[发明专利]测量煤灰团聚性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤化工及炼焦工艺，进一步涉及一种测量煤灰团聚性能的 方法以及该方法在加压煤气化过程中的应用。。

背景技术

在煤气化炉，特别是流化床、循环流化床、密相输运床等固态排渣的 气化炉中，气化炉操作温度要低于灰熔点。过高的温度会导致煤灰在气化 炉内发生低温熔融，引起煤灰与煤灰之间，以及煤灰与河沙、石英砂等启 动床料之间发生低温共熔而粘结、团聚在一起，形成大块团聚物，会堵塞 返料阀、料腿、排渣管甚至提升管，导致物料循环被破坏，气化炉无法运 行。

为了保持气化炉内不发生团聚，通常煤气化温度一般以灰熔点作为基 准，认为气化温度应该低于灰熔点150～200℃，但是煤种的灰分含量及化 学组成之间有很大差异，采用这种方法获得的操作温度也无法保证实际气 化过程中不发生团聚。这是因为，测量灰熔点的国家标准《GB/T219-2008 煤灰熔融性的测定方法》提供的是将煤灰制成三角锥，在一定的气体介质 中，以一定的升温速度加热，观察灰锥在受热过程中的形态变化，观察并 记录变形温度、软化温度、半球温度及流动温度等四种特征熔融温度。虽 然可以通入H₂((50±10)％)+CO₂(50±10)％或CO((60±5)％)+CO₂((40±5)％)的混合气体组成弱还原性气体，但是煤灰的制备是采用 《GB/T212-2008煤的工业分析方法》的方法，无论是缓慢灰化法，还是 快速灰化法，都是煤样在马弗炉内，在(815±10)℃的高温下，与空气 完全燃烧后产生的灰样。也就是说这样制备得到的灰样是在高温空气下得 到的，煤灰中还原性组成会被氧化。另一方面，采用三角锥法测量煤灰熔 融性，从通过观察灰锥加热过程中的形状变化而获得四种特征温度，但是 在实际过程中煤灰与煤灰之间，煤灰与石英砂或河沙，煤灰与氧化钙、碳 酸钙、氢氧化钙等在可能形成低共熔物，发生相互粘结而团聚，但这种现 象会因压实为三角锥而无法观察到。另外，上述方法仅能在常压下测量， 无法获得加压下的测试结果。

采用国家标准《GB/T1572-2001煤的结渣性测定方法》中的方法虽然 可以通过降低空气流速，测量还原性气氛(CO)下煤的结渣性，可以从 一定程度上体现煤灰的团聚特性，但是，上述测量方法中不监测温度，而 且降低空气流速后温度也降低了，也就是说这种方法测量得到的结渣性不 能准确反映煤灰的团聚性。另外，该测量仅适合于常压，气氛也仅为氧化 性气氛、还原性气氛(CO)。

煤灰中的Fe、Ca等化合物极易形成低共熔点物质，如FeO-FeS的低 共熔点为924℃，CaS-CaSO₄的低共熔点是850℃，这些低共熔物的形成 是流化床煤气化中团聚结渣的主要原因。在H₂气氛下，可以出现低共熔 温度低至640℃的Na₂S-FeS。FeS₂和石英、黏土之间反应形成可生成低共 熔物。FeS是团聚物生成最可能的粘结剂。磁黄铁矿(Fe_(1-x)S，x＝0～0.17) 熔点低至705℃。综上所述，原始煤灰中存在FeS、Fe_(1-x)S、FeO、Na₂S、 CaS等易于与其他物质形成低共熔点物质，而如果在高温空气通过完全灰 化法制备煤灰样品，煤灰中的上述物质势必会被氧化为熔点更高、更不易 形成低共熔物的物质，从而得到与煤气化过程中团聚性能不一样的结论。

为了得到加压煤气化过程中煤灰团聚性能，必须进行模拟实际气化炉 内过程、参数及气氛条件下的测试，主要有以下六点要求：

第一，煤灰样品制备过程中不能被氧化，煤灰化学形态不变；

第二，温度能准确测量、控制；

第三，适用于加压下的测量，压力可准确测量、控制；

第四，气氛可以灵活调节，适应不同的气化工艺和体系；

第五，可适用于测量煤灰与煤灰之间，还适合于煤灰与石英砂或河沙 之间，或者煤灰与氧化钙、碳酸钙、氢氧化钙的混合物之间团聚性能的测 量；

第六，操作快捷、方便。

综上所述，无论是高温空气完全灰化制取煤灰，再用灰锥法测量煤灰 熔点，还是固定床通空气测量煤的结渣性，都难以满足加压煤气化中煤灰 团聚性能的测量要求。

发明内容