CN110747033A - 通过形成复合型钠化合物解决高钠煤燃烧时沾污的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过形成复合型钠化合物解决高钠煤燃烧时沾污的方法，油页岩的最佳掺配比例范围为：准东煤(煤灰中Na₂O含量高于3％)中掺配5％‑20％的油页岩(准东煤∶油页岩＝95‑80∶5‑20)为最佳配比，通过准东煤中掺配15％的油页岩有效改善准东高钠煤的结渣、沾污特性，从而解决锅炉大量燃用准东煤易发生的受热面结焦问题。

Description

通过形成复合型钠化合物解决高钠煤燃烧时沾污的方法

技术领域

本发明涉及煤化工领域，具体是一种通过形成复合型钠化合物解决高钠煤燃烧时沾污的方法。

技术背景

新疆的准东地区，因其大量出产准东煤而出名，准东煤目前价格较低，但因其煤炭灰分中含有较多的Na、K元素，煤灰中钠(以Na₂O计)含量普遍高于3％，且煤灰的熔融特性温度较低，故很多机组均采用部分掺烧的方法使用准东煤，且在目前状况下，还是易发生结焦停机事故。油页岩(又称油母页岩)是一种高灰分的含可燃有机质的沉积岩，它和煤的主要区别是灰分基本在60-80％。油页岩以资源丰富和易开发利用的特点而被列为21世纪非常重要的接替能源。电厂科学合理利用油页岩，不仅可以降低发电成本，而且由于油页岩的高灰分、高灰熔点的特性(高硅铝)，与准东煤掺配掺烧可有效缓解燃烧准东煤引起的锅炉结焦问题，一举两得。

但是，油页岩的最佳掺配比例不同导致使用时产生的效果也不一样，需要找到合适的配比来使油页岩的使用最佳最大合理化。因此，本领域技术人员提供了一种通过形成复合型钠化合物解决高钠煤燃烧时沾污的方法，以解决上述技术背景中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过形成复合型钠化合物解决高钠煤燃烧时沾污的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

首先将煤灰中Na2O含量为2.8％、3.3％、4.6％，K2O含量为0.5％，0.6％，2.0％的三种高钠煤与煤灰中Na2O含量为0.9％、1.0％的两种低钠煤分别灰化，然后将煤灰分别做成灰锥，放入马弗炉中再分别加温到900℃和1000℃并保持温度半小时，停止加热并冷却后取出灰锥，观察三种高钠煤灰锥的外观均为黑褐色、且表面均布满溶出物结晶；低钠煤的灰锥外观为灰白色，表面较为光滑，未明细见到溶出物结晶。由此可见高钠煤的沾污机理主要是钠化合物在高温时溶出引起的。根据申请人对准东地区煤矿的系统采样分析结果表明，该地区煤灰的Na2O含量均接近3％或3％以上，本文中选定的低钠煤，煤灰中的Na2O含量≤1％；高钠煤，煤灰中氧化钠含量＞1％。

将油页岩与准东煤以80∶20的质量比分别掺混后研磨灰化，放在马弗炉中，再分别加热到900℃和1000℃并保持1小时，停止加热并冷却后，观察灰锥表面均为灰白色、表面光滑且没有任何溶出物结晶现象和灰锥的变形现象，所以在这样的条件下，钾钠元素已经形成了复合型的硅铝酸钾和硅铝酸钠。因为在1000℃的温度下，灰锥没有溶出物结晶出现并且也没有发生灰锥的变形现象，由此可以证明钾、钠元素从氧化物或其它物质形态转化为硅铝酸钾或硅铝酸钠以后，溶出物的温度至少可以从900℃提高到1000℃。

所以高钠煤(煤灰中Na₂O含量高于3％)，在与油页岩掺配掺烧时，在燃烧物质中存在着一定量的硅、铝元素，这样将形成硅铝酸纳，高钠煤中的钾元素亦将形成硅铝酸钾，这样可减轻。

对准东煤、油页岩和准东煤油页岩混煤的煤质进行了测试。结果如表1-1所示。准东煤的全水分含量较高为24.99％，明显高于油页岩的7.46％，随掺配油页岩比例升高，配煤的全水分含量呈下降趋势。准东煤和油页岩的发热量分别为19510kJ/kg和3019kJ/kg，准东煤和油页岩混煤的发热量随油页岩含量增加而降低。准东煤和油页岩的灰分分别为7.39％和78.46％，随油页岩掺配比例提高，混煤的灰含量依次升高。

