薛慧峰，姚 田

（1.山西工程職業(yè)學院，山西 太原 030009；2.山西陽光焦化集團股份有限公司，山西 河津 043300）

引言

長治煤間接液化項目工程，如果用屯留礦煤作為氣化原料，采用液態(tài)排渣氣流床氣化工藝，由于液態(tài)排渣氣流床氣化工藝對原料煤的灰熔點有一定的要求，所以很有必要研究屯留礦煤的煤灰熔融特性[1]，為選擇具體的液態(tài)排渣氣流床氣化工藝，即GSP、殼牌還是水煤漿德士古工藝，提供基礎數(shù)據(jù)。

屯留礦有2 個可采煤層，即3#煤層和9#煤層，習慣上把9#煤層稱作為下組煤。由于這2 個煤層的生成年代不同，加上下組煤為高硫煤，且煤灰中Fe2O3含量較高，所以這兩組煤的煤灰熔融特性會有一定的差異，為此在詳細研究了3#煤煤灰熔融特性的基礎上，特開展了下組煤煤灰熔融特性的研究。

本項目主要研究屯留下組煤的煤灰組成和煤灰熔融性特征，探討通過添加助熔劑[2]降低灰熔融性溫度的可能性，以及與3#煤的有關(guān)性質(zhì)的對比。

1 屯留下組煤與3#煤灰熔融性分析

屯留下組煤和3#煤的灰成分和灰熔融溫度見表1，從本次試驗結(jié)果來看，屯留下組煤的灰熔融性軟化溫度ST 為1 460 ℃，灰熔融性流動溫度FT 為1 480 ℃，作為GSP 氣化工藝的原料灰熔點略有偏高，勉強可以。

表1 屯留下組煤與3#煤的灰成分及其熔融性

下組煤與3#煤相比，煤灰熔融性特征溫度都偏低，初步估算偏低約50 ℃。這主要是由于煤灰成分中Fe2O3質(zhì)量分數(shù)增加10%左右的緣故。綜合起來看，F(xiàn)e2O3質(zhì)量分數(shù)和CaO 質(zhì)量分數(shù)增加了7.34%。

由于3 種液態(tài)排渣氣化技術(shù)的灰熔融性軟化溫度ST 的要求分別為水煤漿德士古氣化技術(shù)為1250℃，殼牌氣化技術(shù)為1 350℃，GSP 氣化技術(shù)為1 450℃，所以原則上講，屯留下組煤在不加助熔劑的情況下，勉強可以作為GSP 氣化技術(shù)的原料，但不宜作為殼牌氣化技術(shù)和德士古氣化技術(shù)的原料。

由長期實踐表明，煤灰中的Al2O3是影響灰熔融性軟化溫度和流動溫度的主要成分。如w（Al2O3）＞20%的煤灰，其ST＞1 250℃，w（Al2O3）＞30%時，煤灰的ST普遍增至1 350℃以上，而w（Al2O3）＞35%的煤灰，則ST 多大于1 400℃，至于w（Al2O3）＞40%的煤灰，其ST 幾乎都大于1 500℃。

灰中的Al2O3質(zhì)量分數(shù)的變化范圍較大，從7%至45%以上均有，但其中大部在20%～40%左右變化。對w（Al2O3）＜20%的煤，其ST 普遍低至1 300℃以下。

屯留下組煤灰中Al2O3的質(zhì)量分數(shù)在33%左右，該值正好處于熔融性軟化溫度ST 在1 500℃左右的位置，可以通過添加堿性物質(zhì)的辦法降低煤灰熔融性溫度，因此，從理論上講，屯留下組煤添加助熔劑后，可以降低煤灰熔融性溫度。

與3#煤的對比可以看出，屯留下組煤和3#煤灰中Al2O3的質(zhì)量分數(shù)都在33%左右，因此，降低灰熔點的極限應差不多。

2 降低煤灰熔融性的途徑

從目前的技術(shù)水平來看，無論是試驗研究還是工業(yè)應用，降低煤灰熔融性的技術(shù)途徑主要有添加助熔劑和摻配低灰熔融性的煤兩種。助熔劑主要是含CaO 和Fe2O3的物質(zhì)。低灰熔點的煤，潞安礦區(qū)沒有資源。因此，應采用添加助熔劑的方法來降低灰熔點。

