半焦制备气化水煤浆试验研究

0 引 言
水煤浆作为煤基液态燃料,具有燃烧效率高、污 染物排放低的特点,主要用于工业锅炉、窑炉和电站 锅炉,代煤、油、气燃烧;亦可作为气化原料,用于生 产合成氨、甲醇等[1] 。 水煤浆技术已被列为我国能 源发展重点推广技术,是当今洁净煤技术的重要组 成部分[2] 。 我国低阶煤资源丰富,利用低阶煤制浆
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2017 年第 6 期
洁净煤技术
第 23 卷
评价方法采用插棒法,即将所测试样密闭静置 8 h 后,采用插棒观测水煤浆的沉淀情况。 水煤浆稳定 性判定分为 4 个等级:A 级表示稳定性最好,浆体保 持其初始状态,属均匀分布,无析水,无沉淀产生;B 级表示稳定性尚好或一般,存在少量析水或少许软 沉淀产生;C 级表示浆体稳定性较差,有沉淀产生, 有析水,密度分布不均,但经搅拌作用后可再生;D 级表示稳定性最差,浆体密度分布明显不均匀,产生 部分沉淀或全部硬沉淀,无法通过搅拌再生。
原料煤的粗、细粉制备:先用颚式破碎机将原料 煤破碎到 6 mm 以下;然后用棒磨机将一定量的煤 粉进行粗磨矿,根据粗粉出料粒度要求选取合适的 磨矿时间,制备出试验用的粗粉;最后用超细研磨机 将一定量的粗粉进行超细研磨。
试验采用干法制浆,添加剂选用成浆性较好的 萘系,添加量为 0． 3% ( 干基 / 干粉) ,通过计算得出 各种物料添加比例;再将原料煤粉、水、添加剂分别 加入到容器内,用电动搅拌器搅拌一定时间后制成 水煤浆样品。 水煤浆样品分别进行浓度、表观黏度、 流动性、稳定性的分析测试。
摘 要:为提高半焦的成浆浓度,以半焦与褐煤为原料,采用传统工艺,分级研磨工艺和间断级配工艺 进行成浆性试验,并进行了半焦与褐煤的配煤制浆试验。 结果表明,半焦和褐煤在传统工艺下的最高 成浆浓度分别为 55． 58% 、47． 38% 。 采用分级研磨制浆工艺,在粗细粉质量比为 85 ∶ 15 的条件下, 半焦和褐煤 的 最 高 成 浆 浓 度 分 别 为 58． 13% 、51． 59% 。 采 用 间 断 级 配 制 浆 工 艺, 对 半 焦 和 褐 煤 以 7 ∶ 3 进行配煤制浆试验,在半焦的粗细粉质量比为 6 ∶ 4 条件下,配煤制浆的最高成浆浓度为 61． 36% ,浓度满足设计要求,所制煤浆的流动性和稳定性都明显变好。 关键词:半焦;气化水煤浆;褐煤;配煤;间断级配 中图分类号:TQ544 文献标志码:A 文章编号:1006-6772(2017)06-0038-04
Experimental study on preparation of gasification coal water mixture with char
HE Hongxing1,2,3,4 ,DU Liwei1,2,3,4 ,ZHANG Guiling1,2,3,4 ,WANG Xuewen1,2,3,4
Mad
Ad
Vdaf
FCd
元素分析 / %
Sad
Cad
Had
Oad
Nad
8． 74 15． 18
34． 58 17． 90
8． 07 46． 38
60． 14 44． 02
0． 75 1． 04
66． 05 43． 02
0． 66 2． 64
0． 49 10． 05
0． 51 0． 65
由表 1 可知,半焦性质为中等水分、高灰分、中 低硫、特低挥发分;褐煤属于高水分、中灰、中高硫、 高挥发分的煤种。 1． 2 试验仪器
成浆性试验所用的主要仪器见表 2。
源自文库
表 2 成浆性试验所用的主要仪器 Table 2 Primary instruments used in slurry experiments
仪器名称
型号
颚式破碎机系列 标准筛振筛机 棒磨机 超细研磨机 选择性破磨机 电子天平
电热鼓风干燥箱 梅特勒快速水分测定仪
1 试 验
1． 1 煤质分析 试验原料为内蒙古地区的半焦和褐煤,对半焦
与褐煤进行煤质分析,分析数据见表 1。
原料
半焦 褐煤
表 1 褐煤及半焦的工业与元素分析 Table 1 Proximate and ultimate analysis of lignite and char
工业分析 / %
收稿日期:2017-04-18;责任编辑:李柏熹 DOI:10. 13226 / j. issn. 1006-6772. 2017. 06. 007 作者简介:何红兴(1983—) ,男,河北唐山人,硕士,从事水煤浆技术研发与工程设计方向的研究。 E-mail:263088876@ qq． com 引用格式:何红兴,杜丽伟,张桂玲,等. 半焦制备气化水煤浆试验研究[ J] . 洁净煤技术,2017,23(6) :38-41.
(1. China Coal Research Institute Company of Energy Conservation,Beijing 100013,China;2. National Coal Water Mixture Engineering Technology Research Center,Beijing 100013,China;3. State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization,Beijing 100013,China;
HE Hongxing,DU Liwei,ZHANG Guiling,et al. Experimental study on preparation of gasification coal water mixture with char[ J] . Clean Coal Technology,2017,23(6) :38-41.
