CN113652264A - 高硫无烟粉煤灰助熔剂 - Google Patents

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吴文贵
罗俊杰
姚鹏飞
王东志
王潇宇
王卓
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Abstract

本发明公开了一种高硫无烟粉煤灰助熔剂,是由以下质量比的原料组成的:石灰石30%~40%,铁矿20%~30%,镁矿35%~45%。本发明解决了现有技术导致有效气最分下降、高温区操作稳定性差及存在安全隐患的问题。本发明能够降低高硫无烟粉煤灰熔点,不仅提高了经济效益,还能延长气化炉核心部件的使用寿命。

Description

高硫无烟粉煤灰助熔剂
技术领域
本发明属于助熔剂领域,具体涉及一种高硫无烟粉煤灰助熔剂。
背景技术
晋城矿区高硫无烟粉煤灰熔点高,大于1500℃,部分甚至超过1580℃(超过灰熔点测定仪测量范围),并且粘温特性差。为满足液态排渣,气化炉操作温度高于灰熔点50~100℃,主要会产生以下问题:一是煤炭热解气化在950℃以上,由于液态排渣控制温度高于1500℃,这个温度空间需要额外消耗大量氧气来实现,由于氧气的过多加入,使得煤气中的部分有效气一氧化碳与氧气发生反应,导致有效气组分下降,消耗上升;二是高温区操作稳定性更差,安全性更低;三是粘温特性差会造成煤灰呈流动态的温度区间窄,可供工艺操作控制的范围小,气化炉操作难度大、稳定性差,极易造成结渣或炉渣挂壁不好引起的气化炉停炉事故发生。
发明内容
为了克服现有技术导致有效气最分下降、高温区操作稳定性差及存在安全隐患的缺陷,本发明提供了一种能够降低高硫无烟粉煤灰熔点,不仅提高了经济效益,还能延长气化炉核心部件使用寿命的高硫无烟粉煤灰助熔剂。
本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是:
一种高硫无烟粉煤灰助熔剂,是由以下质量比的原料组成的:石灰石30%~40%,铁矿20%~30%,镁矿35%~45%。
优选的,所述原料的质量比为:石灰石35%,铁矿25%,镁矿40%。
本发明通过改善高硫无烟粉煤煤灰组分,将高硫无烟粉煤灰熔点由1500℃以上降低到1300℃以下,增加了有效气组分,减少了消耗,取得了可观的经济效益;改善了高硫无烟粉煤煤灰的粘温特性,降低了气化炉的操作难度,延长了气化炉核心部件的使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描述,其中:
图1寺河2#井高硫无烟粉煤及添加2.5%石灰石后粘温曲线;
图2寺河2#井高硫无烟粉煤及添加3.5%助熔剂后粘温曲线。
具体实施方式
实施例1
本实施例的高硫无烟粉煤灰助熔剂,是由以下质量比的原料组成的:石灰石30%,铁矿20%,镁矿35%。
实施例2
本实施例的高硫无烟粉煤灰助熔剂,是由以下质量比的原料组成的:石灰石35%,铁矿25%,镁矿40%。
实施例3
本实施例的高硫无烟粉煤灰助熔剂,是由以下质量比的原料组成的:石灰石40%,铁矿30%,镁矿45%。
华昱公司持续进行降低高硫无烟粉煤灰熔点的相关研究,通过改善高硫无烟粉煤煤灰组分将入炉煤灰分降低至1300℃以内,获得非常好的效益。
(1)寺河2#井高硫无烟煤煤质特性研究
确定寺河2#井为华昱公司原料煤主要供煤点后,华昱公司对寺河2#井的高硫无烟煤进行大量的煤质(工业分析、灰熔点测定、粘温曲线测定)分析,并委托外部检测机构对灰组分进行测定,确定寺河2#井原煤的各项煤质特性。
1)寺河2#井煤质工业分析与灰熔点测定
华昱公司对公司供煤点-寺河2#井高硫无烟煤多次实地取样,取样取自寺河2#井经洗选加工后的高硫无烟粉煤(为运行煤种),进行大量基础分析,下表为投运前共计137次分析的汇总结果。寺河2#井煤的固定碳含量较高、水分适中、挥发分低、灰分很高,经过洗选后将灰分降低到20%左右,属于易洗选煤,洗煤的发热量较高。
表1寺河2#井高硫无烟粉煤煤质特性表
<u>全水</u>/% 挥发分/% 灰分/% 固定碳/% 全硫/% 灰熔点/℃ 发热量/Kcal
最大值 13.86 7.14 25.76 79.85 2.61 >1550 6360
最小值 7.19 5.20 13.70 58.21 1.04 1478 5228
平均值 10.19 6.15 21.86 72.05 2.09 >1550 5590
2)寺河2#井高硫无烟粉煤灰组分测定
华昱公司委托专业煤质检测机构对寺河2#井高硫无烟粉煤的灰组分进行了测定,为进行降低灰熔点的调整研究垫底了基础。从下表可看出寺河2#井高硫无烟粉煤煤灰酸性约88%,而碱性氧化物约为12%,酸碱比已经接近7,因此导致灰熔点非常高。
表2寺河2#井高硫无烟粉煤灰成分表
Figure BDA0003224637920000031
(2)寺河2#井高硫无烟粉煤降低灰熔点及改善粘温特性研究
1)添加石灰石降低灰熔点研究
华昱公司采取添加不同比例石灰石的方式降低原料煤灰熔点,汇总数据见下表:
