利用混料试验设计复配煤气化高效助熔剂

第42卷第5期应用化工Vol.42 No.52013年5月Applied Chemical IndustryMay 2013利用混料试验设计复配煤气化高效助熔剂张子利,李寒旭,曹祥,朱邦阳,刘峤,赵清良(安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南232001)摘要:为降低皖北 LE煤气化过程中煤灰熔融温度,减少助熔剂的添加量,利用混料试验设计对四种助熔剂(A,B,C,D)进行复配，建立各助熔剂配比与流动温度之间的回归模型,确定高效助熔剂的最优配比。结果表明,回归模型高度显著,模型预测的煤灰熔融温度与实测值相差较小;当B:C: D=0.5:0.25:0.25时，助熔效果最佳;高效助熔剂可显著降低煤灰熔融温度,同时添加量为石灰石助熔剂的1/2时,可使煤灰熔融温度达到煤气化人炉煤的要求。关键词:混料试验;高效助熔剂;煤灰熔融温度中图分类号: TQ 54文献标识码:A .文章编号:1671 - 3206(2013)05 -0873 -04Application of mixture experimental design todevelop high efficiency fluxZHANG Zi-li ,LI Han-xu , CA0 Xiang ,ZHU Bang -yang ,LIU Qiao , ZHAO Qing liang( School of Chemical Engineering, Anhui University of Science and Technology ,Huainan 23200 ,China)Abstract: In order to decrease the LE coal ash fusion temperature , reduce the addition of the flux ,four dif-ferent fluxes (A, B,C,D) were chosen to blend by mixture experimental design ,a mathematical model de-scribing the relationship between the flow temperature and proportion of complex flux was developed tochoose the high efficiency flux. The results showed that the predicted value of ash flow temperature obtainedfrom the regression model would have a lttle difference to the experiment measured value;when B:C:D=0.5:0.25:0.25 , the high efciency flux can decrease coal ash melting temperature effectively comparedwith limestone flux.Key words: mixture experiment; high eficiency fAlux; coal ash melting temperature煤气化是洁净、高效利用煤炭的主要途径之- - ，助熔 剂来降低煤灰熔融温度,但有时由于石灰石添加在将煤炭转变为更便利的能源和产品形式的各种技量较大,相应地增 加了氧耗量和排渣热损失(451 ,并术中,煤气化是优先考虑的加工方法"。目前,煤气可 能引起气化炉堵渣。因此为减少助熔剂的添加量，化主要采用干煤粉气化与水煤浆气化两种气化方式，研发高效助熔 剂，可以在减少添加量的同时,达到降均采用液态排渣技术江。皖北地区煤炭资源丰富,但低煤灰熔融温度的要求。目前国内外学者针对单一大部分煤灰熔融温度较高,不适合液态排渣的气化技助熔剂进行 了大量研究,得到了不同助熔剂对煤灰熔术”。融特性的影响(68] ,但对于高效助熔剂的研究相对较对于高灰熔融温度煤,工业上常采用添加石灰石少收稿日期:201301.08修改稿 日期:2013-02-01中国煤化工基金项目:淮南市科技计划项目(2010A03105)MHCNM H G,作者简介:张子利( 1988 -) ,女,山东济宁人,安徽理工大学在读硕土研究生,师字水心认仪，工安八于心净煤技术方面的研究。电话:13721156784 ,E - mail:zhangili003@ 126. com874应用化工第42卷混料试验设计现已被广泛应用于化工、药物等的A、B、C、D。配方设计,并取得良好的效果[9]。因此利用混料试验表1煤样分析数据设计对助熔剂进行复配,优选出高效助熔剂,拟通过Table 1 Analysis data of coal sample添加较少的助熔剂,达到降低煤灰熔融温度的目的。工业分析/%元素分析/%1实验部分M_d A。