CN105087102A - 一种煤炭添加剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤炭添加剂，包括炉渣24-26重量份，腐殖酸16-18重量份，氢氧化钡10-12重量份，茶柏5-7重量份，高氯酸钾4-6重量份，氯酸钾3-4重量份，氯化钠4-6重量份，轻质氧化镁2-4重量份，过碳酸钠1-3重量份，纳米二氧化钦1-3重量份，二氧化猛1-3重量份；本发明可应用于燃煤技术领域，应用本发明能够有效改善现有的新疆燃煤燃烧技术，能够有效改善现有的新疆燃煤状况，能够有效提高新疆燃煤利用率，能够有效降低燃烧投入成本。

Description

一种煤炭添加剂

技术领域

本发明涉及煤炭燃烧技术领域，尤其是一种煤炭添加剂。

背景技术

目前，疆煤炭资源非常丰富，新疆煤炭预测储量约为2.19万亿吨，占全国总储量的40％以上。准东煤田位于新疆昌吉回族自治州，在东西长达220公里的狭长地带地下蕴藏着3900亿吨煤炭，是我国目前最大的整装煤田。目前，准东煤田五彩湾矿区、西黑山矿区、大井矿区3个矿区的总体规划已得到国家批复，准东煤电煤化工产业带总体规划也通过了自治区人民政府的审批，正在加快实施。根据准东煤电煤化工产业带发展规划，到2015年，准东煤田煤炭生产能力达到1.36亿吨/年、发电装机1200万千瓦、煤制油产能900万吨/年、煤制天然气产能120亿立方米/年、制烯烃产能240万吨/年、煤制化肥产能240万吨/年。新疆煤炭资源虽丰富，但主要以低变质程度的烟煤(长焰煤、不粘煤等)为主，灰分大、碱金属含量高，燃烧时积灰和结焦严重，这为煤化工产业发展带来技术瓶颈。若此技术难题得以解决，将为新疆经济发展奠定良好基础。

新疆煤化工产业正处于大发展初期，煤炭燃烧积灰和结焦问题使生产装置不能长周期稳定运行，不安全因素大大增加，生产劳动强度过大，一直困扰各大企业发展的关键技术瓶颈。中泰化学、东方希望等投产企业前期因此问题一直生产不稳定，只能与高阶煤掺烧，生产成本高，导致新疆煤化工投资积极性严重受挫，项目建设缓慢等现象，不利于我国西部经济的快速发展。此技术的研究将能提高企业的经济效益和增加企业的核心竞争力；可拉动西部地区经济增长，促进地区经济发展，符合可持续发展战略，尽快实现新疆经济的跨越式发展。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种新疆煤炭能够在燃烧时降低燃烧炉内积灰和结焦问题，将为低变质的烟煤深加工和工业化大规模生产提供有力的技术保障，解决制约我国煤化工发展的瓶颈，可大大提高我国煤化工行业的发展速度，将为煤化工下游精细化工产品和多级联产(IGCC)的开发与应用奠定扎实的基础，使我国低阶煤发展利用技术步入世界领先水平。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种煤炭添加剂，其特征在于，包括炉渣24-26重量份，腐殖酸16-18重量份，氢氧化钡10-12重量份，茶柏5-7重量份，高氯酸钾4-6重量份，氯酸钾3-4重量份，氯化钠4-6重量份，轻质氧化镁2-4重量份，过碳酸钠1-3重量份，纳米二氧化钦1-3重量份，二氧化猛1-3重量份。

上述煤炭添加剂还可具有如下特点，包括炉渣24.5重量份，腐殖酸16.5重量份，氢氧化钡11重量份，茶柏6.5重量份，高氯酸钾4.5重量份，氯酸钾3.3重量份，氯化钠4.7重量份，轻质氧化镁2.3重量份，过碳酸钠1.7重量份，纳米二氧化钦1.6重量份，二氧化猛1.2重量份。

上述煤炭添加剂还可具有如下特点，包括炉渣24.7重量份，腐殖酸17.5重量份，氢氧化钡11.5重量份，茶柏5.5重量份，高氯酸钾5重量份，氯酸钾3.9重量份，氯化钠4.8重量份，轻质氧化镁3.6重量份，过碳酸钠1.9重量份，纳米二氧化钦2.4重量份，二氧化猛2.1重量份。

上述煤炭添加剂还可具有如下特点，包括炉渣26重量份，腐殖酸17.5重量份，氢氧化钡12重量份，茶柏7重量份，高氯酸钾6重量份，氯酸钾4重量份，氯化钠6重量份，轻质氧化镁2重量份，过碳酸钠3重量份，纳米二氧化钦1重量份，二氧化猛3重量份。

