CN107287000A - 一种配煤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤加工领域,公开了一种配煤方法,该方法包括:根据预测灰熔融温度FTC,将至少两种具有不同组分含量的原料煤进行混合,得到混合煤,所述混合使得得到的所述混合煤中石英、高岭石、伊利石和蒙脱石的重量之和与碳酸盐、硫化物和硫酸盐的重量之和的比值X符合以下公式,本发明提供的配煤方法有效改善了以煤灰化学组成为基准对煤灰熔融温度预测不准的问题。(1)FTC<1300℃时,0<X<3.5;(2)1300℃≤FTC≤1400℃时,3.5≤X≤5.5;(3)1400℃<FTC≤1500℃时,5.5<X≤10;(4)FTC>1500℃时,X>10。
Description
技术领域
本发明涉及煤加工领域,具体地,涉及一种配煤方法。
背景技术
按照排渣方式,煤的气化工艺可分为固态排渣和液态排渣两类。液态排渣工艺要求操作温度高于煤灰流动温度,且在操作温度内的黏度为2.5-25Pa·s(气渣逆流)或15-50Pa·s(气渣并流)。如果温度低于流动温度或操作温度区间无法达到黏度要求,均会导致排渣不畅,气化炉无法正常运行。
灰是高温(低于最小熔融温度)热转化过程中矿物质的热转化产物。渣是高温(高于最小熔融温度)热转化过程中矿物质的转化产物,是灰的熔融态产物。从过程上分析,高温下矿物质经历了先形成灰后转化为渣的过程。与灰相比,渣中几乎不含氧以外的非金属元素,碱金属含量也较低,非晶体含量远高于灰。
煤中的主要矿物(>5%)包括石英、高岭石、伊利石、长石、方解石、黄铁矿和石膏;次要矿物(1%-5%)包括方石英、蒙脱石、赤铁矿、菱铁矿、白云石。通常,富含石英、高岭石和伊利石的煤,灰熔融温度较高;而蒙脱石、斜长石、方解石、菱铁矿和石膏含量高的煤,灰熔融温度较低。煤经过高温灰化,主要矿物变成石英、黏土矿物、长石、硅酸钙、赤铁矿和硬石膏等。硅酸盐矿物含量高的煤灰,熔融温度较高;硫酸盐和氧化物矿物含量高的煤灰,熔融温度较低。煤灰中的耐熔矿物是石英、偏高岭石、莫来石和金红石,助熔矿物是石膏、酸性斜长石、硅酸钙、赤铁矿和重晶石。
煤灰熔融温度的显著差别取决于石英、高岭石和长石的含量。随着高岭石含量的增加,煤灰熔融温度逐渐提高;高岭石含量相同的煤灰,熔融温度随长石含量增加而降低。高岭石中主要成分之一是酸性氧化物Al2O3的晶体物质,熔点高达2050℃,在煤灰融化过程中起骨架作用。由于Al2O3晶体具有固定熔点,当温度达到相应硅铝酸盐类物质的熔点时,该晶体即开始熔化并很快呈流体状,因此Al2O3含量越高,软化温度和熔化温度的温差就越小。随SiO2含量增加,软化温度和流动温度的温差增大。这是由于煤灰中SiO2主要以非晶体的状态存在,很容易与其它金属和非金属氧化物形成玻璃体物质,具有无定形结构,没有固定的熔点,随着温度的升高而变软,直至完全变成液体。SiO2含量越高,形成的玻璃体成分越多,所以煤灰的流动温度与软化温度之差增加。
当操作温度升高时,渣的黏度会有不同程度的降低,这有利于气化炉内熔融灰渣的流动和排出。但煤灰在高温下的黏度太低也会对液态排渣造成问题,对于耐火砖内壁的气化炉,如果黏度过低,会加快炉砖的侵蚀和脱落。当操作温度在1400℃以上时,温度每增加20℃,耐火材料被侵蚀的速率会增加一倍。对于水冷壁气化炉,熔渣黏度太低会使固态渣层变薄,难以达到以渣抗渣的效果。
