ICS 73.040 D 21 DB13 河 北 省 地 方 标 准 DB 13/T 2767—2018 气化用原料煤的结渣性测定方法 烧结温度法 2018 - 07 - 16 发布 河北省质量技术监督局 2018 - 08 - 16 实施 发 布 DB13/T 2767—2018 前 言 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准由廊坊市质量技术监督局提出。 本标准起草单位：新奥科技发展有限公司、新奥集团知识产权与标准共享服务中心。 本标准主要起草人：李克忠、刘雷、毛燕东、芦涛、祖静茹、王会芳、李鹏、怀俊天、康新颖、 刘元杰、陈家全、武恒、隋迎鑫、吴松怡、史丽娟、丁晓龙。 I DB13/T 2767—2018 引 言 通过制定“煤气化工艺用原料煤的结渣性测定方法-烧结温度法”标准，来指导并统一各技术，尤 其是煤气化燃烧、生物质气化燃烧技术进行原料结渣性考察、原料的筛选，优化控制各气化工艺操作 参数，避免因原料选择不当、工艺条件设定不当引发的反应器结渣、停车问题，提高开车稳定性和可 靠性，有效避免不必要的经济损失。 本文件的发布机构提请注意，声明符合本文件时，可能涉及到如下相关的专利的使用： 6.1 煤气化用原料煤的结渣性测定方法中提及的压差法烧结温度测定系统具体结构及形式参照专 利ZL 201620371232.2所述一种碳质原料烧结温度测定装置及测定系统。 本文的发布机构对该些专利的真实性、有效性、和范围无任何立场。 该提及专利均为授权专利，持有人已向本文件的发布机构保证，他愿意同任何申请人在合理且无 歧视的条款和条件下，就专利授权许可进行谈判。该些专利持有人的声明已在发布机构备案。相关信 息可以通过以下联系方式获得： 专利持有人姓名：新奥科技发展有限公司 地址：河北省廊坊经济技术开发区新奥工业园南区 请注意除上述提及的专利外，本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别 这些专利的责任。 II DB13/T 2767—2018 气化用原料煤的结渣性测定方法 烧结温度法 1 范围 本标准规定了气化用原料煤的结渣性测定方法 烧结温度法的术语和定义、原理、试剂和材料、仪 器设备、试验条件、试验准备、试验步骤、试验数据处理和精密度的方法。 本标准适用于固态排渣式煤气化、燃烧等工艺中所使用的碳质材料，如褐煤、烟煤、无烟煤、焦 炭、生物质及其他碳质原料。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 212 煤的工业分析方法 GB/T 474 煤样的制备方法 GB/T 1574 煤灰成分分析方法 GB/T 3715 煤质及煤分析有关术语 GB/T 6682 分析实验室用水规格和试验方法 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 结渣性 clinkering property 在气化或燃烧过程中，煤灰受热、软化、熔融而结渣的性质，[引自GB/T 3715 2.5.16]。 3.2 烧结 sintering 超过表面张力条件下毗邻颗粒间的粘结。 3.3 烧结温度 sintering temperature 使颗粒孔隙率降低，颗粒间封闭孔减小，开放孔变大时的温度，即颗粒团聚粘结的温度。 4 原理 通过压差法测定烧结温度，通过测定烧结温度评价原料煤的结渣性能。 1 DB13/T 2767—2018 将原料煤制成的灰柱置于压差法烧结温度测定装置中，程序升温，灰柱一侧的气体经灰柱空隙流 至另一侧排出。随温度增加，灰柱两侧压差增大；当温度上升至某一值时，灰发生烧结，灰柱收缩， 在灰柱内部以及灰柱和管道之间会形成新的气体通道，从而使得压差变小。 该技术的理论基础是达西定律，具体见公式（1）： „„„„„„„„„„„„„„„„„„„（1） 式中： Δ P —— 灰柱两侧压差； L —— 灰柱长度； u —— 气体流速； η ——气体粘度； B0 —— 可渗透系数。 当烧结发生时，压差随温度变化的曲线上有一个转折点，此点所对应的温度即为原料煤的烧结温 度，反映了该原料煤的结渣性。 5 试剂和材料 5.1 蒸馏水 水质达到GB/T 6682规定的蒸馏水三级水标准。 5.2 糊精溶液 糊精（分析纯）10g溶于100ml蒸馏水中，配成100g/L溶液。 5.3 气化剂 5.3.1 氧气 应使用纯度高于99.5%的氧气，不含可燃成分。 5.3.2 氢气 应使用纯度高于99.5%的氢气。 5.3.3 氮气 应使用纯度高于99.5%的氮气。 5.3.4 一氧化碳 应使用纯度高于99.5%的一氧化碳。 5.3.5 二氧化碳 应使用纯度高于99.5%的二氧化碳；压力高于气化工艺操作压力范围；宜采用钢瓶气。 5.4 刚玉舟 耐温1500℃以上，氧化铝含量高于95%，能盛10g以上的原料煤，规格为长10cm、宽5cm、高2cm。 2 DB13/T 2767—2018 5.5 玛瑙研钵 由天然玛瑙制作，耐压强度高、耐酸碱，研磨后不会有任何乳钵本体物质混入被研磨物中。 