神华宁煤集团气化用煤煤灰特性研究

第33卷第1期煤炭转化Vol 33 No. 1010年1月COAL CONVERSIONJan.2010神华宁煤集团气化用煤煤灰特性研究房俊卓1)徐崇福2)胡奇林要分别用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和热重分析仪( TGDSC)对神华宁煤集团水煤浆用煤煤灰物相组成、形貌特征和灰熔性特征进行分析.结果表明,原料煤煤灰由方解石、石膏、石英、赤铁矿和金红石组成,而洗精煤煤灰由主要由方解石、石膏和石英三种矿物组成,洗精煤煤灰灰熔温度高于原料煤灰45℃,主要是由于原料煤灰中含有赤铁矿等成分所致关键词煤灰,物相,灰熔点中图分类号TQ5310引言( Setaram Setsys evo),法国塞特拉姆公司制造1.3实验方法煤灰是煤经过燃烧后剩余的残渣,主要来源于煤中的矿物质煤中矿物质一般是由各种硅酸盐矿X射线衍射分析(XRD):将样品用玛瑙研钵研物、碳酸盐矿物和硫酸盐矿物等组成根据矿物质的细至没有颗粒感然后装样压片,放入样品台射线来源可分为原生矿物、次生矿物和外来矿物原生矿源采用Cu靶(Ka1),管电压40k,管电流30mA,物质是由成煤植物本身含有的矿物质形成,参与煤步长0.02°/step,扫描速度8°/min定性分析采用的分子结构,其含量较少.次生矿物是指在成煤过程Jade6.5分析软件对谱图依次进行平滑扣背底及中,由外界进入成煤沼泽中的矿物质混入到煤层中扣除Ka2等操作并以煤矸石形式出现,如煤中的高岭土、方解石及黄形貌分析(SEM):取少量样品用导电胶黏附于铁矿等外来矿物质是指在采煤过程中,从煤层顶板样品杯上,置于离子溅射仪中渡金膜将处理后的样和底板等围岩中混入煤中的矿物质不同煤种所品放人样品室,在25kv加速电压下观察形貌转化的煤灰特性不完全相同,煤灰的不同特性会直热重及量热分析(TG,DSC):称量适量样品装接影响煤一系列应用性质.神华宁夏煤业集团人刚玉坩埚,置于热天平,参比坩埚为空分段升温,水煤浆气化炉采用液态排渣方式煤灰灰溶特性对升温速率5C/min~10C/min,同时测量TG和气化炉安全经济运行关系密切因此,研究神华宁煤DSC曲线炉体保护气为高纯Ar气载气为高纯集团气化用煤煤灰特性具有重要现实意义He气,测量结果采用 Calisto1.05分析软件进行分析处理1实验部分样品制备:煤样破碎过50目筛,然后置于烘箱中于50℃干燥24h;煤灰样由煤样在马弗炉中于1.1实验材料500℃C灰化24h而成原料媒(YLM)和洗精媒(xM),神华宁媒集团2结果与讨论提供1.2实验仪器2.1XRD物相分析X射线衍射仪(D/marx2200PC),日本理学公原料煤(YLM)为煤矿直接开采出来的原始煤司制造;扫描电子显微镜(KYKY-2800B),北京中样,洗科科仪技术发展有限责任公司制造;热重分析仪灰分HH中国煤化工先选而成原料煤Jade6.5分析软件CNMHG·宁夏煤化工工程实验賓攴撑项目1)硕上、副教授;2)博士、教授,宁夏大学能源化工重点实验室,750021银川;3)教授江苏工业学院化工系,213000江苏常州收稿日期:200907-24;修回日期:200909-1010年选,其灰分形貌保留了开采和运输过程中的某些信息,如煤层中的矿物、煤层围岩混入的矿物以及运输过程中混人的某些外来矿物等.由图3b可知,长柱状矿物从其形貌判断为石膏,显然属于外来矿物洗4精煤灰SEM照片见图3c和图3d.由图3c和3d可见,洗精煤灰分颗粒大小均匀,呈不规则卷曲状.洗精煤颗粒中没有较大不规则结晶状物质,说明洗精图1原料煤煤灰XRD图谱煤灰分主要来源于煤层的内在灰分,即主要由原生Fig 1 XRD spectrum of ash from YlM矿物和次生矿物构成,不存在外来矿物原料煤灰中1—SiO2;2—CaSO413-CaCO3的外来矿物部分已在洗煤过程中被除去定性分析可知,原料煤灰分所含矿物依次为石英、无水石膏、方解石,赤铁矿和金红石,并以石英、无水石膏和方解石为主,洗精煤灰图3原料煤与洗精煤煤灰SEM照片Fig 3 SEM photo of ash from YLM and XJMa. b-Ash of YLM;c, d-Ash of XJM(°)3TG和DSC分析图2洗精煤煤灰XRD图谱Fig 2 XRD spectrum of ash from XJM由于煤灰是煤中各种矿物质的集合体,不可能SiO :2---CaSO4 : 3--CaCO3有一个固定的熔化温度,而只能有一个熔融的温度分物相主要为石英、无水石膏和方解石煤灰样是煤范围,称为煤灰的熔融性,习惯上叫做煤灰熔点样经500℃灰化24h所得.由于煤样生成环境为富·当煤灰受热到一定温度时,一部分矿物质开始熔融,含水分,因此煤样中的石膏应为二水石膏(CaSO4·而另一部分仍保持固态,因此形成一种有流动性的2H2O)软化状态.随着温度增高,液态部分增多,黏度下降,用绝热法对两种煤灰进行XRD定量分析,结而流动性逐渐增大,在实验过程中,在设定的条件下果见表1.由表1可知,与原料煤灰相比洗精煤灰中加热,使煤灰软化到一定状态,采用该温度表示煤灰表1原料煤和洗精煤XRD物相定量分析结果(%)的熔融性(灰熔点).36Table 1 XRD quantitative analysis result of ash( %原料煤煤灰与洗精煤煤灰 TG-DSC曲线分别ple Ash CaSO4 SiOz CaCO Fe: O3 TiO见第11页图4.