本发明上述技术方案具有如下有益效果：

本发明提供的煤炭添加剂包括炉渣24-26重量份，腐殖酸16-18重量份，氢氧化钡10-12重量份，茶柏5-7重量份，高氯酸钾4-6重量份，氯酸钾3-4重量份，氯化钠4-6重量份，轻质氧化镁2-4重量份，过碳酸钠1-3重量份，纳米二氧化钦1-3重量份，二氧化猛1-3重量份；应用本发明能够实现在燃烧时降低燃烧炉内积灰和结焦问题，将为低变质的烟煤深加工和工业化大规模生产提供有力的技术保障，解决制约我国煤化工发展的瓶颈，可大大提高我国煤化工行业的发展速度，将为煤化工下游精细化工产品和多级联产(IGCC)的开发与应用奠定扎实的基础，使我国低阶煤发展利用技术步入世界领先水平。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明提供的下述技术方案基于下述操作步骤实现：

第一阶段：原煤特性及其灰成分测试研究

如上所述，在高温下煤中无机元素对灰特性有着重要的影响。为此，运用连续浸出方法对原煤进行漂洗。

首先用水，1M醋酸铵和1M硝酸洗煤。水溶性氯化物/硫酸，金属阳离子，氧化钙，和耐火材料和铝硅酸盐等是能溶组分。难溶的组分(铝，硅，钙，镁，铁，钠，钾)将用等离子诱导衍射仪和X射线荧光光谱仪进行测量。

同样，运用无损同步XAS检测仪对煤中的化学形态的硫以及一些微量的金属包括铁，硫，铬，砷和硒进行检测分析。煤中的这些元素在灰的形成过程中起着重要作用

第二阶段：煤燃烧特性研究以及碱金属、碱土金属和铁的结渣粘污特性及小型工业化试验

运用实验室沉降炉(温度范围<1500度)，灰沉积硅炭棒和层流火焰燃烧装置对六种原煤煤样和其酸洗残留基(金属除外)进行燃烧实验，测试方法如下：

1)运用高速摄像机观测层流火焰燃烧器中煤粉着火和火焰传播特性，高速摄像机的最大快门速度要求1000组每秒。确保捕捉到粒子图像以毫秒为基数。运用双色高速高温仪对层流火焰燃烧器中的挥发分火焰温度和煤焦着火性能进行研究，建立炉中粒子沿炉中心线的温度场和炉中的热流分布。

2)测量煤在沉降炉和层流火焰燃烧器中的燃尽率。安装在层降炉底部的取样探头也可以调整不同高度来对沿反应器的未燃碳进行取样。两种方法将有助于确定煤的燃尽率。在层流火焰燃烧器上模拟工业锅炉加热和温度场梯度。同时在沉降炉上测定一定温度下原煤和煤焦氧化率。

3)在沉降炉底部运用干冰骤冷的方式来收集反应过程中的灰粒子，运用X射线分析仪和诱导等离子光谱仪测定各组分的浓度。或采用加有水冷保护装置的冷却棒研究灰颗粒在其上的沉积行为。运用扫描电镜分析粒子形态，用同步XAS分析仪对微量元素如砷、铬、硒的氧化形态进行测定分析。

4)添加不同的添加剂，以及不同的比例用以研究灰的生成特征，以及其粘污和结渣结构的改变。从而优化出最佳的添加剂尺寸以及其最佳添加比例。

5)初步开展小型工业化试验，将优化出的添加剂加入比例技术方案在现场的150t/h燃烧炉上开展工业化试验，初步鉴定其性能，为下一步改良技术方案提供数据。

第三阶段：煤灰的形成及燃烧过程模拟

基于煤燃烧实验所取得的成果，此模拟将会在项目后期实行，结合一台典型的亚临界工业锅炉，建立一套完整的燃用低阶煤的炉内燃烧过程和灰形成过程的软件工艺包。主要包括几下工作：

灰颗粒的熔融特性，根据上述提到的两个成熟的灰预测软件FactSage6.1和HSCChemistry7.18进行模拟。

煤灰在过热器和再热器区的形成将使用上述两个软件和HSCChemistry7.18的流程模拟模块进行。同时对不同的不锈钢表面上的硫酸液体和钠-铁-硫共熔混合物的形成进行模拟以及对后火焰低温区的积灰和腐蚀特性进行预测分析。

利用移动火焰锋面模型等先进的理论模型，分析褐煤燃烧过程中，挥发分火焰、C0火焰的影响，阐述水蒸气气氛对挥发分燃烧、焦炭燃烧的机理性影响，建立适合低阶煤燃烧的模型理论。

运用CFD，ANSYS等软件，对沉降炉和平行火焰燃烧器中单颗粒和颗粒群的煤粉燃烧过程进行建模分析。

在一台典型的300兆瓦的亚临界工业锅炉内进行煤的CFD模拟，结合ANSYS软件，能有效获取机组炉内内温度场热流分布、煤燃尽率和灰分粒子轨迹剖面等信息。同时预测一些包括烟气温度、煤的水分含量和蒸汽煤燃烧条件(亚临界与超临界)等关键因素对煤燃烧特别是煤灰沉积的影响。最终建立一个成熟的软件工艺包，对在用锅炉里的低阶煤使用情况进行在线监测和快速预报。