CN103060054A提供了一种配煤与助剂联合调控煤灰熔融温度的方法,通过改变(Al2O3+SiO2)/(CaO+MgO+Fe2O3)的质量比值,来调节煤灰的流动温度。另外,CN1245209A也通过改变煤灰中SiO2、Al2O3、CaO的含量来调节煤灰熔点。然而,上述现有技术均需通过额外加入用于调节各种成分的含量的助剂以实现发明目的,在经济上并不是特别有利的,且会增加灰分含量。根据文献介绍,在相同反应条件下,灰分增加1%,氧耗增加0.7%-0.8%,煤耗增加1.3%-1.5%。除此之外,上述配煤方法通常还存在预测灰熔融温度与实际灰熔融温度不相符合的缺陷。
然而,由于煤灰组成的复杂性,基于煤灰化学组成预测流动温度的经验公式在实际应用中预测精度不够理想,因此通过改变煤灰化学组成中酸性氧化物和碱性氧化物的比值来进行配煤是不准确的。张琨在“淮南煤灰中晶体矿物组成与煤灰流动温度关系的研究”一文中,选取了两组有代表性的基于煤灰化学组成的煤灰流动温度预测经验公式,对淮南煤灰的熔融温度进行预测,研究表明预测误差超过国家标准对于灰熔融温度再现性≤80℃的要求。
发明内容
本发明的目的是克服采用现有技术的方法进行配煤时预测灰熔融温度与实际灰熔融温度之间的误差大而不符合要求的缺陷,提供一种新的调节煤灰熔融温度的配煤方法。
为了实现上述目的,本发明提供一种配煤方法,该方法包括:根据预测灰熔融温度FTC,将至少两种具有不同组分含量的原料煤进行混合,得到混合煤,所述混合使得得到的所述混合煤中石英、高岭石、伊利石和蒙脱石的重量之和与碳酸盐、硫化物和硫酸盐的重量之和的比值X符合以下公式:
(1)FTC<1300℃时,0<X<3.5;
(2)1300℃≤FTC≤1400℃时,3.5≤X≤5.5;
(3)1400℃<FTC≤1500℃时,5.5<X≤10;
(4)FTC>1500℃时,X>10。
本发明的上述配煤方法通过调节配煤的矿物组成以获得目标煤灰熔融温度及黏温特性。
本发明的上述配煤方法还具有如下有益效果:采用改变配煤的矿物组成改善煤灰熔融温度,有效改善了以煤灰化学组成为基准对煤灰熔融温度预测不准的问题。
本发明提供的配煤方法与使用助熔剂相比,通过配煤改善煤灰熔融温度,不仅提高了原料煤中的碳含量,使得气化炉的整体效率得到提高,还促进了煤炭资源的合理利用,这与将煤在产煤地就地转化的原则是相吻合的。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种配煤方法,该方法包括:根据预测灰熔融温度FTC,将至少两种具有不同组分含量的原料煤进行混合,得到混合煤,所述混合使得得到的所述混合煤中石英、高岭石、伊利石和蒙脱石的重量之和与碳酸盐、硫化物和硫酸盐的重量之和的比值X符合以下公式:
(1)FTC<1300℃时,0<X<3.5;
(2)1300℃≤FTC≤1400℃时,3.5≤X≤5.5;
(3)1400℃<FTC≤1500℃时,5.5<X≤10;
(4)FTC>1500℃时,X>10。
为了更具体地说明,本发明的所述X=(M石英+M高岭石+M伊利石+M蒙脱石)/(M碳酸盐+M硫化物+M硫酸盐),其中,M表示物质的重量。
所述组分含量包括组分的种类或组分的含量,也可以包括组分的种类和组分的含量。
所述灰熔融温度是指表示灰流动温度,即灰锥熔化展开成高度在1.5mm以下的薄层时的温度。
所述至少两种具有不同组分含量的原料煤是指:两种原料煤的组分的种类以及组分的含量不完全相同。也就是说,所述至少两种具有不同组分含量的原料煤中至少有组分的种类或者组分的含量不完全相同。
优选地,所述碳酸盐选自方解石、文石、白云石、铁白云石、菱铁矿、片钠铝石、菱锶矿、碳酸钡石和钡霞石中的至少一种。
