不同煤种对混煤自固硫的影响

第32卷第3期动力工程学报Vol, 32 No. 32012年3月Journal of Chinese Society of Power EngineeringMar.2012文章编号:1674-7607(2012)03-0217-05中图分类号:TQ534文献标识码:A .学科分类号:470.10不同煤种对混煤自固硫的影响周永刚，李帅英，李培，孔艳丽，赵虹(浙江大学能源清洁利用国家重点实验室，杭州310027)摘要: 以平朔煤作为中硫煤,选用三个典型低硫煤与其进行不同比例掺配,并研究了煤种对混煤固硫效果的影响.结果表明:混煤固硫率的大小与(Ca+ Mg)/S摩尔比和灰中(CaO+ MgO)的含量有关;低、低(Ca+Mg)/S摩尔比谋掺配后,混煤的(CaO+MgO)利用率随(Ca+Mg)/S摩尔比的增大呈整体下降趋势,降硫效果主要取决于配煤对硫分的稀释作用;低、高(Ca+ Mg)/S摩尔比煤.掺配后,混煤的(CaO+ MgO)利用率在(Ca+Mg)/S摩尔比为0.8~1时达到最大值，降硫效果取决于配煤对硫分的稀释作用和自身固硫作用.关键词:煤种;混煤;固硫率; (Ca+ Mg)/S摩尔比; (CaO+ MgO)利用率Sulfur-retention Characteristics of Different Coal MixturesZHOU Yong gang，LI Shuai-ying，LI Pei，KONG Yan-li，ZHAO Hong(State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)Abstract: To study the sulfur-retention characteristics of different coal mixtures, experimental tests werecarried out by blending Pingshuo mid sulfur coal with 3 typical low-sulfur coals in different proportions.Results indicate that the efficiency of sulfur retention has relations with the molar ratio of (Ca+ Mg)/S incoal and the content of (CaO + MgO) in ash. When the mid-sulfur coal of low (Ca+ Mg)/S ratio is blendedwith a low-sulfur coal of low (Ca+ Mg)/S ratio, the utilization rate of (CaO + MgO) will decrease withrising (Ca+ Mg)/S ratio in the coal mixture, in which case, the sulfur removal effect mainly comes fromthe dilution of sulfur by the blending coal; whereas when the mid-sulfur coal of low (Ca+ Mg)/S ratio isblended with a low-sulfur coal of high (Ca+ Mg)/S ratio, the utilization rate of (CaO+ MgO) will reachthe highest at a (Ca + Mg)/S molar ratio of 0. 8-1, in which case, the sulfur removal effect comes fromboth the sulfur dilution and sulfur retention by the blending coal.Key words: coal category; coal mixture; percentage of sulfur retention; (Ca+ Mg)/S molar ratio; utiliza-tion rate of (CaO+ MgO)据统计,我国84%的煤直接用于燃烧,因此来越大,因此很多电厂对人炉煤硫分的要求越来越90%的SO2排放量来自燃煤.目前执行的火力发严,所以有相当数量的中硫煤在实际使用中受到严电厂排放标准GB 13223- -2003中规定的SO2排放重制约.