長焰煤作為主要原料的氣化型煤工業(yè)試驗分析

黃紹勝黃山秀

(1中美鋁業(yè)有限公司,河南省登封市,452477; 2河南理工大學材料科學與工程學院,河南省焦作市,454000)

★煤炭科技·加工轉化 ★

長焰煤作為主要原料的氣化型煤工業(yè)試驗分析

黃紹勝1黃山秀2

(1中美鋁業(yè)有限公司,河南省登封市,452477; 2河南理工大學材料科學與工程學院,河南省焦作市,454000)

采用C配方粘結劑將長焰煤末煤加工成氣化型煤,粘結劑添加量為6%～9%。開發(fā)出的氣化型煤具有冷熱強度高、防水性能好、反應活性好,能夠滿足國家和行業(yè)標準對兩段煤氣發(fā)生爐使用要求。經(jīng)在煤氣發(fā)生爐上20t的工業(yè)摻燒試驗,取得較好的效果。

型煤 氣化型煤 長焰煤 粘結劑 工業(yè)性試驗

AbstractThe fine coal remainsof long-flame coal aremade into gasified briquettesw ith a C-ingredient adhesive w hich ismixed into and constitutes app roximately 6%to 9%in the briquette blend.There are various advantages w ith this new gasified briquettes,such as high strength at low&high temperatures,good waterp roof and excellent reactivity.Therefore,this gasified briquette can comp letely meet the app lication conditions of two-stage gasification furnaces required by the national and industrial standards.Good results have been achieved in the industrial test of mixed firing at 11#furnace w ith 20 tons capacity in Henan Sino-US A lum inum Co.,L td.

Key wordsBriquette,coal briguet for gasification long-flame coal,adhesive,industrial testing

1 引言

降低能源消耗、提高能源利用率、減少環(huán)境污染是當今世界所面臨的緊迫問題。隨著國民經(jīng)濟的迅速增長,工業(yè)部門對燃料氣的需求不斷增加,發(fā)展煙煤、粉煤成型技術用以擴大氣化爐及工業(yè)鍋爐所需的塊狀燃料已成為迫切的重要任務。

焙燒氫氧化鋁生產(chǎn)氧化鋁粉的燃料通常為常壓固定床兩段式混合發(fā)生爐煤氣。采用常壓固定床兩段式混合發(fā)生爐工藝生產(chǎn)煤氣的原料煤塊度要求為20～50 mm,并具有一定的氣化反應活性,且揮發(fā)分適當?shù)?。在國?nèi),只有神木長焰煤和大同弱粘煤等幾個煤種可滿足該工藝生產(chǎn)。由于氧化鋁生產(chǎn)場地應盡可能靠近鋁礦石產(chǎn)地,導致大量原料煤的遠距離運輸,結果造成粉煤率增加,小于20 mm的粉煤不能直接作為氣化原料,只能作為動力煤降價出售,使得氧化鋁粉生產(chǎn)成本大大增加。因此,研究粉煤成型特性,選用適宜種類和比例的粘結劑將粉煤加工成氣化型煤,可以降低氧化鋁的生產(chǎn)成本,提高能源利用率。

河南是鋁礦資源大省,目前氧化鋁產(chǎn)量居全國之首,而使用的氣化原料煤產(chǎn)地與生產(chǎn)廠地之間的距離普遍較遠,成為影響河南省境內(nèi)氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟效益的主要因素之一。因此,開展長焰煤生產(chǎn)氣化型煤的研究,對于提高河南省氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益,提升煤化工產(chǎn)業(yè)的技術水平具有重大意義。

2 氣化型煤工業(yè)成型試驗

2.1 試驗用煤

采用中美鋁業(yè)的長焰煤,其中粒度小于1 mm的粉煤占總量的80%,粒度在1～3 mm的粉煤占總量的 20%。煤質(zhì)分析結果:分析基水分為6.82%;分析基揮發(fā)分 26.01%;分析基灰分15.77%;分析基全硫 0.68%;分析基固定碳51.4%。

2.2 不同粘結劑配方型煤理化特性

A配方粘結劑是河南理工大學專利,為金屬氧化物和無機鹽類粘結劑,可用于無煙煤的成型,制得高強度和高反應性型煤。本試驗該粘結劑添加量為4%～6%,原煤粒度小于6 mm,所制型煤的理化性能指標為:冷強度為20～30 kg/個;跌落強度40%～50%;熱穩(wěn)定性40%～50%。從性能指標看,A配方所制型煤冷熱強度較差,型煤自然干燥后表面有明顯裂紋。說明A配方粘結劑不適合直接用于長焰煤的成型。

針對中美鋁業(yè)長焰煤的煤質(zhì)特征,采用某親水類無機鹽作為B配方粘結劑,粘結劑添加量為8%～10%,原煤粒度小于6 mm,所制型煤的理化性能指標為:冷強度為 50～60 kg/個;跌落強度80%～90%;熱強度 10～15 kg/個;熱穩(wěn)定性50%～60%;反應性大于 80%;灰熔點大于1250℃。從性能指標看,B配方所制型煤冷強度和跌落強度較高,基本能滿足兩段爐的造氣要求,但熱強度和熱穩(wěn)定性較差。

