复合助熔剂对煤灰熔融特性的影响研究

李沙沙，范莎莎，王红艳，史洪伟，周丹红

（宿州学院 化学化工学院，安徽 宿州 234000）

复合助熔剂对煤灰熔融特性的影响研究

李沙沙，范莎莎，王红艳，史洪伟，周丹红

（宿州学院 化学化工学院，安徽 宿州 234000）

以高灰熔点煤AQ007为试验煤样，助熔剂5#矿渣和AND的添加量为考察因素，采用正交试验优化复合助熔剂的添加量，将AQ007煤的灰熔点降到1 400℃以下，以满足Shell气化炉的操作要求.最终确定助熔剂的最佳添加量为：5#矿渣为2.25%，ADN为1.5%.经过验证试验证实该复合助熔剂添加量可以使煤的灰熔点降到1 400℃以下.

复合助熔剂；灰熔点；灰熔融特性

0 引言

作为一种洁净、高效的煤转化技术，煤气化技术逐渐在煤化工领域受到重视，其中气流床气化技术在气化技术中最具代表性，典型的有Shell和Texaco技术，但是它们在使用时均需要采用液态排渣，这就需要原料煤中的灰在气化温度下发生熔融，灰渣能以熔融状态排出[1-3].所以煤灰熔融性是影响炉况正常运行的一个重要因素.而安徽省的煤大部分灰熔点都较高（FT＞1 500℃），在气化技术上就受到了限制，不能单独用作气化用煤.因此，如何降低煤的灰熔点就成了急需解决的问题.目前对于降低煤的灰熔点比较有效的方法是配煤或者添加助熔剂，而经济有效的可行措施是通过添加价格低廉且容易获得的助熔剂[4-8].所以助熔剂对煤的灰熔融性的影响研究就有着重要的理论及实际意义.笔者选用皖北矿务局的刘桥二矿煤，研究价格低廉的助熔剂5#矿渣和AND的添加量对刘桥二矿煤灰熔点的影响.

1 实验部分

1.1 原料与仪器

原料：实验中选用的煤样是皖北刘桥二矿煤（AQ007），助熔剂采用自制的5#矿渣和ADN，通过添加复合助熔剂将AQ007煤的灰熔点降到1 400℃以下，以满足气化工艺要求.

煤样的工业分析和灰熔融温度如表1所示.由表1可知AQ007的灰熔融温度比较高不适合在液态排渣的工艺中单独使用.

仪器：灰熔点测定采用GB-219灰锥法，利用HR-4A微机灰熔点测定仪（华泰仪器仪表有限公司）在弱还原性气氛下进行测定.XRD采用DX-2600 X射线衍射仪（丹东方圆仪器有限公司）进行测定，工业分析采用HTGT-3000自动工业分析仪（华泰仪器仪表有限公司）进行测定，另需要小型仪器FA1104B型天平（上海越平科学仪器有限公司），SX-20-12型箱式电阻炉（上海浦东新区电理仪器厂）.

表1 工业分析和灰熔融温度

2 结果与讨论

2.1 复合助熔剂对AQ007煤灰熔融特性的影响

利用正交试验，考察添加5#矿渣和AND复合助熔剂对AQ007煤灰熔融特性的影响，选取二因素三水平正交试验表，表2为正交设计试验方案，对煤样的灰熔点进行直观分析和极差分析，结果见表3和表4.

由表4可知因素A的不同水平间对应的流动温度差异最大，因此对煤的灰熔点影响较大，由此在降低AQ007煤的灰熔点中主要影响因素是助熔剂5#矿渣，其次是助熔剂ADN.

对于本试验指标越小越好，应选取指标最小的水平.分析结果表明两个因素三个水平之间的影响趋势为：A3>A2>A1，B3>B2>B1，因此降低AQ007煤灰熔点的最佳水平为A3B3，但是本实验中次要影响因素B(AND)具有腐蚀性，一般要求较小的添加量，可以考虑选用B2，即ADN的添加量为1.5%.所以符合条件的较好方案为A3B2，即助熔剂的最佳添加量5#矿渣为2.25%，ADN为1.5%.

表2 正交设计试验方案

表3 5#矿渣和AND复合助熔剂的添加量对AQ007煤灰熔点的影响

表4 极差分析表

2.2 验证试验

以正交试验所得最佳助熔剂添加量进行验证试验，测定煤样灰熔融温度为1 315℃，1 340℃，1 375℃，与最佳结果接近，表明正交试验所优选出的结果切实可行.

3 结论

笔者选取5#矿渣和AND两种助熔剂，通过添加复合助熔剂试图将AQ007煤的灰熔点降到1 400℃以下，利用正交试验确定助熔剂最佳添加量为5#矿渣为2.25%，ADN为1.5%.经过验证试验证实该复合助熔剂添加量可以使煤的灰熔点降到1 400℃以下，有利于Shell气化炉的操作.

[1]李继炳，沈本贤，赵基钢，等.镁基助熔剂对刘桥二矿混煤灰熔融特性的影响[J].煤炭转化，2009，32（2）：37-40.

[2]孙文娟，梁国治.助熔剂对煤灰熔融过程中矿物行为的影响[J].煤炭转化，2012，35（2）：31-35.

[3]李继炳，沈本贤，李寒旭，等.铁基助熔剂对皖北刘桥二矿煤的灰熔融特性影响研究[J].燃料化学学报，2009，37（3）：262-265.

[4]袁善录，戴爱军.配煤对灰熔点和煤成浆性能的影响[J].煤炭转化，2008，31（1）：30-32.

[5]李寒旭，陈方林.配煤降低高灰熔性淮南煤灰熔点的研究[J].煤炭学报，2002，27（5）：29-33.

[6]吴杰，徐江华，王群英.配煤降低淮南煤灰熔点的研究和机理初探[J].安徽理工大学学报（自然科学版），2003，23（4）：51-55.

[7]许凯，葛淑萍，李寒旭.三种煤配合降低淮南煤灰熔点的研究[J].中南民族大学学报（自然科学版），2006，25（3）：24-26.

[8]陈玉爽，张忠孝，乌晓江，等.配煤对煤灰熔融特性影响的实验与量化研究[J].燃料化学学报，2009，37（5）：521-526.

（责任编辑 李建飞）

Effect of Complex Flux on Melting Characteristics of Coal Ash

LI Sha-sha，FAN Sha-sha，WANG Hong-yan，SHI Hong-wei，ZHOU Dan-hong
（School of Chemistry＆Chemical Engineering，Suzhou University，Suzhou，Anhui 234000，China）

With high ash fusion temperature coal（AQ007）as experimental coal，the adding amount of 5#flux slag and AND as factors，composite fluxing agent is optimized by using orthogonal test to add quantity.It attempts to lower AQ007 coal ash melting point down to 1 400 degrees below in order to meet the requirements of the operation of Shell gasifier.The optimal extraction conditions are as follows：5#slag is 2.25%，ADN is 1.5%.The verification test confirms that the compound adding amount of flux can make coal ash melting point down to 1 400 degrees below.

complex flux；ash fusion point；melting characteristic

TQ546.5

A

1673-1972（2015）03-0086-03

2015-02-26

安徽省大学生创新训练项目 (AH201410379065)；宿州学院科研平台开放课题 （2014YKF47）；宿州学院创新团队建设计划（2013kytd02）

李沙沙（1984-），女，安徽淮北人，讲师，主要从事煤化工及纳米材料研究.