煤自身具有一定的固硫作用,主要与Ca/S最低限值为400 mg/m* ,而GB 13223- -2009 中规摩尔比等有关2:12],但当煤中硫分较高时,Ca/S摩定的2015年后第二时段和第三时段电厂则执行尔比较低，自身中国煤化工高、低Ca/S200 mg/m*的新标准.可见,SO2排放的限制力度越摩 尔比煤进行指YHCN MH G分,而且可收稿日期:2011-08-15修订 日期:2011-10-11作者简介:周永刚(1974-),男,浙江诸暨人,工程师,硕士,研究方向为:煤粉燃烧.电话(Tel. );13355710550;E mail; tooper@ zju. edu. cn..●218●动力工程学报第32卷以更大限度地提高混煤自身固硫率,对降低SO2排称褐煤)和印尼煤(低硫低灰煤)三个典型煤种作为放([3以及提高高硫分煤炭资源的利用率具有一定掺配煤样,它们的(Ca+ Mg)/S摩尔比分别为1.68、的现实意义.1.86和0.56.笔者主要选取不同(Ca+Mg)/S摩尔比的低硫1.1.2样品的制备煤与平朔中硫煤进行掺配，通过改变混煤的(Ca+在钢球磨煤机中,将一定量干燥的原煤样磨制Mg)/S摩尔比分析了不同混煤自固硫率之间的差成粒度为80μm左右的煤粉,取适量的煤粉作为试异以及不同混煤碱性氧化物利用率的变化特点等.验煤样,并将其密封保存.1试验由于原煤干燥和磨制过程中都有水分损失,所1.1样品的选取与 制备以取部分试验煤样进行水分化验,根据化验结果对1.1.1样品的选取原煤煤质数据进行水分修正,修正后的单煤试样的平朔煤的(Ca+ Mg)/S摩尔比为0. 41,属于中煤质分析见表1. 单煤试样的灰成分(由于其他元素硫低钙煤,试验中将其作为中硫煤的代表.另外,选以及非晶体含量对固硫影响很小,本文不予考虑)见用蒙煤(低硫高钙煤)、国内褐煤(低硫高灰煤,以下表2.表1单煤的工业分析和元素分析Tab. 1 Proximate and ultimate analysis of single coals工业分析元素分析煤种w(M.)/% aw(Ma)/% (Au)/% w(Vn)/% w(FC_)/%w(Vau)/% (M].kg~1) w(Cax)/% ou(H_)/% u(N.)/% w.S..)/% w(O2)/%平朔煤2. 391.2127.80 26.7143.1040.24 .21. 1754.663.450.921. 579.21蒙煤14. 175. 4910. 9728. 2146. 6538. 9321.1957. 963.220.430.8412. 40印尼煤8. 603.18 ..8.3239.5843.5059.9923. 993.404.440.910.5413.79国内褐煤7. 183.4734.54 26.45 31.84 54. 212.222.860.62 0. 7211.87表2单煤的灰成分质量分数,%.Tab. 2 Ash component of single coals%a=些X 100%(2)灰成分w(SiO2) w<(Al2Oz) w(Fe20z) w(Ca0O) w( MgO)式中:ng为固硫灰中参加固硫的碱性氧化物摩尔44. 7826. 694. 002.13 1. 40数;n为原煤灰中碱性氧化物的总摩尔数.41. 2212. 3920. 501.342结果与讨论44. 9914. 42.12. 904.361. 40由于煤中的硫分以及灰分等指标具有线性可加国内褐煤46. 942. 8916. 894. 831.37性([1416] ,因此混煤的这两个指标由单煤加权平均求1.2试验方法得.将试验数据代人式(1)和式(2)中,分别求得煤样将马弗炉预热至800 C,取6 g士0.05 g试验的自固硫率和(CaO+ MgO)利用率(见表3),可见煤样(为了避免相互影响,一次只放一个煤样)均匀平朔煤+蒙煤和平朔煤+褐煤相对于平朔煤的固硫地平铺于瓷舟中,将瓷舟放人马弗炉后,迅速关上炉率和(CaO+ MgO)利用率有很大的提高，但平朔门,并使炉门留有15 mm左右的缝隙.在800 C下煤+印尼煤则呈现出一定的波动性,具体分析如下.灼烧2h后,将瓷舟移至干燥皿中冷却至室温,称量2.1不同混 煤固硫率的区别后将灰样放人研钵中快速研磨,并密封保存.用库仑图1为混煤配比与自固硫率η的关系.由图1滴定法测定煤灰中硫的含量,并计算煤灰的自固硫可知:平朔煤分别与蒙煤和褐煤掺配时,混煤的固硫率η和碱性氧化物利用率a.