不同煤種對混煤自固硫的影響

第32卷第3期動(dòng)力工程學(xué)報Vol, 32 No. 32012年3月Journal of Chinese Society of Power EngineeringMar.2012文章編號:1674-7607(2012)03-0217-05中圖分類(lèi)號:TQ534文獻標識碼:A .學(xué)科分類(lèi)號:470.10不同煤種對混煤自固硫的影響周永剛，李帥英，李培，孔艷麗，趙虹(浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室，杭州310027)摘要: 以平朔煤作為中硫煤,選用三個(gè)典型低硫煤與其進(jìn)行不同比例摻配,并研究了煤種對混煤固硫效果的影響.結果表明:混煤固硫率的大小與(Ca+ Mg)/S摩爾比和灰中(CaO+ MgO)的含量有關(guān);低、低(Ca+Mg)/S摩爾比謀摻配后,混煤的(CaO+MgO)利用率隨(Ca+Mg)/S摩爾比的增大呈整體下降趨勢,降硫效果主要取決于配煤對硫分的稀釋作用;低、高(Ca+ Mg)/S摩爾比煤.摻配后,混煤的(CaO+ MgO)利用率在(Ca+Mg)/S摩爾比為0.8~1時(shí)達到最大值，降硫效果取決于配煤對硫分的稀釋作用和自身固硫作用.關(guān)鍵詞:煤種;混煤;固硫率; (Ca+ Mg)/S摩爾比; (CaO+ MgO)利用率Sulfur-retention Characteristics of Different Coal MixturesZHOU Yong gang，LI Shuai-ying，LI Pei，KONG Yan-li，ZHAO Hong(State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)Abstract: To study the sulfur-retention characteristics of different coal mixtures, experimental tests werecarried out by blending Pingshuo mid sulfur coal with 3 typical low-sulfur coals in different proportions.Results indicate that the efficiency of sulfur retention has relations with the molar ratio of (Ca+ Mg)/S incoal and the content of (CaO + MgO) in ash. When the mid-sulfur coal of low (Ca+ Mg)/S ratio is blendedwith a low-sulfur coal of low (Ca+ Mg)/S ratio, the utilization rate of (CaO + MgO) will decrease withrising (Ca+ Mg)/S ratio in the coal mixture, in which case, the sulfur removal effect mainly comes fromthe dilution of sulfur by the blending coal; whereas when the mid-sulfur coal of low (Ca+ Mg)/S ratio isblended with a low-sulfur coal of high (Ca+ Mg)/S ratio, the utilization rate of (CaO+ MgO) will reachthe highest at a (Ca + Mg)/S molar ratio of 0. 