第48卷第6期2020年12月
Vol.48No.6
Dec.2020煤化工
Coal Chemical Industry
新疆气化煤灰渣特征及其对气化炉的适应性研究刘峰，乔波，尹洪清，王振华，王军，路文学，吕传磊
（兖矿水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心有限公司，山东滕州277527）
摘要针对新疆煤在气化过程中易造成炉壁超温、耐火砖侵蚀严重、气化炉堵渣等问题，对比分析了陕蒙气化煤、山东枣庄气化煤和新疆气化煤的灰成分、熔融特性、黏温特性，考察了新疆煤气化后的灰渣特点。结果表明，新疆气化煤灰黏度较小，流动性较强，使得气化过程中在耐火材料表面结渣较为致密，对耐火材料的侵蚀较严重；当温度变化时，黏度梯度变大，流动性出现巨大差异，从而导致反应器内结渣，发生排渣不畅、堵塞的现象。
关键词新疆煤，灰成分，碱酸比，硅铝比，熔融特性，黏温特性
文章编号:1005-9598（2020）-06-0066-04中图分类号:TQ533文献标识码：A
新疆作为我国重要的能源基地，煤炭预测资源量达到2.19X104亿t，占全国预测煤炭资源总量的40%以上，位居全国首位切。在煤化工领域，对气化用煤的灰成分、灰熔融特性及黏温特性有较为严格的要求。本文基于新疆气化煤在气化运行过程中易造成炉壁超温、耐火砖侵蚀严重、气化炉堵渣结渣等现象，将其与山东枣庄气化煤、陕蒙气化煤进行灰成分、灰熔融特性及黏温特性分析，以期为气化用煤的选择提供建议。
1实验
1.1原料
新疆气化煤、山东枣庄气化煤（1^皿、11丫巧壮町14、WYK）、陕蒙气化煤（JJT、YPH、ZLW）；新疆某化工厂气化炉（A炉、B炉）炉渣，气化炉气化用煤为新疆气化煤。
1.2仪器设备
5E-AF4200智能灰熔融性测试仪（长沙开元仪器股份有限公司）,RHEOTRONIC II煤灰高温黏度计（美国THETA公司），S8TIGER波长散X射线荧光仪（德国布鲁克公司）。
2结果与讨论
2.1煤灰成分分析
采用X射线荧光光谱法（熔片法）对新疆气化煤、枣庄气化煤、陕蒙气化煤进行灰成分全分析，结果见表lo
表1新疆煤、枣庄煤、陕蒙煤煤灰成分分析结果（质量分数）％
煤种Si02AI2O3Fe203CaO MgO S03Ti02k2o Na20P205新疆气化煤29.0414.1416.7215.60  4.6215.970.520.56  1.670.19 LZJM38.9522.6213.3311.94  1.21  6.880.680.760.310.11
枣庄HYJS38.1922.9214.4811.54  1.12  6.990.650.690.300.12气化煤BHJM39.1923.8613.7510.47  1.067.040.740.730.380.15
reactor网站WYK37.5122.1415.8512.05  1.29  6.200.600.630.330.11
陕蒙气化煤JJT19.539.8817.7026.81  2.2816.800.470.29  1.170.04 YPH27.9014.0619.8015.98  1.051&900.650.590.760.05 ZLW35.7016.3012.6517.36  1.0710.200.710.67  2.640.04
收稿日期：2020-07-17
基金项目：国家重点研发计划（2018YFC0808502）
作者简介：刘峰（1993-），男，山东邹城，助理工程师，学士,2015年本科毕业于青岛科技大学化学工程与工艺专业，现从事煤化工技术研发应用工作,E-mail:365837756@qq 0
2020年12月刘峰等：新疆气化煤灰渣特征及其对气化炉的适应性研究
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煤灰成分一般分为两类：酸性成分(Si02.Al 203>
Ti 。?)和碱性成分(Fe 203>Ca0,Mg0,Na 20,K 20)o  煤灰碱
酸比是碱性成分与酸性成分的质量分数之比，硅铝比 是Si 。?与AI2O3的质量分数之比。黏温特性较好的煤
灰一般碱酸比在0.3〜0.8，硅铝比在2. 5左右国，此
时渣的流动状态良好，容易在气化炉中实现较厚的挂 渣，起到保护气化炉耐火砖的作用。
根据表1中数据，计算出新疆煤、枣庄煤、陕蒙煤 煤灰成分碱酸比和硅铝比，结果见图1。由表1及图1
可知，新疆气化煤煤灰碱性成分质量分数39. 17%，酸
性成分质量分数43. 70%，碱酸比与其他两种气化煤 灰相比较高，属于典型的高碱煤。煤灰中酸性成分有 增加灰渣黏度的作用，碱性成分的作用则相反；但若 碱性成分过高，当气化炉温度波动时，灰渣易变为结 晶渣，造成下降管堵渣，影响气化炉运行的安全性。
1. 81. 61.41. 21. 00. 80. 60.4
煤种
—•—碱酸比 一■—硅铝比