最终形成优选出如下技术方案，下面将结合具体实验结果进行方案说明，具体依托150t/h和1176t/h燃煤锅炉试验装置数套。

方案1：

组成：炉渣24-26重量份，腐殖酸16-18重量份，氢氧化钡10-12重量份，茶柏5-7重量份，高氯酸钾4-6重量份，氯酸钾3-4重量份，氯化钠4-6重量份，轻质氧化镁2-4重量份，过碳酸钠1-3重量份，纳米二氧化钦1-3重量份，二氧化猛1-3重量份；上述煤炭添加剂1：300的比例添加到新疆煤炭中混合燃烧。

实验结果：

150t/h燃煤锅炉：

连续运行时间为6个月以上，煤炭利用率为99.0％以上。

1176t/h燃煤锅炉：

连续运行时间为5个月以上，煤炭利用率为99.0％以上。

方案2：

组成：炉渣24.5重量份，腐殖酸16.5重量份，氢氧化钡11重量份，茶柏6.5重量份，高氯酸钾4.5重量份，氯酸钾3.3重量份，氯化钠4.7重量份，轻质氧化镁2.3重量份，过碳酸钠1.7重量份，纳米二氧化钦1.6重量份，二氧化猛1.2重量份；上述煤炭添加剂1：300的比例添加到新疆煤炭中混合燃烧。

实验结果：

150t/h燃煤锅炉：

连续运行时间为6.8个月，煤炭利用率为99.21％。

1176t/h燃煤锅炉：

连续运行时间为6.2个月，煤炭利用率为99.1％。

方案3：

组成：炉渣24.7重量份，腐殖酸17.5重量份，氢氧化钡11.5重量份，茶柏5.5重量份，高氯酸钾5重量份，氯酸钾3.9重量份，氯化钠4.8重量份，轻质氧化镁3.6重量份，过碳酸钠1.9重量份，纳米二氧化钦2.4重量份，二氧化猛2.1重量份；上述煤炭添加剂1：300的比例添加到新疆煤炭中混合燃烧。

实验结果：

150t/h燃煤锅炉：

连续运行时间为7.4个月，煤炭利用率为99.3％。

1176t/h燃煤锅炉：

连续运行时间为6.8个月，煤炭利用率为99.25％。

方案4：

组成：炉渣26重量份，腐殖酸17.5重量份，氢氧化钡12重量份，茶柏7重量份，高氯酸钾6重量份，氯酸钾4重量份，氯化钠6重量份，轻质氧化镁2重量份，过碳酸钠3重量份，纳米二氧化钦1重量份，二氧化猛3重量份；上述煤炭添加剂1：300的比例添加到新疆煤炭中混合燃烧。

实验结果：

150t/h燃煤锅炉：

连续运行时间为7.8个月，煤炭利用率为99.38％。

1176t/h燃煤锅炉：

连续运行时间为7.2个月，煤炭利用率为99.31％。

本发明提供的上述技术方案能够有效改善现有的新疆燃煤燃烧技术，能够有效改善现有的新疆燃煤状况，能够有效提高新疆燃煤利用率，能够有效降低燃烧投入成本。

本领域的技术人员应该明白，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种煤炭添加剂，其特征在于，包括

炉渣24-26重量份，腐殖酸16-18重量份，氢氧化钡10-12重量份，茶柏5-7重量份，高氯酸钾4-6重量份，氯酸钾3-4重量份，氯化钠4-6重量份，轻质氧化镁2-4重量份，过碳酸钠1-3重量份，纳米二氧化钦1-3重量份，二氧化猛1-3重量份。

2.根据权利要求1所述的煤炭添加剂，其特征在于，包括

炉渣24.5重量份，腐殖酸16.5重量份，氢氧化钡11重量份，茶柏6.5重量份，高氯酸钾4.5重量份，氯酸钾3.3重量份，氯化钠4.7重量份，轻质氧化镁2.3重量份，过碳酸钠1.7重量份，纳米二氧化钦1.6重量份，二氧化猛1.2重量份。

3.根据权利要求1所述的煤炭添加剂，其特征在于，包括

炉渣24.7重量份，腐殖酸17.5重量份，氢氧化钡11.5重量份，茶柏5.5重量份，高氯酸钾5重量份，氯酸钾3.9重量份，氯化钠4.8重量份，轻质氧化镁3.6重量份，过碳酸钠1.9重量份，纳米二氧化钦2.4重量份，二氧化猛2.1重量份。

4.根据权利要求1所述的煤炭添加剂，其特征在于，包括

炉渣26重量份，腐殖酸17.5重量份，氢氧化钡12重量份，茶柏7重量份，高氯酸钾6重量份，氯酸钾4重量份，氯化钠6重量份，轻质氧化镁2重量份，过碳酸钠3重量份，纳米二氧化钦1重量份，二氧化猛3重量份。