水煤浆黏度计 激光粒度仪
定时电动搅拌器
5E-JCA 5E-SSB200 XMB -Φ240 ×300
QHJM-3 MKJP -3 DT500A 101 -DA
HB43 NXS-4C 马尔文 3000 型
JJ-1
1． 3 试验方法 该企业气化水煤浆粒度要求:<0． 045 mm 颗粒质
量分 数 ≥40% , < 0． 075 mm 颗 粒 质 量 分 数≥45% , <0． 35 mm 颗粒 质 量 分 数 ≥80% , < 1． 4 mm 颗 粒 质 量分数≥95% ;水煤浆表观黏度≤1 200 mPa·s。
2 结果与讨论
2． 1 传统工艺制浆试验 国内目前水煤浆的制备工艺多采用由水泥行业
引进的单棒磨或球磨机制浆,原料煤、水和添加剂按 一定比例加入磨机,经磨机一次研磨即制得成品煤 浆。 该工艺虽然简单,但调节手段少,无法优化煤浆 粒度级配,出料粒度分布成单峰连续级配,堆积效率 差,成浆浓度低。 采用传统制浆工艺对褐煤和半焦 分别进行成浆性试验,结果见表 3。
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何红兴等:半焦制备气化水煤浆试验研究
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价值,是很好的高热值无烟燃料,主要用作工业或民 用燃料,也用于生产合成气、电石等。 用半焦制备气 化水煤浆,可以增加制备水煤浆原料的来源[4-6] ,但 半焦单独制浆,存在气化反应活性较差的缺点,因此 可考虑采用半焦与褐煤混配的方式来制备水煤浆, 既能提高褐煤的成浆浓度,又能提高半焦的反应活 性。 原料煤通过不同的磨制方法可制备不同的粒 径,粒度级配越好,制取的水煤浆浓度越高。 控制好 水煤浆的粒度分布,不仅能降低水煤浆的黏度,还会 增强其稳定性,改善流动性。 我国第 1 代传统制浆 技术,水煤浆的粒度级配是单峰连续级配,成浆浓度 较低;第 2 代分级研磨制浆技术采用的是双峰连续 级配理论,与第 1 代传统制浆技术相比,煤浆浓度可 提高约 3% ;第 3 代间断级配制浆技术,水煤浆粒度 级配理论采用双峰间断级配,能够大幅提高水煤浆
4. National Energy Technology and Equipment Laboratory of Coal Utilization and Emission Control,Beijing 100013,China)
Abstract:To increase the mixture concentration of char,the coal water mixture for gasification was prepared using char and lignite as raw materials. The slurry characteristics were tested by means of traditional process,classified grinding and gap -graded process. The results show that the highest concentration of char and lignite are 55． 58% and 47． 38% respectively prepared by traditional process. The highest concentration of char and lignite are 58． 13% and 51． 59% respectively of slurry prepared by classified grinding process with a thickness ratio of 85 to 15. As well,the highest concentration is 61． 36% prepared by gap-graded process with mass ratio of char and lignite of 7 to 3 and char thickness ratio of 6 to 4. It meets the design requirements that improves fluidity and stability obviously. Key words:char;gasification coal water mixture;lignite;coal blending;gap-graded
水煤浆的浓度测定按 GB / T 18856． 2—2008 进 行,表观黏度测定按 GB / T 18856． 4—2008 进行。 水 煤浆流动性的评价方法采用目测法,分 3 个等级:A 级表示连续流动,流动性好;B 级间断流动,流动性 较好;C 级无流动性。 用“ +” 表示等级中流动性较 好;用“ -” 表示等级中流动性较差。 水煤浆稳定性
第 23 卷第 6 期
2017 年 11 月
洁净煤技术
Clean Coal Technology
Vol． 23 No． 6 Nov. 2017
半焦制备气化水煤浆试验研究
何红兴1,2,3,4 ,杜丽伟1,2,3,4 ,张桂玲1,2,3,4 ,王学文1,2,3,4
(1. 煤科院节能技术有限公司,北京 100013;2. 国家水煤浆工程技术研究中心,北京 100013;3. 煤炭资源高效开采与洁 净利用国家重点实验室,北京 100013;4. 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室,北京 100013)
可拓 宽 水 煤 浆 制 浆 用 煤 种 类 来 源, 降 低 制 浆 成 本[3] 。 褐煤是我国目前储量比较丰富的低阶煤,具 有高水分、高灰分、高氧含量、发热量低、气化反应活 性强等特点,是现阶段制备气化水煤浆的主要原料 之一。 但褐煤单种煤制浆的成浆浓度较低,不利于 水煤浆气化过程。 半焦又称兰炭,由煤低温干馏所 得的可燃固体产物,产率为原料煤的 50% ~ 70% , 半焦比原料煤的水分低、发热量高,具有极高的利用
堆积 效 率, 改 善 煤 浆 流 动 状 态, 煤 浆 浓 度 可 提 高 6% ~ 8% ,显著提高水煤浆气化效率。 某化工企业 提出要利用半焦和褐煤配煤后制备气化水煤浆,要 求水煤浆浓度达 60% 以上,半焦作为主要用煤( 约 占 70% ) 。
为了提高半焦的成浆浓度,本文分别采用传统 制浆技术和分级研磨制浆技术对半焦和褐煤进行单 独成浆性试验;并在此基础上采用间断级配制浆技 术,对半焦与褐煤混配进行制浆试验,确定出最佳配 煤制浆方案。