离子交换法在煤炭脱钠提质上的应用研究

2018-12-13李想,谷闯,戚胜

吉林化工学院学报 2018年11期

李想,谷闯,戚胜

(1.吉林化工学院机电工程学院，吉林吉林 132012；2.四平市特种设备监督检验中心，吉林四平136001)

我国拥有丰富的煤炭资源，煤炭的种类千差万别，部分煤炭中含有大量的钠盐.当锅炉燃用此类煤炭时会在其内部受热面产生积灰、腐蚀、结渣等一些列现象，严重影响了受热面的传热效果，导致了锅炉热效率降低，且影响锅炉的使用寿命和安全经济运行.因此，如何能够有效地降低高钠煤中钠盐的含量就成了解决锅炉燃烧高钠煤的方法之一.国内的学者对煤炭中的水溶性钠的脱除开展了大量的研究工作，研究结果表明水量、水温和不同的洗涤剂都会对脱钠效果造成较大的影响.本次实验采用离子法洗煤脱钠提质，采用阳离子交换树脂作催化剂，对煤炭进行脱钠提质.通过实验的方法对比洗涤后煤炭的脱钠效果和煤质特性，为高钠煤在锅炉燃烧中的应用提供参考[1,2].

1 实验过程

1.1 实验样品的基础分析

本实验采用的煤为新疆准东地区火力发电厂使用的准东煤，根据煤的工业分析国标GB/T 30732-2014和煤的元素分析依据国标GB/T 31391-2015，样品煤的元素分析和工业分析如表1所示，煤灰灰成分的分析依据国标GB/T 1574-2007，灰成份和灰熔点如表2所示[3,4].

表1 原煤的工业分析和元素分析

表2 灰成份分析和灰熔点

由分析结果可以得出如下结论：样品煤具有高挥发份、高水分、中等发热量、低硫、低灰等特性，在煤的灰分分析中可以看出碱性金属氧化物含量较高，灰熔融特性温度明显较低.可预见燃烧此类煤种时容易在锅炉及其附属设备中产生腐蚀、结渣、沾污等一系列影响传热效果现象的发生，这也证明了燃用高钠煤存在一定安全经济运行的缺陷[5,6].

1.2 样品煤的萃取

称取1 g的空气干燥基煤样，加入100 mL的去离子水，将其放置在60 ℃的恒温水浴中加热12 h，然后过滤，并将滤液继续加入去离子水，稀释至100 mL.对过滤后的残留物，分别1 mol/L的稀盐酸和1 mol/L的醋酸铵重复上述操作.将煤样和最终的残留物干燥后分别采用氢氟酸和硝酸作为消解液做微波消解，同时采用电感耦合等离子体发射光谱仪对消解液进行钠元素的含量分析，最后用离子色谱仪分析仪分析萃取滤液中钠元素含量.

1.3 脱钠实验

表3 实验工况

1.4 煤样灰熔特性

实验根据GB/T219规定的角锥法，使用HR-8000B微机一体灰熔点测量仪，使用马沸炉快灰法制备样品灰，在弱还原性气氛下测定煤样的4个灰锥特征温度：变形(DT)、软化(ST)、半球(HT)和流动(FT).

2 实验结果分析

2.1 煤中钠盐的存在形式

采用不同组成成分的萃取液，按照逐级萃取的方法，样品煤中钠的成分可细分为水溶性钠、醋酸铵溶钠、稀盐酸溶钠和不可溶性钠.样品煤中钠盐的存在形式如表4所示，从实验结果可以看出，样品煤中水溶性钠的比例最接近钠盐总量的三分之二，而其他成分所占的比例相对较少，所以采用树脂水洗的方法可以有效脱除样品煤中的钠盐，降低其在锅炉燃烧过程中产生积灰、腐蚀、结渣的可能性[7-9].

表4 钠盐的存在形式

2.2 洗涤时间和温度对除钠效果的影响

在同等条件下对样品煤进行洗涤，然后将其过滤，使用钠度计测量滤液中的钠离子浓度，钠度计的测量显示值为PNa值，其值与钠离子浓度相对应，浓度可由与PNa值对应的钠离子浓度表查出.PNa值随洗涤时间的变化如图1，可以看出，洗涤时间4小时为最佳.同理，在相同的洗涤时间条件下，洗涤温度60 ℃钠脱除效果最好，如图2所示.