8-1, in which case, the sulfur removal effect comes fromboth the sulfur dilution and sulfur retention by the blending coal.Key words: coal category; coal mixture; percentage of sulfur retention; (Ca+ Mg)/S molar ratio; utiliza-tion rate of (CaO+ MgO)據統計,我國84%的煤直接用于燃燒,因此來(lái)越大,因此很多電廠(chǎng)對人爐煤硫分的要求越來(lái)越90%的SO2排放量來(lái)自燃煤.目前執行的火力發(fā)嚴,所以有相當數量的中硫煤在實(shí)際使用中受到嚴電廠(chǎng)排放標準GB 13223- -2003中規定的SO2排放重制約.煤自身具有一定的固硫作用,主要與Ca/S最低限值為400 mg/m* ,而GB 13223- -2009 中規摩爾比等有關(guān)2:12],但當煤中硫分較高時(shí),Ca/S摩定的2015年后第二時(shí)段和第三時(shí)段電廠(chǎng)則執行爾比較低，自身中國煤化工高、低Ca/S200 mg/m*的新標準.可見(jiàn),SO2排放的限制力度越摩 爾比煤進(jìn)行指YHCN MH G分,而且可收稿日期:2011-08-15修訂 日期:2011-10-11作者簡(jiǎn)介:周永剛(1974-),男,浙江諸暨人,工程師,碩士,研究方向為:煤粉燃燒.電話(huà)(Tel. );13355710550;E mail; tooper@ zju. edu. cn..●218●動(dòng)力工程學(xué)報第32卷以更大限度地提高混煤自身固硫率,對降低SO2排稱(chēng)褐煤)和印尼煤(低硫低灰煤)三個(gè)典型煤種作為放([3以及提高高硫分煤炭資源的利用率具有一定摻配煤樣,它們的(Ca+ Mg)/S摩爾比分別為1.68、的現實(shí)意義.1.86和0.56.筆者主要選取不同(Ca+Mg)/S摩爾比的低硫1.1.2樣品的制備煤與平朔中硫煤進(jìn)行摻配，通過(guò)改變混煤的(Ca+在鋼球磨煤機中,將一定量干燥的原煤樣磨制Mg)/S摩爾比分析了不同混煤自固硫率之間的差成粒度為80μm左右的煤粉,取適量的煤粉作為試異以及不同混煤堿性氧化物利用率的變化特點(diǎn)等.驗煤樣,并將其密封保存.1試驗由于原煤干燥和磨制過(guò)程中都有水分損失,所1.1樣品的選取與 制備以取部分試驗煤樣進(jìn)行水分化驗,根據化驗結果對1.1.1樣品的選取原煤煤質(zhì)數據進(jìn)行水分修正,修正后的單煤試樣的平朔煤的(Ca+ Mg)/S摩爾比為0. 41,屬于中煤質(zhì)分析見(jiàn)表1. 單煤試樣的灰成分(由于其他元素硫低鈣煤,試驗中將其作為中硫煤的代表.另外,選以及非晶體含量對固硫影響很小,本文不予考慮)見(jiàn)用蒙煤(低硫高鈣煤)、國內褐煤(低硫高灰煤,以下表2.表1單煤的工業(yè)分析和元素分析Tab. 1 Proximate and ultimate analysis of single coals工業(yè)分析元素分析煤種w(M.)/% aw(Ma)/% (Au)/% w(Vn)/% w(FC_)/%w(Vau)/% (M].kg~1) w(Cax)/% ou(H_)/% u(N.)/% w.S..)/% w(O2)/%平朔煤2. 391.2127.80 26.7143.1040.24 .21. 1754.663.450.921. 579.21蒙煤14. 175. 4910. 9728. 2146. 6538. 9321.1957. 963.220.430.8412. 40印尼煤8. 603.18 ..8.3239.5843.5059.9923. 993.404.440.910.5413.79國內褐煤7. 