一种降低煤灰熔融温度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于煤能源清洁利用领域，特别涉及一种降低煤灰熔融温度的方法。
【背景技术】
[0002] 我国能源结构的特点是富煤、缺油、少气。能源结构决定了发展洁净煤技术的地 位，其中煤气化是煤炭清洁高效利用的核心技术。
[0003] 目前已工业化的1000t/d以上的煤气化技术主要采用气流床技术，气流床的特点 决定了其有提高温度、增加压力强化混合的最大潜力。而气流床气化炉的排渣方式均采用 "液态排渣"，即操作温度一般高于所烧煤种的灰熔点，使灰渣处于熔融状态，以便灰渣呈液 态形式排出气化炉。操作温度高于煤灰熔点时，水冷壁上熔渣较为光滑，孔隙率较低，覆盖 面积更大，挂渣效果好。与固态排渣法相比，液态排渣气化有许多优点:气化强度高;生产能 力大;碳转化率和气化效率高;粗煤气中有效气组分高。但在实际操作过程中会经常遇到炉 壁衬受高温液态煤灰渣侵蚀和液态煤灰渣流动不畅而产生的堵渣问题。
[0004] 在实际工业生产中，判别某一煤种是否适用于气流床气化技术，通常采用煤灰的 流动温度(FT)作为判别依据。考虑到气化炉耐火材料、测温元件的寿命及运行的经济性，气 化炉内的操作温度不宜控制过高，对于采用耐火衬里(热壁式)的气流床气化炉一般要求煤 灰渣的流动温度(FT)小于1350°C，而对于水冷壁衬里(冷壁式)的气流床气化炉一般要求煤 灰渣的流动温度(FT)小于1400°C。因此限制了灰熔点较高的煤种在气流床气化技术中的应 用。
[0005] 专利文献CN 1970698 A公开了一种用于降低煤灰熔点的助熔剂，含有Ca⑶3、 Fe2〇3、MgC03三种组分。专利文献CN 101580751 A公开了一种降低煤灰熔点的助熔剂，包括 按重量份计的30-60份的Si〇2和其它不同份量的0&0、？62〇3、18〇，或进一步加入六12〇3、似2〇、 K2O等组分，经过研磨、熔制和粉碎后作为降低煤灰熔点的助熔剂。这两篇专利中公开的助 溶剂，不仅未说明其适合的煤种、也未说明其用量范围，且其制作过程较为复杂;助溶剂的 用量范围对煤灰熔融温度的降低有着至关重要的作用，用量不足时达不到降低煤灰熔融温 度的作用，用量过量时又会对煤灰的其他性能造成影响。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种用于降低煤灰熔融温度的方法，通过该方法能够针对 经灰化所得煤灰中的酸性氧化物与碱性氧化物的质量比大于6.5的煤种而选择合适的助熔 剂，使原料煤的煤灰熔融温度降低，从而使煤灰熔融温度较高的煤种也能适用于液态排渣 的气流床气化技术。
[0007] 本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
[0008] 本发明的降低煤灰熔融温度的方法，包括向原料煤中添加助熔剂的步骤，其中，所 述原料煤灰化所得煤灰中的酸性氧化物与碱性氧化物的质量比大于6.5;所述助熔剂的添 加量为使原料煤与助熔剂的混合物灰化所得煤灰中的酸性氧化物与碱性氧化物的质量比 为1·5-4·5〇
[0009] 优选地，所述助熔剂的添加量为使原料煤与助熔剂的混合物灰化所得煤灰中的酸 性氧化物与碱性氧化物的质量比为1.51-3.55。
[0010] 优选地，所述助熔剂的添加量为使原料煤与助熔剂的混合物灰化所得煤灰中的酸 性氧化物与碱性氧化物的质量比为1.51-3.26
[0011] 优选地，所述助熔剂的添加量为使原料煤与助熔剂的混合物灰化所得煤灰中的酸 性氧化物与碱性氧化物的质量比为1.51-1.86。
[0012] 在本发明中，术语"酸性氧化物"和"碱性氧化物"均为本领域所熟知，具体地，煤灰 成分以氧化物的形态表示，通常含有5102^1 203』6203、030、]\%0、似20、1( 20和1^02等，其中本 发明中所述酸性氧化物是指煤灰中的Si02、Al 2〇3和TiO2,所述碱性氧化物是指煤灰中的 Fe2O3、CaO 和 MgO。
[0013]需要说明的是，原料煤中酸性氧化物和碱性氧化物的存在形态不单是氧化物形 态，还包括其与金属或无机物形成的稳定形态，例如一些稳定的络合物或盐类，但是在测试 分析时以其氧化物的量来表示其含量，这是本领域的常规表示方法。
[0014]优选地，所述助熔剂的添加量为原料煤质量的l-10wt%。
