利用混料試驗設計復配煤氣化高效助熔劑

第42卷第5期應用化工Vol.42 No.52013年5月Applied Chemical IndustryMay 2013利用混料試驗設計復配煤氣化高效助熔劑張子利,李寒旭,曹祥,朱邦陽(yáng),劉嶠,趙清良(安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,安徽淮南232001)摘要:為降低皖北 LE煤氣化過(guò)程中煤灰熔融溫度,減少助熔劑的添加量,利用混料試驗設計對四種助熔劑(A,B,C,D)進(jìn)行復配，建立各助熔劑配比與流動(dòng)溫度之間的回歸模型,確定高效助熔劑的最優(yōu)配比。結果表明,回歸模型高度顯著(zhù),模型預測的煤灰熔融溫度與實(shí)測值相差較小;當B:C: D=0.5:0.25:0.25時(shí)，助熔效果最佳;高效助熔劑可顯著(zhù)降低煤灰熔融溫度,同時(shí)添加量為石灰石助熔劑的1/2時(shí),可使煤灰熔融溫度達到煤氣化人爐煤的要求。關(guān)鍵詞:混料試驗;高效助熔劑;煤灰熔融溫度中圖分類(lèi)號: TQ 54文獻標識碼:A .文章編號:1671 - 3206(2013)05 -0873 -04Application of mixture experimental design todevelop high efficiency fluxZHANG Zi-li ,LI Han-xu , CA0 Xiang ,ZHU Bang -yang ,LIU Qiao , ZHAO Qing liang( School of Chemical Engineering, Anhui University of Science and Technology ,Huainan 23200 ,China)Abstract: In order to decrease the LE coal ash fusion temperature , reduce the addition of the flux ,four dif-ferent fluxes (A, B,C,D) were chosen to blend by mixture experimental design ,a mathematical model de-scribing the relationship between the flow temperature and proportion of complex flux was developed tochoose the high efficiency flux. The results showed that the predicted value of ash flow temperature obtainedfrom the regression model would have a lttle difference to the experiment measured value;when B:C:D=0.5:0.25:0.25 , the high efciency flux can decrease coal ash melting temperature effectively comparedwith limestone flux.Key words: mixture experiment; high eficiency fAlux; coal ash melting temperature煤氣化是潔凈、高效利用煤炭的主要途徑之- - ，助熔 劑來(lái)降低煤灰熔融溫度,但有時(shí)由于石灰石添加在將煤炭轉變?yōu)楦憷哪茉春彤a(chǎn)品形式的各種技量較大,相應地增 加了氧耗量和排渣熱損失(451 ,并術(shù)中,煤氣化是優(yōu)先考慮的加工方法"。目前,煤氣可 能引起氣化爐堵渣。因此為減少助熔劑的添加量，化主要采用干煤粉氣化與水煤漿氣化兩種氣化方式，研發(fā)高效助熔 劑，可以在減少添加量的同時(shí),達到降均采用液態(tài)排渣技術(shù)江。皖北地區煤炭資源豐富,但低煤灰熔融溫度的要求。目前國內外學(xué)者針對單一大部分煤灰熔融溫度較高,不適合液態(tài)排渣的氣化技助熔劑進(jìn)行 了大量研究,得到了不同助熔劑對煤灰熔術(shù)”。融特性的影響(68] ,但對于高效助熔劑的研究相對較對于高灰熔融溫度煤,工業(yè)上常采用添加石灰石少收稿日期:201301.08修改稿 日期:2013-02-01中國煤化工基金項目:淮南市科技計劃項目(2010A03105)MHCNM H G,作者簡(jiǎn)介:張子利( 1988 -) ,女,山東濟寧人,安徽理工大學(xué)在讀碩土研究生,師字水心認儀，工安八于心凈煤技術(shù)方面的研究。電話(huà):13721156784 ,E - mail:zhangili003@ 126. com874應用化工第42卷混料試驗設計現已被廣泛應用于化工、藥物等的A、B、C、D。配方設計,并取得良好的效果[9]。因此利用混料試驗表1煤樣分析數據設計對助熔劑進(jìn)行復配,優(yōu)選出高效助熔劑,擬通過(guò)Table 1 Analysis data of coal sample添加較少的助熔劑,達到降低煤灰熔融溫度的目的。工業(yè)分析/%元素分析/%1實(shí)驗部分M_d A。Vd FC. C.s .H_ S.n(MJ.kg-")1.1原料與儀器1.14 22.92 12.78 66.53 68.32 2.99 0.4926.44皖北地區LE煤,其性質(zhì)分析見(jiàn)表1、表2;助熔劑表2煤灰化學(xué)組成及煤灰熔融溫度Table 2 Ash chemical compositions and ash melting temperatures of coal煤灰化學(xué)組成/%煤灰熔融溫度/C .SiO2Al203 Fe203CaOMgO TiO2SCK2O Na20P2Os)TSTT46.90 34.8 4. 