专利名称：：一种气化型煤降低灰分的控制方法
技术领域：
：本发明涉及一种降低气化型煤灰分含量的控制方法。利用可再生的生物质碳粉按比例置换不可再生的煤粉组成的混合碳源粉料，能完全消除气化型煤使用无机粘结剂导致型煤灰分增加的影响。技术背景-2009年5月1日起实施的GB/T9143-2008《常压固定床气化用煤技术条件》，替代了三项原国家标准GB/T7561-1998《合成氨用煤技术条件》、GB/T9143-2001《常压固定床煤气发生炉用煤技术条件》和GB/T17610-1998《水煤气两段炉用煤技术条件》。GB/T9143-2008与原三项国家标准相比，主要作了四处修改，其中最重要的是删去原标准中对"含矸率、挥发分、固定碳、发热量"等煤质指标的技术要求，保留灰分指标并仍分为3个等级。用于煤炭气化的块煤灰分技术要求，是对煤炭气化效果产生重要影响的煤质指标，其影响程度超过块煤的固定碳指标。原标准GB/T7561-1998《合成氨用煤技术条件》第4条就明确规定"当产品的灰分(Ad)和固定碳(FCd)具体定级与本标准规定的等级有矛盾时，以灰分等级为准。"这表明灰分既是评判优质无烟块煤最重要的定量指标，也是对合成氨生产工艺具有最重要影响的定性指标。而最新标准GB/T9143-2008第4条表1对"煤灰熔融性软化温度(ST)"的技术要求，也明确了灰分对"煤灰熔融性软化温度(ST)"定量指标相对选择作了类似相应规定。GB/T9143-2008对"煤灰熔融性软化温度(ST)"定量指标规定为》1250°C，但同时明确，当灰分(Ad)《18%时，"煤灰熔融性软化温度(ST)"可以下降到》115(TC。由此足以表明，气化用煤的灰分指标与气化效果具有相当大的关联性。
发明内容本发明目的是提供一种气化型煤降低灰分的控制方法，主要解决按现有各种型煤工艺生产的气化型煤灰分含量过高的技术问题。气化型煤对灰分具有严格技术要求，而任何一种无烟气化型煤因添加不可缺少的无机粘结剂，导致型煤灰分必然比制作型煤的同种原料块煤的灰分更高，同时使型煤固定碳下降，影响气化型煤的气化效果，无一例外。这是国内外气化型煤行业至今尚未解决的问题。本发明以于2009年5月1日起实施的GB/T9143-2008《常压固定床气化用煤技术条件》为依据，按照GB/T9143-2008对气化用煤技术要求规定的灰分指标，当采用与相同种类块煤的同种原煤作为气化型煤原料煤粉时，提出降低气化型煤灰分的具体方法。粘结剂是型煤技术的关键之一，型煤粘结剂主要有三种有机粘结剂、无机粘结剂和复合粘结剂。有机粘结剂粘结性能好，固化后可使型煤具有较高机械强度。但在高温时，有机质易于分解，因此用有机粘结剂制作的型煤，其热机械强度和热稳定性都比较差，不适合用于气化型煤场合。无机粘结剂的共同特点是具有较强的粘结能力，固化后能起"骨架"作用，使型煤具有较高的机械强度。由于大多数无机粘结剂在较高的温度下不易分解，因而用无机粘结剂生产的型煤，其热机械强度和热稳定性都比较理想，这是目前气化型煤不得不选用无机粘结剂的基本原因。有些气化型煤虽称采用复合粘结剂，但其中主要成分仍是无机粘结剂。无机粘结剂的主要缺点，是防水性差并增加型煤的灰分。因此，气化型煤的灰分总是比相同种类原煤的块煤要高。气化用煤原料中灰分指标对煤炭的气化工艺影响很大，灰分指标每降低1%或增加1%，都将对气化后续工艺的运行工况和控制参数产生影响。因此，目前气化用煤场合，型煤只能与块煤搀烧，搀烧比例通常在10%30%范围，以减少块煤消耗，降低成本。无机粘结剂通常选自粘土、水泥、石灰、石膏等中一种或多种。生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气的世界第四大能源。生物质是唯一可再生的碳源，从最终利用的能源形态上，生物质能有着与化石能源完全一致的利用形态，两者区别仅仅是碳源载体形式不同，两者碳源载体的区分界面就是地表。生物质能是地表上面植物通过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存于生物质内的能量，因而具有可持续再生的碳循环特点，而各种地表下面的化石能源则不具备可再生碳循环条件。因此，在所有新能源中，生物质能与现代工业化技术和现代化生活有巨大的兼容性。是人类最友好的动力之源。开发利用可再生能源是我国缓解能源供需矛盾、减轻环境污染、调整能源结构、转变经济增长方式的重要途径。加快发展生物质能，逐步提高可再生能源在能源供应中的比重，已列入我国《可再生能源发展"十一五"规划》。