復(fù)合助熔劑對煤灰熔融特性的影響研究

李沙沙，范莎莎，王紅艷，史洪偉，周丹紅

（宿州學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，安徽 宿州 234000）

復(fù)合助熔劑對煤灰熔融特性的影響研究

李沙沙，范莎莎，王紅艷，史洪偉，周丹紅

（宿州學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，安徽 宿州 234000）

以高灰熔點煤AQ007為試驗煤樣，助熔劑5#礦渣和AND的添加量為考察因素，采用正交試驗優(yōu)化復(fù)合助熔劑的添加量，將AQ007煤的灰熔點降到1 400℃以下，以滿足Shell氣化爐的操作要求.最終確定助熔劑的最佳添加量為：5#礦渣為2.25%，ADN為1.5%.經(jīng)過驗證試驗證實該復(fù)合助熔劑添加量可以使煤的灰熔點降到1 400℃以下.

復(fù)合助熔劑；灰熔點；灰熔融特性

0 引言

作為一種潔凈、高效的煤轉(zhuǎn)化技術(shù)，煤氣化技術(shù)逐漸在煤化工領(lǐng)域受到重視，其中氣流床氣化技術(shù)在氣化技術(shù)中最具代表性，典型的有Shell和Texaco技術(shù)，但是它們在使用時均需要采用液態(tài)排渣，這就需要原料煤中的灰在氣化溫度下發(fā)生熔融，灰渣能以熔融狀態(tài)排出[1-3].所以煤灰熔融性是影響爐況正常運行的一個重要因素.而安徽省的煤大部分灰熔點都較高（FT＞1 500℃），在氣化技術(shù)上就受到了限制，不能單獨用作氣化用煤.因此，如何降低煤的灰熔點就成了急需解決的問題.目前對于降低煤的灰熔點比較有效的方法是配煤或者添加助熔劑，而經(jīng)濟有效的可行措施是通過添加價格低廉且容易獲得的助熔劑[4-8].所以助熔劑對煤的灰熔融性的影響研究就有著重要的理論及實際意義.筆者選用皖北礦務(wù)局的劉橋二礦煤，研究價格低廉的助熔劑5#礦渣和AND的添加量對劉橋二礦煤灰熔點的影響.

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

原料：實驗中選用的煤樣是皖北劉橋二礦煤（AQ007），助熔劑采用自制的5#礦渣和ADN，通過添加復(fù)合助熔劑將AQ007煤的灰熔點降到1 400℃以下，以滿足氣化工藝要求.

煤樣的工業(yè)分析和灰熔融溫度如表1所示.由表1可知AQ007的灰熔融溫度比較高不適合在液態(tài)排渣的工藝中單獨使用.

儀器：灰熔點測定采用GB-219灰錐法，利用HR-4A微機灰熔點測定儀（華泰儀器儀表有限公司）在弱還原性氣氛下進行測定.XRD采用DX-2600 X射線衍射儀（丹東方圓儀器有限公司）進行測定，工業(yè)分析采用HTGT-3000自動工業(yè)分析儀（華泰儀器儀表有限公司）進行測定，另需要小型儀器FA1104B型天平（上海越平科學(xué)儀器有限公司），SX-20-12型箱式電阻爐（上海浦東新區(qū)電理儀器廠）.

表1 工業(yè)分析和灰熔融溫度

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合助熔劑對AQ007煤灰熔融特性的影響

利用正交試驗，考察添加5#礦渣和AND復(fù)合助熔劑對AQ007煤灰熔融特性的影響，選取二因素三水平正交試驗表，表2為正交設(shè)計試驗方案，對煤樣的灰熔點進行直觀分析和極差分析，結(jié)果見表3和表4.

由表4可知因素A的不同水平間對應(yīng)的流動溫度差異最大，因此對煤的灰熔點影響較大，由此在降低AQ007煤的灰熔點中主要影響因素是助熔劑5#礦渣，其次是助熔劑ADN.

對于本試驗指標(biāo)越小越好，應(yīng)選取指標(biāo)最小的水平.分析結(jié)果表明兩個因素三個水平之間的影響趨勢為：A3>A2>A1，B3>B2>B1，因此降低AQ007煤灰熔點的最佳水平為A3B3，但是本實驗中次要影響因素B(AND)具有腐蝕性，一般要求較小的添加量，可以考慮選用B2，即ADN的添加量為1.5%.所以符合條件的較好方案為A3B2，即助熔劑的最佳添加量5#礦渣為2.25%，ADN為1.5%.

表2 正交設(shè)計試驗方案

表3 5#礦渣和AND復(fù)合助熔劑的添加量對AQ007煤灰熔點的影響

表4 極差分析表

2.2 驗證試驗

以正交試驗所得最佳助熔劑添加量進行驗證試驗，測定煤樣灰熔融溫度為1 315℃，1 340℃，1 375℃，與最佳結(jié)果接近，表明正交試驗所優(yōu)選出的結(jié)果切實可行.

3 結(jié)論

筆者選取5#礦渣和AND兩種助熔劑，通過添加復(fù)合助熔劑試圖將AQ007煤的灰熔點降到1 400℃以下，利用正交試驗確定助熔劑最佳添加量為5#礦渣為2.25%，ADN為1.5%.經(jīng)過驗證試驗證實該復(fù)合助熔劑添加量可以使煤的灰熔點降到1 400℃以下，有利于Shell氣化爐的操作.

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[2]孫文娟，梁國治.助熔劑對煤灰熔融過程中礦物行為的影響[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2012，35（2）：31-35.

[3]李繼炳，沈本賢，李寒旭，等.鐵基助熔劑對皖北劉橋二礦煤的灰熔融特性影響研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報，2009，37（3）：262-265.

[4]袁善錄，戴愛軍.配煤對灰熔點和煤成漿性能的影響[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2008，31（1）：30-32.

[5]李寒旭，陳方林.配煤降低高灰熔性淮南煤灰熔點的研究[J].煤炭學(xué)報，2002，27（5）：29-33.

[6]吳杰，徐江華，王群英.配煤降低淮南煤灰熔點的研究和機理初探[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003，23（4）：51-55.

[7]許凱，葛淑萍，李寒旭.三種煤配合降低淮南煤灰熔點的研究[J].中南民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，25（3）：24-26.

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（責(zé)任編輯 李建飛）

Effect of Complex Flux on Melting Characteristics of Coal Ash

LI Sha-sha，F(xiàn)AN Sha-sha，WANG Hong-yan，SHI Hong-wei，ZHOU Dan-hong
（School of Chemistry＆Chemical Engineering，Suzhou University，Suzhou，Anhui 234000，China）

With high ash fusion temperature coal（AQ007）as experimental coal，the adding amount of 5#flux slag and AND as factors，composite fluxing agent is optimized by using orthogonal test to add quantity.It attempts to lower AQ007 coal ash melting point down to 1 400 degrees below in order to meet the requirements of the operation of Shell gasifier.The optimal extraction conditions are as follows：5#slag is 2.25%，ADN is 1.5%.The verification test confirms that the compound adding amount of flux can make coal ash melting point down to 1 400 degrees below.

complex flux；ash fusion point；melting characteristic

TQ546.5

A

1673-1972（2015）03-0086-03

2015-02-26

安徽省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目 (AH201410379065)；宿州學(xué)院科研平臺開放課題 （2014YKF47）；宿州學(xué)院創(chuàng)新團隊建設(shè)計劃（2013kytd02）

李沙沙（1984-），女，安徽淮北人，講師，主要從事煤化工及納米材料研究.