用于提高年青烟煤灰熔温度的方法 技术领域
本发明涉及燃煤的混配方法，具体地说，涉及用于提高燃煤的灰熔温度的方法，尤其涉及用于提高年青烟煤灰熔温度的方法。
背景技术
年青烟煤又称亚烟煤，年青动力煤、年青煤等。
年青烟煤一般成煤于侏罗纪，像我国内蒙古自治区的鄂尔多斯煤、陕西省的榆林地区煤、和横跨陕西和内蒙的神华煤、新疆煤、以及印尼煤、美国西部煤田产的煤等都属于年青烟煤，这些年青烟煤的储量大，煤层赋存条件好，易于大规模机械化开采。国内上述几处的年青烟煤产地是我国动力煤的接替大基地。而且，年青烟煤具有特低灰、特低硫、特低磷、高挥发份、中高发热量等许多优点，但它致命的先天不足是其灰熔温度(灰熔温度包括：变形温度(DT)、软化温度(ST)和流动温度(FT))过低，其软化温度(ST)一般只有1050～1150℃，而在燃煤电厂的锅炉中要求软化温度在1250℃以上。如果在现代化燃煤电厂的锅炉中使用年青烟煤，就会造成重度结垢(特别在满负荷运转时)，致使大面积水冷壁被结垢覆盖，阻碍热传导，导致汽水系统失调，锅炉热效率急速降低，增加吹灰次数，使水冷壁龟裂、爆管，严重时还会引起锅炉爆炸。在热电厂中这种情况更为严重，因此，热电厂长期拒用年青烟煤。因此，开发和利用年青烟煤不仅是对我国，而且在世界范围内都具有重大的意义。
为了克服年青烟煤灰熔温度过低的问题，由本发明人完成的中国发明专利申请CN1245209A的发明公开了一种用于提高煤灰熔点的方法，该方法特征是将两种或两种以上具有不同硫和灰分含量的煤混合，通过调节各种煤的配合比例来调节煤灰组分，从而使成品混合煤中地硫含量在1％(下文中的“％”皆为“重量％”)以下和煤灰的软化温度达到1250℃以上。基本上达到了当时动力用煤的要求。
但是，随着电力工业的飞速发展以及对环保的要求日益严格，对煤灰的组分提出了更苛刻的要求，也就是煤灰中的CaO不能大于22％。这是因为，环保系统要求对燃煤工业排气采用先进的电子集尘技术，而该技术对粉尘含量的指标要求越来越高。正规的发电厂都纷纷改用先进的电子集尘设备。但是在使用电子集尘时遇到一个严重的问题，即当煤灰中的CaO大于22％时，由于CaO有很强的吸湿特性，当排气中的CaO吸收了烟道中的水蒸气后便会变成粘稠状，粘附在电子集尘装置的极板上不易脱落，使两个电极板之间的电阻明显升高，严重地影响了集尘效率，导致大量粉尘排入大气，这是环保不允许的。因此必须使煤灰中的CaO含量在22％以下。再者，现在对煤灰的综合利用发展迅速，当用于新型的建材制品、水泥、农业添加剂等时都不能接受高CaO灰，而在上述的CN1245209A公开的方法中，没有任何一个技术方案限定CaO含量在22％以下，甚至有一个技术方案还限定CaO≥35％。显然，这种高CaO灰既不利于电子集尘，又不能作为副产品的综合利用。所以既影响环保，又影响企业的经济效益。
另一方面，正规的燃煤电厂不但要求煤灰的软化温度(ST)≥1250℃，而且要求流动温度(FT)≥1300℃。尤其是热电厂(以供热为主，也兼发电)的要求更高，要求软化温度(ST)≥1350℃。但上述CN1245209A公开的技术方案只能保证软化温度(ST)≥1250℃，而不能保证流动温度(FT)≥1300℃，而且由于没有在同一个技术方案中同时限定SiO2、Al2O3、CaO三种成分各自的含量范围，结果导致灰熔温度不稳定。所以仍不能充分满足现代化燃煤电厂(尤其是热电厂)对灰熔温度的要求。
发明内容
本发明的目的是针对作为发电用的年青烟煤，提供一种既能保证产生低CaO灰，又能提高灰熔温度的方法。
本发明人为此进行了多年的深入研究，结果发现，为了达到上述目的，除了降低CaO含量之外，还必须对SiO2和Al2O3各自的含量进行科学的适当调整，也就是必须在同一个技术方案中同时限定CaO、SiO2和Al2O3三种必要成分各自的含量，才能在CaO≤22％的前提下保证ST≥1250℃和FT≥1300℃。本发明人根据这一构思进行了大量试验，结果获得了如下的技术方案：
1.一种用于提高年青烟煤灰熔温度的方法，其特征在于，将年青烟煤与其他动力煤混配，其混配比应使得混配后的成品煤的全硫含量和灰组分满足下述条件：
A.当以混配后成品煤总重作为100重量％时，干基灰在3～18重量％的范围内，同时Std≤1.0％(Std表示全硫，下同)；
