一種降低煤灰熔融溫度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種降低煤灰熔融溫度的方法，特別涉及一種通過添加助熔劑調(diào)節(jié)煤 灰中酸堿氧化物的質(zhì)量比來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)的特點是富煤、缺油、少氣。從我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)和國際能源 市場形勢分析，決定了我國必須立足國情，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)。其中煤氣化是煤炭清潔高 效利用的核心技術(shù)，是發(fā)展煤基大宗化學品和液體燃料合成、先進的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電 (IGCC)、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、制氫等過程工業(yè)的基礎(chǔ)，是這些行業(yè)的共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和龍頭技 術(shù)。
[0003] 目前已工業(yè)化的煤氣化技術(shù)主要有固定床、流化床和氣流床技術(shù)，而規(guī)模1000t/d 以上的煤氣化裝置均采用氣流床技術(shù)，可以說氣流床技術(shù)是大規(guī)模高效煤氣化技術(shù)發(fā)展的 主要方向。氣流床氣化爐的排渣方式均采用液態(tài)排渣法，即要求氣化爐內(nèi)的操作溫度超過 煤灰的熔融溫度，使煤灰處于熔融狀態(tài)，以便煤灰以液態(tài)形式排出氣化爐。與固態(tài)排渣法相 比，液態(tài)排渣法有許多優(yōu)點，如氣化強度高，生產(chǎn)能力大，碳轉(zhuǎn)化率和氣化效率高，粗煤氣中 有效氣組分高等。但在實際操作過程中，經(jīng)常發(fā)生爐壁襯受高溫液態(tài)煤灰侵蝕和液態(tài)煤灰 流動不暢而產(chǎn)生的堵渣問題。在工業(yè)生產(chǎn)中通常采用煤灰的熔融溫度作為判別依據(jù)，判別 某一煤種是否適用于氣流床氣化技術(shù)。
[0004] 在實際工業(yè)生產(chǎn)中，考慮到氣化爐耐火材料、測溫元件的壽命及運行的經(jīng)濟性，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 煤灰的流動溫度小于1350Γ，而對于水冷壁襯里（冷壁式）的氣流床氣化爐一般要求煤灰 的流動溫度小于1400°C。因此限制了灰熔點較高的煤種在氣流床氣化技術(shù)中的應(yīng)用。
[0005] 煤灰成分以氧化物的形態(tài)表示，通常含有Si02、A120 3、Fe203、CaO、MgO、Na20、K20、 11〇 2等，其中前四種成分含量較高，對煤灰熔融性起決定性作用。SiO 2和Al 203為酸性氧化 物，熔融溫度較高，為難熔氧化物，主要起增高煤灰熔融性的作用；而Fe 203、CaO、MgO、Na20、 K2O為堿性氧化物，熔融溫度較低，為易熔氧化物，主要起降低煤灰熔融性的作用。
[0006] 專利文獻CN1970698A公開了一種用于降低煤灰熔點的助熔劑，含有CaC03、Fe 203、 MgCO3S種組分。專利文獻CN101580751A公開了一種降低煤灰熔點的助熔劑，包括按重量 份計的30-60份的SiO 2和其它不同份量的Ca0、Fe 203、Mg0,或進一步加入Al203、Na 20、K20等 組分，經(jīng)過研磨、熔制和粉碎后作為降低煤灰熔點的助熔劑。上述助熔劑的組分組成和用量 僅適用于某些特定的煤種，但并不具有普遍適用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 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 不同煤種分別選擇合適的助熔劑，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)。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0009] -種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，其中所述助 熔劑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總重量與堿性氧化物總重 量的比值為〇. 7-1. 5。
[0010] 在一種優(yōu)選的實施方式中，所述助熔劑可以通過如下方法選擇：
