CN110295075A - 一种调控高碱煤的组合物和调控方法及用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有调控高碱煤的煤灰熔融性能和沉积性能作用的组合物和调控方法及用途，所述组合物包含高碱煤和增灰抑沉剂，其中，所述增灰抑沉剂为煤矸石、粉煤灰和煤灰渣中的一种或多种，所述增灰抑沉剂的含量为收到基煤的0.1～10.0重量％。所述增灰抑沉剂为选自煤矸石、粉煤灰和煤灰渣中的一种或多种，以及所述增灰抑沉剂的含量为收到基煤的0.1～10.0重量％。本发明不仅可解决高碱煤因低灰、低灰熔点、高碱金属含量等特征引起的水冷壁挂渣效果差、换热器表面积灰等问题，而且有助于粉煤灰等固体废弃物的减量化和就近资源化利用。

Description

一种调控高碱煤的组合物和调控方法及用途
技术领域
本发明属于煤灰化学领域，具体涉及一种用于调控高碱煤的煤灰熔融性能和沉积性能的组合物和调控方法及用途。
背景技术
近年来，储量丰富的高碱煤(干基煤灰中当量Na2O＞2重量％)在能源、化工等行业的用量逐渐增加。然而，高碱煤在气化、燃烧等转化利用中面临着两大制约性因素：一是低灰难挂渣，高碱煤通常具有低灰(收到基煤灰含量＜10％)、低灰熔点(流动温度＜1200℃)的特征，在气化炉水冷壁上不挂渣或挂渣不均匀，难以实现“以渣抗渣”的需求，加速了气化炉水冷壁材质的热冲蚀；二是高碱易积灰，高碱煤中K、Na在燃烧和气化中受热析出，与其他组分形成低温共融物，是引起锅炉换热面、气化炉合成气冷却器等设备表面积灰的关键因素，导致设备换热效果变差和材质腐蚀，不利于装置的安稳、经济运行。
与常规煤种相比，高碱煤的煤灰中碱性组分含量较高，酸性组分含量较低，煤灰的熔融性能和沉积性能趋势增强，是构成上述挂渣效果差和易发生积灰的重要因素。
目前，工业上主要采用混配煤、设备改造等手段调控高碱煤灰的熔融性能和沉积性能。混配煤方法是向高碱煤中掺配较高灰分和灰熔点的煤种以改善混配煤的灰化学特性，但其局限性在于，需要掺配煤种的比例较高，限制了本地高碱煤的用量，而且在合理运输半径内难以找到适宜的掺配煤种。此外，混配煤的煤质容易波动，不利于装置的安稳性。
中国专利申请CN102798112A公开了一种采用水浴激冷方式脱除锅炉烟气中粉尘和碱金属的方法，但是该方法需要对现有装置进行改造，并降低锅炉的总体热效率。
中国实用新型专利CN201901665U公开了一种延缓气化炉冷却器十字架积灰的装置，也涉及对现有装置的改造，增加了改造和运维成本。
因此，针对高碱煤灰的熔融性能和沉积性能，开发一种简便易行、安全经济的调控方法，对保障设备安稳运行、拓展高碱煤的应用范围具有重要意义。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种用于调控高碱煤的煤灰熔融和沉积性能的组合物和调控高碱煤的方法，该组合物和调控方法可以解决高碱煤气化或燃烧过程中水冷壁挂渣效果差、设备表面积灰等问题，并实现粉煤灰、煤灰渣等固体废弃物的减量化和就近资源化利用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提供了一种具有调控高碱煤的煤灰熔融和沉积性能作用的组合物，所述组合物包含高碱煤和增灰抑沉剂，其中，所述增灰抑沉剂为煤矸石、粉煤灰和煤灰渣中的一种或多种，所述增灰抑沉剂的含量为收到基煤的0.1～10.0重量％。
在本发明中，术语“高碱煤”是指干基煤灰中当量Na2O＞2重量％的煤种。术语“收到基”是指以收到状态的煤样为基准。术语“粉煤灰”是指从煤燃烧和/或气化后的气相中收捕而来的细灰。术语“煤灰渣”是指煤燃烧或气化后由装置底部排出的大颗粒灰渣。
