准东高碱煤梯级利用关键技术研究

准东高碱煤梯级利用关键技术研究准东高碱煤梯级利用关键技术研究汇报人：宋维健项目组人员：宋国良、宋维健、齐晓宾、杨少波、吕清刚项目组人员：宋国良、宋维健、齐晓宾、杨少波、吕清刚2016年9月28日汇报提纲1、研究背景2、研究现状3、技术路线4、研究进展5、下一步研究计划2016-9-2921研究背景新疆准东高碱煤田：2016-9-293煤炭储量：探明2136亿吨，预测储量达3900亿吨，煤田面积14000平方公里煤质特性：高挥发分、低灰分，反应活性好，但灰中Na2O含量高，大于2%应用现状：直接燃烧时锅炉结渣沾污严重，目前只能低比例掺烧（50%）利用1研究背景准东高碱煤直接燃烧问题：炉内结渣尾部受热面2016-9-294炉内结渣尾部受热面炉膛：结渣严重，发生失流（流化床），无法正常运行尾部：高温受热面发生沾污，低温受热面发生积灰，影响换热，被迫停炉2研究现状现有利用技术：掺烧：掺烧沾污性弱的煤种添加剂：添加高岭土、石英砂燃料预处理：高钠煤提质除钠锅炉结构改造：燃烧器结构优化，换热器材料优化、结构调整及增强吹灰现有研究局限：目前只能低比例掺烧（50%）利用，可以减缓沾污，但无法根本解决问题添加剂增加运行投入及成本2016-9-295燃料预处理工艺复杂，处理量不足结构改造目前无明显效果研究需求：亟待探寻新的工艺技术方案3技术路线高碱煤梯级利用技术路线高碱煤干净无Na的煤气含Na的灰渣含Na的灰渣燃烧炉气化炉冷却器2016-9-296MW级循环流化床（中试）工业级循环流化床基础实验0.1MW级循环流化床（小试）4研究进展6080100TGDTGTG(%)-8-40DTG(%/min)天池木垒TG-DTG曲线6080100TGDTGTG(%)-12-8-40DTG(%/min)神华准东煤TG-DTG曲线406080100TGDTGTG(%)-8-40DTG(%/min)沙尔湖TG-DTG曲线4.1基础实验高碱煤着火温度及燃尽温度2004006008001000204060T()℃TG(%)-16-12-8DTG(%/min)煤样着火温度℃燃尽温度℃TC384490200400600800100002040T()℃TG(%)-20-16-12DTG(%/min)200400600800100002040T()℃TG(%)-12DTG(%/min)7SH376508SEH345462获得了高碱煤着火特性及气化特性三种高碱煤的着火温度400°C，燃尽温度510°C，具有良好的着火及燃尽特性；4研究进展4.1基础实验煤种灰熔融性（弱还原性）/℃变形温度软化温度半球温度流动温度高碱煤灰熔融性煤种SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOTiO2SO3P2O5K2ONa2OB/A结渣程度高碱煤灰成分分析（wt%）变形温度软化温度半球温度流动温度TC1360137013701380SH1320132013301340SEH11201130114011502016-9-298程度TC3.736.165.3733.455.420.4129.340.000.457.285.05严重SH17.2411.905.7628.745.340.6019.580.050.383.921.48严重SEH41.9817.596.7819.392.491.081.820.180.664.380.56严重获得了高碱煤物理化学特性，高碱煤灰中Na2O含量均高于2%，均为严重结渣煤4研究进展12HO-solubleNHAc-soluble高碱煤中碱金属赋存形态：720144021602880aabaebddaeTCfdba4.1基础实验SHZDSEHTC024681012ContentofNa(mg/g)CoalsH2O-solubleNH4Ac-solubleHCl-solubleinsoluble102030405060708090012002400360001900380057000720aaaiiiiiiiiiiDiffractedintensity(cps)2θ(°)SHdcaaadadaiiiiiiiiiSEHidcagdcagidcdcfdaaaaaeebfdcaecfafdbaaa2016-9-299高碱煤低温灰XRD图谱Coals准东高碱煤中钠的赋存形态2θ(°)获得了高碱煤中碱金属的赋存形态钠元素主要以水溶态NaCl形式存在；钾元素主要以不溶态形式存在；钠元素含量为钾元素含量的10倍XRD仪4研究进展0.60.81.0(mg/g)NSLTAMDCEOBC4.1基础实验不同检测方法下碱金属钾含量68(mg/g)NSLTAMDCEOBCTCWCWSHSEHQHH0.00.20.40.6钾含量(mg/g)样品样品Methods不同检测方法下碱金属钠的回收率（%）离子色谱微波消解仪10不同检测方法下碱金属钠含量TCWCWSHSEHQHH0246钠含量(mg/g)样品OBC样品国标法低温灰化直接消解化学萃取氧弹燃烧TC45.3056.7384.0994.77100WCW56.4066.4258.5499.02100SH39.4079.4577.27100.7100SEH58.2163.8384.7899.24100QHH57.9578.1888.64100100获得了准确测量煤/灰样品中碱金属含量测定的预处理方法；4研究进展4.1基础实验901002min5min10min30min850900950100050607080Na固留率/%反应温度及时间对Na的固留率的影响11水平管管式炉2016-9-29对比分析不同气氛、不同温度、不同停留时间下准东煤中碱金属的迁移规律反应温度及时间对Na的固留率的影响4研究进展4.2小试试验T6T7T9T10P8P4P5P6P7T4T5T10P8P9Thermocouple1Thermocouple2Thermocouple1Thermocouple2AshdepositionprobeT8T11T12T13P10P11120.4t/d高碱煤热化学转化试验系统2016-9-29T3T2T1P1P3P2AshdepositionprobeCirculatingairpipe24SHflyashSHbottomash140HO-solubleNHAc-soluble碱金属迁移转化特性：4研究进展4.2小试试验高碱煤底渣、飞灰钠的赋存形态84086088090092094096004812162024ContentofNa(%)Gasificationtemperature(°C)SHflyashSHbottomashSEHflyashSEHbottomashTCflyashTCbottomashflyash-850flyash-900flyash-950bottomash-850bottomash-900bottomash-950020406080100120ContentofNa(%)H2O-solubleNH4Ac-solubleHCl-solubleinsoluble13高碱煤底渣、飞灰钠的赋存形态高碱煤底渣、飞灰钠的分布获得了高碱煤在循环流化床工艺条件下碱金属的迁移转化规律TC底渣中碱金属钠的含量是SH及SEH的3倍；气化飞灰中碱金属钠主要以水溶态和醋酸铵溶态形式存在；气化底渣中碱金属钠主要以盐酸溶态和不溶态形式存在46006900c950°CbottomashofSHa-CaSO4;b-CaO;c-SiO2;d-NaCl;e-CaSO4•Na2SO4;碱金属迁移转化特性：4研究进展4.2小试试验24003600aa950°CflyashofSH102030405060700540010800162000290058008700023004600caacccccccccDiffractedintensity(cps)850°CbottomashofSHcccaanncccbccc900°CbottomashofSHgcmccacccbaacd-NaCl;e-CaSO4•Na2SO4;f-Fe3O4;g-NaAlSi3O8;h-Na2Si2O5;i-CaCO3;j-NaAlSiO4;k-CaO•Al2O3•SiO2;m-Ca2SiO5;n-CaO•Al2O3;o-KNaFeSi4O10;p-MgO高碱煤底渣及飞灰XRD谱图102030405060700120024003600083016602490012002400paaoadpaaaaoandanooanaDiffractedintensity(cps)850°CflyashofSHdnoaoanpaaoadapaaanandaa900°CflyashofSHaaaaaaaanppnanda14102030405060702θ(°)102030405060702θ(°)获得了高碱煤在循环流化床工艺条件下碱金属的晶相转化规律对于SH及SEH气化底渣中钠主要以钠的硅铝酸盐（NaAlSi3O8，NaAlSiO4）形式存在；对于TC则主要是钠的硅酸盐（Na2Si2O5）；气化飞灰中主要以NaCl形式存在腐蚀反应机理：碱金属腐蚀特性：4研究进展4.2小试试验ElementFeOCaAlCCrClMgMnSiNaContent%45.1434.425.864.643.722.511.081.060.830.610.12（a）×30（a）×5000M+2HCl=MCl2+H2Fe2O3+6NaCl=FeCl3+3Na2OCr2O3+4HCl+H2=2CrCl2+3H2O腐蚀反应机理：M为Fe或Cr15SEH底渣腐蚀片状物Content%45.1434.425.864.643.722.511.081.060.830.610.122016-9-29获得了高碱煤在循环流化床工艺条件下碱金属腐蚀机理腐蚀片状物表面布满微孔，网状物主要为HCl及NaCl腐蚀的结果4研究进展试验工况：氧气浓度21%，35%，50%4.2小试试验41082012302040608050%O2+H2Obkbfltlkbllkkkfkbbb3006009002040608050%O2+H2Ohhkhbhsffofbkkffh20氧气浓度的影响：69000390780117001200240036000810162024300Diffractedintensity(cps)b21%O21%O2+H2Obklkfllctkkkfbbbbbb35%O2llklltkbbbbbbb35%O2+H2Olktblkltkbbbbbbbbkbb750440880132017600370740111003006009000fDiffractedintensity(cps)hkfhhfrkfobkkfffhhbhbhsfrfrfhfobkkfhkfhfkkbofhfrfrfshfhkhh35%O2+H2O35%O221%O2+H2O21%OhhkBottomashFlyash05101520Sodiumcontent(%)21%O221%O2+H2O35%O235%O2+H2O50%O2+H2O16富氧灰XRD图谱（a）底渣（b）飞灰富条件下钠的分布增加氧气浓度，飞灰及底渣中碱金属钠的含量升高；有利于NaAlSiO4的生成204060800230046006900bbbbbbb2θ(°)b21%O2b-SiO2;e-;f-Ca12Al14O33;h-NaCl;k-NaAlSiO4;l-NaAlSi3O8;n-CaSiO3;o-KAlSi3O8;r-Fe2O3;s-FeS;t-Fe3O4204060800250500750hhbkfhfbfhsfrkfrffobrkbf2θ(°)21%O2BottomashFlyash2016-9-294研究进展4.2小试试验90010001100oC950oCDe-fluidization9001000Temperature/oC床料