考虑到煤的气化效率及耐火砖的使用周期等方 面，煤种最佳灰熔融性温度范围是1 250 °C 〜1 300 °C  0
图2的测试结果显示，与枣庄气化煤及陕蒙气化煤相
比，新疆气化煤的灰熔融性温度较低o  一般认为，煤灰 中酸性成分含量越高，灰熔融性温度越高；碱性成分
含量越高，灰熔融性温度越低⑸。由于新疆气化煤灰
中钙、镁和铁的总质量分数比一般煤样高出50%左 右，其碱性成分含量较多，灰熔融性温度较低。碱性
成分在高温下与高锯砖相互作用，FeO 与高锯砖反 应生成铁铝尖晶石相和FeCr 204,Mg0则与高锯砖反
应生成MgCr 204o 在耐火砖表面有大量渣存在的情况 下，这些金属相会沿着砖孔隙渗入，对耐火材料造
成侵蚀。
2.3灰渣黏温特性分析
煤灰的黏温特性描述煤灰在高温下形成的熔渣
黏度与温度之间的关系。WYK 煤、YPH 煤、ZLW 煤、新疆 煤的灰渣黏温特性见图3-图6。
50
403020
10
01 320
1 380
1 440
温度/°C
WYK 煤(近玻璃渣)的灰渣黏温特性
50
4030
2010
图1新疆煤、枣庄煤、陕蒙煤煤灰成分碱酸比和硅铝比
综合图1及表1，新疆气化煤煤灰的碱性成分高,
ai 203含量较低，硅铝比偏大，推测其灰渣黏度较低，黏
温特性不佳，需添加适量的酸性成分来改善煤质特性。
2.2灰渣熔融特性分析
灰渣熔融特性用煤灰熔融性温度表示，是气化用 煤的一项重要参考指标。熔融温度的高低取决于煤灰 的组成及含量，深入研究煤灰化学成分对灰熔融性温
度的影响，对气化炉排渣方式的选择及扩大适用煤种 范围具有十分重要的意义。新疆煤、WYK 煤、YPH 煤和
ZLW 煤的灰熔融特性测试结果见图2O
s・ed 、
超厳5021±o  o  O
0 5 02 1 11± 1± 1±1 050f  , ,
, 、 |
WYK  YPH
ZLW  新疆煤
100
煤种
8060
4020
01 290 1 320
1 380 1 440
温度/°C
YPH 煤(结晶渣)的灰渣黏温特性
1 200
1 280 1 360 1 440
温度/°C
—■—变形温度(DT) —•—软化温度(ST)
半球温度(HT) —▼—流动温度(FT) 图2不同煤种的灰渣熔融特性测试结果
图5 ZLW 煤(玻璃渣)的灰渣黏温特性
图
-68-煤化工2020年第6期
图6新疆煤（结晶渣）的灰渣黏温特性
灰渣类型与灰成分中Si02.Al203及CaO.FeA. MgO的组分含量有关，根据煤灰成分可以大致判断新疆气化煤灰渣、YPH气化煤灰渣为结晶渣;WYK气化煤灰渣为近玻璃渣;ZLW气化煤灰渣为玻璃渣。
由图6可以看出，随温度的降低，新疆煤灰渣黏度由低到高的上升速度较快,25Pa-s~3Pa-s（灰渣温度1289°C〜1246°C）的可操作温度区间较窄，几乎没有塑性区；温度降低至临界温度后，黏度梯度变大，灰渣流动性出现巨大差异，从而导致反应器内结渣，发生排渣不畅、堵塞现象。而枣庄WYK煤、陕蒙ZLW煤高温黏度较好，液态排渣区间较宽，呈现出玻璃态或近玻璃态渣型，结合气化装置实际生产情况，应用效果良好。
2.4入炉煤和炉渣的灰成分对比
取气化炉入炉煤（新疆煤经磨煤机研磨所得）和出炉炉渣，采用X射线荧光光谱法（熔片法）进行灰成分全分析，结果见表2。
表2入炉煤和气化炉炉渣灰成分分析结果（质量分数）%
样品Si02AI2O3Fe203CaO MgO so3TiO2k20Na20P2O5MnO BaO Cr203新疆煤煤灰29.0414.1416.7215.60  4.6215.970.520.56  1.670.190.240.470.01 A炉渣26.7211.1022.5917.62  3.140.700.590.78  2.270.120.290.600.35 B炉渣27.6511.4322.1917.09  3.140.940.590.79  2.520.130.290.630.25
由表2可知，经气化炉充分燃烧后，炉渣的SO?质量分数明显下降，由原来的15.97%下降到0.70%，这
是因为在气化过程中硫元素大部分经过燃烧进入到合成气中；C g（）3含量明显增加，炉渣中吐2（）3质量分数是入炉煤灰的25〜35倍，这表明耐火砖表面受熔融灰渣的侵蚀较为严重。研究显示，渣组分中的碱金属氧化物K20,Na20将显著降低渣的熔点和黏度，增加对耐火材料的侵蚀与渗透；同时，“O'NazO在耐火材料中存在，降低了液相出现的温度，从而降低了耐火材料的抗侵蚀性&8】。
3结论与建议
新疆煤、山东枣庄煤、陕蒙煤3种气化煤灰酸性成分占比均较大，碱酸比普遍都要小于1。新疆气化煤灰碱酸比比大部分枣庄气化煤和陕蒙气化煤都要高出不少，属于典型的高碱煤，需添加适量的酸性成分改善煤质特性。另外，新疆煤灰中碱金属氧化物含量较高，特别是钙、铁、镁金属氧化物超标明显，易造成新疆煤煤灰黏度较小、流动性较强，使得气化过程中在耐火材料表面结渣较为致密，对耐火材料的侵蚀较严重。
