精细水煤浆制备与应用技术的研究 精细水煤浆制备与应用技术的研究

精细水煤浆制备与应用技术的研究

  • 期刊名字:煤炭学报
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  • 论文作者:付晓恒,王祖讷,柴保明,李红枫,刘万峰,万玲娟
  • 作者单位:中国矿业大学(北京)化工与环境工程学院
  • 更新时间:2020-03-23
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论文简介

第29卷第2期煤炭学报Vol 29 No. 22004年4月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETYA文章编号253-9993(2004)2-0226-04精细水煤浆制备与应用技术的研究付晓恒,王祖讷,柴保明,李红枫,刘万峰,万玲娟〔中国矿业大学(北京)化工与环境工程学院,北京100083)摘要:论述了精细水煤浆的特点、制备的关键技术及其应用前景,介绍了精细水煤浆在小容量燃烧器和柴油机中的试验结果.初步试验表明,精细水煤浆在该燃烧器中的燃烧热强度接近柴油;掺有一定量柴油的精细水煤浆在柴油机中可以实现稳定燃烧.关键词∶精细水煤浆;洁净煤;燃烧器;柴油机中图分类号:TD923.2文献标识码:AResearch on preparation and application of ultra-cleanmicronized coal water slurryFU Xiao-heng, WANG Zu-ne, CHAI Bao-ming, LI Hong-feng, LIU Wan-feng, WAN Ling-juanSchool of Chemical and Environment Engineering, China Unitersity of Mining and Technology( Beijing ) Beying 100083, ChinaAbstract: Characteristics and key techniques of a ultra-clean micronized coal water slurry( UCMCWS and itsprospects were described. Experiment results in a small capacity combustor and a diesel engine were introducedThe preliminary experiments indicated that the specific thermal intensity of UCMCWS in the combustor is close tothat of diesel and the combustion of uCMcws mixed with diesel is stabileKey words: ultra-clean micronized coal water slurry i clean coal combustor i diesel engine我国的煤炭资源丰富,是世界上少数以煤为主要能源的国家之一.但我国的石油资源相对短缺,2000年我国石油进口依存度已达到约30%,在未来的20a内有可能达到40%以上,石油安全已涉及到我国的能源安全.因此,充分利用我国丰富的煤炭资源,开发煤代油技术,对于我国的经济建设和能源安全具有重要意义水煤浆是20世纪80年代初发展起来的低污染、高效率的煤基流体燃料,具有类似于油的流动性和稳定性,可以方便的泵送、储运和雾化燃烧.水煤浆燃烧时火焰温度比油低,产生的NO比油少.水煤浆技术是一种投资省、成本低、见效快、简单易行和成熟度高的代油技术,用普通洗精煤(制浆煤的灰分约为10%)制备的水煤浆已经商业化,为企业带来了较好的经济和社会效益.但是,这种普通水煤浆的粒度较粗(平均粒度约为45μm,粒度上限一般小于0.3mm),灰分较高(制浆煤的灰分一般约为10%),如果应用于对喷咀精度要求比较髙和燃烧空间比较小的燃用柴油的热工设备,容易造成喷咀的堵塞、曆损和在燃烧空间积灰、结渣,无法或很难替代柴油.这种水煤浆替代重油应用于电站旳大型锅炉取得了很好的效果.精细水煤浆是常规水煤浆的延伸,具有像普通水煤浆一样的流动性、稳定性和可雾化性.但其制浆煤的粒度特别细(一般小于10μm),灰分特别低(一般在1%~2%,对有些煤种可小于1%),浓度可达到50%~55%.美国在20世纪80年代为应付石油价格危机,着手开发精细水煤浆技术第2期付晓恒等:精细水煤浆制备与应用技术的研究并在內燃机上进行了试验,但由于其制备的精细水煤浆的成本接近于柴油,加上石油价格的下跌,该技术停止了商业化,作为储备技术保留.