神華寧煤集團氣化用煤煤灰特性研究

第33卷第1期煤炭轉化Vol 33 No. 1010年1月COAL CONVERSIONJan.2010神華寧煤集團氣化用煤煤灰特性研究房俊卓1)徐崇福2)胡奇林要分別用X射線(xiàn)衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和熱重分析儀( TGDSC)對神華寧煤集團水煤漿用煤煤灰物相組成、形貌特征和灰熔性特征進(jìn)行分析.結果表明,原料煤煤灰由方解石、石膏、石英、赤鐵礦和金紅石組成,而洗精煤煤灰由主要由方解石、石膏和石英三種礦物組成,洗精煤煤灰灰熔溫度高于原料煤灰45℃,主要是由于原料煤灰中含有赤鐵礦等成分所致關(guān)鍵詞煤灰,物相,灰熔點(diǎn)中圖分類(lèi)號TQ5310引言( Setaram Setsys evo),法國塞特拉姆公司制造1.3實(shí)驗方法煤灰是煤經(jīng)過(guò)燃燒后剩余的殘渣,主要來(lái)源于煤中的礦物質(zhì)煤中礦物質(zhì)一般是由各種硅酸鹽礦X射線(xiàn)衍射分析(XRD):將樣品用瑪瑙研缽研物、碳酸鹽礦物和硫酸鹽礦物等組成根據礦物質(zhì)的細至沒(méi)有顆粒感然后裝樣壓片,放入樣品臺射線(xiàn)來(lái)源可分為原生礦物、次生礦物和外來(lái)礦物原生礦源采用Cu靶(Ka1),管電壓40k,管電流30mA,物質(zhì)是由成煤植物本身含有的礦物質(zhì)形成,參與煤步長(cháng)0.02°/step,掃描速度8°/min定性分析采用的分子結構,其含量較少.次生礦物是指在成煤過(guò)程Jade6.5分析軟件對譜圖依次進(jìn)行平滑扣背底及中,由外界進(jìn)入成煤沼澤中的礦物質(zhì)混入到煤層中扣除Ka2等操作并以煤矸石形式出現,如煤中的高嶺土、方解石及黃形貌分析(SEM):取少量樣品用導電膠黏附于鐵礦等外來(lái)礦物質(zhì)是指在采煤過(guò)程中,從煤層頂板樣品杯上,置于離子濺射儀中渡金膜將處理后的樣和底板等圍巖中混入煤中的礦物質(zhì)不同煤種所品放人樣品室,在25kv加速電壓下觀(guān)察形貌轉化的煤灰特性不完全相同,煤灰的不同特性會(huì )直熱重及量熱分析(TG,DSC):稱(chēng)量適量樣品裝接影響煤一系列應用性質(zhì).神華寧夏煤業(yè)集團人剛玉坩堝,置于熱天平,參比坩堝為空分段升溫,水煤漿氣化爐采用液態(tài)排渣方式煤灰灰溶特性對升溫速率5C/min~10C/min,同時(shí)測量TG和氣化爐安全經(jīng)濟運行關(guān)系密切因此,研究神華寧煤DSC曲線(xiàn)爐體保護氣為高純Ar氣載氣為高純集團氣化用煤煤灰特性具有重要現實(shí)意義He氣,測量結果采用 Calisto1.05分析軟件進(jìn)行分析處理1實(shí)驗部分樣品制備:煤樣破碎過(guò)50目篩,然后置于烘箱中于50℃干燥24h;煤灰樣由煤樣在馬弗爐中于1.1實(shí)驗材料500℃C灰化24h而成原料媒(YLM)和洗精媒(xM),神華寧媒集團2結果與討論提供1.2實(shí)驗儀器2.1XRD物相分析X射線(xiàn)衍射儀(D/marx2200PC),日本理學(xué)公原料煤(YLM)為煤礦直接開(kāi)采出來(lái)的原始煤司制造;掃描電子顯微鏡(KYKY-2800B),北京中樣,洗科科儀技術(shù)發(fā)展有限責任公司制造;熱重分析儀灰分HH中國煤化工先選而成原料煤Jade6.5分析軟件CNMHG·寧夏煤化工工程實(shí)驗賓攴撐項目1)碩上、副教授;2)博士、教授,寧夏大學(xué)能源化工重點(diǎn)實(shí)驗室,750021銀川;3)教授江蘇工業(yè)學(xué)院化工系,213000江蘇常州收稿日期:200907-24;修回日期:200909-1010年選,其灰分形貌保留了開(kāi)采和運輸過(guò)程中的某些信息,如煤層中的礦物、煤層圍巖混入的礦物以及運輸過(guò)程中混人的某些外來(lái)礦物等.由圖3b可知,長(cháng)柱狀礦物從其形貌判斷為石膏,顯然屬于外來(lái)礦物洗4精煤灰SEM照片見(jiàn)圖3c和圖3d.