含CaO 和含F(xiàn)e2O3物質(zhì)是最佳的助熔劑，但石灰石[3-4]是最優(yōu)選的堿性物質(zhì)，雖然有些化工渣也有很好的效果，而且相對也比較便宜，但是由于化工渣中不可避免地含有一些有害成分，而且數(shù)量、質(zhì)量都不穩(wěn)定，所以以選用石灰石為好。而且長治地區(qū)也有豐富的石灰石的資源，經(jīng)濟性也是最好的。選用石灰石還是選用氧化鈣入爐，這要從氣化效率方面進行考慮。

3 助熔劑氧化鈣的添加量試驗

按比例稱取一定量的氧化鈣和一定量的屯留下組煤煤樣，充分混勻后灰化，按《GB/T 219 煤灰熔融性的測定方法》測定煤灰的熔融性。不同氧化鈣添加量降低灰熔融性的效果見表2 和圖1。

表2 不同CaO 添加量時灰熔融性

圖1 添加不同CaO 后的灰熔融性變化

可以看出，添加CaO 后能有效地降低灰熔融性溫度，軟化溫度ST 可降低到1 220℃，流動溫度可降低到1 230℃，總降低幅度為16%；添加2%CaO 后，灰熔點的降幅很大，為120℃；但添加4%CaO 后的降幅很小，只在添加2%CaO 的基礎上降低了20℃；隨著CaO 添加量增加到7%，灰熔點幾乎不降低，甚至有上升的過程；CaO 添加量從7%到10%，灰熔點由1 330℃下降到1 220℃；CaO 添加量從10%開始，灰熔點降低到極點，然后開始增加。

研究結(jié)果表明：屯留下組煤添加2%CaO 后，灰熔點ST 已經(jīng)下降到1 340℃，再增加CaO 添加量，灰熔點的降低幅度不明顯，因此，對下組煤而言，經(jīng)濟的CaO 添加量為2%～3%，折合成石灰石添加量為3.6%～5.4%?？梢曰緷M足GSP 和殼牌氣化工藝的要求。

添加4%CaO 后，灰熔點下降得不明顯主要是由于該煤的灰分較高所致。也就是說添加量從2%～7%，灰熔點沒有什么變化，基本相同。

同時，本次試驗研究添加氧化鈣后灰分情況（見表3），屯留下組煤干基灰分（Ad）為30.06%，如果添加2%的CaO，灰分產(chǎn)率（Ad）在31.45%，灰分（Ad）增加率為3.45%，對氣化性能基本無影響。

表3 潞安屯留3#煤降低灰熔融性試驗數(shù)據(jù)

4 氧化鈣和石灰石選擇性分析

從降低灰熔融性溫度方面講，用氧化鈣和石灰石作助熔劑具有同等效果，各廠可根據(jù)工藝、經(jīng)濟等實際情況自主選擇。

4.1 反應效率影響

原料煤的反應性是煤氣化的重要指標，從一般經(jīng)驗來講，添加CaO 或添加石灰石將明顯增加原料煤的反應性，對氣化有好處，所以應注重研究添加CaO 或添加石灰石后對反應性的影響。

從氣化角度講，兩者熱效率是不一樣的，因為石灰石分解需要一部分能量，而且也有很多CO2放出，CO2也有可能還原成CO，煤氣的產(chǎn)率和組成將會有一些的變化。

4.2 工藝添加方式影響

從試驗研究方面講，添加方式對試驗結(jié)果不會有很大的誤差，但在實際工業(yè)利用中，不同的添加方式對效果有很大的影響，這主要有添加的均勻性問題。

4.3 產(chǎn)物灰渣使用途徑影響

一般認為，灰渣中CaO 含量高，對灰渣作建材有好處，有的電廠為了灰渣能夠較好使用，還特地在煤中添加石灰石以調(diào)整煤灰中的CaO 含量和比例。

灰渣能否有價值的使用對煤基合成油的經(jīng)濟效益將產(chǎn)生重要的影響，因為灰渣利用的效益是雙重的，如能有效利用一方面可以產(chǎn)生效益，另一方面可以減少排污的費用，反之亦然。

5 結(jié)論

1）屯留下組煤由于煤灰中的Fe2O3含量較高，煤灰熔融性溫度相對較低，ST 為1460℃，F(xiàn)T 為1480℃。

2）屯留下組煤可以通過添加氧化鈣（CaO）的方法，有效地降低煤灰熔融性溫度。

3）屯留下組煤添加2%CaO 后，灰熔點ST 即可下降到1 340 ℃，可以基本滿足GSP 和殼牌氣化工藝的要求。因此，經(jīng)濟的CaO 添加量為2%～3%，折合成石灰石添加量為3.6%～5.4%。

4）由于本次試驗研究煤樣的灰分較高，CaO 添加量的增加，對灰熔點的影響不敏感。