目前,我国的精细水煤浆技术已达到中试水平,由于开发了一种低成本、高效的超净煤分选技术,使等热值的精细水煤浆的价格约为柴油的60%.精细水煤浆的特点:①制备精细水煤浆的原料煤是经过超细粉碎并经过深度分选的超净煤,在此过程中煤中的无机矿物和有杋可燃体被充分解离并得到分选,故对同一种制浆原料煤而言,精细水煤浆的灰分和硫分远低于普通水煤浆.由于精细水煤浆粒度细,灰分很低,故燃烧速度快,效率高,可以提高燃烧强度.③精细水煤浆可作为柴油的替代燃料用于中小型燃油锅炉、中央空调等,并有望用于柴油机和燃气轮机,代油范围远大于普通水煤浆.④燃烧精细水煤浆时可配用简单、小体积和低成本的静电除尘器,而普通水煤浆燃烧时需配置大体积、高投资的静电除尘器另外,由超净煤分选工艺分选的超净煤不仅可以用于制备精细水煤浆,还可作为碳素材料的原料,由此分选岀的尾煤灰分不是很高,是制备普通水煤浆旳原料,根据该技术设计的精细水煤浆厂,既有可能生产超净煤粉,作为碳素材料的原料,又可联产普通水煤浆.因此,超净煤旳分选和精细水煤浆的制备是技术含量更高的煤炭深度加工技术,比普通水煤浆有更广阔的应用前景,使煤代油技术向前迈出一大步1精细水煤浆的制备1.1超净煤的分选超净煤是指灰分特别低的煤,依煤种而异,其灰分可低于3%甚至低于1%.要获得超净煤,主要有物理方法和化学方法,化学方法是通过药剂和煤中无机矿物反应,生成可溶性物质,达到脱除煤中灰分的目的,其特点是脱灰效率高,对大部分煤都可使其灰分降到1%以下,但工艺复杂,成本高,对环境污染严重.另一种方法是物理法,脱灰时煤中组分没有发生化学变化,该类方法中脱灰效果较好的是美国OTSSCA公司在20世纪80年代初开发的油团聚法,其团聚剂为短链、低沸点的正戊烷,通过正清水、抑制剂絮凝剂戊烷有选择地使低灰分煤粒团聚成较磁实的团粒,「原料煤}粗碎调浆超细磨絮团发生器再用筛分的方法把低灰的超净煤分离出来,为了分散剂原料煤回收团聚剂,降低成本,再用加热的方法回收团聚剂,这一方法达到了降低团聚剂用量的目的精细水煤浆多次精选但正戊烷挥发性强,易着火和爆炸,安全是一大「超净煤分散剂浓缩问题絮团-浮选是近年来开发的一种低成本、高普通水煤浆浆压滤效分选微细粒煤的选煤方法(图1).原料煤经过粗碎后加水调成浓度为30%的煤浆,送入超细图1超净煤分选和精细水煤浆制备原则工艺流程搅拌磨曆机粉碎到煤中的无机矿物质和有机可燃体Fig. 1 Process flowsheet of ultra-clean coal充分解离,如果原料煤中含有较高的黄铁矿或泥eparation and UCMCWS preparation质物,可在超细磨中加入抑制剂,超细磨后的煤浆进入絮团发生器,在高剪切率和絮凝剂的作用下,煤浆中的有机可燃体结成常规泡沫浮选可有效分选旳絮团,而尾煤分散悬浮在煤浆中,为获得灰分尽可能低的超净煤,一般要进行多次精选.低灰的精煤经压滤脱水后制备成精细水煤浆,也可直接作为超净煤产品.低浓度的尾煤经浓缩机浓缩后送压滤机脱水,滤饼作为制备普通水煤浆的原料.大量分选试验表明,对一般的煤种,都可使其灰分降到3%以下,部分煤种可降到1%以下(表1).1.2精细水煤浆的制备采用大同煤分选的超净煤制备的精细水煤浆的质量浓度为51.0%,粒度为90%的小于15.6μm,低228煤炭学报2004年第29卷率对应的黏度为225mPa·s,不出现硬沉淀的时间为1个月左右表1部分煤样絮团-浮选分选结果Table 1 Partial results of coagulation- flotation黏度/mPas煤种精煤灰分/%精煤产率/%尾煤灰分/%入料灰分/陕西神木焦作精煤8658.72太西精煤48.4大同精煤河北东庞8.14汶精煤剪切率D/s密鲁煤2.921851图2精细水煤浆的流变特性Fig 2 Rheology of UCMCWS2精细水煤浆的应用2.1精细水煤浆燃烧器为了将精细水煤浆应用于中小型燃油锅炉或中央空调,笔者结合精细水煤浆的热值比柴油低的特点,开发了专门用于精细水煤浆燃烧的燃烧器2.该燃烧器由喷枪和预燃室组成,采用压缩空气雾化精细水煤浆,预燃室如图3所示.雾0稳9问化的精细水煤浆从预燃室的割线方向喷入,在切线方向给入精细浆+二次助燃风试验表明,因为采用高速旋流燃烧方式,我次配风延长了浆滴的燃烧时间;在预燃器的不同旋转半径之间存在速度差,使浆滴很快脱离惰性气体的包裹,及时与空气中的氧接触,提高了氧的反应强度;高强度旋流造成大量高温烟图3燃燒精细水煤浆的小容量燃烧器气的回流,从而使燃烧稳定,燃烧热强度与柴油接近,高达Fig 3 Combustion of UCMCwS in a8.12×10°kJ/(m3:h),远高于普通水煤浆的燃烧热强度.small capacity combustor由于浆体的灰分特别低,燃尽后少量旳飞灰随烟气排岀,在燃烧室中没有积灰和结渣的情况.