降低平顶山煤灰熔融温度的高效Fe-Mg复合助熔剂及其应用
【专利摘要】本发明公开了一种降低平顶山煤灰熔融温度的高效Fe2O3?MgO(简称Fe?Mg)复合助熔剂及其应用，该复合助熔剂在使用时，由Fe2O3和MgO两种碱金属氧化物按照不同质量比复合而形成，添加量为煤的2.50％?9.00％。当复合助熔剂中Fe2O3和MgO按质量比2∶1混合，且添加量为4.00％时，助熔效果最为显著。本发明可以用于代替单一助熔剂，有利于气化炉长期运行、稳定运行，降低运行成本，提高经济效益。
【专利说明】
降低平顶山煤灰膝融溫度的高效Fe-Mg复合助膝剂及其应用
技术领域
[0001] 本发明设及助烙剂领域，具体设及一种降低平顶山煤灰烙融溫度的高效Fe-Mg复 合助烙剂及其应用。
【背景技术】
[0002] 能源是人类社会存在和发展的基础，它的利用程度和利用方式是一个国家经济发 展水平高低的代表，而煤又是能源中重要的组成部分。我国褐煤资源丰富，但由于其水分 高，热值低，易引起炉膛积灰结渣的特性，使其在大规模利用过程中受到一定限制，因此对 于高灰烙融溫度的煤种而言，研究其煤灰烙融特性显得十分必要。煤灰烙融特性是动力用 煤和气化用煤的重要指标之一，对固态排渣的燃烧炉和气化炉，要求原料煤的烙融溫度越 高越好，而对于液态排渣气化炉，则要求煤灰有较低的烙点，煤灰烙融性的测定是判断结渣 性的重要手段之一。目前，研究降低特定煤灰烙融溫度的常用方法有:一、向煤灰中添加助 烙剂降低煤灰烙融溫度;二、改变煤灰赔烧过程的气氛。
[0003] 研究表明，煤灰烙融溫度与煤灰组成有着密切关系。当煤灰中酸性氧化物（Si〇2、 Ah化和Ti化)含量较高时，煤灰具有较高的烙融溫度;碱性氧化物(Fe2化、CaO、MgO、Na2〇和 Κ2〇)则对煤烙融溫度则有着显著的抑制作用，其含量越多，烙融溫度就越低。因此，煤灰助 烙剂通常选择碱性氧化物及其混合物，按照其组成不同，助烙剂可W分为单一助烙剂和复 合助烙剂两类。
[0004] 单一助烙剂包括巧系(CaO)、化系(Fe2〇3)、Mg系(MgO)、V系和Ni系等金属氧化物，其 作用机理是碱性氧化物与煤灰中的酸性氧化物反应生成低烙点的化合物，从而导致灰烙融 溫度降低。单一碱金属氧化物助烙剂由于其组成简单，添加量容易控制等优点，成为研究的 热点。CaO作为助烙剂添加到煤灰中，能够与煤灰中Si化反应生成低烙点的娃酸盐，使得煤 灰烙融溫度下降。单体CaO的烙点溫度很高，高达2590°C，因此随着CaO助剂添加到一定数 量，灰烙融溫度反而大幅度升高，因此其添加量受煤灰组成影响较大。Fe2〇3助烙剂加入到煤 灰中，除了能够与煤灰中的Si化或Ah〇3反应低共烙物W外，在还原气氛条件下，Fe2〇3能够转 化为助融效果更加显著的FeO。适量的MgO添加到煤灰中能够降低煤灰烙融溫度，当其含量 超过17 %时，灰烙融溫度随着MgO含量的增加呈现逐升高的趋势。
[0005] 对于灰烙融溫度较高的煤种来说，通常需要加入较多量的助烙剂。通常而言，助烙 剂添加量越多，灰烙融溫度的降低幅度也越大，然而助剂添加量并非越多越好。例如，选择 单一碱金属作为助烙剂时，当助剂添加量达到一定比例后，随着添加量的增加，灰烙点溫度 反而大幅度上升。复合助烙剂中金属氧化物之间存在的协同相互作用，使得在相同助剂添 加量情况下，复合助烙剂表现出更好的降低灰烙融溫度的能力。在复合助烙剂研究过程中， 选择何种碱金属氧化物和混合物，W及碱金属氧化物之间W何种比例复合，才能在最小助 剂添加量的条件下，实现最大程度的灰烙融溫度降低?现有的技术对上述问题还没有明确 的结论。
[0006] 常用的复合助烙剂包括 Fe2〇3-CaO、Al2〇3-Si〇2-CaO 和 Al2〇3-Si〇2-化 2〇3 等。Fe2〇3 和 化ο添加到煤灰中，其能够破坏煤灰中的娃侣氧化物的网状结构，从而达到降低煤灰烙融溫 度的目的，因此在煤灰中加入不同的比例的Al2〇3-Si〇2-X(X = CaO或化2〇3)，通过研究助剂添 加后煤灰物相变化并绘制Al2〇3-Si〇2-X^元相图，进而预测煤灰烙融溫度。Fe2〇3-CaO也是常 用的复合助烙剂，张雷等将含铁和含巧矿渣按照不同的配比加入到煤灰中，结果表明，相对 于单一的铁系和巧系助烙剂，少量的复合助烙剂(3%)即可使煤灰烙融溫度降低120°C。
[0007] 除了加入助烙剂W外，通过改变煤灰赔烧过程中气氛W及在高灰烙点煤中加入配 煤、生物质和泥污等均可W降低煤灰烙溫度。研究表明，还原气氛下煤灰烙融溫度明显低于 氧化气氛，该现象在添加 Fe系助烙剂的煤灰中更加明显，究其原因是化2〇3在还原气氛下转 化为FeO,而FeO能够与煤灰中高烙点的矿物质进一步反应生成低共烙体，使得煤灰烙融溫 度降低。
[0008] 综上所述，添加碱金属氧化物助烙剂是改善煤灰烙融行为的最有效途径，其中复 合助烙剂又表现出比单一助烙剂更优异的助烙效果。W往的研究工作主要集中单一碱金属 助剂 W 及化 2〇3-CaO、Al2〇3-Si〇2-CaO、Al2〇3-Si〇2-Fe2〇3 等复合助烙剂，而对于 Fe2〇3-MgO 复合 助烙剂的研究还未曾报道。平顶山地区煤炭资源丰富，素有"中原煤仓"之称，也是河南乃至 全国重要的煤化工基地。由于平顶山煤具有较高的灰烙融溫度（> 150(TC )，导致其在气化 过程中，极易发生堵渣问题，影响气化炉的正常运行。因此，开发一种适合高灰烙融溫度的 平顶山煤的复合助烙剂，对于降低能源消耗，提高企业经济效益，具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0009] 为解决上述问题，本发明提供了一种降低平顶山煤灰烙融溫度的高效Fe-Mg复合 助烙剂及其应用。
[0010] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[001。 一种降低平顶山煤灰烙融溫度的高效化-Mg复合助烙剂，由化20沸MgO两种碱性氧 化物按照不同的质量比复合而形成，按质量比2:1混合时，助烙效果最为显著。
[0012] 上述降低平顶山煤灰烙融溫度的高效Fe-Mg复合助烙剂的应用，在使用时助烙剂 的添加量为煤的2.50%-9.00%，当添加量为4.00%时，助烙效果最为显著。
[0013] 本发明具有W下有益效果：
[0014] 该高效复合助烙剂可W用于代替单一助烙剂，有利于气化炉长期运行、稳定运行， 降低运行成本，提高经济效益。