183.4734.54 26.45 31.84 54. 212.222.860.62 0. 7211.87表2單煤的灰成分質(zhì)量分數,%.Tab. 2 Ash component of single coals%a=些X 100%(2)灰成分w(SiO2) w<(Al2Oz) w(Fe20z) w(Ca0O) w( MgO)式中:ng為固硫灰中參加固硫的堿性氧化物摩爾44. 7826. 694. 002.13 1. 40數;n為原煤灰中堿性氧化物的總摩爾數.41. 2212. 3920. 501.342結果與討論44. 9914. 42.12. 904.361. 40由于煤中的硫分以及灰分等指標具有線(xiàn)性可加國內褐煤46. 942. 8916. 894. 831.37性([1416] ,因此混煤的這兩個(gè)指標由單煤加權平均求1.2試驗方法得.將試驗數據代人式(1)和式(2)中,分別求得煤樣將馬弗爐預熱至800 C,取6 g士0.05 g試驗的自固硫率和(CaO+ MgO)利用率(見(jiàn)表3),可見(jiàn)煤樣(為了避免相互影響,一次只放一個(gè)煤樣)均勻平朔煤+蒙煤和平朔煤+褐煤相對于平朔煤的固硫地平鋪于瓷舟中,將瓷舟放人馬弗爐后,迅速關(guān)上爐率和(CaO+ MgO)利用率有很大的提高，但平朔門(mén),并使爐門(mén)留有15 mm左右的縫隙.在800 C下煤+印尼煤則呈現出一定的波動(dòng)性,具體分析如下.灼燒2h后,將瓷舟移至干燥皿中冷卻至室溫,稱(chēng)量2.1不同混 煤固硫率的區別后將灰樣放人研缽中快速研磨,并密封保存.用庫侖圖1為混煤配比與自固硫率η的關(guān)系.由圖1滴定法測定煤灰中硫的含量,并計算煤灰的自固硫可知:平朔煤分別與蒙煤和褐煤摻配時(shí),混煤的固硫率η和堿性氧化物利用率a.率比平朔煤高,且固硫率隨著(zhù)平朔煤摻配比例的減η= ;mabh”Wwsnhx 100%(1)小而增大;與中國煤化工[配比的變化很小,其原因是MHCNMHG對于平朔煤得式中:mah為煤灰質(zhì)量,g;w(Smn)為煤灰中硫的質(zhì)量到了極大提高;后者的(Ca+ Mg)/S相對于平朔煤分數，% ;mol為煤樣質(zhì)量,g;w(S..n)為煤中的全硫的變化很小.表4為不同配比下混煤的(Ca+Mg)/第3期周永剛,等:不同煤種對混煤自固硫的影響●219表3煤樣的 自固硫率和(MgO+CaO)利用率Sulfur-retention and ( Mg0+ CaO) utilization of different coal mixtures配比項目平朔煤平朔煤+蒙煤平朔煤+褐煤平朔煤+印尼煤10:07:35: 53: 75:55453;固硫率.7. 7919. 7231. 1737. 1814. 34.20. 2326. 827.158.945. 83(Ca+ MgO)利用率18.8330. 4036. 4533. 4921.9923.0816. 5212.24周?chē)牡腿埸c(diǎn)共晶體相對較多,SO2就越不容易透o +平朔煤+蒙煤過(guò)這些物質(zhì)與CaO和MgO接觸,因此有一部分35} . +平朔煤+印尼煤CaO和MgO因不能參與反應而失去了活性,這正是平朔煤+褐煤(Ca+Mg)/S摩爾比大，但其固硫率卻比較低的原因.Ist10表5混煤煤灰中(CaO+MgO)的質(zhì)量分數Tab.5 (CaO+ MgO) mass fraction in ash of different7;:3 5:5:7coal mixtures6混煤煤種圖1 混煤配比與η的關(guān)系10: 0Fig. 1 Relationship between blending ratio and η6.188.7112. 31表4不同配比 下混煤的(Ca+Mg)/S摩爾比3.534. 465. 52Tab.4 (Ca+Mg)/S molar ratio of coal mixtures prepared in平朔煤十印尼煤3. 