本发明的所述碳酸盐、硫化物和硫酸盐的重量均是以实际矿物的质量计算的。
优选地,所述硫化物选自黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、辉锑矿、针镍矿和黄铜矿中的至少一种。
优选地,所述硫酸盐选自石膏、烧石膏、重晶石、针绿矾、白铁钒、水铁钒、钠黄铁钒、无水芒硝、钙芒硝、六水泻盐和铵明矾中的至少一种。特别地,在本发明中,所述硫酸盐是指:含有硫酸根离子的化合物;所述硫化物是指:含有硫元素且不含硫酸根离子的化合物。
优选地,所述原料煤和/或所述混合煤中的组分含量通过选自X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、薄片鉴定、扫描电镜、电子微探针分析仪、拉曼光谱仪、热分析天平、穆斯堡尔谱仪和核磁共振波谱仪中的至少一种检测方法进行分析。也就是说,本发明能够通过上述列举的任意一种或多种检测方法对所述原料煤和/或所述混合煤中的组分的种类和/或组分的含量进行分析,本发明的后文中也称这种分析为定性分析或定量分析。本发明的方法对上述各种检测方法的具体操作条件没有特别的限定,本领域技术人员能够根据本领域的公知确定适宜的操作条件以进行定量分析和/或定性分析。
优选地,至少一种所述原料煤的实际灰熔融温度FTS不高于预测灰熔融温度FTC,且至少一种所述原料煤的实际灰熔融温度FTS不低于预测灰熔融温度FTC。
在本发明中,定义实际灰熔融温度FTS不高于预测灰熔融温度FTC的原料煤为原料煤A,优选地,所述原料煤A中的石英、高岭石、伊利石和蒙脱石的含量之和为0-77.78重量%,碳酸盐、硫化物和硫酸盐的含量之和为22.22-100重量%。当石英、高岭石、伊利石和蒙脱石的含量之和为0时,表示所述原料煤A中不含有石英、高岭石、伊利石和蒙脱石。
在本发明中,定义实际灰熔融温度FTS不低于预测灰熔融温度FTC的原料煤为原料煤B,优选地,所述原料煤B中的石英、高岭石、伊利石和蒙脱石的含量之和为90.91-100重量%,碳酸盐、硫化物和硫酸盐的含量之和为0-9.09重量%。当碳酸盐、硫化物和硫酸盐的含量之和为0时,表示所述原料煤B中不含有碳酸盐、硫化物和硫酸盐。
优选地,所述原料煤和/或所述混合煤的实际灰熔融温度FTS通过选自国家标准GB/T219-2008煤灰熔融性的测定方法、热机械分析法和ACIRL测试法中的至少一种方法测得。
本发明的方法对所述原料煤的产地并没有特别的限定,只需要通过本发明的配煤方法使得得到的混合煤中石英、高岭石、伊利石和蒙脱石的重量之和与碳酸盐、硫化物和硫酸盐的重量之和的比值X符合本发明的前述公式即可。优选情况下,本发明的所述原料煤选自淮北石台煤、内蒙东胜煤、兖州南屯煤、辽宁阜新煤、山西阳泉煤、陕西铜川煤中的至少两种。
根据一种优选的具体实施方式,本发明的配煤方法包括:
1)通过选自X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、薄片鉴定、扫描电镜、电子微探针分析仪、拉曼光谱仪、热分析天平、穆斯堡尔谱仪和核磁共振波谱仪中的至少一种检测方法对原料煤进行定性分析和定量分析;
2)通过选自国家标准GB/T219-2008煤灰熔融性的测定方法、热机械分析法和ACIRL测试法中的至少一种方法测得各种所述原料煤的实际灰熔融温度FTS;
3)根据预测灰熔融温度FTC,将至少两种具有不同组分含量的原料煤进行混合,得到混合煤,所述混合使得得到的所述混合煤中石英、高岭石、伊利石和蒙脱石的重量之和与碳酸盐、硫化物和硫酸盐的重量之和的比值X符合以下公式:
(1)FTC<1300℃时,0<X<3.5;
(2)1300℃≤FTC≤1400℃时,3.5≤X≤5.5;
(3)1400℃<FTC≤1500℃时,5.5<X≤10;
(4)FTC>1500℃时,X>10。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
在没有特别说明的情况下,以下使用的各种原料均来自商购。
实施例1-6用于说明本发明的配煤方法。
实施例1
用淮北石台煤和内蒙东胜煤进行配煤,预测灰熔融温度FTC符合1300℃≤FTC≤1400℃,适用于液态排渣气化炉。
1)对两种原料煤所含矿物进行定性定量分析:
淮北石台煤中所含石英30.68重量%、高岭石58.15重量%、伊利石-蒙脱石11.17重量%;
内蒙东胜煤中所含石英24.91重量%、高岭石26.72重量%、伊利石13.15重量%、方解石22.53重量%、菱铁矿5.41重量%、黄铁矿7.28重量%;
2)测定两种原料煤的实际灰熔融温度FTS:
淮北石台煤的实际灰熔融温度FTS为1653℃;
内蒙东胜煤的实际灰熔融温度FTS为1198℃;
3)根据1300℃≤FTC≤1400℃时,3.5≤X≤5.5,按照重量比为淮北石台煤:内蒙东胜煤=1:1进行配煤,此时,(M石英+M高岭石+M伊利石+M蒙脱石)/(M碳酸盐+M硫化物+M硫酸盐)=4.68;
4)测得混合煤的实际灰熔融温度FTS为1358℃,达到要求。
对比例1
本对比例采用CN103060054A中提供的方法配煤,预测灰熔融温度符合1300℃≤FTC≤1400℃,具体地:
用与实施例1相同的淮北石台煤和内蒙东胜煤进行配煤,预测灰熔融温度FTC低于1400℃,适用于液态排渣气化炉。
1)对两种原料煤的煤灰化学组成进行定性定量分析:
淮北石台煤中所含SiO2为68.15重量%、Al2O3为31.84重量%;
内蒙东胜煤中所含SiO2为46.46重量%、Al2O3为19.39重量%、CaO为12.62重量%、Fe2O3为8.58重量%;
2)测定两种原料煤的实际灰熔融温度FTS:
淮北石台煤的实际灰熔融温度FTS为1653℃;
内蒙东胜煤的实际灰熔融温度FTS为1198℃;
3)根据1300℃≤FTC≤1400℃时,3.5<(Al2O3+SiO2)/(CaO+MgO+Fe2O3)≤5.5,按照重量比为淮北石台煤:内蒙东胜煤=1:2进行配煤,此时,(Al2O3+SiO2)/(CaO+MgO+Fe2O3)=5.46;
4)测得混合煤的实际灰熔融温度FTS为1286℃,与预测灰熔融温度范围不符。
实施例2
用山西阳泉煤和陕西铜川煤进行配煤,预测灰熔融温度FTC符合1300℃≤FTC≤1400℃,适用于液态排渣气化炉。
1)对两种原料煤所含矿物进行定性定量分析:
山西阳泉煤中所含石英9.87重量%、高岭石69.48重量%、伊利石16.16重量%、黄铁矿4.49重量%;
陕西铜川煤中所含石英8.27重量%、高岭石11.20重量%、方解石43.69重量%、白云石16.13重量%、石膏10.10重量%、黄铁矿10.59重量%;
2)测定两种原料煤的实际灰熔融温度FTS:
山西阳泉煤的实际灰熔融温度FTS为1574℃;
陕西铜川煤的实际灰熔融温度FTS为1245℃;
3)根据1300℃≤FTC≤1400℃时,3.5≤X≤5.5,按照重量比为山西阳泉煤:陕西铜川煤=5:1进行配煤,此时,(M石英+M高岭石+M伊利石+M蒙脱石)/(M碳酸盐+M硫化物+M硫酸盐)=4.83;
4)测得混合煤的实际灰熔融温度FTS为1386℃,达到要求。
对比例2