【具体实施方式】
[0015] 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，W下结合实施例对本发明进行进一步 详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并不用于限定本发 明。
[0016] 实施例1:将Fe2〇3粉末按照2.50% (W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份 数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。
[0017]实施例2:将MgO粉末按照2.50% (W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份 数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。
[001引实施例3:将质量比为1:1的Fe203和MgO粉末充分混合均匀制成助剂，按照2.50 % (W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。
[0019] 实施例4:将Fe2〇3粉末按照4.00% (W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份 数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。
[0020] 实施例5:将MgO粉末按照4.00% (W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份 数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。
[0021] 实施例6:将质量比为1: 2的Fe2〇3和MgO粉末充分混合均匀制成助剂，按照4.00 % (W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。
[0022] 实施例7:将质量比为2:1的Fe2〇3和MgO粉末充分混合均匀制成助剂，按照4.00 % (W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。
[0023] 实施例8:将Fe2〇3粉末按照6.25% (W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份 数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。
[0024] 实施例9:将MgO粉末按照6.25% (W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份 数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。
[002引实施例10:将质量比为1:3的化203和MgO粉末充分混合均匀制成助剂，按照6.25 % (W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。
[0026] 实施例11:将质量比为3:1的化2〇3和MgO粉末充分混合均匀制成助剂，按照6.25 % (W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。
[0027] 实施例12:将Fe2〇3粉末按照9.00 % ( W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂 份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。
[002引实施例13:将MgO粉末按照9.00% (W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份 数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。
[0029] 实施例14:将质量比为1:4的化2〇3和MgO粉末充分混合均匀制成助剂，按照9.00 % (W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。
[0030] 实施例15:将质量比为4:1的化2〇3和MgO粉末充分混合均匀制成助剂，按照9.00 % (W煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。 [0031 ]表1煤样灰融溫度和单一助烙剂对煤灰融溫度影响
[0032]
[0033] 表2复合助烙剂对煤灰融溫度影响
[0034]
[0035] 由表1和表2可知，在平顶山煤中添加少量(2.50%-9.00%)助烙剂，能够显著降低 煤灰烙融溫度。Fe-Mg复合助烙剂可W使煤灰烙融溫度从高于1500°C降低至1400°CW下，其 助烙效果比单一的Fe2〇3和MgO助烙剂降低50-100°C。在较少的助剂添加量(4.00%)，Fe2〇3 和MgO质量比为2:1的复合助烙剂能达到最佳的助烙效果。
[0036] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W作出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种降低平顶山煤灰熔融温度的高效Fe-Mg复合助熔剂，其特征在于，由Fe2〇3和MgO 按质量比2:1混合。2. 如权利要求1所述的降低平顶山煤灰熔融温度的高效Fe-Mg复合助熔剂的应用，其特 征在于，助熔剂的添加量为煤的2.50%-9.00%，当添加量为4.00%时，助熔效果最为显著。
【文档编号】C10L9/10GK106010729SQ201610542025
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】吴华涛, 韩永军, 贺国旭, 王莉, 叶露阳, 杜娴, 冯云晓, 彭勤龙, 王香, 张秋霞, 吴亚督
【申请人】平顶山学院