壳牌气化炉灰渣熔融特性研究及助熔剂选择

张慧艳(河南煤化集团中原大化公司,河南 濮阳 457004)

1 壳牌干煤粉加压气化工艺特点

壳牌干煤粉加压气化工艺是壳牌公司开发的煤粉气化工艺，具有鲜明的技术特色也是当前先进的第二代煤气化工艺。工艺相对成熟，其工艺具有以下特点：

操作安全，合成器质量好，氧耗低，气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里，烧嘴使用寿命长，热效率高，对环境影响小。

2 灰渣的熔融特性及其影响因素

2.1 灰渣的熔融性

灰渣的熔融性俗称煤灰熔点，他是气化用煤的重要指标。煤经高温灼烧后的残留物的成分十分复杂，这些成分决定了煤灰的熔融特性。煤灰中的成分以硅酸盐、硫酸盐以及各种金属氧化物的混合物存在，当加热到一定温度时，这些混合物开始部分熔化，随着温度升高，溶化的成分逐渐增多，而不是在某一特定温度时能够使固态全部转化为液态，其原因在于各种成分有着不同的熔点，因此，煤灰融化时就只能有一个融化的温度范围。

2.2 灰渣成分对灰熔融特性的影响

煤灰渣是一种极为复杂的无机混合物，通常以氧化物的形式来表示没回的组成。化学分析结果表明，煤灰主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、TiO2和SO2等氧化物构成，其中SiO2、Al2O3和TiO2为酸性氧化物，而Fe2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O为碱性氧化物。研究表明，酸性氧化物具有提高煤灰熔融温度的作用，其含量越多，熔融温度就越高；相反，碱性氧化物具有降低煤灰熔融温度的作用，其含量越多，熔融温度就越低。

2.3 气氛对灰熔融特性的影响

气氛对煤灰熔融特性的影响一般有两种原因：一是气氛影响煤灰中各组分之间的化学反应，产生低温共熔物；二是不同气氛下煤灰中固有主要成分的熔点不同。

对于不同气氛条件下的灰熔融特性，大多数研究者普遍达成的共识是：煤灰在弱还原性气氛下测定的DT、ST、HT、FT均小于氧化性气氛下的测定值，且随煤灰化学成分不同，二中气氛之间的特征温度差值也不同，大约在10-130℃。

3 助熔剂对灰渣熔融特性影响研究

对于灰熔融流动温度FT＞1400℃的煤种，通常需要添加助熔剂来降低其FT值，避免气化炉温度过高。考虑工业生产实际情况，直接选用四种不同产地煤种烧尽后所产生灰样进行研究。测定以GB219-74为基准，在弱还原性气氛中进行测定。选用CaO、Fe2O3、MgO和K2CO3助熔剂，将助溶剂直接添加到煤灰中，碾磨将助溶剂与煤灰混合均匀后测量其灰熔特证温度，助熔剂添加量以煤基质量百分比表示Wt%=。

3.1 助熔剂CaO对煤灰流动温度的影响

助熔剂CaO能有效降低煤灰熔融温度，四种煤灰中添加CaO后，其流动温度FT值随助熔剂添加量的增加而变化。助熔剂添加量对灰流动温度影响：助熔剂CaO能有效降低煤灰流动温度。助熔剂CaO的添加量应适度能有效降低煤灰流动温度。

3.2 助熔剂Fe2O3对煤灰流动温度的影响

助熔剂CaO能有效降低煤灰熔融温度，四种煤灰中添加Fe2O3后，其流动温度FT值随助熔剂添加量的增加而变化。助熔剂添加量对灰流动温度影响：Fe2O3助熔剂对各煤样灰流动温度的影响不规律但有一致性，都能使煤灰流动温度较大幅度降低：随着Fe2O3含量增加，神木煤、兖矿煤单调下降，而义马煤和晋城煤先降低后缓慢升高。

3.3 助熔剂MgO对煤灰流动温度的影响

煤灰中少量的MgO对煤灰熔融能起一定的熔融作用，四种煤灰中添加MgO后，其流动温度FT值随助熔剂添加量的增加而变化。助熔剂添加量对灰流动温度影响：虽然各煤灰样流动曲线各异，但其变化趋势是一致的：随着MgO的添加量的增加，其煤灰流动温度先增后降。

3.4 助熔剂K2O对煤灰流动温度的影响

煤灰中少量的K2O对煤灰熔融能起一定的熔融作用，四种煤灰中添加MgO后，其流动温度FT值随助熔剂添加量的增加而变化。

助熔剂添加量对煤灰熔融流动温度影响如图5，由于K2O不稳定，实验中添加K2CO3折算成K2O含量计算。虽然各煤灰样流动曲线各异，但其对煤灰流动温度的影响规律比较稳定：随着K2O的添加量的增加，其煤灰流动温度先增后降。

4 结语

综上所述，煤灰中碱性氧化物含量越多的灰熔融温度越低。添加助溶剂通过改变煤灰成分可以降低灰熔融温度。实验表明Fe2O3、MgO、K2CO3、CaO都能有效降低灰熔融温度。比较助熔效果，多数情况下同一煤样中添加相同量的CaO和Fe2O3，后者使灰熔融流动温度降低的幅度比前者大。由于K2O在空气环境中不稳定，实验所用药品以K2CO3代替，MgO、K2O能有效降低煤灰熔融温度。综合考虑实际生产中的经济性以及助熔剂的易获得性，日常生产中可以使用CaCO3来替代CaO作为助熔剂加到生产所用煤粉中以达到助熔效果。

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