目前，生物质能技术基本成熟，有生物质发电、生物质成型燃料、生物质乙醇、生物柴油等多种应用模式，但产业规模还有进一步扩展的潜力。其中，生物质固体成型燃料储存、运输、使用方便，清洁环保，燃烧效率高。本发明利用成熟技术生产的生物质碳粉，将可再生的生物质碳粉与不可再生的化石能源煤炭按比例进行置换混合，通过生物质碳粉热值高、燃烧时间长、燃烧温度高、灰分低、固定碳高、水分低等多种特性，对煤炭原有性能进行改良。重点是降低原料煤炭的灰分。测试数据表明，生物质碳粉的固定碳(FCd)〉85%,灰分(Ad)《8%，水分<2%，对原煤改性非常有利。GB/T9143-2008在表1中列出《常压固定床气化用煤的技术要求和试验方法》，其中对灰分的技术要求指标、灰分与其它技术要求指标的相关性如附表所示附表GB/T9143-2008与灰分相关的技术要求<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由上表可见，无烟块煤的灰分指标分为3个等级，从m级无烟块煤中的最高灰分含量22%到1级无烟块煤的灰分含量15%，其相对灰分指标仅相差7%,表明气化用煤的灰分级别、指标，与气化运行工况和控制参数存在非常紧密的联系。本发明参照GB/T9143-2008对无烟块煤的灰分技术要求指标，依据GB/T9143-2008对第III级无烟块煤明确的灰分指标范围，设定制造无烟气化型煤的原煤灰分为22%，作为本发明控制方法的相对分析参数。然后，将生物质碳粉置换原料煤粉的比例控制在55-63%，被置换的原料煤粉比例也在31-40%范围内控制。按无烟气化型煤添加无机粘结剂的常规比例，依据不同配方，设定粘结剂用量为型煤全部原料总重量百分比的5-7%，现取中间值6%。因型煤制作时实际使用的无机粘结剂是水溶液，一般按照50%的比例，制作成水溶液，这样无机粘结剂水溶液中所含灰分为3%。如此，按常规方法添加粘结剂后制作的无烟气化型煤总灰分为(100—6)%X22%+3%=20.68%+3%=23.68%，大于原料煤的灰分指标(22%)。.GB/T9143-2008表1规定了9项气化用煤技术要求的各种指标值，其中特别设置了该标准中唯一的一个与两项技术要求相关联的临界指标值。就是对煤灰熔融性、软化温度的技术要求指标。标准规定值为》125(TC，但标准同时明确，当灰分指标Ad《18.00。/。时，煤灰熔融性、软化温度的技术要求指标可以下降到》U50。C。显然，自2009年5月1日起开始实施的新标准GB/T9143-2008中，灰分含量18%是一个有重要分界意义的技术要求指标。现本发明以灰分含量18%为目标值，对上述一组设定的无烟气化型煤原料组分进行改良，用生物质碳粉置换原料煤粉，无机粘结剂相关数据仍设定不变，则可以通过如下方法，控制置换比例，最终使无烟气化型煤灰分含量达到预先设定的(或小于)18%目标值。通过数学方程式解析，可以计算得到当灰分含量《18.00%时，需要用41%的生物质碳粉(灰分按8%计)置换原料煤粉，则原料煤粉的用量比为53%，粘结剂用量比6%;无烟气化型煤原料组分按此重量百分比配置，将可以达到控制无烟气化型煤灰分《18.00%的目的(100—41—6)%X22%+41%X8%+3%=17.94%而本发明的目的是进一步降低灰分含量，使气化型煤有更好的气化效果。根据上述分析，本发明的技术方案为一种气化型煤降低灰分的控制方法，在进行气化型煤配料时，用可再生的生物质碳粉按比例置换一部分制作气化型煤的原料煤粉，使型煤原料由可再生碳源和不可再生原料煤粉组成混合碳源粉料，然后按常规添加粘结剂制作气化型煤。所述的原料煤粉、生物质碳粉、粘结剂重量百分配比为原料煤粉31-40%，生物质碳粉55-63%，粘结剂5-7%。所述的原料煤粉为无烟粉煤，所述的粘结剂为无机粘结剂，选自粘土、水泥、石灰、石膏等中一种或多种。本发明的有益效果是当无烟气化型煤灰分指标<18%时，其品质将从III级无烟块煤提升到II级无烟块煤，并达到适用GB/T9143-2008对煤灰熔融性、软化温度技术要求下降到》115(TC的临界灰分含量指标值，进一步提高煤质品位。本发明气化型煤的灰分含量控制，对GB/T9143-2008中的无烟块煤原料煤粉，能够在2%8%相对范围内调整降低，这一调降范围已可覆盖GB/T9143-2008表l技术要求中对无烟块煤3个灰分等级的全部指标规定值。因此，无烟气化型煤可以通过对灰分、固定碳、煤灰熔融性、热稳定性等主要技术指标的调控，使无烟气化型煤品质趋向于标准化。