配煤对煤灰熔融特性的影响

第37卷第3期某炭转化Vol.37 No. 32014年7月.COAL CONVERSIONJul. 2014配煤对煤灰熔融特性的影响~刘胜华1)高娜)郭延红3)杨倩l)摘要 以高灰熔点府谷煤(A)分别与低灰 熔点神木西沟煤(B)和神木河畔煤(C)按不同比例配比,用智能一体化马弗炉制成灰,用JRHR-3型微机灰熔点测定仪测定其在弱还原性气氛下的.熔融特征温度,并利用XRD与CaO SiO2-Al2O3三元相图分析配煤灰样在不同温度和不同配比下矿物组成的变化.结果表明,配煤可以有效改善煤灰熔融特性,配煤的灰熔点和煤的配比呈非线性关系;配煤的灰熔点变化主要是由于高温下矿物质的转化.关键词配煤,煤灰 ,熔融特性中图分类号TQ533. 90.1 mm.用0.1 g/mL 糊精溶液,将研磨好的煤灰0引言调成可塑状,再用小刀将其铲人三角锥体的灰锥模中,制成灰锥,将灰锥模内的灰锥推到玻璃板上,在神木煤是一种低灰、低硫、中高发热量的优质动空气中干燥,然后用JRHR-3型微机灰熔点测定仪力煤，也是良好的气化和液化用煤,其工业用途十分测定其灰熔点.变形温度(DT):灰锥顶端开始变圆广泛.但神木煤灰熔融温度低,影响其广泛利用,因或弯曲时的温度.软化温度(ST):锥体弯曲,锥尖碰此，研究提高神木煤灰熔融温度的方法具有重要现到托板,或变成球形时的温度.半球温度(HT):灰锥实意义.当前,国内外改善煤灰熔融特性常用两种方变形至近似半球,即高度约等于底长一半时的温度.法:一.是配煤;二是使用添加剂.但使用添加剂改变流动温度(FT):灰锥熔化,展开,呈高度在1.5 mm以煤灰熔融特性在一定程度上会导致灰分含量增下薄层时的温度.用XRD分析在不同温度以及不加. [-5]据文献[6]报道,在同样反应条件下,灰分增同配比下煤灰中矿物质的变化..加1%,氧耗增加0. 7%~0.8%,煤耗增加1.3%~1.2煤样1.5%，而通过配煤改善煤灰熔融特性在减少添加剂用量的同时提高了煤中碳含量,使燃烧炉或气化炉本实验选用高灰熔点府谷煤(A)、低灰熔点神整体效率得到提高,促进了煤炭资源的合理应用.故木西沟煤(B)与神木河畔煤(C).用ICP-AES法定本实验采用配煤的方法研究其对煤灰熔融特性的量分析煤灰的成分,测得结果见表1.由表1可以看影响.出,煤灰成分有酸性氧化物和碱性氧化物,主要为表1三种煤灰的化学组成(%* )1实验部分Table 1 Chemical composition of three kindsof coal ashes(%")Sample SiOz Al2O3 Fe2O3 Ca0 MgO K:0 Naz2O SO31.1实验方法40.6735.995.105.57 2.51 5.01 0.24 0.51B 38.47 20.39 7.29 23.78 2.53 1.44 1.35 0.52将三种煤样分别在JF-100颚式破碎机中粉碎，C 41.92 26.26 8.03 9.49 4.68 1.26 2.53 0.34再将其放于JF-100-1A密闭式制样粉碎机中,使其* Mass fraction.成0.2 mm以下的微粒,将配比的煤粉放于JF-4-Fe2O3 ,CaO,MgO, K2O,Na2O, SiO2 ,Al2O3 ,还有少10AS高效节能一体智能马弗炉中,在慢灰程序下量的SO3.A煤、B煤和C煤中分别含酸性氧化物灰化.把灰化好的煤灰在研钵中研磨至微粒小于76. 66%,58. 86%和68. 18%,酸性氧化物含量高，中国煤化工*陕西省教育厅重点实验室科研计划项目(13JS123).1)硕士生;2)教授<通讯作者),延安大学化学化工学院,陕西省化学反应工程重点实验.MHCNM HG收稿日期:2013-09-09;修回日期:2013-12-10.第3期刘胜华等配煤对煤灰熔融特性的影响47熔点高;碱性氧化物含量高,熔点低. [2]14500-DT表2为煤灰熔融特性温度和酸性氧化物与碱性1400 0-ST8口1350- A-HT氧化物含量比以及SiO2与Al2O3含量比.由表2可1 300-以看出,SiO2与Al2O3含量比为AC>B,即SiO2与Al2O,含量比越小,熔点越图3为三种原煤煤灰在815 C下的XRD谱.由高.高含量的CaO(23. 78%)是B煤灰熔点低的原图3可以看出,A煤煤灰主要含有方解石、赤铁矿和因之一.虽然SiOr和Al2O3都有增高灰熔点的作Coal A用,但SiO2比Al2O3更能促使灰熔点降低，这主要是含硅的氧化矿物群和硅酸盐矿物群与其他组分会CH AnH形成较铝酸盐共熔体灰熔点还要低的低熔点共熔Wwwwww物.[7]10203040506070802结果与讨论Coal B2.1配煤对 灰熔点的影响A煤与B煤、A煤与C煤相配,各特性温度与wwwww.配比之间的关系分别见图1和图2,随着A煤的添δ102030405060708090加量增加,特性温度曲线呈逐渐升高趋势.由图1可01(° )以看出,不同配比下特性温度变化幅度不尽相同,AHCoalC煤在煤灰中的含量处于30% ~ 70%之间时变化幅度最大,在50%~70%时,ST的变化幅度最大,升幅达到102 C.由图2也可看出,加入A煤后ST-直缓慢升高.图1和图2中DT,HT和FT的变化趋势和ST的变化趋势类似.