率比平朔煤高,且固硫率随着平朔煤掺配比例的减η= ;mabh”Wwsnhx 100%(1)小而增大;与中国煤化工[配比的变化很小,其原因是MHCNMHG对于平朔煤得式中:mah为煤灰质量,g;w(Smn)为煤灰中硫的质量到了极大提高;后者的(Ca+ Mg)/S相对于平朔煤分数，% ;mol为煤样质量,g;w(S..n)为煤中的全硫的变化很小.表4为不同配比下混煤的(Ca+Mg)/第3期周永刚,等:不同煤种对混煤自固硫的影响●219表3煤样的 自固硫率和(MgO+CaO)利用率Sulfur-retention and ( Mg0+ CaO) utilization of different coal mixtures配比项目平朔煤平朔煤+蒙煤平朔煤+褐煤平朔煤+印尼煤10:07:35: 53: 75:55453;固硫率.7. 7919. 7231. 1737. 1814. 34.20. 2326. 827.158.945. 83(Ca+ MgO)利用率18.8330. 4036. 4533. 4921.9923.0816. 5212.24周围的低熔点共晶体相对较多,SO2就越不容易透o +平朔煤+蒙煤过这些物质与CaO和MgO接触,因此有一部分35} . +平朔煤+印尼煤CaO和MgO因不能参与反应而失去了活性,这正是平朔煤+褐煤(Ca+Mg)/S摩尔比大，但其固硫率却比较低的原因.Ist10表5混煤煤灰中(CaO+MgO)的质量分数Tab.5 (CaO+ MgO) mass fraction in ash of different7;:3 5:5:7coal mixtures6混煤煤种图1 混煤配比与η的关系10: 0Fig. 1 Relationship between blending ratio and η6.188.7112. 31表4不同配比 下混煤的(Ca+Mg)/S摩尔比3.534. 465. 52Tab.4 (Ca+Mg)/S molar ratio of coal mixtures prepared in平朔煤十印尼煤3. 784.044.45different blending proportions由图1和表5可知,当掺配比相同时,平朔煤+比褐煤煤灰中(CaO+MgO)的质量分数略高于平朔煤7: 3+印尼煤，即两者(CaO+MgO)分布密度相差不大,-0. 650.85 1. 11但固硫率却远远高于平朔煤+印尼煤.这是由于当0.410. 871.16(CaO+MgO)分布密度相差不大时,混煤中灰分越0.430.450.48高,(Ca+ Mg)/S摩尔比就越大(见表4),即SO2与S摩尔比.CaO和MgO的接触几率越大,则固硫率就越高.由图1和表4可知，当掺配比相同时,平朔煤+2.2不同混煤(CaO+ MgO)利用率的区别褐煤的(Ca+ Mg)/S摩尔比稍大于平朔煤+蒙煤，图2为(CaO+ MgO)/S与a的关系.由图2可但其固硫率却低于平朔煤+蒙煤,导致该现象的主知，当(Ca+ Mg)/S摩尔比在0.8~1时,平朔煤+要原因是(Ca+Mg)/S摩尔比的计量标准是单位质蒙煤和平朔煤+褐煤的(CaO+MgO)利用率a达到量煤,此时(Ca+ Mg)/S摩尔比的大小除了与煤中最大值,其原因可能是由于平朔煤灰中(CaO+灰分和硫分有关外,还与灰中(CaO+MgO)的质量MgO)的质量分数较低,硫分较高,因此随着其掺配分数有关.例如,褐煤、蒙煤煤灰中(CaO+MgO)的比例的减小,混煤的硫分逐渐变小,混煤中(CaO+质量分数分别为6. 2%和21. 84%,蒙煤煤灰中MgO)的相对质量分数迅速增大,固硫率逐渐增大，(CaO+ MgO)的质量分数是褐煤煤灰的3. 5倍,因但此时参加固硫的(CaO+MgO)的质量分数增幅大而造成碱性氧化物在灰中的分布密度差异很大.所于灰中(CaO+MgO)的质量分数增幅,因此碱性氧以褐煤和蒙煤分别与平朔煤掺配后,当配比相同时，化物的利用率随着(Ca+Mg)/S摩尔比的增大而提平朔煤+褐煤比平朔煤+蒙煤的(Ca+Mg)/S摩尔高.当(Ca+Mg)/S摩尔比增大到0.8~1时,碱性比大,但(CaO+MgO)在煤灰中的分布密度却较小.氧化物的利用离计到了县士结但光(Ca + Mg)/S表5为混煤煤灰中(CaO+MgO)的质量分数.摩尔比继续增中国煤化工的相对质量由于煤的燃烧在高温下进行,因此矿物质分解产物分数出现富余fYHCNMH Gb+ MgO)质之间进行复杂的反应后会生成一些低熔点共晶体量分数的增幅小于灰中(CaO+MgO)质量分数的增等17-18.当煤灰中(CaO+MgO)分布密度较小时，幅,所以碱性氧化物的利用率降低..●220●动力.