壳牌气化炉灰渣熔融特性研究及助熔剂选择

2022-12-27

1 壳牌干煤粉加压气化工艺特点

壳牌干煤粉加压气化工艺是壳牌公司开发的煤粉气化工艺, 具有鲜明的技术特色也是当前先进的第二代煤气化工艺。工艺相对成熟, 其工艺具有以下特点:

操作安全, 合成器质量好, 氧耗低, 气化炉采用水冷壁结构, 无耐火砖衬里, 烧嘴使用寿命长, 热效率高, 对环境影响小。

2 灰渣的熔融特性及其影响因素

2.1 灰渣的熔融性

灰渣的熔融性俗称煤灰熔点, 他是气化用煤的重要指标。煤经高温灼烧后的残留物的成分十分复杂, 这些成分决定了煤灰的熔融特性。煤灰中的成分以硅酸盐、硫酸盐以及各种金属氧化物的混合物存在, 当加热到一定温度时, 这些混合物开始部分熔化, 随着温度升高, 溶化的成分逐渐增多, 而不是在某一特定温度时能够使固态全部转化为液态, 其原因在于各种成分有着不同的熔点, 因此, 煤灰融化时就只能有一个融化的温度范围。

2.2 灰渣成分对灰熔融特性的影响

煤灰渣是一种极为复杂的无机混合物, 通常以氧化物的形式来表示没回的组成。化学分析结果表明, 煤灰主要由Si O2、Al2O3、Fe2O3、Ca O、Mg O、Na2O、K2O、Ti O2和SO2等氧化物构成, 其中Si O2、Al2O3和Ti O2为酸性氧化物, 而Fe2O3、Ca O、Mg O、Na2O和K2O为碱性氧化物。研究表明, 酸性氧化物具有提高煤灰熔融温度的作用, 其含量越多, 熔融温度就越高;相反, 碱性氧化物具有降低煤灰熔融温度的作用, 其含量越多, 熔融温度就越低。

2.3 气氛对灰熔融特性的影响

气氛对煤灰熔融特性的影响一般有两种原因:一是气氛影响煤灰中各组分之间的化学反应, 产生低温共熔物;二是不同气氛下煤灰中固有主要成分的熔点不同。

对于不同气氛条件下的灰熔融特性, 大多数研究者普遍达成的共识是:煤灰在弱还原性气氛下测定的DT、ST、HT、FT均小于氧化性气氛下的测定值, 且随煤灰化学成分不同, 二中气氛之间的特征温度差值也不同, 大约在10-130℃。

3 助熔剂对灰渣熔融特性影响研究

对于灰熔融流动温度FT>1400℃的煤种, 通常需要添加助熔剂来降低其FT值, 避免气化炉温度过高。考虑工业生产实际情况, 直接选用四种不同产地煤种烧尽后所产生灰样进行研究。测定以GB219-74为基准, 在弱还原性气氛中进行测定。选用Ca O、Fe2O3、Mg O和K2CO3助熔剂, 将助溶剂直接添加到煤灰中, 碾磨将助溶剂与煤灰混合均匀后测量其灰熔特证温度, 助熔剂添加量以煤基质量百分比表示Wt%=。

3.1 助熔剂Ca O对煤灰流动温度的影响

助熔剂Ca O能有效降低煤灰熔融温度, 四种煤灰中添加Ca O后, 其流动温度FT值随助熔剂添加量的增加而变化。助熔剂添加量对灰流动温度影响:助熔剂Ca O能有效降低煤灰流动温度。助熔剂Ca O的添加量应适度能有效降低煤灰流动温度。

3.2 助熔剂Fe2O3对煤灰流动温度的影响

助熔剂Ca O能有效降低煤灰熔融温度, 四种煤灰中添加Fe2O3后, 其流动温度FT值随助熔剂添加量的增加而变化。助熔剂添加量对灰流动温度影响:Fe2O3助熔剂对各煤样灰流动温度的影响不规律但有一致性, 都能使煤灰流动温度较大幅度降低:随着Fe2O3含量增加, 神木煤、兖矿煤单调下降, 而义马煤和晋城煤先降低后缓慢升高。

3.3 助熔剂Mg O对煤灰流动温度的影响

煤灰中少量的Mg O对煤灰熔融能起一定的熔融作用, 四种煤灰中添加Mg O后, 其流动温度FT值随助熔剂添加量的增加而变化。助熔剂添加量对灰流动温度影响:虽然各煤灰样流动曲线各异, 但其变化趋势是一致的:随着Mg O的添加量的增加, 其煤灰流动温度先增后降。

3.4 助熔剂K2O对煤灰流动温度的影响

煤灰中少量的K2O对煤灰熔融能起一定的熔融作用, 四种煤灰中添加Mg O后, 其流动温度FT值随助熔剂添加量的增加而变化。

助熔剂添加量对煤灰熔融流动温度影响如图5, 由于K2O不稳定, 实验中添加K2CO3折算成K2O含量计算。虽然各煤灰样流动曲线各异, 但其对煤灰流动温度的影响规律比较稳定:随着K2O的添加量的增加, 其煤灰流动温度先增后降。

4 结语

综上所述, 煤灰中碱性氧化物含量越多的灰熔融温度越低。添加助溶剂通过改变煤灰成分可以降低灰熔融温度。实验表明Fe2O3、Mg O、K2CO3、Ca O都能有效降低灰熔融温度。比较助熔效果, 多数情况下同一煤样中添加相同量的Ca O和Fe2O3, 后者使灰熔融流动温度降低的幅度比前者大。由于K2O在空气环境中不稳定, 实验所用药品以K2CO3代替, Mg O、K2O能有效降低煤灰熔融温度。综合考虑实际生产中的经济性以及助熔剂的易获得性, 日常生产中可以使用Ca CO3来替代Ca O作为助熔剂加到生产所用煤粉中以达到助熔效果。

摘要：本文通过考察主要煤灰成分对灰熔融流动温度的影响, 研究助溶剂种类与添加量对四种煤灰熔流动温度的影响, 并得出相关结论, 以供参考。

关键词：壳牌干煤粉加压气化工艺,灰渣,特性