殼牌氣化爐灰渣熔融特性研究及助熔劑選擇

張慧艷(河南煤化集團(tuán)中原大化公司,河南 濮陽 457004)

1 殼牌干煤粉加壓氣化工藝特點(diǎn)

殼牌干煤粉加壓氣化工藝是殼牌公司開發(fā)的煤粉氣化工藝，具有鮮明的技術(shù)特色也是當(dāng)前先進(jìn)的第二代煤氣化工藝。工藝相對成熟，其工藝具有以下特點(diǎn)：

操作安全，合成器質(zhì)量好，氧耗低，氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無耐火磚襯里，燒嘴使用壽命長，熱效率高，對環(huán)境影響小。

2 灰渣的熔融特性及其影響因素

2.1 灰渣的熔融性

灰渣的熔融性俗稱煤灰熔點(diǎn)，他是氣化用煤的重要指標(biāo)。煤經(jīng)高溫灼燒后的殘留物的成分十分復(fù)雜，這些成分決定了煤灰的熔融特性。煤灰中的成分以硅酸鹽、硫酸鹽以及各種金屬氧化物的混合物存在，當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，這些混合物開始部分熔化，隨著溫度升高，溶化的成分逐漸增多，而不是在某一特定溫度時(shí)能夠使固態(tài)全部轉(zhuǎn)化為液態(tài)，其原因在于各種成分有著不同的熔點(diǎn)，因此，煤灰融化時(shí)就只能有一個(gè)融化的溫度范圍。

2.2 灰渣成分對灰熔融特性的影響

煤灰渣是一種極為復(fù)雜的無機(jī)混合物，通常以氧化物的形式來表示沒回的組成。化學(xué)分析結(jié)果表明，煤灰主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、TiO2和SO2等氧化物構(gòu)成，其中SiO2、Al2O3和TiO2為酸性氧化物，而Fe2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O為堿性氧化物。研究表明，酸性氧化物具有提高煤灰熔融溫度的作用，其含量越多，熔融溫度就越高；相反，堿性氧化物具有降低煤灰熔融溫度的作用，其含量越多，熔融溫度就越低。

2.3 氣氛對灰熔融特性的影響

氣氛對煤灰熔融特性的影響一般有兩種原因：一是氣氛影響煤灰中各組分之間的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生低溫共熔物；二是不同氣氛下煤灰中固有主要成分的熔點(diǎn)不同。

對于不同氣氛條件下的灰熔融特性，大多數(shù)研究者普遍達(dá)成的共識是：煤灰在弱還原性氣氛下測定的DT、ST、HT、FT均小于氧化性氣氛下的測定值，且隨煤灰化學(xué)成分不同，二中氣氛之間的特征溫度差值也不同，大約在10-130℃。

3 助熔劑對灰渣熔融特性影響研究

對于灰熔融流動(dòng)溫度FT＞1400℃的煤種，通常需要添加助熔劑來降低其FT值，避免氣化爐溫度過高。考慮工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況，直接選用四種不同產(chǎn)地煤種燒盡后所產(chǎn)生灰樣進(jìn)行研究。測定以GB219-74為基準(zhǔn)，在弱還原性氣氛中進(jìn)行測定。選用CaO、Fe2O3、MgO和K2CO3助熔劑，將助溶劑直接添加到煤灰中，碾磨將助溶劑與煤灰混合均勻后測量其灰熔特證溫度，助熔劑添加量以煤基質(zhì)量百分比表示W(wǎng)t%=。

3.1 助熔劑CaO對煤灰流動(dòng)溫度的影響

助熔劑CaO能有效降低煤灰熔融溫度，四種煤灰中添加CaO后，其流動(dòng)溫度FT值隨助熔劑添加量的增加而變化。助熔劑添加量對灰流動(dòng)溫度影響：助熔劑CaO能有效降低煤灰流動(dòng)溫度。助熔劑CaO的添加量應(yīng)適度能有效降低煤灰流動(dòng)溫度。

3.2 助熔劑Fe2O3對煤灰流動(dòng)溫度的影響

助熔劑CaO能有效降低煤灰熔融溫度，四種煤灰中添加Fe2O3后，其流動(dòng)溫度FT值隨助熔劑添加量的增加而變化。助熔劑添加量對灰流動(dòng)溫度影響：Fe2O3助熔劑對各煤樣灰流動(dòng)溫度的影響不規(guī)律但有一致性，都能使煤灰流動(dòng)溫度較大幅度降低：隨著Fe2O3含量增加，神木煤、兗礦煤單調(diào)下降，而義馬煤和晉城煤先降低后緩慢升高。

3.3 助熔劑MgO對煤灰流動(dòng)溫度的影響

煤灰中少量的MgO對煤灰熔融能起一定的熔融作用，四種煤灰中添加MgO后，其流動(dòng)溫度FT值隨助熔劑添加量的增加而變化。助熔劑添加量對灰流動(dòng)溫度影響：雖然各煤灰樣流動(dòng)曲線各異，但其變化趨勢是一致的：隨著MgO的添加量的增加，其煤灰流動(dòng)溫度先增后降。

3.4 助熔劑K2O對煤灰流動(dòng)溫度的影響

煤灰中少量的K2O對煤灰熔融能起一定的熔融作用，四種煤灰中添加MgO后，其流動(dòng)溫度FT值隨助熔劑添加量的增加而變化。

助熔劑添加量對煤灰熔融流動(dòng)溫度影響如圖5，由于K2O不穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)中添加K2CO3折算成K2O含量計(jì)算。雖然各煤灰樣流動(dòng)曲線各異，但其對煤灰流動(dòng)溫度的影響規(guī)律比較穩(wěn)定：隨著K2O的添加量的增加，其煤灰流動(dòng)溫度先增后降。

4 結(jié)語

綜上所述，煤灰中堿性氧化物含量越多的灰熔融溫度越低。添加助溶劑通過改變煤灰成分可以降低灰熔融溫度。實(shí)驗(yàn)表明Fe2O3、MgO、K2CO3、CaO都能有效降低灰熔融溫度。比較助熔效果，多數(shù)情況下同一煤樣中添加相同量的CaO和Fe2O3，后者使灰熔融流動(dòng)溫度降低的幅度比前者大。由于K2O在空氣環(huán)境中不穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)所用藥品以K2CO3代替，MgO、K2O能有效降低煤灰熔融溫度。綜合考慮實(shí)際生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)性以及助熔劑的易獲得性，日常生產(chǎn)中可以使用CaCO3來替代CaO作為助熔劑加到生產(chǎn)所用煤粉中以達(dá)到助熔效果。

[1]劉文勝，楊建國，翁善勇，趙虹.配煤灰渣中礦物質(zhì)在高溫中轉(zhuǎn)變的定量分析及其對結(jié)渣的影響[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2012年01期.

[2]高峰，馬永靜.Mg-(2+)和Na-+對高熔點(diǎn)煤灰熔融性的影響[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2012年10期.