在B配方的基礎上,課題組開發(fā)了C配方粘結劑。粘結劑添加量為6%～9%,原煤粒度小于6 mm。C配方所制型煤的理化性能指標為:冷強度為50～60 kg/個;跌落強度80%～90%;熱強度0～30 kg/個;熱穩(wěn)定性50%～60%;反應性大于80%;灰熔點大于1250℃。從性能指標來看,C配方試制的型煤能夠滿足國家和行業(yè)標準對兩段煤氣發(fā)生爐氣化煤種的技術指標要求,可以達到中美鋁業(yè)兩段氣化爐的使用要求。采用C配方粘結劑將中美鋁業(yè)剩余末煤加工成氣化型煤是可行的。

3 型煤工業(yè)氣化試驗

C配方粘結劑所制型煤有效改善了型煤的冷、熱強度及熱穩(wěn)定性。在造氣車間進行的純型煤爐前輸送試驗結果顯示,型煤破碎率不足10%,因此, C配方粘結劑所制型煤預計可以滿足試燒要求。

3.1 試燒過程

自2010年5月30日至6月3日,以中美鋁業(yè)11#爐為試點進行型煤試燒試驗。

5月30日19時30分,開始向11#爐儲煤倉投入煤料,其中塊煤與型煤的比例為5︰1。塊煤和型煤分別上料,中間要有足夠的間隔時間,以滾筒篩內(nèi)不出現(xiàn)兩種煤料混料為原則,投料間隔在4 min左右。經(jīng)現(xiàn)場耗煤量測算,31日11時,型煤開始入爐,6月1日16時30分出渣,至此最先入爐的型煤完成一個試燒周期。6月1日上午,最后一批型煤開始投料,試驗共耗型煤約16 t。

指標檢測主要包括試燒前型煤工業(yè)分析,C配方所制型煤煤質(zhì):分析基水分為3%～7%;分析基揮發(fā)分27%～29%;分析基灰分15%～18%;分析基全硫0.6%～0.9%;分析基彈筒發(fā)熱量大于21.348×103MJ。試燒中灰渣含碳量每隔4 h檢測一次,灰渣碳含量變化趨勢見圖1,煤氣成分及熱值每隔4 h檢測一次,旋風除塵器的排塵量每隔4 h檢測一次,每次準確稱重。

圖1 灰渣碳含量變化

3.2 試燒結果與分析

3.2.1 灰渣含碳量

由圖1可知,型煤試燒前后灰渣含碳量有明顯變化,試燒前灰渣碳含量為15.76%,摻燒型煤試燒后,灰渣含碳量上升到 21.38%,上升了3.56%。主要原因為:

(1)所燒型煤與原煤的性質(zhì)不同,氣化速度有差異,可以通過調(diào)整工藝參數(shù)得到解決;

(2)與塊煤煤種的選用和更換有關,直觀灰渣發(fā)現(xiàn)有較多的塊煤殘?zhí)?

(3)制備型煤過程中,配入了一定比例的無煙煤,加上粘結劑的影響,導致型煤與長焰煤原煤相比,揮發(fā)分降低,灰分、固定碳升高。

3.2.2 爐底、上下段壓力差與溫度

11#爐摻型煤試燒前相關壓力差及上段溫度見表1,摻型煤試燒后相關壓力差及上段溫度見表2。

表1 型煤試燒前相關壓力差及上段溫度

表2 型煤試燒后相關壓力差及上段溫度

摻燒型煤后,爐底壓力與上段壓力平均壓差降低近200 Pa、爐底壓力與下段壓力平均壓差降低175 Pa。這是由于型煤粒度均勻、通氣性好,致使床層壓力差降低,表明型煤在氧化層仍保持原有形狀,具有高熱穩(wěn)定性和熱強度。

摻燒型煤后,上段平均溫度升高24℃,升高幅度在電捕焦油器工作溫度范圍內(nèi)。主要原因一是所選用塊煤相對干燥,二是由于加入氣化型煤,干餾段透氣性較好,使得煤氣透過量和透過速度快,導致爐頂溫度升高。

4 結論

(1)針對低階煙煤揮發(fā)分含量高,膨脹系數(shù)大的特點,采用C配方粘結劑所壓制的型煤冷熱強度較高,反應活性好,可以滿足兩段爐的造氣要求。

(2)摻燒型煤后灰渣含碳量上升明顯,可以通過調(diào)整工藝參數(shù)解決。

(3)摻燒型煤后爐底壓力與上段壓力平均壓差、爐底壓力與下段壓力平均壓差不同程度降低,上段溫度適度上升,但均在允許范圍內(nèi)。型煤投入氣化爐使用后,可進一步探索適用于型煤氣化工藝的優(yōu)化參數(shù)。

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(責任編輯 張毅玲)

An analysis of industrial testing of gasified briquettes using long-flame coal

Huang Shaosheng1,Huang Shanxiu2
(1.Henan Sino-US A lum inum Co.,L td,Dengfeng,Henan p rovince 452477,china; 2.School of Materials Science and Engineering,Henan Polytechnic University, Jiaozuo,Henan p rovince 454000,China)

A

黃紹勝 (1959-),男,河南民權人,教授級高級工程師,目前從事化工機械方面的研究與管理工作。