由圖3c和3d可見(jiàn),洗精煤灰分顆粒大小均勻,呈不規則卷曲狀.洗精煤顆粒中沒(méi)有較大不規則結晶狀物質(zhì),說(shuō)明洗精圖1原料煤煤灰XRD圖譜煤灰分主要來(lái)源于煤層的內在灰分,即主要由原生Fig 1 XRD spectrum of ash from YlM礦物和次生礦物構成,不存在外來(lái)礦物原料煤灰中1—SiO2;2—CaSO413-CaCO3的外來(lái)礦物部分已在洗煤過(guò)程中被除去定性分析可知,原料煤灰分所含礦物依次為石英、無(wú)水石膏、方解石,赤鐵礦和金紅石,并以石英、無(wú)水石膏和方解石為主,洗精煤灰圖3原料煤與洗精煤煤灰SEM照片Fig 3 SEM photo of ash from YLM and XJMa. b-Ash of YLM;c, d-Ash of XJM(°)3TG和DSC分析圖2洗精煤煤灰XRD圖譜Fig 2 XRD spectrum of ash from XJM由于煤灰是煤中各種礦物質(zhì)的集合體,不可能SiO :2---CaSO4 : 3--CaCO3有一個(gè)固定的熔化溫度,而只能有一個(gè)熔融的溫度分物相主要為石英、無(wú)水石膏和方解石煤灰樣是煤范圍,稱(chēng)為煤灰的熔融性,習慣上叫做煤灰熔點(diǎn)樣經(jīng)500℃灰化24h所得.由于煤樣生成環(huán)境為富·當煤灰受熱到一定溫度時(shí),一部分礦物質(zhì)開(kāi)始熔融,含水分,因此煤樣中的石膏應為二水石膏(CaSO4·而另一部分仍保持固態(tài),因此形成一種有流動(dòng)性的2H2O)軟化狀態(tài).隨著(zhù)溫度增高,液態(tài)部分增多,黏度下降,用絕熱法對兩種煤灰進(jìn)行XRD定量分析,結而流動(dòng)性逐漸增大,在實(shí)驗過(guò)程中,在設定的條件下果見(jiàn)表1.由表1可知,與原料煤灰相比洗精煤灰中加熱,使煤灰軟化到一定狀態(tài),采用該溫度表示煤灰表1原料煤和洗精煤XRD物相定量分析結果(%)的熔融性(灰熔點(diǎn)).36Table 1 XRD quantitative analysis result of ash( %原料煤煤灰與洗精煤煤灰 TG-DSC曲線(xiàn)分別ple Ash CaSO4 SiOz CaCO Fe: O3 TiO見(jiàn)第11頁(yè)圖4.由圖4a中TG曲線(xiàn)可見(jiàn),有兩個(gè)顯Ash of ylm12.000.3110.2440.3320.0680.045著(zhù)的失重臺階,對應于DSC曲線(xiàn)上678.5℃和Ash of XJM5.170.5080.1050.3870.0000.000984.2℃兩個(gè)吸熱峰,它們分別是CaCO3和CaSO4明顯地缺少赤鐵礦和金紅石兩種礦物成分,而且石的分解溫度.DSC上第三個(gè)吸熱峰對應溫度為英的含量顯著(zhù)減少.由于洗精煤是由原料煤經(jīng)洗選192.4℃,相當于原料煤灰的熔化溫度.由圖4b而來(lái),因此原料煤中的赤鐵礦、銳鈦礦及部分石英成中TG曲線(xiàn)上同樣可見(jiàn)兩個(gè)明顯的失重臺階,分別分可能是在洗選過(guò)程中被除去了對應于CaCO3和CaSO4的分解,但CaSO,分解的2.2SEM形貌分析吸致可能具由干右新的固熔體生成所中國煤化工時(shí)應的吸熱峰對應原料煤灰分SEM照片見(jiàn)圖3a和圖3b.由圖3a于洗CNMHG可見(jiàn),煤灰顆粒大小不均,最大顆?？蛇_50μm,最由煤灰的 TG-DSC分析可知洗精煤灰熔溫度小者小于0.5μm.由于原料煤為原始煤樣,未經(jīng)洗比原料煤煤灰灰熔溫度高出45℃,這是由于煤灰的第1期房俊卓等神華寧煤集團氣化用煤煤灰特性研究含量高,其灰熔點(diǎn)就高;Fe2O3含量高其灰熔點(diǎn)一般較低;二氧化硅的含量與煤灰熔點(diǎn)的關(guān)系一般不明顯.由此可見(jiàn),原料煤灰熔點(diǎn)較低是由原料煤灰含5-.5較多的Fe2O3成分所致3結論2004000080010001200Temperature!