新疆煤制备脱硫型水煤浆的试验研究

第32卷第6期煤炭科学技术2004年6月新疆煤制备脱硫型水煤浆的试验研究黄波,木沙江!2,朱书全,叶传珍2,段静1.中国矿业大学北京校区化学与环境工程学院,北京100083;2.新疆煤炭科学研究所,新疆乌鲁木齐830091)摘要:利用廉价的钙基原料,按一定配比制成水煤浆的复合钙基固硫剂,新疆煤添加少量固硫助剂制备脱硫型水煤浆,试验表明,制备的脱硫型水煤浆具有较好的流变性,在I000℃·左右燃烧温度时,可将水煤浆固硫率提高到60%左右。关键词:水煤浆;燃烧;钙基;固硫率;固硫剂中图分类号:TQ536文献标识码:B文章编号:0253-2336(2004)06-0053-03Experimental research on desulfurized coal water mixtureprepared with xinjiang coalHUANG Bo, MU Sha-jiang2, ZHU Shu-quan', YE Chuan-zhen, DUAN Jing(l. Beijing campus, China University of Mining and Technology Beijing 100083, Chin2. Xinjiang Coal Research Institute, Urumgi 830091, China水煤浆作为一种浆体燃料,是20世纪80年代个煤样(号煤、2号煤和3号煤)按照相关规发展起来的低污染代油技术。具有燃烧效率高,减程,将原煤煤样进行空气干燥、拌匀与缩分。一部少环境污染和节省用煤等优点,水煤浆燃烧固硫率分煤样作可磨性试验,一部分煤样作试验用样,其比煤粉燃烧固硫率要高。国外有关水煤浆脱硫的硏余部分为备用样。究从20世纪80年代末期开始,国内主要是浙江大水煤浆制备过程中,煤中灰分和元素组成对制学和清华大学进行了研究1。本文是中国矿业大浆有很大的影响,表1为3个煤样的工业分析和元学〔北京校区)对新疆煤样制备脱硫型水煤浆的素分析。由表1可以看岀,煤样均为低变质程度试验研究。煤,从理论上讲成浆性较差,其中2号煤和3号煤煤样制备及分析全硫含量超过1%,属中等硫分煤。3个煤样的可磨性指数及相应的成浆性指标见试验所用原料为新疆煤炭科学研究所提供的3表2。表1煤样的元素分析和工业分析元素含量分析/工业含量分析/%发热量/MJkg煤样高位低位1号煤73.394.5913.1257.712号煤65.631.036.219.743号煤70.264.961.329.3036.6249.428.2823.13表2煤样哈氏可磨指数及成浆性指标实验室制浆一般用干法调浆,即用磨机预先磨煤样可磨性指数(HGI)成浆指标成浆难易制出粗细2种煤样,依据堆积效率进行合适的粗细号煤中等搭配,在给定的浓度下计算出所需水量,将称量好2号煤9的煤样、水和添加剂混合在一起搅拌制浆。磨矿后3号煤9.63粗细煤样用 MASTERSIZER激光粒度分析仪进行粒1第32卷第6期煤炭科学技术2004年6月煤浆成浆的级配理论和初步成浆试验结果,3种煤量减少,SO与其接触面积减小,固硫率降低。另样粗细搭配的比例均为60:40。方面,高温下固硫反应生成的含硫盐类分解,重2试验结果及分析新释放出SO,导致固硫率降低。由于煤灰中含有大量金属氧化物会降低硫酸钙的分解温度,当温度超首先对3种煤样进行成浆性试验,筛选出合适过9o0℃时,就开始有CaSO4分解,释放出SO2,的添加剂和相应的用量。在脱硫型水煤浆制备过程超过1100℃时,就会有大量SO,放出3。综合考中,添加一定量的固硫剂和固硫助剂,制备出的水虑,水煤浆燃烧温度为1000℃时,水煤浆的固硫煤浆送至炉中燃烧,测定灰渣中的硫分。率最佳。此外,CxOH)2的固硫率相对CaCO3要2.1水煤浆自身固硫试验高,这是因为COH)可以直接与SO2反应生成煤中含有一定量的矿物质,这些矿物质组分在CSO4,另一方面固硫反应的同时COH)会发生受热过程中会产生一些金属化合物,如SiO3、分解,不断形成新的气孔,提高的SO2向内部扩CaO、Mg0、K2O、Na2O、Al2O、Fe2O3等。其中散,也就增加了固硫率。对于2号煤和3号煤来CaO、MgO、K2O等碱性金属本身就能与SO2反应,说,制备脱硫型水煤浆时,可将钙硫比选定为即使不加任何固硫剂,煤中的硫也有一定量被固定1.5,CaOH)2作为主固硫剂。在炉渣中,这就是煤的自身固硫。由表3看出,2号煤的自身固硫率比3号煤高,这可能因为其中矿表4钙基固硫剂的固硫效果物质中碱土金属成分较多所致。不同燃烧温度固硫率/%煤样钙硫比固硫剂900℃1000℃1100℃1200℃表3不同燃烧温度下水煤浆的自身固硫率2号煤1.5CxOH)234.2438.5235.8613.20不同燃烧温度固硫率/2号煤2.0CxOH)234.6137.7833.9213.61煤样900℃1000℃1100℃2号煤1.52号煤3.622号煤2.0Caco31,1236.1131.2610.823号煤0.100.090.083号煤1.5COH)230.3231.0428.627.793号煤2.0CxOH)230.1230.9327.657.033号煤1.5CaCO328.6627.1224.553.362.2单一钙基固硫剂固硫试验3号煤2.0CaCO328.4229.7426.397.33使用钙基固硫剂时,钙硫比值对水煤浆的固硫率影响较大,增大钙硫比使得水煤浆在燃烧过程分解出来的caO数量增大,释放出的SO2与CaO颗2.3复合钙基固硫剂固硫试验粒接触概率增大,有利于提高固硫率,但是过高的煤中的硫受热析出具有一定的规律性,如果固钙硫比值将严重地影响到水煤浆的燃烧2。