根据本发明提供的组合物，其中，所述增灰抑沉剂主要包含诸如SiO2和Al2O3的酸性组分。在一些实施方案中，所述增灰抑沉剂的碱酸比(B/A)小于等于0.1。
本发明中，术语“碱酸比”是指诸如煤矸石、粉煤灰和煤灰渣的增灰抑沉剂中碱性组分含量总和与酸性组分总和的重量比。
根据本发明提供的组合物，其中，作为所述增灰抑沉剂的粉煤灰和煤灰渣可以来自燃煤电厂和/或化工厂等。
根据本发明提供的组合物，其中，所述增灰抑沉剂的量可以根据高碱煤的性质以及锅炉和/或气化炉装置的指标要求而变化。在一些实施方案中，所述增灰抑沉剂的量可以为收到基煤的0.9～7.2重量％。
另一方面，本发明还提供了一种用于调控高碱煤的煤灰熔融性能和沉积性能的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)向高碱煤碎煤中添加增灰抑沉剂，其中，所述增灰抑沉剂为煤矸石、粉煤灰和煤灰渣中的一种或多种，并且所述增灰抑沉剂的用量为收到基煤的0.1～10.0重量％；和
(2)将步骤(1)得到的高碱煤碎煤和增灰抑沉剂的混合物磨粉混合，制得煤粉组合物。
根据本发明提供的调控高碱煤的方法，所述增灰抑沉剂具有调控高碱煤的煤灰熔融性能和沉积性能作用。
根据本发明提供的方法，其中，所述增灰抑沉剂主要包含诸如SiO2和Al2O3的酸性组分。在一些实施方案中，所述增灰抑沉剂的碱酸比(B/A)小于等于0.1。
本发明中，术语“碱酸比”是指诸如煤矸石、粉煤灰和煤灰渣的增灰抑沉剂中碱性组分含量总和与酸性组分总和的重量比。
根据本发明提供的方法，其中，作为所述增灰抑沉剂的粉煤灰和煤灰渣可以来自燃煤电厂和/或化工厂等。
根据本发明提供的方法，其中，所述增灰抑沉剂的用量可以根据高碱煤的性质以及锅炉和/或气化炉装置的指标要求而变化。在一些实施方案中，所述增灰抑沉剂的用量可以为收到基煤的0.9～7.2重量％。
根据本发明提供的方法，其中，所述方法还可以包括将高碱原煤进行破碎以制得所述高碱煤碎煤。
根据本发明提供的方法，其中，所述步骤(2)中磨粉混合制得的煤粉组合物可以储存或直接送往下游应用。
本发明还提供了煤矸石、粉煤灰和煤灰渣中的一种或多种作为增灰抑沉剂在调控高碱煤的煤灰熔融性能和沉积性能中的用途。
本发明至少包括以下有益效果：
1.本发明首次提出并筛选出适合用于调控高碱煤的煤灰熔融性能和沉积性能的增灰抑沉剂，有效减少高碱煤在燃烧和气化中的积灰难题，可拓展高碱煤的应用范围，实现高碱煤资源优势向经济效益的转化。
特别地，不希望受理论限制，认为，增灰抑沉剂在高碱煤的燃烧或气化中可以起到如下作用：(1)增加高碱煤的灰分，提高灰熔点，有利于气化炉水冷壁挂渣，保护水冷壁材质；和(2)以SiO2和Al2O3等酸性组分为主的增灰抑沉剂可以显著降低高碱煤的碱/酸比，稀释合成气中碱性组分，减少低温共融物的形成，降低积灰、结垢趋势，从而减少换热器表面积灰。
2.本发明利用增灰抑沉剂，从源头上调控高碱煤中的灰分、灰熔点等指标，避免了单纯依靠调整操作工况的局限性，降低了生产操作难度和劳动强度。
3.本发明利用的增灰抑沉剂，廉价易得，避免了混配煤方法存在的目标煤源稀缺、煤质不稳定和不宜远距离运输等制约难题。
4.本发明选用煤矸石、粉煤灰、煤灰渣作为增灰抑沉剂，实现固废资源减量化和就近资源化利用，可产生积极的社会经济和生态环保效益。