本对比例采用CN1245209A中提供的方法进行配煤,预测灰熔融温度FTC≤1250℃,具体地:
用与实施例2相同的山西阳泉煤和陕西铜川煤进行配煤。
1)对两种原料煤的煤灰化学组成进行定性定量分析:
山西阳泉煤中所含SiO2为56.17重量%、Al2O3为39.34重量%;
陕西铜川煤中所含SiO2为14.32重量%、Al2O3为5.15重量%、CaO为47.86重量%;
2)测定两种原料煤的实际灰熔融温度FTS:
山西阳泉煤的实际灰熔融温度FTS为1574℃;
陕西铜川煤的实际灰熔融温度FTS为1245℃;
3)根据FTC≤1250℃时,Al2O3+SiO2+CaO<70重量%,按照重量比为山西阳泉煤:陕西铜川煤=1:10进行配煤,此时,Al2O3+SiO2+CaO=69.89重量%;
4)测得混合煤的实际灰熔融温度FTS为1310℃,达到要求,但是与预测灰熔融温度范围不符。
实施例3
用兖州南屯煤和辽宁阜新煤进行配煤,预测灰熔融温度FTC符合1300℃≤FTC≤1400℃,适用于液态排渣气化炉。
1)对两种原料煤所含矿物进行定性定量分析:
兖州南屯煤中所含高岭石92.65重量%、金红石3.27重量%、方解石2.70重量%、黄铁矿1.39重量%;
辽宁阜新煤中所含石英20.91重量%、高岭石27.10重量%、蒙脱石13.71重量%、菱铁矿31.49重量%、黄铁矿6.77重量%;
2)测定两种原料煤的实际灰熔融温度FTS:
兖州南屯煤的实际灰熔融温度FTS为1601℃;
辽宁阜新煤的实际灰熔融温度FTS为1215℃;
3)根据1300℃≤FTC≤1400℃时,3.5≤X≤5.5,按照重量比为兖州南屯煤:辽宁阜新煤=2:1进行配煤,此时,(M石英+M高岭石+M伊利石+M蒙脱石)/(M碳酸盐+M硫化物+M硫酸盐)=5.17;
4)测得混合煤的实际灰熔融温度FTS为1395℃,达到要求。
实施例4
用与实施例3相同的兖州南屯煤和辽宁阜新煤进行配煤,预测灰熔融温度FTC<1300℃。
1)对两种原料煤所含矿物进行定性定量分析:
结果与实施例3中相同;
2)测定两种原料煤的实际灰熔融温度FTS:
结果与实施例3中相同;
3)根据FTC<1300℃时,0<X<3.5,按照重量比为兖州南屯煤:辽宁阜新煤=1:5进行配煤,此时,(M石英+M高岭石+M伊利石+M蒙脱石)/(M碳酸盐+M硫化 物+M硫酸盐)=3.44;
4)测得混合煤的实际灰熔融温度FTS为1291℃,达到要求。
实施例5
用与实施例3相同的兖州南屯煤和辽宁阜新煤进行配煤,预测灰熔融温度符合1400℃<FTC≤1500℃。
1)对两种原料煤所含矿物进行定性定量分析:
结果与实施例3中相同;
2)测定两种原料煤的实际灰熔融温度FTS:
结果与实施例3中相同;
3)根据1400℃<FTC≤1500℃时,5.5<X≤10,按照重量比为兖州南屯煤:辽宁阜新煤=3:1进行配煤,此时,(M石英+M高岭石+M伊利石+M蒙脱石)/(M碳酸盐+M硫化物+M硫酸盐)=9.84;
4)测得混合煤的实际灰熔融温度FTS为1427℃,达到要求。
实施例6
用与实施例3相同的兖州南屯煤和辽宁阜新煤进行配煤,预测灰熔融温度FTC>1500℃。
1)对两种原料煤所含矿物进行定性定量分析:
结果与实施例3中相同;
2)测定两种原料煤的实际灰熔融温度FTS:
结果与实施例3中相同;
3)根据FTC>1500℃时,X>10,按照重量比为兖州南屯煤:辽宁阜新煤=5:1进行配煤,此时,(M石英+M高岭石+M伊利石+M蒙脱石)/(M碳酸盐+M硫化物+M硫酸盐)=10.76;