由此可以看出，配煤可0102030405060708090以有效改善煤灰熔融特性,配煤的灰熔点和煤的配图3三种原煤煤灰在815 C下的XRD谱比呈非线性关系.Fig.3 XRD spectrum of three kinds of coal ashes at 815 C1 450-C- Calcite;H- Hematite; An- Anorthite;Q- Quartz;0-5Ma- Magneite;M- Mllite;He- Hedenbergite钙长石;B煤煤灰主要含有石英、方解石、莫来石、磁E 1250-铁矿、钙长石和赤铁矿;C煤煤灰主要含有方解石、E 1200-1150-钙长石、赤铁矿、莫来石、石英和钙铁辉石. B煤灰熔1100020406080100点低的主要原因是方解石分解,生成的CaO和莫来Adding content of A coal1%石生成钙长石,钙长石容易与煤灰中的其他矿物质图1特性温度与A煤和B煤配比的关系作用形成中国煤化工低的主要原因是Fig. 1 Relationship between characteristic temperatureC煤中FeYHCNMHG Fe2O3含量高，and A coal-B coal ratio在弱还原气氛条件下,赤铁矿被还原成磁铁矿,磁铁.48煤炭转化2014年.矿再还原成FeO,FeO与石英和莫来石反应生成低XRD谱.由图4可以看出,10%A+90%B配煤煤灰灰熔点的含铁铝硅酸盐矿物质.在815 C时,主要含有莫来石、石英、硬石膏、蓝晶石和方解石.随着温度的升高,到1100 C时,方解石、2.3不同温度下配煤煤灰矿物质形态变化莫来石的衍射峰消失,还有少量石英的衍射峰也消图4为10%A+ 90%B煤灰在不同温度下的失,形成了新的钙长石与蓝晶石的衍射峰.方解石分GlnAnwww..0102030405060708090δ1020304050607080906102030405060708090201(° )201(。)图4 10%A+90%B煤灰在不同温度下的XRD谱Fig.4 XRD spectrum of 10% A + 90% B coal ash at different temperaturesa-815C;b-1 100 C;c-DTM-MulliterA- Anhydrite;C- Caluite;K- Kyanite;Q- Quartz;An- - Anorthite;G- Gehlenite解生成的CaO和莫来石生成钙长石,石英与莫来石A煤煤灰熔点.生成蓝晶石.当温度达到DT时,硬石膏的衍射峰消2.4不同配比下煤灰矿物形态的变化失,蓝晶石的衍射峰变弱,硬石膏分解的CaO与蓝.晶石生成钙铝黄长石,钙长石和钙铝黄长石与石英A煤与B煤不同配比时煤灰在DT下的XRD等矿物质容易发生低温共熔作用,10%A + 90%B谱见图5.由图5可以看出,10%A +90%B配煤中配煤煤灰形成低温共熔晶体，使配煤煤灰熔点低于主要含有石英蓝晶石钙长石和钙铝黄长石;50%A+δ102030405060708090δ102030405060708090δ102030405060708090图5 A煤与 B煤不同配比时煤灰在DT下的XRD谱Fig.5 XRD spectrum of coal ash in diferent A coal-B coal ratio at DTa-10%A+ 90%B;b- 50%A+50%B;c- -90%A+ 10%B50%B配煤中主要含有莫来石和石英;90%A+由以上分析可知，煤灰中矿物质在加热过程中.10%B配煤中主要含有莫来石和石英. B煤中CaO可能主要发生了如下反应:含量较高,在DT下易以钙长石形态存在,随着ACaCO3(方解石)一→CaO+ CO2煤含量的增加，配煤中CaO含量减少. 10%A +3Al2O3●2SiO2(莫来石)+CaO- +90%B配煤煤灰熔点低是由于钙长石易和煤灰中的CaO. Al2O3●2SiO2(钙长石)其他成分作用形成低温共熔体,而50%A + 50%bCaSO, (硬石膏)-→+CaO+SO3配煤煤灰和90%A+ 10%B配煤煤灰比10%A+Al2O3●SiO2(蓝晶石) +CaO-90%B配煤煤灰熔点高是由于莫来石是黏土矿物发2CaO. Al2O3●SiO2(钙铝黄长石)生高温相变的产物(熔点为1 850 C),其含量越高2.5 CaO-SiO2-Al,O3 三元相图分析则煤灰熔点越高,90%A+ 10%B配煤煤灰在ST下CaO-Si(中国煤化工9页图6.680在莫来石衍射峰强度较大,这是90%A+ 10%B配煤CaO SiO2-AI:MYHCNMHGB煤所属的矿灰熔点最高的主要原因. .物区域分别为莫来石区域与钙长石区域,这和两种.第3期刘胜华等配煤对煤灰熔融特性的影响49煤样在X射线衍射分析下的结果- .致.在实验中,A中充当助熔剂的作用.煤和B煤的ST分别为1394 °C和1 143 C,与莫来石和钙长石的熔点相差很大,这是由于煤灰中除了3结论CaO,SiO2和Al2O3 三种氧化物外,还有Fe2O3,MgO ,K2O和Na2O等氧化物,这些氧化物在煤灰1)配煤可以有效改变煤灰的熔融特性,其熔融温度与煤的配比之间呈非线性关系.Two liquids、etetiregion2)在配煤中,由于A煤的灰熔点不是特别高，B Mulite当其添加量超过50%时,B煤和C煤能够满足固态Rankinite~ SighiAnorphile排渣的技术要求.GehlenileGorunduan3)通常煤灰中SiO2和Al2O3具有提高煤灰熔/Lime点的作用,CaO具有降低煤灰熔点的作用.CGaOAiO,4)煤灰的XRD图像结合CaO-SiO2-Al2O3三图6 CaO-SiO2-Al2O3 三元相图元相图能很好地解释煤灰中矿物质在高温下形态的Fig.6 Ternary phase diagram of Ca() SiO2-Al2(3变化,对配煤也具有- -定的指导作用.