配煤對煤灰熔融特性的影響

第37卷第3期某炭轉化Vol.37 No. 32014年7月.COAL CONVERSIONJul. 2014配煤對煤灰熔融特性的影響~劉勝華1)高娜)郭延紅3)楊倩l)摘要 以高灰熔點(diǎn)府谷煤(A)分別與低灰 熔點(diǎn)神木西溝煤(B)和神木河畔煤(C)按不同比例配比,用智能一體化馬弗爐制成灰,用JRHR-3型微機灰熔點(diǎn)測定儀測定其在弱還原性氣氛下的.熔融特征溫度,并利用XRD與CaO SiO2-Al2O3三元相圖分析配煤灰樣在不同溫度和不同配比下礦物組成的變化.結果表明,配煤可以有效改善煤灰熔融特性,配煤的灰熔點(diǎn)和煤的配比呈非線(xiàn)性關(guān)系;配煤的灰熔點(diǎn)變化主要是由于高溫下礦物質(zhì)的轉化.關(guān)鍵詞配煤,煤灰 ,熔融特性中圖分類(lèi)號TQ533. 90.1 mm.用0.1 g/mL 糊精溶液,將研磨好的煤灰0引言調成可塑狀,再用小刀將其鏟人三角錐體的灰錐模中,制成灰錐,將灰錐模內的灰錐推到玻璃板上,在神木煤是一種低灰、低硫、中高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)動(dòng)空氣中干燥,然后用JRHR-3型微機灰熔點(diǎn)測定儀力煤，也是良好的氣化和液化用煤,其工業(yè)用途十分測定其灰熔點(diǎn).變形溫度(DT):灰錐頂端開(kāi)始變圓廣泛.但神木煤灰熔融溫度低,影響其廣泛利用,因或彎曲時(shí)的溫度.軟化溫度(ST):錐體彎曲,錐尖碰此，研究提高神木煤灰熔融溫度的方法具有重要現到托板,或變成球形時(shí)的溫度.半球溫度(HT):灰錐實(shí)意義.當前,國內外改善煤灰熔融特性常用兩種方變形至近似半球,即高度約等于底長(cháng)一半時(shí)的溫度.法:一.是配煤;二是使用添加劑.但使用添加劑改變流動(dòng)溫度(FT):灰錐熔化,展開(kāi),呈高度在1.5 mm以煤灰熔融特性在一定程度上會(huì )導致灰分含量增下薄層時(shí)的溫度.用XRD分析在不同溫度以及不加. [-5]據文獻[6]報道,在同樣反應條件下,灰分增同配比下煤灰中礦物質(zhì)的變化..加1%,氧耗增加0. 7%~0.8%,煤耗增加1.3%~1.2煤樣1.5%，而通過(guò)配煤改善煤灰熔融特性在減少添加劑用量的同時(shí)提高了煤中碳含量,使燃燒爐或氣化爐本實(shí)驗選用高灰熔點(diǎn)府谷煤(A)、低灰熔點(diǎn)神整體效率得到提高,促進(jìn)了煤炭資源的合理應用.故木西溝煤(B)與神木河畔煤(C).用ICP-AES法定本實(shí)驗采用配煤的方法研究其對煤灰熔融特性的量分析煤灰的成分,測得結果見(jiàn)表1.由表1可以看影響.出,煤灰成分有酸性氧化物和堿性氧化物,主要為表1三種煤灰的化學(xué)組成(%* )1實(shí)驗部分Table 1 Chemical composition of three kindsof coal ashes(%")Sample SiOz Al2O3 Fe2O3 Ca0 MgO K:0 Naz2O SO31.1實(shí)驗方法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將三種煤樣分別在JF-100顎式破碎機中粉碎，C 41.92 26.26 8.03 9.49 4.68 1.26 2.53 0.34再將其放于JF-100-1A密閉式制樣粉碎機中,使其* Mass fraction.成0.2 mm以下的微粒,將配比的煤粉放于JF-4-Fe2O3 ,CaO,MgO, K2O,Na2O, SiO2 ,Al2O3 ,還有少10AS高效節能一體智能馬弗爐中,在慢灰程序下量的SO3.A煤、B煤和C煤中分別含酸性氧化物灰化.把灰化好的煤灰在研缽中研磨至微粒小于76. 66%,58. 86%和68. 18%,酸性氧化物含量高，中國煤化工*陜西省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗室科研計劃項目(13JS123).1)碩士生;2)教授<通訊作者),延安大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,陜西省化學(xué)反應工程重點(diǎn)實(shí)驗.MHCNM HG收稿日期:2013-09-09;修回日期:2013-12-10.