工程学报第32卷但平朔煤+印尼煤碱性氧化物的利用率随着蒙煤、平朔煤+褐煤、平朔煤+印尼煤,其主要原因(Ca+ Mg)/S摩尔比的增大具有一定的波动性,呈.是它们之间的固硫率有差别.因此，提高混煤的固硫整体下降趋势,其原因是:与平朔煤相比,混煤的硫率对限制混煤中硫的排放具有重要作用.另外，当混分随平朔煤掺配比例的下降而迅速减小,但混煤的煤的掺配比例达到5 : 5时,混煤的折算硫分均在固硫率基本上得不到提高，所以导致参加固硫的1%以下,降硫效果明显.相对于平朔煤，平朔煤+蒙(CaO+ MgO)质量分数的增幅远小于灰中(CaO+煤、平朔煤+褐煤和平朔煤+印尼煤的降硫率分别MgO)质量分数的增幅.因此，碱性氧化物的利用率为42. 8%、37. 2%和33. 8%.随着(Ca+ Mg)/S摩尔比的增大而呈下降趋势.与平朔煤相比，平朔煤+印尼煤的理论硫分和40折算硫分相差不大,主要是其固硫率随着配比变化平朔煤+印尼煤的幅度很小,所以平朔煤+印尼煤中硫分减小的主32要因素是配煤对硫分的稀释作用.平朔煤+蒙煤和:285平朔煤+褐煤的理论硫分比折算硫分大得多,主要8 24-是它们的固硫率随着配比变化的增幅很大,因此这20-两种混煤修正硫分减小的主要因素是配煤对硫分的16+稀释作用以及混煤的自固硫率.所以,平朔煤十蒙煤0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2和平朔煤+褐煤的降硫率大于平朔煤+印尼煤,而(Ca+Mg)/S摩尔比平朔煤+蒙煤和平朔煤+褐煤降硫率之间的差异则图2 (Ca+ Mg)/S摩尔比与a的关系取决于它们的固硫率大小..ig.2 Relationship between (Ca+ Mg)/S molar ratio and a3结论2.3不同混煤降硫效果的区别综上分析结果表明:不同混煤之间的差别对固(1) (Ca+ Mg)/S摩尔比和灰中(CaO+ MgO)硫率有较大的影响.表6为三种混煤的理论硫分,表的质量分数对固硫率都有重要影响.当(Ca+Mg)/7为三种混煤固硫后的折算硫分..S摩尔比相差不大时,影响固硫率的主要因素是灰表6三种混煤 的理论硫分中(CaO+MgO)的质量分数;当灰中(CaO+MgO)Tab.6 Theoretical sulfur content of three coal mixtures的质量分数相差不大时，影响固硫率的主要因素则为(Ca+ Mg)/S摩尔比.配比(2)不同煤样的碱性氧化利用率的差异较大，项目10:0 7:3 5: 53: 7低、高(Ca+Mg)/S摩尔比煤掺配后混煤的碱性氧平朔煤+蒙煤的理论硫分1.35 1. 201. 06化物利用率随着(Ca+Mg)/S摩尔比的增大呈现先平朔煤+褐煤的理论硫分1.571.31 1.14 0.97增大后减小的规律,在(Ca + Mg)/S摩尔比为平朔煤+印尼煤的理论硫分-1.26 1. 050.850.8~1时出现最大值;低、低(Ca+Mg)/S摩尔比煤掺配后混煤的碱性氧化物利用率随(Ca+ Mg)/S摩表7三种混煤固硫后的折算硫分尔比的增大呈总体下降趋势.这主要与混煤中参加Tab.7 Corrected sulfur content of three coal mixturesafter sulfur-retention%固硫的碱性氧化物质量分数的增幅和混煤中总碱性氧化物增幅的相对大小有关.10:07:35:53:7(3)当低、低(Ca+Mg)/S摩尔比煤种掺配后，混煤的自固硫率基本上得不到提高,此时，混煤硫分平朔煤+蒙煤的折算硫分1. 080.830.67平朔煤+褐煤的折算硫分1.45 1.12 0.91 0. 71下降的主要因素是配煤对硫分的稀释作用.当高、低平朔煤+印尼煤的折算硫分1.17 0.96 0. 80(Ca+ Mg)/S摩尔比煤种掺配后,混煤的自固硫率相对低(Ca+Mg)/S摩尔比煤会有较大提高，此时由表6可知，配煤对硫分具有稀释作用，即随着在配煤对硫分的稀释作用和混煤的自固硫作用下，平朔煤掺配比例的下降,混煤的硫分减小,并且在同混煤的降硫中国煤化工一配比下,混煤理论硫分降低的先后次序为平朔煤参考文献:|YHCNM HG十蒙煤、平朔煤十褐煤、平朔煤+印尼煤;考虑固硫后的折算硫分升高的次序依次为(见表7)平朔煤+[1] 毛建雄，毛健全，赵树民.煤的洁净燃烧[M].北京:.第3期周永刚,等:不同煤种对混煤自固硫的影响科学出版社，1998.[10] 郝宇，齐庆杰，孙青威，等.燃煤过程中硫析出特性[2] GRAY V R. 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