一種固態(tài)排渣煤化工裝置用煤的配煤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤炭燃燒利用領(lǐng)域，特別涉及一種固態(tài)排渣煤化工裝置用煤的配煤方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國能源結(jié)構(gòu)的特點是富煤、缺油、少氣。從我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)和國際能源 市場形勢分析，決定了我國必須立足國情，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)。其中煤氣化是煤炭清潔高 效利用的核心技術(shù)，是發(fā)展煤基大宗化學(xué)品和液體燃料合成、先進(jìn)的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電 (IGCC)、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、制氫等過程工業(yè)的基礎(chǔ)，是這些行業(yè)的共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和龍頭技 術(shù)。
[0003] 目前已工業(yè)化的煤氣化技術(shù)主要有固定床、流化床和氣流床技術(shù)，而這些煤化工 裝置的排渣方式主要包括液態(tài)排渣方式和固態(tài)排渣方式，本發(fā)明的固態(tài)排渣煤化工裝置即 為采用固態(tài)排渣方式的鍋爐和/或煤氣化爐。與液態(tài)排渣方式煤化工裝置相比，固態(tài)排渣方 式對煤灰灰熔點的要求更加嚴(yán)格。灰熔點溫度太低，操作時就要降低爐溫，防止低灰熔點的 煤料在爐內(nèi)結(jié)渣，造成排渣困難，且灰熔點溫度低的入爐煤更容易出現(xiàn)煤化工裝置的工況 惡化，還有可能達(dá)到煤灰熔融性的流動溫度，熔融部分將未反應(yīng)的原料煤包裹，阻礙其與氧 化劑接觸，不利于完全反應(yīng)，導(dǎo)致碳流失，也就是通常所說的爐渣中的黒核現(xiàn)象，嚴(yán)重影響 生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
[0004] 在實際工業(yè)生產(chǎn)中，考慮到煤燃燒時的碳轉(zhuǎn)化率和氣化效率，爐體內(nèi)的操作溫度 不宜控制過低，例如一般要求爐體內(nèi)的煤灰的熔融溫度不小于1200°c (流動溫度），限制了 灰熔點較低的煤種的應(yīng)用。
[0005] 寧夏寧東礦區(qū)煤炭儲存量豐富，然而所出產(chǎn)的煤炭有很大一部分其煤灰熔融性測 試流動溫度在1160Γ左右，甚至有煤樣檢測流動溫度低至1068Γ，流動溫度低嚴(yán)重限制了 煤炭資源的充分利用。
[0006] 另外，隨著"循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式"理念的深入人心，煤燃燒后產(chǎn)生的粉煤灰治理和利用 技術(shù)也在日趨成熟，尤其是從粉煤灰中提取氧化鋁的技術(shù)在日益完善，如CN 102145905A公 開的"一步酸溶法"粉煤灰制取氧化鋁工藝、堿熔法粉煤灰制取氧化鋁工藝等，然而不論何 種粉煤灰治理和利用技術(shù)都會產(chǎn)生大量尾渣。白泥是采用"一步酸溶法"通過粉煤灰制取氧 化鋁后的尾渣。粉煤灰"一步酸溶法"提取氧化鋁的工藝可以參見專利文獻(xiàn)CN102145905A。 在工程中，常用白泥作為填墊地基，利用率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種固態(tài)排渣煤化工裝置用煤的配煤方法，以提高原料煤 的煤灰熔融溫度，從而使煤灰熔融溫度較低的煤種也能適用于采用固態(tài)排渣方式的煤化工 裝置。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] -種固態(tài)排渣煤化工裝置用煤的配煤方法，包括向原料煤中加入添加劑的步驟， 其中所述添加劑的添加量為使原料煤與添加劑的混合物燃燒后所得的煤灰中的酸性氧化 物總重量與堿性氧化物總重量的比值不小于2.5。