因此硫剂分解速率与煤中硫分析岀规律一致的话将提高选用钙基原料作为水煤浆的固硫剂时必须综合考水煤浆固硫率。CxOH)和CaCO3受热分解温度和虑,既要有较高的固硫率,又要保证固硫剂对水煤速率不一样,试验中发现,将固硫剂设计为钙基复合固硫剂与煤中硫分析岀规律较为适合,脱硫效率浆的流变性和燃烧特性不产生较大的影响。参照刘艳华、徐东耀等人的研究成果3,钙硫比值为将提高。钙基复合固硫剂的试验结果见表5。1.5和2较为合适。表4为单一钙基固硫剂制备出水煤浆在不同燃烧温度下的固硫试验结果。表5钙基复合固硫剂的燃烧固硫试验结果减(OH)2/不同燃烧温度固硫率/%从表4可以看出,水煤浆固硫率与燃烧温度有煤样钙硫比关,燃烧温度过低和过高都会降低水煤浆的固硫CaCO3900℃1000℃1100℃1200℃率。温度过低,固硫剂受热分解生成的CaO数量号煤较少,参与固硫反应的CaO数量少,致使部分SO22号煤1.544.3547.1342,02未被捕收就释放岀来,自然就降低了固硫率。温度3号煤3号煤1.540.1243.9238.965.63第32卷第6期煤炭科学技术2004年6月对比表4和表5可以看出,使用复合的钙基固下抑制 CaSO,的分解,从而提高固硫率。硫剂可较大幅度地提高水煤浆的固硫率。在钙硫比为1.5、CaOH)CaCO3为1.5、1000℃燃烧温度3结论时,2号煤制成的脱硫型水煤浆的固硫率从(1)煤中的矿物质在高温下会分解成氧化物38.52%提高到46.60%。3号煤制成的脱硫型水煤这些氧化物可与SO,反应生成固态物质固定在煤灰浆的固硫率从31.04%提高到43.71%。提高渣中,因此,水煤浆具有自身固硫作用Ca(OH)2/CaCO3比值,水煤浆固硫率没有明显的2)水煤浆燃烧固硫率受煤浆燃烧的温度影响变化。因此,在选用钙基复合固硫剂时,较大,过低和过高都会降低固硫率,对于新疆煤制CxOH)2/CaCO3比值为1.5较为合适。备的脱硫型水煤浆适宜的燃烧温度为1000℃,此2.4添加固硫助剂的固硫试验时可得到最高的固硫率。初步试验发现,制备脱硫型水煤浆时,钙基固3)对于新疆煤制备脱硫型水煤浆,选用钙基硫剂对煤的成浆性有较大的影响,水煤浆的浓度相原料作为水煤浆旳固硫剂,钙硫比值为1.5时较为应地要低2%~3%,同时添加剂用量也会增加。适合,如果使用复合钙基固硫剂可以进一步提高水进一步提高水煤浆固硫率,不能再增加固硫剂用煤浆固硫率,在此基础上添加少量固硫助剂,可以量,需适量添加合适的助剂来提高固硫率。大幅度提高水煤浆固硫率。2号煤可以提高到60%可以作为水煤浆固硫助剂主要有碱金属化合左右,3号煤可提高到55%左右。物、铁硅系和铝系等。但碱金属会引起燃烧状况的恶化,降低灰熔点41,且在高温情况下还具有很参考文献强的腐蚀性,不适合作为固硫助剂。试验证明,铁[Ⅰ]姚强,范浩杰.脱硫型水煤浆燃烧脱硫的杋理研究[J]硅系和铝系的助剂可提高煤粉的固硫率3。因煤炭学报,1996(6)此,在此基础上按一定配比制成了水煤浆的固硫助[2]姚强,范浩杰.脱硫型水煤浆燃烧脱硫的试验研究[J]煤炭学报,1996(4)剂,分别为MⅠ、M2和M3,水煤浆燃烧固硫试验[3]刘艳华,脱硫型水煤浆的研究[D]北京:中国矿业大学结果见表6[4]徐东耀.水煤浆固硫技术研究[D]北京:中国矿业大表6添加助剂后水煤浆在1000℃燃烧下的固硫率学,200煤样助剂固硫率/%煤样助剂固硫率/%[5]宋永玮,李新生,影响型煤固硫率的主要因素[J]煤炭转化,1999(3)2号煤M3号煤M148.6[6]光,郑立庆.氧化铜对钙基化合物固硫作用影响的初2号煤M23号煤6究[J]河南师范大学学报(自然科学版)2号煤M360.23号煤1355.8[7]张良,成思危.Fe2O3对型煤固硫作用的机理探讨[J]从表6可以看出,M3型固硫固剂的影响则比环境科学,19997(1)较明显,可明显提高水煤浆固硫率。对于2号煤作者简介:黄波(1969-),男,四川攀枝花人,硕士,讲可将固硫率提高到60%,对于3号煤也可提高到师,现在中国矿业大学从事水煤浆制备及脱硫研究工作。55%。主要是因为M3型固硫助剂有利于提高CxOH2和CaCO的分解速率,同时又能在高温收稿日期:2004-01-12;责任编辑:刘军娥w"""""""""征订启事本刊全年办理补订业务,欢迎订阅。联系地址:北京市和平里青年沟路5号煤炭科学研究总院《煤炭科学技术》编辑部联系电话:(010)84262920,84262926邮码:100013联系人:李军涛孙惠兰电子信箱:cs410@china.com传真:(010)84262926