Vd FC. C.s .H_ S.n(MJ.kg-")1.1原料与仪器1.14 22.92 12.78 66.53 68.32 2.99 0.4926.44皖北地区LE煤,其性质分析见表1、表2;助熔剂表2煤灰化学组成及煤灰熔融温度Table 2 Ash chemical compositions and ash melting temperatures of coal煤灰化学组成/%煤灰熔融温度/C .SiO2Al203 Fe203CaOMgO TiO2SCK2O Na20P2Os)TSTT46.90 34.8 4. 136.841.641.502.07 1.41 0. 570.081 484>1 5005E-AFI型智能灰熔点测试仪;ARL-9800型X射表3四分量四阶单纯形格子点集各分量比例线荧光光谱仪。Table 3 Inverse proportion of lattice point分量点号XX:X。1.2混料试验设计10混料试验设计是- -种受特殊约束的回归设计问题,要求在混料条件(1)的约束下合理地安排实验,得1/到混料的最佳混料比。X;≥0 (i=.2.....n).,./2X; +X2 +....+X.=1(1)其中,X, X .... X,表示混料系统中n种成分103/所占的百分比10]。1/4/4四种助熔剂按四分量四阶混料试验设计表的配3/4比加入到煤样中。助熔剂的煤基添加量为0% ~4%(质量分数)进行实验。四分量四阶单纯形格子点集上总共有35个实验点,见图1,35个点分布见表3(其中X, ,X,X,X,分20别代表A,B,C,D四种助熔剂)。2122X;=123242526"X,=1281/229x=131中国煤化工图1 四分量四阶格子点集32fYHCNMHGFig. 1 Schematic diagram of 4-component4and 4-order lttice point sets5第5期张子利等:利用混料试验设计复配煤气化高效助熔剂8751.3分析方法量,A、B、C、D以及两两交互作用为自变量拟合得到原料煤各种性质分析按国标方法进行,煤的工业的回归方程为:FT=1 439.3A +1 371.2B+1 367. 0C分析, GB/T 212- 2008;煤的 C、H元素分析, GB/T+1 367. 5D- 139. 3AB - 150.0AC - 146. 2AD -476- -2001 ;煤的发热量测定, GB/T 213- 2008;煤中124. 9BC - 79.3BD - 60.7CD(2)全硫的测定,GB/T214-2007;煤灰熔融温度测定，表5回归系数及 影响因子的显著性分析GB/T 219- -2008( 利用智能灰熔点测试仪)。Table 5 Regression cofficients and their2结果与讨论significant analysis以煤灰熔融温度FT为评价指标.A,B,C,D为分系数系数标准误差T方差因子量,混料设计的实验结果见表4 ,实验号为1,2,3,4的1 439. 37.7213. 094FT实测值分别为添加A, B,C,D助熔剂后煤灰的流B 1 371.2动温度,实验号为5 ~35的FT实测值为添加按混料1 367.0试验设计复配的助熔剂后的煤灰流动温度。1 367.53.094表4添加助熔剂的混料设计实测结果-139.3 31.449 -4.43 0.0001 2.208- 150.031. 4490. 000.Table 4 Arrangement results of mixture design实验号FT实测值/CFT实测值/心- 146.231.449. -4. 650.0001 2. 208I 450191 345-124.9 31.449-3.97 0.002. 2081370201359BD-79.3 31. 449-2.520.0181 368211 350CD-60.731.449 .-1.930.0652.2081 372221 355R2= 85. 59%R?(调整) = 80.41%1 363231 362注: T.t分布的统计量;P显著性水平;R2.回归方程的决定系数。1 370241 364根据公式(2)计算得出的预测值见表6。25表6添加助熔剂的混料设计预测结果134026Table 6 Predicted results of mixture design91 358271 340FT预測值/CFt预测值/C1 365281 33611 439I11 3711 356301 3391 367213541 3591 3941 3492:1 3431 3861 3661 3601379341 320由表4可知，在助熔剂添加量相同时,添加不同11291343配比的助熔剂时FT差值较大,最大可达130 C ,说明121 357不同助熔剂之间存在交互作用，使复配效果均优于单1331-助熔剂。141 396321 352对表4中的FT数据进行二次多项式回归拟合，151 3933:得到FT与四种助熔剂添加量的回归系数及其显著161 347性,结果见表5。1:13451333以A助熔剂的添加量为例,其回归系数为18中国煤化工1 439. 3 ,标准误差为7.721,t统计量(T)与P值(P)由表6可:MYHCN M H G预测值与表均高度显著,方差因子为3.094。根据表5可知,助熔4中实测值相差较小，最大温差小于20 C。该模型剂A、B、C、D、AB、AC、AD、BC、BD、CD以FT为因变可以很好的拟合助熔剂配比与煤灰流动温度,模型