B.当以干基灰总量作为100重量％时，SiO2+Al2O3+CaO≥75重量％；
C.当以SiO2+Al2O3+CaO的总量作为100重量％时，CaO在2～22重量％的范围内，Al2O3在33～50重量％的范围内，SiO2在40～64重量％的范围内。
2.如技术方案1所述的用于提高年青烟煤灰熔温度的方法，其特征在于，其中所说的其他动力煤是选自气煤、肥煤、贫瘦煤的任一种或多种动力煤。
3.如技术方案1或2所述的用于提高年青烟煤灰熔温度的方法，其特征在于，当以SiO2+Al2O3+CaO的总量作为100重量％时，SiO2在45～60重量％的范围内。
4.如技术方案3所述的用于提高年青烟煤灰熔温度的方法，其特征在于，当以SiO2+Al2O3+CaO的总量作为100重量％时，SiO2在50～55重量％的范围内。
5.如技术方案1所述的用于提高年青烟煤灰熔温度的方法，其特征在于，当以SiO2+Al2O3+CaO的总量作为100重量％时，Al2O3在40～50重量％的范围内。
下面详细地解释本发明。
在技术方案1～5中，技术方案1记载的是必要的技术特征，而权利要求2～5是进一步限定的特征，也是优选的技术特征。
在技术方案1中所说的动力煤有许多种(见国家煤炭分类表GB5751)，其中也包括年青煤。但是由于年青煤灰组分SiO2、Al2O3、CaO的比例处于低共熔区域内，导致其灰熔温度过低，故要将其与其他动力煤混配，以通过调整其灰组分来提高其灰熔温度。在A.项中的Std≤1.0％是国家环保规定，所以作为必要条件。所谓干基灰是指在煤完全燃烧后残留的全部干燥的灰份，其含量限定在3～18％的范围内，如果含量小于3％，则容易导致灰熔温度不稳定，如果超过18％，则会导致发热量降低，因此也不可取。在B.项中限定SiO2+Al2O3+CaO≥75％，这是因为，SiO2、Al2O3和CaO是在干基灰中含量较大的几个成分，也是对灰熔温度影响较大的几个成分。如果其总含量低于75％，则可能导致灰熔温度不稳定。在B.项中分别限定了CaO、Al2O3和SiO2各自的含量范围。CaO的含量如果超过22％，则煤灰不能作为建材(例如陶瓷业等)的原材料或各种高档的添加剂。Al2O3如果低于33％，则不能保证既使软化温度(ST)达到1250℃以上，又使流动温度(FT)达到1300℃以上(优选1350℃以上)。SiO2如果超过64％，则会导致流动温度(FT)与软化温度(ST)的差别过小，例如，当ST为1250℃时，FT往往达不到1300℃，因此不符合要求。如果SiO2低于40％，则可供选用的动力煤的来源有限，因此会使成本增加，同时还容易导致灰熔温度不稳定。总之，按照技术方案1进行混配，既能保证CaO/(SiO2+Al2O3+CaO)≤22％，又可以保证成品煤的煤灰ST≥1250℃和FT≥1300℃。
在技术方案2中限定的气煤、肥煤和贫瘦煤是动力煤中灰组分比较合适的煤种，当将其与年青烟煤混配时很容易获得在上述范围内的灰组分，因此在本发明中它们是优选的。在与年青烟煤混配时，这几种煤可以只用其中的一种，也可以将它们按任意比例混合使用，但条件是必须使灰组分处于上述范围内。
在技术方案3中限定的SiO2的含量范围是优选的范围，在此条件下可以使煤灰的ST≥1300℃，FT≥1350℃。
在技术方案4中限定的SiO2的含量范围是更优选的范围，在此条件下可以使煤灰的ST≥1350℃。应予说明，如果ST达到了1350℃以上，则其FT必然高于1350℃，故不需要另外加以限定。
在技术方案5中限定的Al2O3的含量范围是优选的范围，在此条件下可以使煤灰的ST≥1400℃。
与本领域的现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：
1.可以获得CaO含量≤22％的煤灰，该煤灰的用途广，是供不应求的原材料，不仅可以增加企业经济效益，又使环境得到保护。
2.产生的低CaO灰可以大大提高电子集尘效率，可防止大气污染，从而获得巨大的社会效益。
3.能够保证煤灰的软化温度(ST)≥1250℃(优选≥1300℃，更优选≥1350℃)，流动温度(FT)≥1300℃(优选≥1350℃)。可以为年青烟煤开辟广阔的用途，尤其是可以大量地提供给现代化燃煤电厂和热电厂使用。克服了年青烟煤致命的先天不足。