特别地，以煤为主的能源利用结构使得国内每年产生大量煤矸石、粉煤灰、煤灰渣等固体废弃物。以粉煤灰为例，其在2015年产量高达6亿吨。当前，所述固体废弃物在我国主要煤炭调出区内的资源化利用率较低，也不适于远距离输送，不仅占用宝贵的土地资源，还会引起粉尘、有害元素因雨水渗滤等污染，亟需开发就近资源化和减量化途径。谭雪莲等报道了粉煤灰用于建筑、建材等领域(谭雪莲等，“我国粉煤灰、煤矸石综合利用政策分析”，粉煤灰综合利用，2014年第1期，49-53页)，然而，粉煤灰直接应用于建筑、建材等行业时，难以满足国家标准中残碳、烧失量等指标要求。中国专利申请CN105602625A公开了一种粉煤灰作为气化原料生产合成气的技术，但是粉煤灰的热值偏低，难以单独用于气化或燃烧原料。
而本发明通过高碱煤与诸如粉煤灰等固废资源的耦合利用，不仅可以改善高碱煤在燃烧或气化中挂渣和沉积状况，同时可实现粉煤灰等固体废弃物的资源化和减量化。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1是根据本发明方法的、以副产粉煤灰为增灰抑沉剂的一种实施方案的流程示意图；
图2是根据本发明方法的、以副产煤灰渣为增灰抑沉剂的一种实施方案的流程示意图；和
图3根据本发明方法的、采用外购的增灰抑沉剂的一种实施方案的流程示意图；
其中，1-高碱原煤破碎称重系统，2-增灰抑沉剂混配制粉系统，3-气化单元，4-动力单元，5-项目副产粉煤灰收集系统，6-项目副产煤灰渣收集系统，7-煤灰渣破碎制粉系统和8-外购增灰抑沉剂储罐。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，新疆准东高碱煤经高碱原煤破碎称重系统1处理后，与来自项目副产粉煤灰收集系统5的粉煤灰在增灰抑沉剂混配制粉系统2中充分混合并研磨成细煤粉，再分别送往气化单元3和动力单元4，经气化或燃烧后生成的粉煤灰送往项目副产粉煤灰收集系统5，煤灰渣则送往项目副产煤灰渣收集系统6。
对项目副产粉煤灰收集系统5中的粉煤灰定期取样，检测其灰成分中碱酸比(B/A)是否≤0.1，据此判断该批次粉煤灰是否可用作增灰抑沉剂。
如果检测发现项目副产的粉煤灰的碱酸比(B/A)＞0.1，则不能用作增灰抑沉剂，需考虑外购增灰抑沉剂。
实施例2
如图2所示，新疆准东高碱煤经高碱原煤破碎称重系统1处理后，与来自项目煤灰渣破碎制粉系统7的煤灰渣在增灰抑沉剂混配制粉系统2中充分混合并研磨成细煤粉，再分别送往气化单元3和动力单元4，经气化或燃烧后生成的粉煤灰送往项目副产粉煤灰收集系统5，煤灰渣则送往项目副产煤灰渣收集系统6。
对副产煤灰渣收集系统6中的煤灰渣定期取样，检测其灰成分中碱酸比(B/A)是否≤0.1，据此判断该批次煤灰渣是否可用于增灰抑沉剂。
如果检测发现项目副产的煤灰渣的碱酸比(B/A)＞0.1，则其不能用作增灰抑沉剂，需考虑外购增灰抑沉剂。
实施例3
如图3所示，新疆准东高碱煤经高碱原煤破碎称重系统1处理后，与来自外购增灰抑沉剂储罐8的粉煤灰在增灰抑沉剂混配制粉系统2中充分混合并研磨成细煤粉，再分别送往气化单元3和动力单元4，经气化或燃烧后生成的粉煤灰送往项目副产粉煤灰收集系统5，煤灰渣则送往项目副产煤灰渣收集系统6。
实施例4
操作与实施例3基本相同，不同之处在于，粉煤灰的用量为收到基煤的0.4重量％。
实施例5
操作与实施例3基本相同，不同之处在于，粉煤灰的用量为收到基煤的0.9重量％。
实施例6
操作与实施例3基本相同，不同之处在于，粉煤灰的用量为收到基煤的1.7重量％。
实施例7
操作与实施例3基本相同，不同之处在于，粉煤灰的用量为收到基煤的3.5重量％。
实施例8
操作与实施例3基本相同，不同之处在于，粉煤灰的用量为收到基煤的5.3重量％。
实施例9