[0011] (1)在原料煤中抽取有效樣本，將樣本研磨、灰化，得到標準煤灰樣；
[0012] (2)測定該標準煤灰樣中各酸性氧化物和堿性氧化物的含量，并計算酸性氧化物 總重量與堿性氧化物總重量的比值；
[0013] (3)當所述酸性氧化物總重量與堿性氧化物總重量的比值低于0. 7時，選擇Si02、 Al2O3和TiO 2中的至少一種，或者以SiO 2、A1203和TiO 2中的至少一種為主要成分的物質(zhì)，或 者Si02、Al20 3和TiO 2中的至少一種的穩(wěn)定絡(luò)合物或鹽類，或者在煤氣化反應(yīng)中能分解或制 得Si02、Al 203和TiO2中的至少一種的物質(zhì)作為助熔劑，所述助熔劑的用量以使原料煤與助 熔劑的混合物灰化所得煤灰中的酸性氧化物總重量與堿性氧化物總重量的比值為〇. 7-1. 5 為準；
[0014] 當所述酸性氧化物總重量與堿性氧化物總重量的比值高于1. 5時，選擇CaO、 Fe203、Mg0、Na2(^P K2O中的至少一種，或者以Ca0、Fe203、Mg0、Na2(^P K2O中的至少一種為主 要成分的物質(zhì)，或者上述氧化物的穩(wěn)定絡(luò)合物或鹽類，或者在煤氣化反應(yīng)中能分解或制得 CaO、Fe203、MgO、Na2O和K2O中的至少一種的物質(zhì)作為助熔劑，所述助熔劑的用量以使原料 煤與助熔劑燃燒后所得煤灰中的酸性氧化物總重量與堿性氧化物總重量的比值為〇. 7-1. 5 為準。
[0015] 本發(fā)明中，所述酸性氧化物為Si02、Al2O3和TiO 2;所述堿性氧化物為Fe 203、CaO、 MgO、Na2O 和 K2O。
[0016] 需要說明的是，煤灰樣中酸性氧化物和堿性氧化物的存在形態(tài)不單是這些氧化物 的單體形態(tài)，還包括其他穩(wěn)定的金屬或無機物的穩(wěn)定形態(tài)，例如一些穩(wěn)定的絡(luò)合物或鹽類， 但是在測試分析時都用它們的氧化物形態(tài)來表示其含量，這是本領(lǐng)域的常規(guī)表示方法。
[0017] 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值，而是 溫度范圍，是指煤灰在高溫條件下軟化、熔融、流動時的溫度特性，是動力用煤和氣化用煤 的重要指標，包括變形溫度、軟化溫度、半球溫度和流動溫度。在動力用煤中，一般以煤灰軟 化溫度作為衡量煤灰熔融特性的指標。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。本發(fā)明的方法適用于任意煤種的原料煤，且特別適 用于煤灰熔融溫度較高的煤種。利用本方法在加入助熔劑后，變形、軟化、半球和流動溫度 的變化趨勢通常是一致的。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)實際需要選擇采用哪個或哪幾個溫度作 為主要的參考溫度。
[0018] 作為本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，在步驟（3)中，所述酸性氧化物總重量與堿性 氧化物總重量的比值低于〇. 7時，選擇Si02、Al2O3和TiO 2中的至少一種為助熔劑，優(yōu)先選 擇SiO2作為助熔劑；所述酸性氧化物總重量與堿性氧化物總重量的比值高于1. 5時，選擇 Ca0、Fe203、Mg0、Na20和K2O中的至少一種作為助熔劑，優(yōu)選選擇CaO和/或CaCO#為助熔 劑，這是因為SiO 2XaO和0&〇)3的原料來源廣泛，成本低廉，不會明顯增加生產(chǎn)的原料成本。
[0019] 優(yōu)選地，步驟（3)中，所述助熔劑的用量具體可采用如下方法確定：
[0020] a)將原料煤研磨得到煤粉，分成若干份，每份煤粉中加入助熔劑并混合均勻，且各 份煤粉中加入助熔劑的量以煤粉重量的l_4wt%的量依次遞增，各混合物分別灰化，得到各 試驗煤灰樣；
[0021] b)分別測定步驟a)所得每個試驗煤灰樣中的酸性氧化物和堿性氧化物的含量， 并分別計算每個試驗煤灰樣中酸性氧化物總重量與堿性氧化物總重量的比值；
[0022] c)步驟b)所述比值在0. 7-1. 5范圍內(nèi)的試驗煤灰樣對應(yīng)的助熔劑的用量或用量 范圍，作為需要的助熔劑用量。
[0023] 步驟a)中，所述助熔劑研磨為粉末狀。優(yōu)選地，所述助熔劑研磨至粒徑小于 0. 2mm〇
[0024] 步驟a)中，所述"若干"，可以根據(jù)實際情況選擇，例如可以為5-15之間的任意值， 優(yōu)選為6-12之間的任意值，更優(yōu)選為8-12之間的任意值。
[0025] 步驟a)中，所述"各份煤粉中加入助熔劑的量以煤粉重量的l_4wt%的量依次 遞增"的意思是，第一份煤粉中加入該份煤粉重量l_4wt%的助熔劑，