136.841.641.502.07 1.41 0. 570.081 484>1 5005E-AFI型智能灰熔點(diǎn)測試儀;ARL-9800型X射表3四分量四階單純形格子點(diǎn)集各分量比例線(xiàn)熒光光譜儀。Table 3 Inverse proportion of lattice point分量點(diǎn)號XX:X。1.2混料試驗設計10混料試驗設計是- -種受特殊約束的回歸設計問(wèn)題,要求在混料條件(1)的約束下合理地安排實(shí)驗,得1/到混料的最佳混料比。X;≥0 (i=.2.....n).,./2X; +X2 +....+X.=1(1)其中,X, X .... X,表示混料系統中n種成分103/所占的百分比10]。1/4/4四種助熔劑按四分量四階混料試驗設計表的配3/4比加入到煤樣中。助熔劑的煤基添加量為0% ~4%(質(zhì)量分數)進(jìn)行實(shí)驗。四分量四階單純形格子點(diǎn)集上總共有35個(gè)實(shí)驗點(diǎn),見(jiàn)圖1,35個(gè)點(diǎn)分布見(jiàn)表3(其中X, ,X,X,X,分20別代表A,B,C,D四種助熔劑)。2122X;=123242526"X,=1281/229x=131中國煤化工圖1 四分量四階格子點(diǎn)集32fYHCNMHGFig. 1 Schematic diagram of 4-component4and 4-order lttice point sets5第5期張子利等:利用混料試驗設計復配煤氣化高效助熔劑8751.3分析方法量,A、B、C、D以及兩兩交互作用為自變量擬合得到原料煤各種性質(zhì)分析按國標方法進(jìn)行,煤的工業(yè)的回歸方程為:FT=1 439.3A +1 371.2B+1 367. 0C分析, GB/T 212- 2008;煤的 C、H元素分析, GB/T+1 367. 5D- 139. 3AB - 150.0AC - 146. 2AD -476- -2001 ;煤的發(fā)熱量測定, GB/T 213- 2008;煤中124. 9BC - 79.3BD - 60.7CD(2)全硫的測定,GB/T214-2007;煤灰熔融溫度測定，表5回歸系數及 影響因子的顯著(zhù)性分析GB/T 219- -2008( 利用智能灰熔點(diǎn)測試儀)。Table 5 Regression cofficients and their2結果與討論significant analysis以煤灰熔融溫度FT為評價(jià)指標.A,B,C,D為分系數系數標準誤差T方差因子量,混料設計的實(shí)驗結果見(jiàn)表4 ,實(shí)驗號為1,2,3,4的1 439. 37.7213. 094FT實(shí)測值分別為添加A, B,C,D助熔劑后煤灰的流B 1 371.2動(dòng)溫度,實(shí)驗號為5 ~35的FT實(shí)測值為添加按混料1 367.0試驗設計復配的助熔劑后的煤灰流動(dòng)溫度。1 367.53.094表4添加助熔劑的混料設計實(shí)測結果-139.3 31.449 -4.43 0.0001 2.208- 150.031. 4490. 000.Table 4 Arrangement results of mixture design實(shí)驗號FT實(shí)測值/CFT實(shí)測值/心- 146.231.449. -4. 650.0001 2. 208I 450191 345-124.9 31.449-3.97 0.002. 2081370201359BD-79.3 31. 449-2.520.0181 368211 350CD-60.731.449 .-1.930.0652.2081 372221 355R2= 85. 59%R?(調整) = 80.41%1 363231 362注: T.t分布的統計量;P顯著(zhù)性水平;R2.回歸方程的決定系數。1 370241 364根據公式(2)計算得出的預測值見(jiàn)表6。25表6添加助熔劑的混料設計預測結果134026Table 6 Predicted results of mixture design91 358271 340FT預測值/CFt預測值/C1 365281 33611 439I11 3711 356301 3391 367213541 3591 3941 3492:1 3431 3861 3661 3601379341 320由表4可知，在助熔劑添加量相同時(shí),添加不同11291343配比的助熔劑時(shí)FT差值較大,最大可達130 C ,說(shuō)明121 357不同助熔劑之間存在交互作用，使復配效果均優(yōu)于單1331-助熔劑。141 396321 352對表4中的FT數據進(jìn)行二次多項式回歸擬合，151 3933:得到FT與四種助熔劑添加量的回歸系數及其顯著(zhù)161 347性,結果見(jiàn)表5。1:13451333以A助熔劑的添加量為例,其回歸系數為18中國煤化工1 439. 3 ,標準誤差為7.721,t統計量(T)與P值(P)由表6可:MYHCN M H G預測值與表均高度顯著(zhù),方差因子為3.094。根據表5可知,助熔4中實(shí)測值相差較小，最大溫差小于20 C。該模型劑A、B、C、D、AB、AC、AD、BC、BD、CD以FT為因變可以很好的擬合助熔劑配比與煤灰流動(dòng)溫度,模型