4)测得混合煤的实际灰熔融温度FTS为1586℃,达到要求。
通过上述实施例和对比例的结果可以看出,采用本发明提供的方法进行配煤时能够在不额外加入其它助剂的前提下使得得到的混合煤的实际灰熔融温度FTS符合要求。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种配煤方法,该方法包括:根据预测灰熔融温度FTC,将至少两种具有不同组分含量的原料煤进行混合,得到混合煤,其特征在于,所述混合使得得到的所述混合煤中石英、高岭石、伊利石和蒙脱石的重量之和与碳酸盐、硫化物和硫酸盐的重量之和的比值X符合以下公式:
(1)FTC<1300℃时,0<X<3.5;
(2)1300℃≤FTC≤1400℃时,3.5≤X≤5.5;
(3)1400℃<FTC≤1500℃时,5.5<X≤10;
(4)FTC>1500℃时,X>10。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述碳酸盐选自方解石、文石、白云石、铁白云石、菱铁矿、片钠铝石、菱锶矿、碳酸钡石和钡霞石中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述硫化物选自黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、辉锑矿、针镍矿和黄铜矿中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述硫酸盐选自石膏、烧石膏、重晶石、针绿矾、白铁钒、水铁钒、钠黄铁钒、无水芒硝、钙芒硝、六水泻盐和铵明矾中的至少一种。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法,其中,所述原料煤和/或所述混合煤中的组分含量通过选自X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、薄片鉴定、扫描电镜、电子微探针分析仪、拉曼光谱仪、热分析天平、穆斯堡尔谱仪和核磁共振波谱仪中的至少一种检测方法进行分析。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,至少一种所述原料煤的实际灰熔融温度FTS不高于预测灰熔融温度FTC,且至少一种所述原料煤的实际灰熔融温度FTS不低于预测灰熔融温度FTC。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,实际灰熔融温度FTS不高于预测灰熔融温度FTC的原料煤A中的石英、高岭石、伊利石和蒙脱石的含量之和为0-77.78重量%,碳酸盐、硫化物和硫酸盐的含量之和为22.22-100重量%。
8.根据权利要求6所述的方法,其中,实际灰熔融温度FTS不低于预测灰熔融温度FTC的原料煤B中的石英、高岭石、伊利石和蒙脱石的含量之和为90.91-100重量%,碳酸盐、硫化物和硫酸盐的含量之和为0-9.09重量%。
9.根据权利要求1所述的方法,其中,所述原料煤和/或所述混合煤的实际灰熔融温度FTS通过选自国家标准GB/T219-2008煤灰熔融性的测定方法、热机械分析法和ACIRL测试法中的至少一种方法测得。
10.根据权利要求1和6-8中任意一项所述的方法,其中,所述原料煤选自淮北石台煤、内蒙东胜煤、兖州南屯煤、辽宁阜新煤、山西阳泉煤、陕西铜川煤中的至少两种。
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