[0015] 优选地，所述助熔剂选自CaCKFe2O3和MgO中的至少一种，或者以CaCKFe2O 3和MgO中 的至少一种为主要成分的物质，或者CaCKFe2O3和MgO中的至少一种的稳定络合物或者盐类， 或者煅烧分解成或制得CaCKFe 2O3和MgO中的至少一种的物质，例如白云石、黄铁矿等。
[0016] 优选地，所述助溶剂为CaO或CaCO3。
[0017]优选地，助溶剂为CaO时，CaO的添加量为原料煤质量的卜8wt %。
[0018]原料煤的煤灰质量一般为原料煤质量的10-20wt%。
[0019]优选地，原料煤的煤灰质量为原料煤质量的15wt%时，CaO的添加量为原料煤质量 的 1 · 5_6wt % 〇
[0020] 煤灰中CaO的含量变化很大。一般情况下，我国煤灰中的CaO含量大部分在IOwt % 以下，少部分在10_30wt%之间，极少数的在30wt %以上。由于煤灰中一般SiO2含量比较高， 而CaO是碱金属氧化物，所以在高温条件下，CaO能与足够的SiO 2反应形成复合硅酸盐，因此 CaO能在适当范围内有效降低煤灰熔融性温度。而以CaO为主要成分的物质，或者CaO的稳定 络合物或盐类，或者高温下易分解或制得CaO的物质，均能在高温时起到与CaO-样的作用。 同样地，Fe 2O3和MgO的情况也是这样。
[0021] 所述的"煤灰熔融温度"具有本领域公知的含义，其并不是确定的温度点值，而是 温度范围，是指煤灰在高温条件下软化、熔融、流动时的温度特性，是动力用煤和气化用煤 的重要指标，包括变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)和流动温度(FT)。在动力用 煤中，一般以煤灰软化温度做为衡量煤灰熔融特性的指标。但在煤气化用煤中，煤灰的流动 温度通常是判别该煤种是否适合于气化用煤的重要指标。本发明的方法适特别适用于煤灰 熔融温度较高，即煤中酸性氧化物与碱性氧化物的质量比较高的煤种。利用本方法在加入 助熔剂后，变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)和流动温度(FT)的变化趋势通常是 一致的。在实际应用中，可根据实际需要选择采用哪个或哪几个温度做为主要的参考温度。 本发明将流动温度(FT)做为参考温度。
[0022]优选地，所述助溶剂为白云石。
[0023]白云石，化学成分为CaMg(O)3 )2，高温煅烧下可生成CaO和MgO。
[0024]优选地，所述助溶剂为大理石或者石灰岩中的任一种。
[0025]大理石是重结晶的石灰岩，主要成分是Ca⑶3;石灰岩在高温高压下变软，并在所 含矿物质发生变化时重新结晶形成大理石。
[0026] 优选地，将所述助熔剂研磨至粒径小于0.2_。
[0027]本发明的有益效果在于：
[0028] 1、采用本发明方法中对助熔剂种类和用量的选择，能够有效降低煤灰熔融温度， 从而使煤灰熔融温度较高的煤种也适用于液态排渣的气流床气化技术，拓宽该技术适用煤 种的范围；
[0029] 2、本发明的方法具有突出的适用性，尤其针对酸性氧化物与碱性氧化物的质量比 较高，特别是所述质量比高于6.5的煤种适用性更好;本发明的方法对具体工业用煤有实际 的指导意义；
[0030] 3、本发明方法从调节煤灰的灰成分比例入手，可根据不同原料煤的不同灰成分调 节助熔剂的添加量，灵活性高、适用性广；
[0031] 4、助熔剂的添加量为原料煤质量的l_8wt%时，可有效地将最终的煤灰中酸性氧 化物与碱性氧化物的质量比控制在1.5-4.5内，进一步降低煤灰的灰熔融温度，且不影响煤 灰的其他性能；
[0032] 5、助溶剂为CaO时，不仅原料易得、成本低廉，而且在其添加量为原料煤质量的1-8wt%时，可有效地将煤灰的灰熔融温度降低至最低，节约能源、降低设备投资。
[0033] 6、本发明降低煤灰熔融温度的助熔剂来源广泛，成本低廉，不会明显增加生产的 原料成本；
[0034] 7、本发明的降低煤灰熔点的方法在实际应用中，简单易行，助熔剂可与原料煤同 时进行工业研磨，且混合均匀，适用于水煤浆和干煤粉气化的气流床技术。
【具体实施方式】
[0035] 以下通过具体实施例对本发明技术方案及其效果做进一步说明。以下实施例仅用 于说明本发明的内容，并不用于限制本发明的保护范围。应用本发明的构思对本发明进行 的简单改变都在本发明要求保护的范围内。
[0036]以下实施例中，煤灰样本的变形温度(DT )、软化温度(ST )、半球温度(HT)和流动温