第3期劉勝華等配煤對煤灰熔融特性的影響47熔點(diǎn)高;堿性氧化物含量高,熔點(diǎn)低. [2]14500-DT表2為煤灰熔融特性溫度和酸性氧化物與堿性1400 0-ST8口1350- A-HT氧化物含量比以及SiO2與Al2O3含量比.由表2可1 300-以看出,SiO2與Al2O3含量比為AC>B,即SiO2與Al2O,含量比越小,熔點(diǎn)越圖3為三種原煤煤灰在815 C下的XRD譜.由高.高含量的CaO(23. 78%)是B煤灰熔點(diǎn)低的原圖3可以看出,A煤煤灰主要含有方解石、赤鐵礦和因之一.雖然SiOr和Al2O3都有增高灰熔點(diǎn)的作Coal A用,但SiO2比Al2O3更能促使灰熔點(diǎn)降低，這主要是含硅的氧化礦物群和硅酸鹽礦物群與其他組分會(huì )CH AnH形成較鋁酸鹽共熔體灰熔點(diǎn)還要低的低熔點(diǎn)共熔Wwwwww物.[7]10203040506070802結果與討論Coal B2.1配煤對 灰熔點(diǎn)的影響A煤與B煤、A煤與C煤相配,各特性溫度與wwwww.配比之間的關(guān)系分別見(jiàn)圖1和圖2,隨著(zhù)A煤的添δ102030405060708090加量增加,特性溫度曲線(xiàn)呈逐漸升高趨勢.由圖1可01(° )以看出,不同配比下特性溫度變化幅度不盡相同,AHCoalC煤在煤灰中的含量處于30% ~ 70%之間時(shí)變化幅度最大,在50%~70%時(shí),ST的變化幅度最大,升幅達到102 C.由圖2也可看出,加入A煤后ST-直緩慢升高.圖1和圖2中DT,HT和FT的變化趨勢和ST的變化趨勢類(lèi)似.由此可以看出，配煤可0102030405060708090以有效改善煤灰熔融特性,配煤的灰熔點(diǎn)和煤的配圖3三種原煤煤灰在815 C下的XRD譜比呈非線(xiàn)性關(guān)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鈣長(cháng)石;B煤煤灰主要含有石英、方解石、莫來(lái)石、磁E 1250-鐵礦、鈣長(cháng)石和赤鐵礦;C煤煤灰主要含有方解石、E 1200-1150-鈣長(cháng)石、赤鐵礦、莫來(lái)石、石英和鈣鐵輝石. B煤灰熔1100020406080100點(diǎn)低的主要原因是方解石分解,生成的CaO和莫來(lái)Adding content of A coal1%石生成鈣長(cháng)石,鈣長(cháng)石容易與煤灰中的其他礦物質(zhì)圖1特性溫度與A煤和B煤配比的關(guān)系作用形成中國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在弱還原氣氛條件下,赤鐵礦被還原成磁鐵礦,磁鐵.48煤炭轉化2014年.礦再還原成FeO,FeO與石英和莫來(lái)石反應生成低XRD譜.由圖4可以看出,10%A+90%B配煤煤灰灰熔點(diǎn)的含鐵鋁硅酸鹽礦物質(zhì).在815 C時(shí),主要含有莫來(lái)石、石英、硬石膏、藍晶石和方解石.隨著(zhù)溫度的升高,到1100 C時(shí),方解石、2.3不同溫度下配煤煤灰礦物質(zhì)形態(tài)變化莫來(lái)石的衍射峰消失,還有少量石英的衍射峰也消圖4為10%A+ 90%B煤灰在不同溫度下的失,形成了新的鈣長(cháng)石與藍晶石的衍射峰.方解石分GlnAnwww..0102030405060708090δ1020304050607080906102030405060708090201(° )201(。)圖4 10%A+90%B煤灰在不同溫度下的XRD譜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和莫來(lái)石生成鈣長(cháng)石,石英與莫來(lái)石A煤煤灰熔點(diǎn).生成藍晶石.當溫度達到DT時(shí),硬石膏的衍射峰消2.4不同配比下煤灰礦物形態(tài)的變化失,藍晶石的衍射峰變弱,硬石膏分解的CaO與藍.晶石生成鈣鋁黃長(cháng)石,鈣長(cháng)石和鈣鋁黃長(cháng)石與石英A煤與B煤不同配比時(shí)煤灰在DT下的XRD等礦物質(zhì)容易發(fā)生低溫共熔作用,10%A + 90%B譜見(jiàn)圖5.