784.044.45different blending proportions由圖1和表5可知,當摻配比相同時(shí),平朔煤+比褐煤煤灰中(CaO+MgO)的質(zhì)量分數略高于平朔煤7: 3+印尼煤，即兩者(CaO+MgO)分布密度相差不大,-0. 650.85 1. 11但固硫率卻遠遠高于平朔煤+印尼煤.這是由于當0.410. 871.16(CaO+MgO)分布密度相差不大時(shí),混煤中灰分越0.430.450.48高,(Ca+ Mg)/S摩爾比就越大(見(jiàn)表4),即SO2與S摩爾比.CaO和MgO的接觸幾率越大,則固硫率就越高.由圖1和表4可知，當摻配比相同時(shí),平朔煤+2.2不同混煤(CaO+ MgO)利用率的區別褐煤的(Ca+ Mg)/S摩爾比稍大于平朔煤+蒙煤，圖2為(CaO+ MgO)/S與a的關(guān)系.由圖2可但其固硫率卻低于平朔煤+蒙煤,導致該現象的主知，當(Ca+ Mg)/S摩爾比在0.8~1時(shí),平朔煤+要原因是(Ca+Mg)/S摩爾比的計量標準是單位質(zhì)蒙煤和平朔煤+褐煤的(CaO+MgO)利用率a達到量煤,此時(shí)(Ca+ Mg)/S摩爾比的大小除了與煤中最大值,其原因可能是由于平朔煤灰中(CaO+灰分和硫分有關(guān)外,還與灰中(CaO+MgO)的質(zhì)量MgO)的質(zhì)量分數較低,硫分較高,因此隨著(zhù)其摻配分數有關(guān).例如,褐煤、蒙煤煤灰中(CaO+MgO)的比例的減小,混煤的硫分逐漸變小,混煤中(CaO+質(zhì)量分數分別為6. 2%和21. 84%,蒙煤煤灰中MgO)的相對質(zhì)量分數迅速增大,固硫率逐漸增大，(CaO+ MgO)的質(zhì)量分數是褐煤煤灰的3. 5倍,因但此時(shí)參加固硫的(CaO+MgO)的質(zhì)量分數增幅大而造成堿性氧化物在灰中的分布密度差異很大.所于灰中(CaO+MgO)的質(zhì)量分數增幅,因此堿性氧以褐煤和蒙煤分別與平朔煤摻配后,當配比相同時(shí)，化物的利用率隨著(zhù)(Ca+Mg)/S摩爾比的增大而提平朔煤+褐煤比平朔煤+蒙煤的(Ca+Mg)/S摩爾高.當(Ca+Mg)/S摩爾比增大到0.8~1時(shí),堿性比大,但(CaO+MgO)在煤灰中的分布密度卻較小.氧化物的利用離計到了縣士結但光(Ca + Mg)/S表5為混煤煤灰中(CaO+MgO)的質(zhì)量分數.摩爾比繼續增中國煤化工的相對質(zhì)量由于煤的燃燒在高溫下進(jìn)行,因此礦物質(zhì)分解產(chǎn)物分數出現富余fYHCNMH Gb+ MgO)質(zhì)之間進(jìn)行復雜的反應后會(huì )生成一些低熔點(diǎn)共晶體量分數的增幅小于灰中(CaO+MgO)質(zhì)量分數的增等17-18.當煤灰中(CaO+MgO)分布密度較小時(shí)，幅,所以堿性氧化物的利用率降低..●220●動(dòng)力.工程學(xué)報第32卷但平朔煤+印尼煤堿性氧化物的利用率隨著(zhù)蒙煤、平朔煤+褐煤、平朔煤+印尼煤,其主要原因(Ca+ Mg)/S摩爾比的增大具有一定的波動(dòng)性,呈.是它們之間的固硫率有差別.因此，提高混煤的固硫整體下降趨勢,其原因是:與平朔煤相比,混煤的硫率對限制混煤中硫的排放具有重要作用.另外，當混分隨平朔煤摻配比例的下降而迅速減小,但混煤的煤的摻配比例達到5 : 5時(shí),混煤的折算硫分均在固硫率基本上得不到提高，所以導致參加固硫的1%以下,降硫效果明顯.相對于平朔煤，平朔煤+蒙(CaO+ MgO)質(zhì)量分數的增幅遠小于灰中(CaO+煤、平朔煤+褐煤和平朔煤+印尼煤的降硫率分別MgO)質(zhì)量分數的增幅.因此，堿性氧化物的利用率為42. 8%、37. 2%和33. 8%.隨著(zhù)(Ca+ Mg)/S摩爾比的增大而呈下降趨勢.