长焰煤作为主要原料的气化型煤工业试验分析

黄绍胜黄山秀

(1中美铝业有限公司,河南省登封市,452477; 2河南理工大学材料科学与工程学院,河南省焦作市,454000)

★煤炭科技·加工转化 ★

长焰煤作为主要原料的气化型煤工业试验分析

黄绍胜1黄山秀2

(1中美铝业有限公司,河南省登封市,452477; 2河南理工大学材料科学与工程学院,河南省焦作市,454000)

采用C配方粘结剂将长焰煤末煤加工成气化型煤,粘结剂添加量为6%～9%。开发出的气化型煤具有冷热强度高、防水性能好、反应活性好,能够满足国家和行业标准对两段煤气发生炉使用要求。经在煤气发生炉上20t的工业掺烧试验,取得较好的效果。

型煤 气化型煤 长焰煤 粘结剂 工业性试验

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、减少环境污染是当今世界所面临的紧迫问题。随着国民经济的迅速增长,工业部门对燃料气的需求不断增加,发展烟煤、粉煤成型技术用以扩大气化炉及工业锅炉所需的块状燃料已成为迫切的重要任务。

焙烧氢氧化铝生产氧化铝粉的燃料通常为常压固定床两段式混合发生炉煤气。采用常压固定床两段式混合发生炉工艺生产煤气的原料煤块度要求为20～50 mm,并具有一定的气化反应活性,且挥发分适当等。在国内,只有神木长焰煤和大同弱粘煤等几个煤种可满足该工艺生产。由于氧化铝生产场地应尽可能靠近铝矿石产地,导致大量原料煤的远距离运输,结果造成粉煤率增加,小于20 mm的粉煤不能直接作为气化原料,只能作为动力煤降价出售,使得氧化铝粉生产成本大大增加。因此,研究粉煤成型特性,选用适宜种类和比例的粘结剂将粉煤加工成气化型煤,可以降低氧化铝的生产成本,提高能源利用率。

河南是铝矿资源大省,目前氧化铝产量居全国之首,而使用的气化原料煤产地与生产厂地之间的距离普遍较远,成为影响河南省境内氧化铝生产企业经济效益的主要因素之一。因此,开展长焰煤生产气化型煤的研究,对于提高河南省氧化铝生产企业的经济效益,提升煤化工产业的技术水平具有重大意义。

2 气化型煤工业成型试验

2.1 试验用煤

采用中美铝业的长焰煤,其中粒度小于1 mm的粉煤占总量的80%,粒度在1～3 mm的粉煤占总量的 20%。煤质分析结果:分析基水分为6.82%;分析基挥发分 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 不同粘结剂配方型煤理化特性

A配方粘结剂是河南理工大学专利,为金属氧化物和无机盐类粘结剂,可用于无烟煤的成型,制得高强度和高反应性型煤。本试验该粘结剂添加量为4%～6%,原煤粒度小于6 mm,所制型煤的理化性能指标为:冷强度为20～30 kg/个;跌落强度40%～50%;热稳定性40%～50%。从性能指标看,A配方所制型煤冷热强度较差,型煤自然干燥后表面有明显裂纹。说明A配方粘结剂不适合直接用于长焰煤的成型。

针对中美铝业长焰煤的煤质特征,采用某亲水类无机盐作为B配方粘结剂,粘结剂添加量为8%～10%,原煤粒度小于6 mm,所制型煤的理化性能指标为:冷强度为 50～60 kg/个;跌落强度80%～90%;热强度 10～15 kg/个;热稳定性50%～60%;反应性大于 80%;灰熔点大于1250℃。从性能指标看,B配方所制型煤冷强度和跌落强度较高,基本能满足两段炉的造气要求,但热强度和热稳定性较差。