表3寺河2#井高硫无烟粉煤添加石灰石降低灰熔点情况表
石灰石比例 DT ST HT FT
1% 1370 1403 1417 1439
2% 1364 1377 1382 1399
2.5% 1360 1372 1375 1384
3% 1384 1390 1395 1401
从上表看出,用添加石灰石的方式存在一个“极点”,当石灰石添加到一定比例时,灰熔点不再降低反而出现上升情况,经过大量实验室的反复测定,添加2.5%石灰石是能达到的最好效果。
同时对2.5%石灰石比例下的粘温特性进行测定,较好的改善了寺河2#井高硫无烟粉煤的粘温特性。如图1所示,粘温曲线明显趋于平缓,灰渣粘度20Pa·S-50Pa·S区间对应的操作温度为1380℃-1433℃,操作窗口有53℃,满足航天炉液态排渣的运行要求。
2)石灰石添加铁矿和镁矿,进一步降低灰熔点研究
添加石灰石的方式基本能实现航天炉的稳定运行,但还达不到经济运行的要求,因此必须进一步降低入炉煤的灰熔点。
华昱公司通过与专业机构合作,针对寺河2#井高硫无烟粉煤灰组分特点,以直接调整灰组分的理念,添加铁矿和镁矿助熔剂,对灰分中的酸碱比进一步调整,达到进一步降低灰熔点的目的。
通过引入新型助熔剂,以下简称“助熔剂”,实现了入炉煤灰熔点的进一步降低,华昱公司通过不同添加比例的助熔剂试验,使入炉煤灰熔点降低至1300℃以下。
表4寺河2#井高硫无烟粉煤添加助熔剂降低灰熔点情况表
助熔剂比例 DT ST HT FT
2% 1320 1331 1355 1369
3% 1301 1317 1338 1346
3.5% 1251 1264 1279 1289
4% 1248 1262 1273 1285
从上表看出,添加助熔剂后灰熔点下降明显,添加比例达到3.5%后灰熔点趋于平缓,综合考虑运行经济性等因素,确定以寺河2#井高硫无烟粉煤+3.5%助熔剂的方式进行运行。
同时,如图2所示,对寺河2#井高硫无烟粉煤+3.5%助熔剂样进行粘温特性测定,粘温曲线较添加石灰石时更加平缓,灰渣粘度20Pa·S-50Pa·S(1Pa·S=1000cP)区间操作窗口有62℃。
(3)掺烧助熔剂运行经济性分析对比
在原料煤中加入助熔剂的方式,入炉煤灰熔点较加石灰石时降低了100℃。灰熔点的降低,使得航天炉氧耗下降明显,煤耗有一定下降。
1)运行数据的对比分析
对改变原料煤助熔剂前后稳定运行的主要数据(数据采集添加石灰石和添加助熔剂各连续稳定运行15天的平均值进行对比)进行对比,添加助熔剂后对运行情况的改善见表5。
表5不同助熔剂运行工况对比表
序号 项目 <u>寺河</u>2#井+2.5%石灰石 <u>寺河</u>2#井+3.5%助熔剂
1 入炉煤灰熔点 1379℃ 1294℃
2 插入式炉膛温度 300-500℃(稳定) 300-500℃(稳定)
3 主盘管密度 621kg/m<sup>3</sup> 578kg/m<sup>3</sup>
4 粗合成气有效气组分 88.2% 92.1%
5 比氧耗 385Nm<sup>3</sup> 337Nm<sup>3</sup>
6 千方净化气煤耗 662kg 637kg
本发明由于采用石灰石添加铁矿和镁矿,较石灰石成本有所上升,由于氧耗和煤耗的下降,对经济性核算如下,核算以千方净化气对应的单位成本变化为基准。
以2019年为例,原料煤561.65元/吨、燃料煤614.77元/吨、石灰石321.46元/吨、助熔剂660元/吨,氧气0.45元/标方。
a)千方净化气比煤耗由662kg标煤下降至637kg标煤,下降25kg标煤,则千方净化气成本下降25*(7000/5800)/1000*561.65=16.95元。
b)千方净化气比氧耗由385Nm3下降至337Nm3,下降48Nm3,则千方净化气成本下降48*0.45=21.6元。
c)千方净化气石灰石成本0.662吨*2.5%*321.46元/吨=5.32元,千方净化气助熔剂成本0.637吨*3.5%*660元/吨=14.715元,小计成本增加9.40元。
注:对于不同助熔剂不产生其他成本变化的不计入对比范围(如电耗、水耗等),原料煤、助熔剂数量、单价以吨计,氧气数量、单价以标立方计。
综上,不同助熔剂在净化气单位成本中占比很小,使用助熔剂的千方净化气单位成本下降16.95+21.6-9.40=29.15元。每吨甲醇耗2250Nm3净化气,则每吨甲醇成本下降65.59元。2019年甲醇产量118.75万吨,合计产生效益7788.81万元。
同时,由于入炉煤灰熔点的降低,操作温度较之前下降100℃左右,对延长航天炉的烧嘴、主盘管、激冷环等核心设备的使用运行周期起到一定作用,减少了高温操作下的其他风险,还有一部分隐性收益。

Claims (2)

1.一种高硫无烟粉煤灰助熔剂,其特征在于,是由以下质量比的原料组成的:石灰石30%~40%,铁矿20%~30%,镁矿35%~45%。
2.根据权利要求1所述的高硫无烟粉煤灰助熔剂,其特征在于,所述原料的质量比为:石灰石35%,铁矿25%,镁矿40%。
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