参考文献1] 周安宁,黄定国.沽净煤技术[M].北京;中国矿业大学出版社,2010.[2]刘勇晶,郭延红,刘胜华.煤灰成分对煤灰熔融特性的影响[J].煤炭转化,2013,36(1):68-71.[3] VassilevaC G, Vassilev S V,et al. Behaviour of Inorganic Matter During Heating of Bulgarian Coals(1); Lignites[J]. Fuel4]焦发存,李 慧,邓蜀平 ,等.配煤对煤灰熔融特性影响的实验研究[J].煤炭转化,2006 ,29(1);13-14.5] Attwood T, Fung V ,Clark W w. Market Opportunities for Coal Gasificaion in China[J]. Journal of Cleaner Production,2003(11);473-479.6] 赵勇平,赵宝祥.德士古煤气化装置对原料煤的要求[J].大氮肥,199 ,22(3);154-156.[7] Yeboah Y D,Xu Y,Sheth A.et al. Catalytic Gasification of Coal Using Eutectice Salts: Ienification of Eutectics[J]. Carbon,2003(41):203-214.8] QiuJ R,Li F ,Zheng C G,et al. The Influence of Mineral Behavior on Blended Coal Ash Fusion Characteristics[J]. Fuel, 1999(78):963-969.EXPERIMENTAL STUDY ON EFFECT OF COAL BLENDING ON ASHMEL TING CHA RACTER ISTICLiu Shenghua Gao Na Guo Yanhong and Yang Qian(Department of Chemistry and Chemical Engineering ，Shaanxi Key Laboratory of ChemicalReaction Engineering, Yan 'an University, 716000 Yan 'an, Shaanxi)ABSTRACT In this paper, the coal blending were obtained by mixing Fugu coal (A) withShenmu West Ditch coal (B) and Shenmu River coal (C) in different proportion, respectively.Fugu coal has high ash melting point, while Shenmu West Ditch coal and Shenmu River coal havelow ash melting point. The ash was produced by calcining in muffle furnace. The temperatures ofmelting characteristic of the ash in the weak reduction atmosphere were measured by JRHR-3microcomputer ash melting point apparatus. The changes of the mineral composition in the ashesof the coal blending which were obtained in different proportion and at different temperatureswere analyzed by the X ray diffraction (XRD) and CaO SiO2 Al2O3 three phase diagram. Theexperimental results show that coal blending can effectively improve the fusibility of ash melting.The ash melting point of coal blending and the proportionnon-linearrelation. The change of the ash meling point of the coal blen中国煤化工transfor-mation of minersls at high temperature.FYHCNMHGKEY WORDS coal blending, coal ash, melting characteristics.