℃1)原料煤灰物相由石英、石膏、方解石、赤鐵礦和金紅石組成,以石英、石膏和方解石為主;洗精煤物相由石英、石膏和方解石組成,以石膏和方解石為主2)結合SEM形貌分析,石膏和方解石屬煤內生礦物,不易洗選;赤鐵礦和金紅石屬外來(lái)礦物,可通過(guò)洗煤方法除去;石英則同時(shí)來(lái)源于內生礦物、外生礦物和外來(lái)礦物,洗選只能除去部分外生礦物和200400600800100012001400外來(lái)礦物成因的石英,不能完全除去內生礦物成因的石英圖4原料煤和洗精煤煤灰的 TG-DSC曲線(xiàn)3)原料煤灰熔點(diǎn)高于洗精煤的灰熔點(diǎn),主要是Fig 4 TG-DSC of ash from YLM and XJM因為原料煤中含有赤鐵礦和較多的石英.因此,可通- Ash of Yl. M:b--Ash of XJM過(guò)配煤或添加添加劑的方法實(shí)現控制氣化用煤灰熔熔融性主要取決于煤灰的化學(xué)組成.煤灰中Al2O3性的目的參考文獻[]鐘蘊英,關(guān)夢(mèng)嬪,崔開(kāi)仁等煤化學(xué)[M]北京:煤炭工業(yè)出版社,1988:158-159.[2]林建英,任軍,田承圣等.幾種中國典型動(dòng)力用煤顯微組分的結構特性[刀].煤炭轉化2005(1):21-24.[3]楊建國,鄧莢蓉,趙虹等煤灰熔融過(guò)程中的礦物演變及其對灰熔點(diǎn)的影響[J].中國電機T程學(xué)報,2006(17):122126.[]俞海森,曹欣玉,張鷸聲等.若干典型煤灰樣燒結熔融特性研究[].同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008(5):664667[5]馬艷芳,李侃社影響煤灰熔融性溫度的控制因素[門(mén)].煤化工,2007(3):1-5.[6]米娟層,安金蘭,煤灰成分測定國家標準(GB/T1574-1995)中存在問(wèn)題的修改建議[].煤質(zhì)技術(shù),2007(3/4):44-46[7]焦發(fā)存李慧,鄧蜀平等配煤對煤灰熔融特性影響的實(shí)驗研究[冂.煤炭轉化.2006(1);11-14.[8]袁善錄戴愛(ài)軍,配煤對灰熔點(diǎn)和煤成漿性能的影響[].煤炭轉化,2008(1):3032STUDY ON ASH CHARACTERISTICS OF COALFROM SHENHUA-NINGMEI GROUPFang junzhuo Xu Chongfu and Hu Qilin(Key Laboratory of Energy Sources and Chemical Engineering, Ningzia Universit750021 Yinchuan, Ningxia;* School of Chemical and Engineering, JiangsuTechnological College, 213000 Changzhou, Jiangsu)abSTRact Coal-ash is the remains of coal after burning completely. The research wasmainly emphasised on the mineral components, character of external appearance and melting pointof coal-ash from Shenhua-ningmei group by means of XRD, SEM and TG-DSC. The resultshowed that the coal-ash of Ylm is composed of calcite中國煤化工te and rutilewhile ash of XJM is mainly composed of calcite, gypsumXJM is about 45 C higher than that of YlM, which isHCN MH Gand rutile inhe ash of ylmKEY WORDS coal-ash, mineral phase, ash-melting point