[发明专利]一种快速、高效调控煤灰流动温度的方法

说明书

一种快速、高效调控煤灰流动温度的方法，对煤样进行灰化处理，分析煤灰的化学组成；当煤灰为A/B≥6.72的酸性灰时，通过加入碱性物质调整为中性灰；其中，A表示SiO₂、Al₂O₃与TiO₂的总质量，B表示CaO、Fe₂O₃、MgO、K₂O与Na₂O的总质量；当煤灰为0.96≤A/B6.72的中性灰时，通过调控(m_Al2O3+m_TiO2)/B对煤灰FT进行调控；当煤灰为A/B0.96的碱性灰时，通过调控(m_CaO+m_MgO)/A对煤灰FT进行调控。本发明提出的该方法不仅实现了煤灰FT快速、高效的调控目标，而且在调控过程中可通过配煤、添加助剂、配煤联合添加助剂等多种方式进行。

技术领域

本发明属于煤气化领域，特别涉及一种煤灰FT快速、高效调控的方法。

背景技术

煤气化是煤炭资源高效、清洁利用的重要方式，同时也是煤化工产业发展的基础。现阶段，气流床气化技术因其转化率高、生产量大等优点，现已成为主要的发展方向。但与此同时，受制于气化室操作空间的限制，气流床气化的时间一般都在“秒级”，因此，气流床气化的强度相较于固定床气化和流化床气化的强度要高出几倍甚至是几十倍。为了有效弥补煤颗粒气化停留时间短造成气化反应不充分的缺点，气流床气化技术均采用细粉煤进行(一般粒径小于100μm，以增加气化反应的接触面积)和较高的气化反应温度高(一般在1300℃～1500℃，以增大反应速率)。在气流床粉煤及高温的秒级气化条件下，不同煤种的有机质气化反应性对气流床气化的影响几乎无差别，反而是煤中无机矿物质(煤灰)对气流床气化的影响更为显著。造成煤灰对气流床气化有显著影响的原因是气流床气化炉的操作温度较高，灰渣需通过液态排渣的方式进行外排。目前，不论是国外的GE、GSP、Shell，还是国内的航天炉、多元料浆、对置式多喷嘴等气流床气化炉，在大规模工业生产中均采用液态排渣的方式进行。现如今，已将煤灰的熔融特性视为气流床气化用煤的一个重要指标。

大量的研究表明：煤灰的熔融特性与其灰成分之间有着密切的联系，且灰中的化学组成主要包括SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃、MgO、Na₂O、K₂O、TiO₂等物质。在高温下，煤灰中的各个化学组成之间会发生一系列复杂的物理及化学反应，同时会形成复杂的结晶体以及玻璃态的无定型物质，最终导致煤灰没有一个固定的熔点温度，而是一个熔融的温度范围。煤灰的熔融特性(AFT)通常用四个温度点来表示，即变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)、以及流动温度(FT)，其中，在气流床气化中主要以FT作为参考指标。在实际的气流床气化炉生产中，灰的液态渣会在气流拖曳以及重力的共同作用下以熔融状态进入激冷室。在此过程中，如果操作温度远高于煤灰FT，会造成灰渣的流动性变强，进而引发对耐火衬里材料的冲刷与侵蚀，最终使得气化炉使用寿命的缩短；与此同时，如果操作温度接近或低于煤灰FT，又会造成灰熔浆的粘度增高，进而产生炉内结渣，甚至是堵塞的情况，最终造成气化炉的停车。为此，学者们基于煤灰的化学组成，对FT进行了大量的研究工作。在前期，学者们主要采用数据的回归分析法在煤灰组成与FT之间建立预测关系。但由于煤灰组成较为复杂且各组分的含量差异较大，使得煤灰FT与灰成分之间一般都呈现出非线性的关系且这种关系难以被数理公式进行有效表述。此外，煤灰各组成在不同的煤样中存在着不同的赋存形态以及高温下不同的晶态演化行为，进一步增加了对煤灰FT预测的难度，从而造成了数据回归出的经验关系式在实际使用时存在预测精度差、适应性不强的局限性。近年来，学者们为了更为精准的通过煤灰组成预测出其FT，尝试通过以人工神经网络为代表的智能算法在煤灰组成与FT之间建立了预测关系，但由于传统人工神经网络存在黑箱操作、结果解释性差、无法进行准确数理描述等缺点，造成了其实际调控的效果不够理想。因此，如何快速、高效的预测出FT，对气流床床气化液态排渣工艺的安全稳定运行具有十分重要的现实实用意义。