由圖5可以看出,10%A +90%B配煤中配煤煤灰形成低溫共熔晶體，使配煤煤灰熔點(diǎn)低于主要含有石英藍晶石鈣長(cháng)石和鈣鋁黃長(cháng)石;50%A+δ102030405060708090δ102030405060708090δ102030405060708090圖5 A煤與 B煤不同配比時(shí)煤灰在DT下的XRD譜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配煤中主要含有莫來(lái)石和石英;90%A+由以上分析可知，煤灰中礦物質(zhì)在加熱過(guò)程中.10%B配煤中主要含有莫來(lái)石和石英. B煤中CaO可能主要發(fā)生了如下反應:含量較高,在DT下易以鈣長(cháng)石形態(tài)存在,隨著(zhù)ACaCO3(方解石)一→CaO+ CO2煤含量的增加，配煤中CaO含量減少. 10%A +3Al2O3●2SiO2(莫來(lái)石)+CaO- +90%B配煤煤灰熔點(diǎn)低是由于鈣長(cháng)石易和煤灰中的CaO. Al2O3●2SiO2(鈣長(cháng)石)其他成分作用形成低溫共熔體,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(藍晶石) +CaO-90%B配煤煤灰熔點(diǎn)高是由于莫來(lái)石是黏土礦物發(fā)2CaO. Al2O3●SiO2(鈣鋁黃長(cháng)石)生高溫相變的產(chǎn)物(熔點(diǎn)為1 850 C),其含量越高2.5 CaO-SiO2-Al,O3 三元相圖分析則煤灰熔點(diǎn)越高,90%A+ 10%B配煤煤灰在ST下CaO-Si(中國煤化工9頁(yè)圖6.680在莫來(lái)石衍射峰強度較大,這是90%A+ 10%B配煤CaO SiO2-AI:MYHCNMHGB煤所屬的礦灰熔點(diǎn)最高的主要原因. .物區域分別為莫來(lái)石區域與鈣長(cháng)石區域,這和兩種.第3期劉勝華等配煤對煤灰熔融特性的影響49煤樣在X射線(xiàn)衍射分析下的結果- .致.在實(shí)驗中,A中充當助熔劑的作用.煤和B煤的ST分別為1394 °C和1 143 C,與莫來(lái)石和鈣長(cháng)石的熔點(diǎn)相差很大,這是由于煤灰中除了3結論CaO,SiO2和Al2O3 三種氧化物外,還有Fe2O3,MgO ,K2O和Na2O等氧化物,這些氧化物在煤灰1)配煤可以有效改變煤灰的熔融特性,其熔融溫度與煤的配比之間呈非線(xiàn)性關(guān)系.Two liquids、etetiregion2)在配煤中,由于A(yíng)煤的灰熔點(diǎn)不是特別高，B Mulite當其添加量超過(guò)50%時(shí),B煤和C煤能夠滿(mǎn)足固態(tài)Rankinite~ SighiAnorphile排渣的技術(shù)要求.GehlenileGorunduan3)通常煤灰中SiO2和Al2O3具有提高煤灰熔/Lime點(diǎn)的作用,CaO具有降低煤灰熔點(diǎn)的作用.CGaOAiO,4)煤灰的XRD圖像結合CaO-SiO2-Al2O3三圖6 CaO-SiO2-Al2O3 三元相圖元相圖能很好地解釋煤灰中礦物質(zhì)在高溫下形態(tài)的Fig.6 Ternary phase diagram of Ca() SiO2-Al2(3變化,對配煤也具有- -定的指導作用.參考文獻1] 周安寧,黃定國.沽凈煤技術(shù)[M].北京;中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2010.[2]劉勇晶,郭延紅,劉勝華.煤灰成分對煤灰熔融特性的影響[J].煤炭轉化,2013,36(1):68-71.[3] VassilevaC G, Vassilev S V,et al. 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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中國煤化工transfor-mation of minersls at high temperature.FYHCNMHGKEY WORDS coal blending, coal ash, melting characteristics.