與平朔煤相比，平朔煤+印尼煤的理論硫分和40折算硫分相差不大,主要是其固硫率隨著(zhù)配比變化平朔煤+印尼煤的幅度很小,所以平朔煤+印尼煤中硫分減小的主32要因素是配煤對硫分的稀釋作用.平朔煤+蒙煤和:285平朔煤+褐煤的理論硫分比折算硫分大得多,主要8 24-是它們的固硫率隨著(zhù)配比變化的增幅很大,因此這20-兩種混煤修正硫分減小的主要因素是配煤對硫分的16+稀釋作用以及混煤的自固硫率.所以,平朔煤十蒙煤0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2和平朔煤+褐煤的降硫率大于平朔煤+印尼煤,而(Ca+Mg)/S摩爾比平朔煤+蒙煤和平朔煤+褐煤降硫率之間的差異則圖2 (Ca+ Mg)/S摩爾比與a的關(guān)系取決于它們的固硫率大小..ig.2 Relationship between (Ca+ Mg)/S molar ratio and a3結論2.3不同混煤降硫效果的區別綜上分析結果表明:不同混煤之間的差別對固(1) (Ca+ Mg)/S摩爾比和灰中(CaO+ MgO)硫率有較大的影響.表6為三種混煤的理論硫分,表的質(zhì)量分數對固硫率都有重要影響.當(Ca+Mg)/7為三種混煤固硫后的折算硫分..S摩爾比相差不大時(shí),影響固硫率的主要因素是灰表6三種混煤 的理論硫分中(CaO+MgO)的質(zhì)量分數;當灰中(CaO+MgO)Tab.6 Theoretical sulfur content of three coal mixtures的質(zhì)量分數相差不大時(shí)，影響固硫率的主要因素則為(Ca+ Mg)/S摩爾比.配比(2)不同煤樣的堿性氧化利用率的差異較大，項目10:0 7:3 5: 53: 7低、高(Ca+Mg)/S摩爾比煤摻配后混煤的堿性氧平朔煤+蒙煤的理論硫分1.35 1. 201. 06化物利用率隨著(zhù)(Ca+Mg)/S摩爾比的增大呈現先平朔煤+褐煤的理論硫分1.571.31 1.14 0.97增大后減小的規律,在(Ca + Mg)/S摩爾比為平朔煤+印尼煤的理論硫分-1.26 1. 050.850.8~1時(shí)出現最大值;低、低(Ca+Mg)/S摩爾比煤摻配后混煤的堿性氧化物利用率隨(Ca+ Mg)/S摩表7三種混煤固硫后的折算硫分爾比的增大呈總體下降趨勢.這主要與混煤中參加Tab.7 Corrected sulfur content of three coal mixturesafter sulfur-retention%固硫的堿性氧化物質(zhì)量分數的增幅和混煤中總堿性氧化物增幅的相對大小有關(guān).10:07:35:53:7(3)當低、低(Ca+Mg)/S摩爾比煤種摻配后，混煤的自固硫率基本上得不到提高,此時(shí)，混煤硫分平朔煤+蒙煤的折算硫分1. 080.830.67平朔煤+褐煤的折算硫分1.45 1.12 0.91 0. 71下降的主要因素是配煤對硫分的稀釋作用.當高、低平朔煤+印尼煤的折算硫分1.17 0.96 0. 80(Ca+ Mg)/S摩爾比煤種摻配后,混煤的自固硫率相對低(Ca+Mg)/S摩爾比煤會(huì )有較大提高，此時(shí)由表6可知，配煤對硫分具有稀釋作用，即隨著(zhù)在配煤對硫分的稀釋作用和混煤的自固硫作用下，平朔煤摻配比例的下降,混煤的硫分減小,并且在同混煤的降硫中國煤化工一配比下,混煤理論硫分降低的先后次序為平朔煤參考文獻:|YHCNM HG十蒙煤、平朔煤十褐煤、平朔煤+印尼煤;考慮固硫后的折算硫分升高的次序依次為(見(jiàn)表7)平朔煤+[1] 毛建雄，毛健全，趙樹(shù)民.煤的潔凈燃燒[M].北京:.第3期周永剛,等:不同煤種對混煤自固硫的影響科學(xué)出版社，1998.[10] 郝宇，齊慶杰，孫青威，等.燃煤過(guò)程中硫析出特性[2] GRAY V R. 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