6 仪器设备 6.1 压差法烧结温度测定系统 压差法烧结温度测定系统包括进气系统、水蒸汽系统、水平管反应器、仪表控制系统、气液分离 装置、干燥器及背压阀等，装置如图1所示： 说明： 1—质量流量计； 2—水泵； 3—水蒸汽发生器； 7—水平管反应器； 8—压差计； 9—气液分离器； 4—混合器； 5—预热器； 6—安全阀； 10—干燥器； 11—背压阀。 图 1 压差法烧结温度测定系统流程图 该系统配有煤气化工艺气氛所需气化剂气路，如H2、CO、N2、CO2、O2、水蒸汽等，其中水蒸汽由 水蒸汽系统提供，其由加压双柱塞水泵及蒸汽发生器组成。 6.2 水平管反应器 水平放置的金属管，材质为Incoloy 800H或其他不锈钢合金材质，内径为10 mm ～15mm，恒温区 长度30 mm ～40mm。 6.3 马弗炉 耐温1500℃，配有煤气化工艺气氛所有气化剂（H2O、CO、H2等）气路，设有进气通道和出气通 道，系统密闭，防爆。 6.4 分析天平 分析天平的感量为0.1 mg。 3 DB13/T 2767—2018 6.5 成型机 压力高于0.8MPa（G），配套有适宜尺寸的压片机圆形模具，模具的尺寸同6.1压差法水平管反应 器匹配，模具为圆柱形结构，内径为9.5 mm ～14.5mm，高为10～20mm。 7 试验条件 7.1 试验压力及温度控制 试验压力根据煤气化工艺操作压力确定，两者保持一致；试验温度的控制采用程序升温法，即从 室温开始升温，500℃以下控制升温速率为10℃/min，500℃以上升温速率为5℃/min，直至压差温度曲 线上出现拐点，得到烧结温度，停止加热，自然冷却至室温。 7.2 试验气氛及控制 试验气氛的控制可以为氧化性气氛或还原性气氛，具体根据煤气化工艺操作气氛确定，采用不同 气体（氧气、氮气、氢气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽等）模拟真实煤气化工艺反应气氛。 8 试验准备 8.1 原料煤制灰 按GB/T 474的规定，制备粒度小于0.2mm的空气干燥煤样20g；采用气氛马弗炉对该煤样进行灰化 处理，反应气氛根据煤气化工艺反应气氛确定，程序控温方法根据原料煤中灰成分确定：如灰成分中 氧化钾+氧化钠含量高于2%（检测方法按照GB/T 1574执行），则按照GB/T 28731的规定进行灰化处理， 如灰成分中氧化钾+氧化钠含量低于2%，则按照GB/T 212的规定于气氛马弗炉中进行灰化处理。 之后，将灰采用玛瑙研钵磨碎至0.1mm以下。 8.2 灰柱制作 称取1g左右灰样，加入到规定尺寸的压片机圆形模具中，加入数滴糊精溶液润湿、定型，然后将 装有灰样的模具放入成型机中，设定压力为0.8MPa（G）、压制5min，得到成型的灰柱；将该灰柱于60℃ 下干燥10min备用。 注：除糊精溶液外，可视煤灰的可塑性而选用水、10%的可溶性淀粉或阿拉伯胶水溶液成型。 9 试验步骤 9.1 装样 将制备的灰柱置于压差法烧结温度测定装置的水平管反应器（见6.1）中的恒温区，系统中充氮气 保护。 9.2 烧结温度测定试验 9.2.1 升温前准备 9.2.1.1 将灰柱置于水平管反应器恒温区后，对整体系统进行打压试漏，气密性检查。 9.2.1.2 检查各气路、管线、仪表、阀门、水泵等设备仪器，待用。 4 DB13/T 2767—2018 9.2.1.3 结合煤气化工艺反应气氛需求，同时按一定比例通入各路气体（水蒸汽除外），对系统进行 充压，控制系统压力为煤气化工艺操作压力。 9.2.1.4 开启水泵，开启水蒸汽发生器，产生的水蒸汽经旁路放空，不进入系统。 9.2.2 升温控制 9.2.2.1 按预定设置开启程序升温，待水平管反应器内温度高于 300℃，将水蒸汽切入系统。 9.2.2.2 打开压差传感器两端阀门，根据设定程序升温记录各温度对应的床层压差。 9.2.3 停止升温及系统清理 9.2.3.1 实验结束，将系统气化剂切换为惰性氮气，将水蒸汽切出系统。 9.2.3.2 关闭水泵。 9.2.3.3 关闭程序升温，同时给反应器泄压降温。 9.2.3.4 拆开反应器，取出内部灰样。 9.2.3.5 排出气液分离器的冷凝液、更换干燥器内的干燥剂，对整体系统进行清洗。 10 试验数据处理 10.1 数据记录 可根据煤气化工艺操作条件及原料煤性质选择记录的温度范围及间隔，应详细记录压差变化明显 时刻对应的温度点。数据记录表见表1。 表1 数据记录表 温度（℃） 压差（kPa） 备注 10.2 烧结温度获取 根据10.1数据记录表，绘制压差随温度变化曲线，获取烧结温度，示例如图2所示： 55 50 Ts 40 35 △ P/KPa 45 30 25 20 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 T/℃ 图 2 压降随温度变化曲线 5 DB13/T 2767—2018 拐点处压差急剧下降处，即Ts为测得的烧结温度。 10.3 结果表示 烧结温度测定的结果准确到1 ℃。 11 精密度的方法 在重复性条件下获得的两次独立烧结温度测定结果偏差在±10℃范围内。 6