由图4a中TG曲线可见,有两个显Ash of ylm12.000.3110.2440.3320.0680.045著的失重台阶,对应于DSC曲线上678.5℃和Ash of XJM5.170.5080.1050.3870.0000.000984.2℃两个吸热峰,它们分别是CaCO3和CaSO4明显地缺少赤铁矿和金红石两种矿物成分,而且石的分解温度.DSC上第三个吸热峰对应温度为英的含量显著减少.由于洗精煤是由原料煤经洗选192.4℃,相当于原料煤灰的熔化温度.由图4b而来,因此原料煤中的赤铁矿、锐钛矿及部分石英成中TG曲线上同样可见两个明显的失重台阶,分别分可能是在洗选过程中被除去了对应于CaCO3和CaSO4的分解,但CaSO,分解的2.2SEM形貌分析吸致可能具由干右新的固熔体生成所中国煤化工时应的吸热峰对应原料煤灰分SEM照片见图3a和图3b.由图3a于洗CNMHG可见,煤灰颗粒大小不均,最大颗粒可达50μm,最由煤灰的 TG-DSC分析可知洗精煤灰熔温度小者小于0.5μm.由于原料煤为原始煤样,未经洗比原料煤煤灰灰熔温度高出45℃,这是由于煤灰的第1期房俊卓等神华宁煤集团气化用煤煤灰特性研究含量高,其灰熔点就高;Fe2O3含量高其灰熔点一般较低;二氧化硅的含量与煤灰熔点的关系一般不明显.由此可见,原料煤灰熔点较低是由原料煤灰含5-.5较多的Fe2O3成分所致3结论2004000080010001200Temperature!℃1)原料煤灰物相由石英、石膏、方解石、赤铁矿和金红石组成,以石英、石膏和方解石为主;洗精煤物相由石英、石膏和方解石组成,以石膏和方解石为主2)结合SEM形貌分析,石膏和方解石属煤内生矿物,不易洗选;赤铁矿和金红石属外来矿物,可通过洗煤方法除去;石英则同时来源于内生矿物、外生矿物和外来矿物,洗选只能除去部分外生矿物和200400600800100012001400外来矿物成因的石英,不能完全除去内生矿物成因的石英图4原料煤和洗精煤煤灰的 TG-DSC曲线3)原料煤灰熔点高于洗精煤的灰熔点,主要是Fig 4 TG-DSC of ash from YLM and XJM因为原料煤中含有赤铁矿和较多的石英.因此,可通- Ash of Yl. M:b--Ash of XJM过配煤或添加添加剂的方法实现控制气化用煤灰熔熔融性主要取决于煤灰的化学组成.煤灰中Al2O3性的目的参考文献[]钟蕴英,关梦嫔,崔开仁等煤化学[M]北京:煤炭工业出版社,1988:158-159.[2]林建英,任军,田承圣等.几种中国典型动力用煤显微组分的结构特性[刀].煤炭转化2005(1):21-24.[3]杨建国,邓荚蓉,赵虹等煤灰熔融过程中的矿物演变及其对灰熔点的影响[J].中国电机T程学报,2006(17):122126.[]俞海森,曹欣玉,张鹬声等.若干典型煤灰样烧结熔融特性研究[].同济大学学报(自然科学版),2008(5):664667[5]马艳芳,李侃社影响煤灰熔融性温度的控制因素[门].煤化工,2007(3):1-5.[6]米娟层,安金兰,煤灰成分测定国家标准(GB/T1574-1995)中存在问题的修改建议[].煤质技术,2007(3/4):44-46[7]焦发存李慧,邓蜀平等配煤对煤灰熔融特性影响的实验研究[冂.煤炭转化.2006(1);11-14.[8]袁善录戴爱军,配煤对灰熔点和煤成浆性能的影响[].煤炭转化,2008(1):3032STUDY ON ASH CHARACTERISTICS OF COALFROM SHENHUA-NINGMEI GROUPFang junzhuo Xu Chongfu and Hu Qilin(Key Laboratory of Energy Sources and Chemical Engineering, Ningzia Universit750021 Yinchuan, Ningxia;* School of Chemical and Engineering, JiangsuTechnological College, 213000 Changzhou, Jiangsu)abSTRact Coal-ash is the remains of coal after burning completely. The research wasmainly emphasised on the mineral components, character of external appearance and melting pointof coal-ash from Shenhua-ningmei group by means of XRD, SEM and TG-DSC. The resultshowed that the coal-ash of Ylm is composed of calcite中国煤化工te and rutilewhile ash of XJM is mainly composed of calcite, gypsumXJM is about 45 C higher than that of YlM, which isHCN MH Gand rutile inhe ash of ylmKEY WORDS coal-ash, mineral phase, ash-melting point