在B配方的基础上,课题组开发了C配方粘结剂。粘结剂添加量为6%～9%,原煤粒度小于6 mm。C配方所制型煤的理化性能指标为:冷强度为50～60 kg/个;跌落强度80%～90%;热强度0～30 kg/个;热稳定性50%～60%;反应性大于80%;灰熔点大于1250℃。从性能指标来看,C配方试制的型煤能够满足国家和行业标准对两段煤气发生炉气化煤种的技术指标要求,可以达到中美铝业两段气化炉的使用要求。采用C配方粘结剂将中美铝业剩余末煤加工成气化型煤是可行的。

3 型煤工业气化试验

C配方粘结剂所制型煤有效改善了型煤的冷、热强度及热稳定性。在造气车间进行的纯型煤炉前输送试验结果显示,型煤破碎率不足10%,因此, C配方粘结剂所制型煤预计可以满足试烧要求。

3.1 试烧过程

自2010年5月30日至6月3日,以中美铝业11#炉为试点进行型煤试烧试验。

5月30日19时30分,开始向11#炉储煤仓投入煤料,其中块煤与型煤的比例为5︰1。块煤和型煤分别上料,中间要有足够的间隔时间,以滚筒筛内不出现两种煤料混料为原则,投料间隔在4 min左右。经现场耗煤量测算,31日11时,型煤开始入炉,6月1日16时30分出渣,至此最先入炉的型煤完成一个试烧周期。6月1日上午,最后一批型煤开始投料,试验共耗型煤约16 t。

指标检测主要包括试烧前型煤工业分析,C配方所制型煤煤质:分析基水分为3%～7%;分析基挥发分27%～29%;分析基灰分15%～18%;分析基全硫0.6%～0.9%;分析基弹筒发热量大于21.348×103MJ。试烧中灰渣含碳量每隔4 h检测一次,灰渣碳含量变化趋势见图1,煤气成分及热值每隔4 h检测一次,旋风除尘器的排尘量每隔4 h检测一次,每次准确称重。

图1 灰渣碳含量变化

3.2 试烧结果与分析

3.2.1 灰渣含碳量

由图1可知,型煤试烧前后灰渣含碳量有明显变化,试烧前灰渣碳含量为15.76%,掺烧型煤试烧后,灰渣含碳量上升到 21.38%,上升了3.56%。主要原因为:

(1)所烧型煤与原煤的性质不同,气化速度有差异,可以通过调整工艺参数得到解决;

(2)与块煤煤种的选用和更换有关,直观灰渣发现有较多的块煤残炭;

(3)制备型煤过程中,配入了一定比例的无烟煤,加上粘结剂的影响,导致型煤与长焰煤原煤相比,挥发分降低,灰分、固定碳升高。

3.2.2 炉底、上下段压力差与温度

11#炉掺型煤试烧前相关压力差及上段温度见表1,掺型煤试烧后相关压力差及上段温度见表2。

表1 型煤试烧前相关压力差及上段温度

表2 型煤试烧后相关压力差及上段温度

掺烧型煤后,炉底压力与上段压力平均压差降低近200 Pa、炉底压力与下段压力平均压差降低175 Pa。这是由于型煤粒度均匀、通气性好,致使床层压力差降低,表明型煤在氧化层仍保持原有形状,具有高热稳定性和热强度。

掺烧型煤后,上段平均温度升高24℃,升高幅度在电捕焦油器工作温度范围内。主要原因一是所选用块煤相对干燥,二是由于加入气化型煤,干馏段透气性较好,使得煤气透过量和透过速度快,导致炉顶温度升高。

4 结论

(1)针对低阶烟煤挥发分含量高,膨胀系数大的特点,采用C配方粘结剂所压制的型煤冷热强度较高,反应活性好,可以满足两段炉的造气要求。

(2)掺烧型煤后灰渣含碳量上升明显,可以通过调整工艺参数解决。

(3)掺烧型煤后炉底压力与上段压力平均压差、炉底压力与下段压力平均压差不同程度降低,上段温度适度上升,但均在允许范围内。型煤投入气化炉使用后,可进一步探索适用于型煤气化工艺的优化参数。

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(责任编辑 张毅玲)

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)

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黄绍胜 (1959-),男,河南民权人,教授级高级工程师,目前从事化工机械方面的研究与管理工作。