具体实施方式
下面举出实施例来具体说明本发明，但本发明不受这些实施例的限定。
应予说明，在下述实施例中使用的年青煤共有神华A、神华B和印尼煤三种；用于混配的其他动力煤共有山西气煤、山西肥煤、内蒙贫瘦煤三种。其干基灰和全硫含量及其SiO2、Al2O3、CaO组成分别列于表1中。
表1 煤种名称煤种代号 全煤中的各组分 (％) 干基灰中的(SiO2+Al2O3+CaO)％ (SiO2+Al2O3+CaO)中的各组分 (％) ST，℃ FT，℃ 干基灰 全硫 SiO2 Al2O3 CaO年青烟煤 神华A N1 2.67 0.28 78.5 63.2 23.1 13.8 1160 1240 神华B N2 6.89 0.50 77.3 44.0 22.5 33.5 1150 1180 印尼 N3 0.96 0.10 65.0 33.8 35.4 30.8 1241 -配入煤 山西气煤 P1 18.6 0.82 90.8 46.9 47.0 6.1 ＞1500 - 山西肥煤 P2 9.19 0.65 78.0 47.8 49.1 3.1 1450 ＞1500 内蒙贫瘦煤 P3 17.8 1.45 95.3 48.7 46.5 4.7 1457 1480
注：表中的(％)为(重量％)。
从表1中可以看出，属于年青烟煤的三种煤皆不符合本发明技术方案1的要求。例如：神华A和印尼煤中的干基灰含量皆低于3％。另外，印尼煤在其干基灰中的(SiO2+Al2O3+CaO)只有65％(明显低于规定的75％)。再者，神华B和印尼煤在其(SiO2+Al2O3+CaO)总量中，CaO的比例皆超过了规定的22％。因此，通过将其与表1中的几种配入煤按一定比例混配，即可以使混配后的所有各项指标皆达到技术方案1的要求。
实施例1
将神华煤A(N1)/山西气煤(P1)按8/2的比例混配均匀，按GB/T212-2001将混配煤样放入马弗炉中加热到815±10℃灼烧1小时，取出后制成灰组分样进行分析，所获结果列于表2中。
实施例2～11
除了按表2中的实施例编号2～11记载的年青烟煤品种和配入煤品种及其比例进行混配外，其余按照与实施例1相同的方法进行，所获结果汇总列于表2中。
表2实施例年青烟煤N与配入煤P的配比 全煤中的各组分(％) 干基灰中的 (SiO2+Al2O3+CaO)％ (SiO2+Al2O3+CaO)中的各组分(％) ST，℃ 干基灰 全硫 SiO2 Al2O3 CaO 1 N1/P1＝8/2 5.85 0.39 86.3 52.3 39.1 8.67 1420 2 N1/P1＝7/3 7.44 0.44 87.7 50.5 41.6 7.85 1410 3 N1/P2＝8/2 3.97 0.35 78.3 56.1 35.0 8.86 1350 4 N1/P2＝7/3 4.63 0.39 78.2 54.0 38.5 7.43 1320 5 N1/P3＝6/4 8.71 0.75 92.2 51.0 42.9 6.13 1430 6 N2/P1＝8/2 9.23 0.56 82.7 45.3 33.3 21.4 1290 7 N2/P1＝7/3 10.4 0.60 84.5 45.6 36.6 17.8 1390 8 N2/P3＝6/4 11.2 0.88 88.7 47.2 38.8 14.0 1410 9 N3/P1＝7/3 6.25 0.32 88.0 45.8 46.1 8.1 1410 10 N3/P2＝7/3 3.43 0.27 75.4 45.4 46.8 7.8 1380 11 N3/P3＝5/5 9.36 0.78 93.7 48.2 46.1 5.6 1440
注：N1、N2、N3和P1、P2、P3的定义见表1。
从表2可以看出，按照本发明的方法混配的成品煤均能在CaO≤22％的前提下确保软化温度ST≥1250℃和流动温度FT≥1300℃，解决了年青烟煤致命的先天不足。
业内人士对煤的工业分析十分清楚，水(全水＝内水+外水)和灰是不产生热值的，而本发明配入的气煤、肥煤、贫瘦煤实际上是增加了灰分，热值将有小部分降低，但需要讲明的是配入煤的内水是很低的(1～3％)，所以成品煤的收到基总热值不是降低而是还有提高，同时燃尽灰又是综合利用紧俏的原材料，多利而无害。