操作与实施例3基本相同，不同之处在于，粉煤灰的用量为收到基煤的7.2重量％。
对比例1
操作与实施例3基本相同，不同之处在于，不向原煤中添加任何增灰抑沉剂(即，增灰抑沉剂的用量为0)。
实施例3～10与对比例1的分析结果见表1。
表1增灰抑沉剂对高碱煤灰性能的影响
如表1所显示的，随着增灰抑沉剂用量的增加，掺配煤的灰分Aar逐渐上升，煤灰流动温度FT也显著提高。
在煤气化行业，为满足液态排渣，要求煤灰黏度(T25)不能超过25Pa·S。由表1可见，掺配煤的T25指标也随着粉煤灰添加比例的上升而提高，说明煤灰黏度呈上涨趋势，利于煤灰在水冷壁挂渣。
部分样品的灰成分检测结果见表2。
表2样品灰成分检测结果
由表2可见，粉煤灰以酸性组分为主，当量Na2O仅为0.39重量％，碱酸比为0.06，是一种理想的增灰抑沉剂。实施例中所采用的高碱煤中当量Na2O为3.26重量％，属典型高碱煤，碱/酸比高达80.68，煤灰沾污指数(FI)为2.97，渣流动指数(SVI)为44.93，说明煤灰易沾污，渣流动性强。随着增灰抑沉剂的添加比例上升，混煤灰的碱酸比和当量Na2O均明显下降，沾污指数也随之下降，渣流动指数明显上升，说明掺配煤灰的积灰趋向性减弱，而挂渣性能趋好。
以Shell气化装置为例，其要求原煤Aar介于8～15％，FT介于1180℃～1400℃。由表1可见，控制增灰抑沉剂的用量为0.9重量％～7.2重量％时，可使高碱煤满足其指标要求。

Claims (10)

1.一种具有调控高碱煤的煤灰熔融和沉积性能作用的组合物，所述组合物包含高碱煤和增灰抑沉剂，其中，所述增灰抑沉剂为煤矸石、粉煤灰和煤灰渣中的一种或多种，所述增灰抑沉剂的含量为收到基煤的0.1～10.0重量％。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述增灰抑沉剂的碱酸比小于等于0.1。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述增灰抑沉剂的含量为收到基煤的0.9～7.2重量％。
4.一种用于调控高碱煤的煤灰熔融性能和沉积性能的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)向高碱煤碎煤中添加增灰抑沉剂，其中，所述增灰抑沉剂为煤矸石、粉煤灰和煤灰渣中的一种或多种，所述增灰抑沉剂的用量为收到基煤的0.1～10.0重量％；和
(2)将步骤(1)中制得的高碱煤碎煤和增灰抑沉剂的混合物磨粉混合。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述增灰抑沉剂的碱酸比小于等于0.1。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述步骤(1)中增灰抑沉剂的用量为收到基煤的0.9～7.2重量％。
7.选自煤矸石、粉煤灰和煤灰渣中的一种或多种作为增灰抑沉剂在调控高碱煤的煤灰熔融性能和沉积性能中的用途。
8.根据权利要求7所述的用途，其中，所述增灰抑沉剂的用量为收到基煤的0.1～10.0重量％。
9.根据权利要求7所述的用途，其中，所述增灰抑沉剂的用量为收到基煤的0.9～7.2重量％。
10.根据权利要求6或7所述的用途，其中，所述增灰抑沉剂的碱酸比小于等于0.1。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191001

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