表1-1不同掺配比例下准东煤和油页岩的煤质分析试验数据

通过对混煤的灰成分、灰熔点、发热量、燃烧特性等指标，确定准东煤掺配油页岩的最佳配比。不同配比的准东煤与油页岩混煤灰成分和灰熔融特性如表1-2所示。

表1-2准东煤、油页岩和准东煤油页岩混煤灰分及灰熔融特性

根据弱还原性气氛灰熔融特性数据，混煤在油页岩含量为15％时软化温度最高，为1211℃，比准东煤的软化温度提高了29℃。另外，分别根据碱酸比、硅比、硫结渣指标、铁钙比等指标，对准东煤、油页岩和准东煤油页岩混煤的结渣特性进行评判。准东煤的碱酸比RBA为0.83，油页岩的碱酸比为0.15，准东煤油页岩混煤的碱酸比随油页岩含量升高而降低。同时，由于油页岩灰分中的CaO含量较低，油页岩含量为5％、10％、15％、和20％时分别为0.465、0.716、0.986和1.276。

煤灰对高温受热面的沾污特性用沾污指数评价。具体结果如附表1-3所示。混煤的油页岩含量为5％和10％时，沾污指数分别为0.94和0.50，沾污程度高；15％和20％时，沾污指数分别为0.33和0.23，沾污程度为中。说明当油页岩含量大于等于15％时，可以降低沾污现象。

表1-3准东煤和油页岩混煤沾污特性

对配煤的燃烧特性进行分析，结果表1-4所示。油页岩的Ti和Tmax分别为346℃和441℃，低于准东煤，而Th高于准东煤。油页岩掺混比例为5％-20％时，Ti，Tmax和Th都与准东煤接近。掺烧油页岩时，(dw/dt)max小于准东煤，但变化幅度不大。准东煤掺烧油页岩5％-20％时，其燃烧特性变化不大。

表1-4准东煤、油页岩单质及混烧特性参数表

通过对混煤的灰成分、灰熔点、发热量、燃烧特性等指标的分析，确定在准东煤(煤灰中Na₂O含量高于3％)中掺配15％的油页岩(准东煤∶油页岩＝85∶15)为最佳配比。

具体实施方式

下面将结合本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：首先将煤灰中Na2O含量为2.8％、3.3％、4.6％，K2O含量为0.5％，0.6％，2.0％的三种高钠煤与煤灰中Na2O含量为0.9％、1.0％的两种低钠煤分别灰化，然后将煤灰分别做成灰锥，放入马弗炉中再分别加温到900℃和1000℃并保持温度半小时，停止加热并冷却后取出灰锥，观察三种高钠煤灰锥的外观均为黑褐色、且表面均布满溶出物结晶；低钠煤的灰锥外观为灰白色，表面较为光滑，未明细见到溶出物结晶。由此可见高钠煤的沾污机理主要是钠化合物在高温时溶出引起的。根据申请人对准东地区煤矿的系统采样分析结果表明，该地区煤灰的Na2O含量均接近3％或3％以上，本文中选定的低钠煤，煤灰中的Na2O含量≤1％；高钠煤，煤灰中氧化钠含量＞1％。

将油页岩与上述三种高钠煤以80∶20的质量比分别掺混后研磨灰化，放在马弗炉中，再分别加热到900℃和1000℃并保持1小时，停止加热并冷却后，观察灰锥表面均为灰白色、表面光滑且没有任何溶出物结晶现象和灰锥的变形现象，所以在这样的条件下，钾钠元素已经形成了复合型的硅铝酸钾和硅铝酸钠。因为在1000℃的温度下，灰锥没有溶出物结晶出现并且也没有发生灰锥的变形现象，由此可以证明钾、钠元素从氧化物或其它物质形态转化为硅铝酸钾或硅铝酸钠以后，溶出物的温度至少可以从900℃提高到1000℃。

所以高钠煤(煤灰中Na₂O含量高于3％)在与准东煤掺配掺烧时，在燃烧物质中存在着一定量的硅、铝元素，这样将形成硅铝酸纳，高钠煤中的钾元素亦将形成硅铝酸钾，。

对准东煤、油页岩和准东煤油页岩混煤的煤质进行了测试。结果如表1-1所示。准东煤的全水分含量较高为24.99％，明显高于油页岩的7.46％，随掺配油页岩比例升高，配煤的全水分含量呈下降趋势。准东煤和油页岩的发热量分别为19510kJ/kg和3019kJ/kg，准东煤和油页岩混煤的发热量随油页岩含量增加而降低。准东煤和油页岩的灰分分别为7.39％和78.46％，随油页岩掺配比例提高，混煤的灰含量依次升高。