[0010] 在本發(fā)明中，術(shù)語"酸性氧化物"和"堿性氧化物"均為本領(lǐng)域所熟知，具體地，煤灰 成分以氧化物的形態(tài)表示，通常含有5102^1 203』6203、030、]\%0、似20、1( 20和1^02等，其中本 發(fā)明中所述酸性氧化物是指煤灰中的Si02、Al 2〇3和Ti02,所述堿性氧化物是指煤灰中的 Fe2〇3、CaO、MgO〇
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的配煤方法，優(yōu)選地，所述原料煤燃燒后所得的煤灰中的酸性氧化物 總重量與堿性氧化物總重量的比值小于2。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述原料煤燃燒后所得的煤灰中 的酸性氧化物總重量與堿性氧化物總重量的比值為0.7-1.5。更優(yōu)選地，所述原料煤燃燒后 所得的煤灰中的酸性氧化物總重量與堿性氧化物總重量的比值為0.9-1.5。上述比值范圍 不僅是我國低灰熔點煤的通常范圍，同時也是本發(fā)明的配煤方法效果更優(yōu)的范圍。
[0012] 在本發(fā)明中，為使加入了添加劑的原料煤的煤灰中酸性氧化物總重量與堿性氧化 物總重量的比值不小于2.5,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，可以通過加入含有上述酸性物質(zhì)的 添加劑進(jìn)行調(diào)節(jié)，比如石英或高嶺土等。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，所述添加劑選自 Si02、Al2〇3和Ti02中的至少一種，或者以Si0 2、Al2〇3和Ti02中的至少一種為主要成分的物質(zhì)， 或者Si0 2、Al2〇3和Ti02中的至少一種的穩(wěn)定絡(luò)合物鹽類，或者煅燒分解成或制得Si0 2、Al2〇3 和Ti02中的至少一種的物質(zhì)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的配煤方法，優(yōu)選地，將所述添加劑研磨至粒徑小于0.2mm;進(jìn)一步優(yōu) 選地，將所述添加劑研磨至粒徑小于〇. 12mm。通過研磨，不僅有利于添加劑在原料煤中的均 勻分散，同時研究發(fā)現(xiàn)，研磨更有利于添加劑在原料煤燃燒時與灰分中的其它物質(zhì)發(fā)生反 應(yīng)，生成高熔融溫度的物質(zhì)，從而提高煤灰熔融溫度。
[0014] 所述的"煤灰熔融溫度"具有本領(lǐng)域公知的含義，其并不是確定的溫度點值，而是 溫度范圍，是指煤灰在高溫條件下軟化、熔融、流動時的溫度特性，是動力用煤和氣化用煤 的重要指標(biāo)，包括變形溫度、軟化溫度、半球溫度和流動溫度。在動力用煤中，一般以煤灰軟 化溫度作為衡量煤灰熔融特性的指標(biāo)。但在煤氣化用煤中，煤灰的流動溫度通常是判別該 煤種是否適合于氣化用煤的重要指標(biāo)。本發(fā)明的方法適用于任意煤種的原料煤，且特別適 用于煤灰熔融溫度較低的煤種。利用本方法在加入添加劑后，變形、軟化、半球和流動溫度 的變化趨勢通常是一致的。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)實際需要選擇采用上述溫度中的一個或 多個作為煤灰熔融溫度的參考溫度，工業(yè)應(yīng)用過程中通常參考流動溫度。
[0015] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，所述添加劑為白泥。所述白泥是粉煤灰"一步酸 溶法"提取氧化鋁后剩余的高硅尾渣，由于經(jīng)過粉碎和酸溶，活性高、并且比表面積大。粉煤 灰"一步酸溶法"提取氧化鋁的工藝可以參見專利文獻(xiàn)CN102145905A，其通過引用的方式并 入到本申請中。具體地，所述白泥的制備方法包括以下步驟：
[0016] 1)、粉煤灰磁選除鐵：粉煤灰經(jīng)粉碎達(dá)到100目以下，加水配成固含量為20~ 40wt %的衆(zhòng)料，在立環(huán)式磁選機(jī)上進(jìn)行磁選，磁選場強(qiáng)1.0~2.0萬GS;磁選后的衆(zhòng)料經(jīng)固液 分離后得到固含量為25~50wt %的濾餅；
