤灰熔融特性的影响

为研究MgO含量对高钠煤灰熔融特性的影响,配制了不同MgO含量的高钠合成灰并对灰熔融温度进行了测试。利用FactSage 7.0提供的热力学数据库建立了SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃-CaO-MgO-Na₂O多元体系,模拟不同MgO含量的高钠合成灰的熔融过程。使用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对合成灰的矿物质组成及微观形貌进行了研究。结果表明,随着MgO含量的增加,灰熔融温度先降低后升高。当MgO质量分数由0增加到5%时,高温下灰中生成大量低熔点的透辉石,透辉石会与霞石等矿物质形成低温共熔体,导致灰熔融温度降低。进一步增加MgO含量,高温下灰中生成镁黄长石、镁橄榄石和镁硅钙石等高熔点矿物质,使灰熔融温度升高。二元相图和似三元相图的结果表明,全液相温度随MgO含量的变化趋势与灰熔融温度相同。对本研究中的煤种,当MgO质量分数为30%时,可以有效提高灰熔融温度并抑制熔融液渣的生成。     

干煤粉气化炉原料煤掺配高硫石油焦气化适应性研究

针对目前高硫石油焦利用率低的问题,选取两种典型高硫石油焦（JL、US）分别与AQ006煤掺配,考查了掺配两种焦的可磨性、灰熔融特性、黏温特性、CO2反应性,并进行了气化模拟计算。结果表明：两种石油焦具有低灰、低挥发分、高硫、高发热量等特点,且两种焦在不同掺配比例下,配煤的可磨性指数均高于80,是优质的粉煤气化配煤原料。AQ006煤分别掺配两种焦的灰熔融温度均高于1500℃,添加石灰石可有效降低掺配质量分数25%JL焦和US焦（焦∶煤=1∶3）的配煤灰熔融温度至1 400℃以下,且在石灰石质量添加量为6%时,两种掺配焦的高温灰渣黏度在2～25Pa.s的温度区间都高于200℃,满足Shell气化炉操作要求。与单独JL焦、US焦相比,配煤的CO2反应性显著提高。模拟计算结果表明掺配石油焦加助熔剂方案与中国石化安庆分公司Shell气化炉现用配煤方案相比,有效气产量增大,比氧耗和比煤耗有所下降。     

煤和生物质灰中氧化钾含量对灰熔融特性的影响

通过模拟煤和生物质的灰成分并测试其熔融温度,探究了不同成分的灰中K₂O对灰熔融特性的影响作用。利用FactSage 7.0对各组灰分的熔融过程进行了热力学模拟和平衡计算,从矿物质反应和变化的角度为不同组分的灰中K₂O对熔融特性的影响提供理论依据。利用XRD验证了计算中所预测的矿物质的存在。结果表明：灰中K₂O的含量对灰熔融特性的影响会受到灰分中硅、铝、钙等元素含量的影响。对于CaO含量较低的煤灰,适量增加K₂O的含量有助于降低灰分的初始变形温度、软化温度和半球温度,但对流动温度几乎没有影响;对于CaO含量较高的煤灰,适量增加K₂O的含量能够全面降低灰的熔融温度;对于生物质灰,当K₂O的含量低于30%时,增加K₂O的含量有助于降低灰熔点,继续增加K₂O的含量则对灰熔点几乎没有作用。     

气氛和化学组成对高铁煤灰熔融特性的影响机理

采用灰熔点仪、XRD和热力学模拟,研究气氛和化学组成对高铁煤灰熔融特性的影响机理。研究结果表明,灰熔融温度随铁含量、钙含量或硅铝比增加而降低。弱还原气氛下低钙或低硅铝比煤灰熔融存在明显的初始熔融阶段,熔融过程遵循“软化-熔融”机理,而空气气氛下高钙或高硅铝比煤灰熔融过程属于“熔融-溶解”机理。弱还原气氛下铁含量增加显著促进石英和钙长石熔融,空气气氛下钙含量增加促进刚玉和石英熔融或转化为钙基硅铝盐。弱还原气氛下液相含量随硅铝比或铁含量增加而增加,液相黏度随钙含量或铁含量增加而降低,促进熔融传质;空气气氛下低钙或低硅铝比煤灰中铁存在于含铁固溶体,导致液相黏度高或液相含量低,熔融传质受阻。     

气氛和化学组成对高铁煤灰熔融特性的影响机理

采用灰熔点仪、XRD和热力学模拟,研究气氛和化学组成对高铁煤灰熔融特性的影响机理。研究结果表明,灰熔融温度随铁含量、钙含量或硅铝比增加而降低。弱还原气氛下低钙或低硅铝比煤灰熔融存在明显的初始熔融阶段,熔融过程遵循“软化-熔融”机理,而空气气氛下高钙或高硅铝比煤灰熔融过程属于“熔融-溶解”机理。弱还原气氛下铁含量增加显著促进石英和钙长石熔融,空气气氛下钙含量增加促进刚玉和石英熔融或转化为钙基硅铝盐。弱还原气氛下液相含量随硅铝比或铁含量增加而增加,液相黏度随钙含量或铁含量增加而降低,促进熔融传质;空气气氛下低钙或低硅铝比煤灰中铁存在于含铁固溶体,导致液相黏度高或液相含量低,熔融传质受阻。