调整、优化造气炉气化参数，达到利用控制系统实现关键参数的自动跟踪调节，自动调优工况，必将进一步有效降低煤基气化的综合能耗，取得更明显的节能效果与经济效益。除气化型煤外，对其它高灰分型煤，也可应用生物质碳粉按比例置换原料煤粉，达到降低型煤灰分、提高固定碳的效果，具有普遍适用性。具体实施例方式实施例1:参照GB/T9143-2008对无烟块煤的灰分技术要求，依据GB/T9143-2008对第III级无烟块煤确定的最高灰分指标22%，要求通过本发明降低灰分控制方法，将22%灰分含量调整下降到《15%;设定粘结剂灰分、生物质碳粉灰分含量，及粘结剂重量百分比均取上述相同数值，通过数学方程式解析，可以计算得到当灰分含量《15.00%时，需要用63%重量百分比的生物质碳粉(灰分8%)置换原料煤粉；则原料煤粉的用量重量百分比为31%，粘结剂用量重量百分比6%。无烟气化型煤原料组分按此重量百分比配置，将可以达到控制无烟气化型煤灰分《15.00%的目的(100—63—63%X22%+63%X8%+3%=14.86%所述原料煤粉为无烟粉煤，购自福建大田煤矿，指标水分5%;灰分22%;挥发分3%;硫0.2%;固定碳70%;发热量；24MJ/Kg。生物质碳粉购自焦作市北辰新能源设备有限公司，指标为固定碳(FCd)〉85%，灰分(Ad)《8%，水分<2%。粘结剂为无机粘结剂选用硅酸盐水泥水溶液(灰分3%)。实施例2:参照GB/T9143-2008对无烟块煤的灰分技术要求，依据GB/T9143-2008对第III级无烟块煤确定的最低灰分指标19%，要求通过本发明降低灰分控制方法，将19%灰分含量调整下降到《15%;用57%重量百分比的生物质碳粉(灰分8%)置换原料煤粉；则原料煤粉的用量重量百分比为36%，粘结剂用量重量百分比7%。无烟气化型煤原料组分按此重量百分比配置，将可以达到控制无烟气化型煤灰分《15.00%的目的(100—57—7)%X19%+57%X8%+3.5%=14.90%所述原料煤粉为无烟粉煤，购自贵州盘江煤矿，指标水分4%;灰分:19%;挥发分7%;硫0.5%;固定碳70%;粘结剂为高岭土水溶液(灰分3.5%),其余与实施例1相同。实施例3:参照GB/T9143-2008对无烟块煤的灰分技术要求，依据GB/T9143-2008对第II级无烟块煤确定的灰分指标范围，选取灰分含量为18%的原煤，要求通过本发明降低灰分控制方法，将18°/。灰分含量调整下降到《15%;用55%重量百分比的生物质碳粉(灰分按8%计)置换原料煤粉；原料煤粉的用量重量百分比为40%,粘结剂用量重量百分比5%。无烟气化型煤原料组分按此重量百分比配置，将可以达到控制无烟气化型煤灰分《15.00%的目的(100—55_5)%X18%+55%X8%+2.5%=14.10%所述原料煤粉为无烟粉煤，购自福建龙岩煤矿，指标水分4%;灰分18%;挥发份9%;硫0.5%;固定炭69°/。；粘结剂为膨润土和硅酸钠按份数1:1配置成水溶液(灰分为2.5%),其余与实施例1相同。权利要求1、一种气化型煤降低灰分的控制方法，其特征是在进行气化型煤配料时用可再生的生物质碳粉按比例置换制作气化型煤的原料煤粉，组成混合碳源粉料，然后按常规添加粘结剂制作气化型煤。2、根据权利要求1所述的一种气化型煤降低灰分的控制方法，其特征是-原料煤粉、生物质碳粉、粘结剂重量百分配比为原料煤粉31-40%，生物质碳粉55-63%，粘结剂5-7%。3、根据权利要求2所述的一种气化型煤降低灰分的控制方法，其特征是所述的原料煤粉为无烟粉煤。4、根据权利要求1所述的一种气化型煤降低灰分的控制方法，其特征是所述的粘结剂为无机粘结剂。全文摘要本发明涉及一种降低气化型煤灰分的控制方法。主要解决按现有各种型煤工艺生产的气化型煤灰分含量过高的技术问题。技术解决方案利用可再生的生物质碳源，按比例将生物质碳粉置换气化型煤的原料煤粉，使其成为混合碳源粉料，然后按常规添加粘结剂制作气化型煤。原料煤粉、生物质碳粉和粘结剂的重量百分配比为原料煤粉31-40％，生物质碳粉55-63％，粘结剂5-7％。本发明可对无烟气化型煤灰分在上述配比范围进行调节和控制，相对调降范围为2％-8％，在完全消除无烟气化型煤因添加无机粘结剂造成灰分增加的同时，使无烟气化型煤灰分降低到比原料煤粉固有灰分更低的指标值。本方法也适用于其它高灰分的气化型煤降低灰分，提高使用品位。文档编号C10L5/12GK101684423SQ200910057738公开日2010年3月31日申请日期2009年8月10日优先权日2009年8月10日发明者赵再青申请人:上海元宝能源技术有限公司