中國礦業大學(北京)林雄超副教授團隊基於工業氣化運行過程中新疆煤氣化結渣特性，揭示了2種新疆煤及混煤在高溫條件下煤灰中礦物質演變特性，分析了新疆高鹼煤氣化過程中易形成結渣的原因，並提出了預防措施。

作者

吾買爾江·卡瓦1,2，林雄超1，楊遠平1，呂俊鑫1，周夢遠2，姚剛2，王永剛1

作者單位

1. 中國礦業大學(北京) 化學與環境工程學院；

2. 兗礦新疆煤化工有限公司

摘要

　針對新疆高鹼煤為氣化原料造成氣化爐堵渣的問題，以四噴嘴氣化爐實際運行過程中產生的渣塊為研究對象，採用掃描電子顯微鏡結合X射線電子能譜(SEM-EDX)、X射線熒光光譜(XRF)和灰熔點測試儀等分析了灰渣物化及礦物學特性。對新疆北山煤和牧場煤以及2種煤的混煤進行氣化試驗，考察了煤中礦物質高溫演變行為規律。

結果表明，新疆煤中礦物質具有不均一性，在高溫熱轉化過程中，礦物質相互作用發生一系列複雜的物理化學反應，導致形成的礦物質灰渣具有多樣性。採用新疆煤為氣化原料時，大量灰渣在氣化爐渣口處積累，形成了層狀灰渣，主要由Na、Ca、Mg和Fe的硅酸鹽或硅鋁酸鹽共熔物和Na-Al-Si-O構成。新疆煤氣化後不同形態灰渣中Na含量差別較大，Na含量差異導致礦物質灰渣的黏溫特性及固化溫度不同。通過熱力學模擬發現，Na-Si-O體系中其初始液相形成溫度僅為800 ℃左右，隨著Na2O含量升高，其初始液相形成溫度基本保持不變;混入一定量Al2Si2O7後，其液相初始形成溫度迅速升高至1 050 ℃左右。礦物質高溫下發生熔融形成組分複雜的共熔物，隨溫度降低液態灰渣中具有高熔點的礦物質體系將結晶形成晶核，晶核迅速生長形成結晶顆粒而析出。在高溫熱轉化過程,煤中活性Na可與石英黏土類礦物質發生反應生成低熔點的NaAlSiO4；而Ca、Mg和Fe等與酸性礦物質反應生成具有高熔點的硅鋁酸鹽礦物質，在降溫過程中首先從熔渣中析出，導致堵渣的發生。通過選取或調配煤種的熔渣黏溫特性和灰熔融溫度與氣化運行參數一致可預防煤灰結渣發生。

文中插圖

「論文推薦」中國礦業大學(北京)林雄超副教授團隊：新疆高鹼煤四噴嘴氣化爐結渣特性研究

圖1 多噴嘴水煤漿氣化爐不同部位的結渣現象

圖2 氣化爐渣塊SEM-EDX分析結果

圖3 原煤及不同渣塊的灰熔融特性

圖4 不同礦物質組分初始液相溫度的Factsage計算結果

圖5 不同溫度燃燒灰化後的XRD譜圖

結論

1）新疆煤氣化後不同形態灰渣中Na含量差別較大，Na含量差異導致礦物質灰渣的黏溫特性及固化溫度不同。Na-Si-O體系中其初始液相形成溫度僅為800 ℃左右，隨著Na2O含量升高，其初始液相形成溫度基本保持不變；混入一定量Al2Si2O7後，其液相初始形成溫度迅速升高至1 050 ℃左右。

2）礦物質高溫下發生熔融形成組分複雜的共熔物，隨溫度降低液態灰渣中具有高熔點的礦物質體系將結晶形成晶核，晶核迅速生長形成結晶顆粒而析出。在高溫熱轉化過程煤中活性Na可與石英黏土類礦物質反應生成低熔點的NaAlSiO4；而Ca、Mg和Fe等與酸性礦物質反應生成具有高熔點的硅鋁酸鹽礦物質，在降溫過程中首先從熔渣中析出，導致堵渣的發生。

引文格式

吾買爾江·卡瓦，林雄超，楊遠平，等.新疆高鹼煤四噴嘴氣化爐結渣特性研究[J].潔淨煤技術，2019，25(3):62-67.

KAWA Omarjiang，LIN Xiongchao，YANG Yuanping，et al.Study on the slagging characteristics of Xinjiang high-alkali coal in four-nozzle gasifier[J].Clean Coal Technology，2019，25(3):62-67.