为满足气化炉长周期稳定运行，以期取得较好的经济效益，建议进行配煤或添加助剂研究，通过调节煤灰成分的硅铝比和碱酸比，改善黏温特性，增大可操作温度区间。
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Study on Ash Characteristics of Xinjiang Gasified Coal and Its Adaptability to Gasifier
Liu Feng,Qiao Bo,Yin Hongqing,Wang Zhenhua,Wang Jun,Lu Wenxue and Lyu Chuanlei (Yankuang National Research and Engineering Center for Coal Slurry Gasification and
Coal Chemical Industry Ltd.,Tengzhou Shandong277527,China)
Abstract In view of the problems of over-temperature of furnace wall,serious erosion of refractory brick and slag blockage of gasifier during the gasification of Xinjiang coal,the ash composition,melting characteristics and viscosity-temperature characteristics of Shaanxi-Inner Mongolia gasified coal,Shandong Zaozhuang gasified coal and Xinjiang gasified coal were compared and analyzed,and the ash characteristics of Xinjiang coal after gasification were investigated.The results showed that the ash of Xinjiang gasified coal had low viscosity and strong fluidity,which made the slagging on the refractory surface denser and the erosion of refractory more serious during the gasification.And when the temperature changed,the viscosity gradient increased and there was a huge difference in fluidity,which led to slagging in the reactor and blockage of slag discharge.
Key words Xinjiang coal,ash composition,alkali acid ratio,silica alumina ratio,melting characteristics,viscosity-temperature characteristics
1-9月焦化行业运行基本平稳，盈利能力逐步向好
中化新网讯：工业和信息化部网站近日发布的数据显示,2020年1—9月份，焦化行业运行基本平稳，盈利能力逐步向好。
产量小幅下降。1—9月份，我国焦炭产量为35085.8万t，同比下降0.9%，较上半年降幅收窄1.6个百分点。其中，钢铁联合焦化企业焦炭产量为8250.3万t，同比增长1.1%；其他焦化企业焦炭产量为26835.5万t，同比下降1.6%。
价格有所回升。1—9月份，粒度大于40mm的焦炭平均价格为1845元/t，同比下降&4%，降幅较上半年收窄2.3个百分点；粒度25mm-40ram的焦炭平均价格为1759元/t，同比下降10.1%，降幅较上半年收窄1.8个百分点。
进出口涨跌互现。1—9月份，我国焦炭出口量259.8万t，同比下降49.7%，较上半年降幅收窄4.6个百分点，焦炭出口平均价格为220.2美元/t，同比下降23.0%，较上半年降幅收窄1.5个百分点；焦炭进口量202.7万t，同比增长982.8%，增幅 较上半年减少48个百分点，焦炭进口平均价格为229.6美元/t，同比下降2.0%，与上半年相比价格同比值由正转负。
经济效益持续好转。以焦炭主产区山西省为例,2020年1—9月，焦化行业主营业务收入1329.3亿元，同比降低9.3%，降幅较上半年收窄6.3个百分点，较一季度收窄10.2个百分点；实现利润总额71.1亿元，同比下降14.3%，降幅较上半年收窄43.4个百分点，较一季度收窄60.4个百分点。

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