对于水烟气排除的少量飞灰,正在研制一种低成本、低能耗的小型静电除尘器来脱除.该燃烧器的开发,为精细水煤浆代替柴油应用于中小型燃油锅炉和中央空调打下了基础.2.2精细水煤浆在柴油机中的应用1892年狄塞尔提岀柴油机的专利中,就把柴油机称为多种燃料发动机.美国、瑞士、澳大利亚、日本等对內燃机燃用精细水煤浆进行了实验室规模或工业示范研究,美囯在低速大功率柴油机上燃用精细水煤浆,在燃烧与曆损方面取得了重要进展,如美国摩根能源技术中心近年来由能源国际公司和¢Q公司组成旳科硏小组致力于燃煤內燃机的研究.他们的研究表明,煤和柴油混合物在柴油杋上燃烧技术上可行.本试验采用一台S195-1型单缸高速农用柴油机,对现有的供油泵和喷咀进行改造,通过另设高压油封解决了油泵和喷咀的偶件磨损和卡死问题.试验燃料为精细水煤浆和柴油旳混合物,即油-水-煤精细浆,其中煤的灰分为1.25%,挥发分为31.79%,固定碳为64.84%,全硫为0.265%,粒度小于24.5pm的占90%,小于10.0μm的占50%,平均直径D[4.3]为12.2μm.油水煤浆中煤:柴油:水为28.7:53.8:17.5,热值为30.72MJ/kg,剪切率第2期付晓恒等:精细水煤浆制备与应用技术的研究229步试验结果3.由试验结果可知,在输出功率和转速相同的条件下,燃用油水煤浆的热效率稍低于柴油№O的排放量却远低于柴油,原因是油-水-煤精细浆的燃烧温度低于柴油.燃用柴油时未测出SO2,而燃烧油-水-煤精细浆时,SO2的浓度也不高,为(8-27)×10-°,原因是制浆煤的硫分很低表2柴油机燃用油-水-煤精细浆的试验结果Table 2 Test results of ultra-clean micronized oil-coal-water slurry in diese输出功率柴热效率/%烟气温度℃NO2×106SO2×10-6热效率/%烟气温度℃NO,×106SO2×10-61,6820.2163188412.574.215.8927.048初步试验表明,普通柴油杋经过不大的改造,可以稳定地燃烧油-水-煤精细浆.结论1)采用低成本、高效的絮团一浮选深度分选技术可以分选岀超净煤,该超净煤制备的精细水煤浆可以替代柴油,进一步拓宽了水煤浆的代油范围.〔2)通过采用旋流燃烧方式,精细水煤浆在硏发旳小容量燃烧器中旳燃烧热强度接近柴油,为精细水煤浆应用于中小型燃油锅炉和中央空调奠定了基础〔3)在对现有的柴油机改动不大的情况下,柴油机燃用精细油水煤浆是可行的,但仅是初步试验,有关燃烧工况的优化以及缸体磨损等问题尚需做大量的工作参考文献[]国家”九五″科技攻关项目研究报告(95-215-01-04).煤炭深度物理加工工业应用技术的研究[R]中国矿业大学(北京校区),1999[2]李红枫.精细水煤浆小容量雾化与燃烧的研究[D]北京:中国矿业大学(北京校区),2001[3]刘万峰.精细煤浆的制备及其在柴油机上的燃烧特性[D]北京:中国矿业大学(北京校区),2003∷∷∷∷六∷∷∷∷六∷∷∷∷∷;∷∷∵六∷∷∷∷∷∷∷∷∷∷∷∷∷∷204年《煤炭科学技术》、《煤炭学报》杂志社举办贯彻国家安全生产监察局′12字方针′学术研讨会”征稿启事为贯彻国家安全生产监察局关于煤矿瓦斯治理”先抽后采、以风定产、监测监控”12字方针,促进煤矿安全状况进一步好转,《煤炭科学技术》、《煤炭学报》杂志社将于2004年第3季度举办“贯彻国家安全生产监察局′12字方针′学术研讨会”(会议地址待定)现征集有关论文,内容如下:(1)煤矿瓦斯防治技术及装备;(2)煤矿安全监控技术及装备;(3)煤矿通风技术及装备;(4)在安全生产中贯彻“12字方针”的体会和经验论文不超过6000字,本刊将邀请有关专家对论文进行评审,通过评审的论文将以专刊或其他形式出版,刊出的论文每篇收取版面费1000元.征文截止时间:2004-07-31.投稿可直接寄往编辑部或发E-mail,请注明“研讨会征文”字样.投稿时请附联系电话、详细通信地址和作者简介E-mail:cs410@126.com;ntsb@ⅶip.163.com;传真:(010)84262926邮寄∶北京市和平里青年沟东路5号煤炭科学研究总院《煤炭科掌技术》编辑部;邮政编码:1OO3联系人:王宗禹(010)84262920;高雪梅(010)84262930;刘军娥(010)84262926《煤炭科学技术》、《煤炭学报》杂志社

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