表1-1不同掺配比例下准东煤和油页岩的煤质分析试验数据

通过对混煤的灰成分、灰熔点、发热量、燃烧特性等指标，确定准东煤掺配油页岩的最佳配比。不同配比的准东煤与油页岩混煤灰成分和灰熔融特性如表1-2所示。

表1-2准东煤、油页岩和准东煤油页岩混煤灰分及灰熔融特性

根据弱还原性气氛灰熔融特性数据，混煤在油页岩含量为15％时软化温度最高，为1211℃，比准东煤的软化温度提高了29℃。另外，

分别根据碱酸比、硅比、硫结渣指标、铁钙比等指标，对准东煤、油页岩和准东煤油页岩混煤的结渣特性进行评判。准东煤的碱酸比RBA为0.83，油页岩的碱酸比为0.15，准东煤油页岩混煤的碱酸比随油页岩含量升高而降低。同时，由于油页岩灰分中的CaO含量较低，油页岩含量为5％、10％、15％、和20％时分别为0.465、0.716、0.986和1.276。

煤灰对高温受热面的沾污特性用沾污指数评价。具体结果如附表1-3所示。混煤的油页岩含量为5％和10％时，沾污指数分别为0.94和0.50，沾污程度高；15％和20％时，沾污指数分别为0.33和0.23，沾污程度为中。说明当油页岩含量大于等于15％时，可以降低沾污现象。

表1-3准东煤和油页岩混煤沾污特性

对配煤的燃烧特性进行分析，结果表1-4所示。油页岩的Ti和Tmax分别为346℃和441℃，低于准东煤，而Th高于准东煤。油页岩掺混比例为5％-20％时，Ti，Tmax和Th都与准东煤接近。掺烧油页岩时，(dw/dt)max小于准东煤，但变化幅度不大。准东煤掺烧油页岩5％-20％时，其燃烧特性变化不大。

表1-4准东煤、油页岩单质及混烧特性参数表

通过对混煤的灰成分、灰熔点、发热量、燃烧特性等指标的分析，确定在准东煤中掺配15％的油页岩(准东煤∶油页岩＝85∶15)为最佳配比。

油页岩与准东煤的掺混方法：

一、先在地面上铺设一层准东煤，在准东煤上层铺设油页岩，油页岩采用小货车多点卸煤，再铺设一层准东煤后再采用同样的方法铺设油页岩，这样多层堆放在一起，然后由取煤机纵向取煤；

二、将准东煤与油页岩分别存放，分别用给煤机及其配套的输送带，按比例输送并在主输煤系统混合，混合后的混配煤再输送到锅炉的给煤系统中。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种通过形成复合型钠化合物解决高钠煤燃烧时沾污的方法，其特征在于，所述油页岩的最佳掺配比例范围为：准东煤中掺配5％-20％的油页岩(准东煤∶油页岩＝95-80∶5-20)为最佳配比。

2.根据权利要求1所述的一种通过形成复合型钠化合物解决高钠煤燃烧时沾污的方法，其特征在于，所述油页岩的最佳掺配比例范围进一步为：准东煤中掺配10％-15％的油页岩(准东煤∶油页岩＝90-85∶10-15)为最佳配比。

3.根据权利要求1所述的一种通过形成复合型钠化合物解决高钠煤燃烧时沾污的方法，其特征在于，所述准东煤中钠等碱性金属含量非常高，煤灰中钠(以Na₂O计)含量普遍高于3％，油页岩的中硅、铝含量较高，熔融特性温度较高，软化温度一般大于1400℃。

4.根据权利要求1所述的一种通过形成复合型钠化合物解决高钠煤燃烧时沾污的方法，其特征在于，所述的油页岩与准东煤的掺混方法：

一、先在地面上铺设一层准东煤，在准东煤上层铺设油页岩，油页岩采用小货车多点卸煤，再铺设一层准东煤后再采用同样的方法铺设油页岩，这样多层堆放在一起，然后由取煤机纵向取煤；

二、将准东煤与油页岩分别存放，分别用给煤机及其配套的输送带，按比例输送并在主输煤系统混合，混合后的混配煤再输送到锅炉的给煤系统中。