長焰煤作為主要原料的氣化型煤工業試驗分析

黃紹勝黃山秀

(1中美鋁業有限公司,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試驗分析

黃紹勝1黃山秀2

(1中美鋁業有限公司,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標準對兩段煤氣發生爐使用要求。經在煤氣發生爐上20t的工業摻燒試驗,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、減少環境污染是當今世界所面臨的緊迫問題。隨著國民經濟的迅速增長,工業部門對燃料氣的需求不斷增加,發展煙煤、粉煤成型技術用以擴大氣化爐及工業鍋爐所需的塊狀燃料已成為迫切的重要任務。

焙燒氫氧化鋁生產氧化鋁粉的燃料通常為常壓固定床兩段式混合發生爐煤氣。采用常壓固定床兩段式混合發生爐工藝生產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,且揮發分適當等。在國內,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。由于氧化鋁生產場地應盡可能靠近鋁礦石產地,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成本,提高能源利用率。

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

2 氣化型煤工業成型試驗

2.1 試驗用煤

采用中美鋁業的長焰煤,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%。煤質分析結果:分析基水分為6.82%;分析基揮發分 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。

針對中美鋁業長焰煤的煤質特征,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,但熱強度和熱穩定性較差。

在B配方的基礎上,課題組開發了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標準對兩段煤氣發生爐氣化煤種的技術指標要求,可以達到中美鋁業兩段氣化爐的使用要求。采用C配方粘結劑將中美鋁業剩余末煤加工成氣化型煤是可行的。

3 型煤工業氣化試驗

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,以滾筒篩內不出現兩種煤料混料為原則,投料間隔在4 min左右。經現場耗煤量測算,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分析,C配方所制型煤煤質:分析基水分為3%～7%;分析基揮發分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不同,氣化速度有差異,可以通過調整工藝參數得到解決;

(2)與塊煤煤種的選用和更換有關,直觀灰渣發現有較多的塊煤殘炭;

(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。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)針對低階煙煤揮發分含量高,膨脹系數大的特點,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,可以通過調整工藝參數解決。

(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。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化參數。

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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。