[0017] 2)、酸溶：將磁選后的濾餅置于耐酸反應(yīng)釜中進(jìn)行鹽酸酸溶，鹽酸濃度為20~ 35wt %，鹽酸中HC1與粉煤灰中氧化鋁的摩爾比為4:1~9:1，溶出溫度為100°C~200°C，溶 出壓力0.1~2.5MPa，溶出時間為0.5h~4h;優(yōu)選地，鹽酸濃度為20~30wt%，鹽酸中HC1與 粉煤灰中氧化鋁的摩爾比為4.5:1~9:1，溶出溫度為130 °C~150 °C，溶出壓力0.3~ 1. OMPa，溶出時間為1.5h~2.5h;酸溶后產(chǎn)物經(jīng)固液分離、干燥，得到所述白泥。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的配煤方法，優(yōu)選地，所述白泥包括60-70wt %的Si〇2、10-25wt %的 Al2〇3、l_4wt % 的 Ti〇2、l_4wt % 的 MgO 和 2-6wt % 的 CaO，所述 Si〇2、Al2〇3、Ti〇2、MgO、CaO 的質(zhì) 量之和占白泥總量的97wt%以上，余量為雜質(zhì)，這里其它物質(zhì)為白泥中不可避免的雜質(zhì)，比 如極少量的氧化鋯、氧化鍶和氧化磷等，經(jīng)發(fā)明人研究，這些余量的雜質(zhì)并不會影響白泥作 為本發(fā)明添加劑的使用。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述白泥包括62-68wt %的Si02、14-2lwt %的 八12〇3、1.5-3.5￥七％的1^〇2、1.5-3.5￥七％的]\^0和3-5.5￥七％的〇&0，所述51〇2、厶12〇3、1^〇2、 MgO、CaO的質(zhì)量之和占白泥總量的98wt %以上。
[0019] 所述白泥作為添加劑無需進(jìn)行進(jìn)一步的處理，充分利用尾渣中二氧化硅等含量高 的特性，十分適于用作原料煤配煤的添加劑。其中，Si0 2以硅氧四面體[Si04]的結(jié)構(gòu)組元形 成不規(guī)則的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，Al2〇3和Ti0 2是中間體氧化物，成為網(wǎng)絡(luò)的骨架，降低玻璃的析晶傾 向，提高網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性機(jī)械強(qiáng)度等。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的配煤方法，優(yōu)選地，所述白泥的用量為使原料煤與白泥的混合物燃 燒后所得的煤灰中的酸性氧化物總重量與堿性氧化物總重量的比值為2.5-4,進(jìn)一步優(yōu)選 為2.5-3.5。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的白泥由于經(jīng)過濃酸的高溫高壓處理，與石英石或高 嶺石相比，具有更好地化學(xué)活性，更低的原料成本，從而有利于減少添加劑的用量，減少煤 灰產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本。
[0021 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0022] (1)本發(fā)明針對煤灰中的酸、堿氧化物質(zhì)量比進(jìn)行控制，根據(jù)不同的煤灰組成添加 不同添加劑來改變酸堿物質(zhì)比，從而提高煤灰融融溫度，由于不針對特定原料煤及煤灰中 的專一物質(zhì)，有利于被廣泛應(yīng)用，尤其適用于酸堿物質(zhì)質(zhì)量占比相近，煤灰熔融溫度低的煤 種；
[0023] (2)本發(fā)明進(jìn)一步采用白泥作為添加劑，由于白泥為粉煤灰提鋁處理所得，具有非 常大的比表面積，活性高，有利于酸性氧化物在煤灰中的充分發(fā)揮作用，提高煤灰熔融溫 度;同時，也相應(yīng)地有利于減少添加劑用量，減少灰分；
[0024] (3)采用白泥作為添加劑，與采用石英、高嶺石等相比，無需進(jìn)一步中間處理，節(jié)省 大量成本；
[0025] (4)本發(fā)明充分利用了白泥中酸性氧化物含量較高的這一特性，與采用石英、高嶺 石等相比，降低了原料成本，為白泥的利用提供了新思路，具有非常重要的現(xiàn)實意義。
【具體實施方式】
[0026] 以下通過具體實施例