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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,河南省焦作市,454000)

★煤炭科技·加工轉(zhuǎn)化 ★

長(zhǎng)焰煤作為主要原料的氣化型煤工業(yè)試驗(yàn)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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,河南省焦作市,454000)

采用C配方粘結(jié)劑將長(zhǎng)焰煤末煤加工成氣化型煤,粘結(jié)劑添加量為6%～9%。開發(fā)出的氣化型煤具有冷熱強(qiáng)度高、防水性能好、反應(yīng)活性好,能夠滿足國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(yàn),取得較好的效果。

型煤 氣化型煤 長(zhǎng)焰煤 粘結(jié)劑 工業(yè)性試驗(yàn)

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(dāng)今世界所面臨的緊迫問題。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng),工業(yè)部門對(duì)燃料氣的需求不斷增加,發(fā)展煙煤、粉煤成型技術(shù)用以擴(kuò)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(wù)。

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(yīng)活性,且揮發(fā)分適當(dāng)?shù)?。在?guó)內(nèi),只有神木長(zhǎng)焰煤和大同弱粘煤等幾個(gè)煤種可滿足該工藝生產(chǎn)。由于氧化鋁生產(chǎn)場(chǎng)地應(yīng)盡可能靠近鋁礦石產(chǎn)地,導(dǎo)致大量原料煤的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸,結(jié)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(dòng)力煤降價(jià)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(jié)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(guó)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(yuǎn),成為影響河南省境內(nèi)氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的主要因素之一。因此,開展長(zhǎng)焰煤生產(chǎn)氣化型煤的研究,對(duì)于提高河南省氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,提升煤化工產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平具有重大意義。

2 氣化型煤工業(yè)成型試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)用煤

采用中美鋁業(yè)的長(zhǎng)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(jié)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(jié)劑配方型煤理化特性

A配方粘結(jié)劑是河南理工大學(xué)專利,為金屬氧化物和無機(jī)鹽類粘結(jié)劑,可用于無煙煤的成型,制得高強(qiáng)度和高反應(yīng)性型煤。本試驗(yàn)該粘結(jié)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(biāo)為:冷強(qiáng)度為20～30 kg/個(gè);跌落強(qiáng)度40%～50%;熱穩(wěn)定性40%～50%。從性能指標(biāo)看,A配方所制型煤冷熱強(qiáng)度較差,型煤自然干燥后表面有明顯裂紋。說明A配方粘結(jié)劑不適合直接用于長(zhǎng)焰煤的成型。

針對(duì)中美鋁業(yè)長(zhǎng)焰煤的煤質(zhì)特征,采用某親水類無機(jī)鹽作為B配方粘結(jié)劑,粘結(jié)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(biāo)為:冷強(qiáng)度為 50～60 kg/個(gè);跌落強(qiáng)度80%～90%;熱強(qiáng)度 10～15 kg/個(gè);熱穩(wěn)定性50%～60%;反應(yīng)性大于 80%;灰熔點(diǎn)大于1250℃。從性能指標(biāo)看,B配方所制型煤冷強(qiáng)度和跌落強(qiáng)度較高,基本能滿足兩段爐的造氣要求,但熱強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性較差。

在B配方的基礎(chǔ)上,課題組開發(fā)了C配方粘結(jié)劑。粘結(jié)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(biāo)為:冷強(qiáng)度為50～60 kg/個(gè);跌落強(qiáng)度80%～90%;熱強(qiáng)度0～30 kg/個(gè);熱穩(wěn)定性50%～60%;反應(yīng)性大于80%;灰熔點(diǎn)大于1250℃。從性能指標(biāo)來看,C配方試制的型煤能夠滿足國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩段煤氣發(fā)生爐氣化煤種的技術(shù)指標(biāo)要求,可以達(dá)到中美鋁業(yè)兩段氣化爐的使用要求。采用C配方粘結(jié)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(yàn)

C配方粘結(jié)劑所制型煤有效改善了型煤的冷、熱強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性。在造氣車間進(jìn)行的純型煤爐前輸送試驗(yàn)結(jié)果顯示,型煤破碎率不足10%,因此, C配方粘結(jié)劑所制型煤預(yù)計(jì)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(diǎn)進(jìn)行型煤試燒試驗(yàn)。

5月30日19時(shí)30分,開始向11#爐儲(chǔ)煤倉(cāng)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(shí)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(chǎng)耗煤量測(cè)算,31日11時(shí),型煤開始入爐,6月1日16時(shí)30分出渣,至此最先入爐的型煤完成一個(gè)試燒周期。6月1日上午,最后一批型煤開始投料,試驗(yàn)共耗型煤約16 t。

指標(biāo)檢測(cè)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(cè)一次,灰渣碳含量變化趨勢(shì)見圖1,煤氣成分及熱值每隔4 h檢測(cè)一次,旋風(fēng)除塵器的排塵量每隔4 h檢測(cè)一次,每次準(zhǔn)確稱重。

圖1 灰渣碳含量變化

3.2 試燒結(jié)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?yàn)?

(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(guān),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(jié)劑的影響,導(dǎo)致型煤與長(zhǎng)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(guān)壓力差及上段溫度見表1,摻型煤試燒后相關(guān)壓力差及上段溫度見表2。

表1 型煤試燒前相關(guān)壓力差及上段溫度

表2 型煤試燒后相關(guān)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(qiáng)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(duì)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(dǎo)致爐頂溫度升高。

4 結(jié)論

(1)針對(duì)低階煙煤揮發(fā)分含量高,膨脹系數(shù)大的特點(diǎn),采用C配方粘結(jié)劑所壓制的型煤冷熱強(qiáng)度較高,反應(yīng)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(jìn)一步探索適用于型煤氣化工藝的優(yōu)化參數(shù)。

[1]郭陶明.國(guó)內(nèi)外型煤技術(shù)現(xiàn)狀分析與展望 [J].煤炭技術(shù),2007(11)

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(責(zé)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(quán)人,教授級(jí)高級(jí)工程師,目前從事化工機(jī)械方面的研究與管理工作。