褐煤改性对水煤浆浓度影响的研究

第1期煤质技术2013年1月褐煤改性对水煤浆浓度影响的研究刘烨炜1·2,张胜局1·2,何国锋2,段清兵1,2(1,国家水煤浆工程技术研究中心,北京100013;煤炭科学研究总院节能工程技术研究分院,北京100013)摘要:通过对云南、呼伦贝尔2种褐煤多因素条件下的改性实验,得出了褐煤改性的最佳条件原煤粒度小于mm、加热温度250℃、加热停留时间1.5h。改性后的褐煤水分降低50%以上,其成浆性浓度比改性前提高4个百分点,流动性、稳定性均有所改善。关键词:褐煤;改性;水煤浆;浓度中图分类号:TQ534.4文献标识码:B文章编号:1007-7677(2013)01-0008-03Effect of lignite modification on the concentration of coal water mixture(CWM)LIU Yewei. 2, ZHANG Sheng-ju', 2, HE Guo-feng, DUAN Qing-bing(1. National Engineering Research Center of Coal Water Mirture Technology, Beijing 100013, China2. Energy Saving Technology Branch China Coal Research Institute, Beijing 100013, China)Abstract: According to the modification experiments with two types of lignites from Yunnan and Hulunbeier under conditions ofmultiple factors, the optimal operating condition of lignite modification experiment was obtained the size of the raw coal particlesshould be kept less than 1 mm; the heating temperature should be maintained at 250C and the heating time was supposed to be1.5 h. After the modification process, the moisture content had been reduced by more than 50%, the concentration of coal watermixture had been improved by 4 percent and the fluidity and stability of the coal water mixture were enhanced at the same timeKey words: lignite; modification: coal water mixture(CWM); concentration我国拥有丰富的褐煤资源,已探明的褐煤储量达1300多亿t,占全国煤炭储量的13%左右。我1实验仪器国的褐煤资源主要分布在华北地区,约占全国褐煤实验设计的主要内容是针对褐煤进行热力改性地质储量的7.8%以上,其中又以内蒙古东部地实验及成浆性实验,与其相关的主要实验仪器包区赋存最多。其次为西南地区,约占全国褐煤储量括:全密封锤式破碎缩分机( TJCPS180×150),的12.5%,其中大部分分布在云南省境内。棒磨机(XMB-4240×300),超细研磨机(QHJM3),为了高效洁净地利用褐煤,对褐煤进行提质改电动振筛机(GS86),电子天平(DT500A,精确至性成为必然,因此降低水分、提高能量密度便成为0.01g),电子天平(MD1102,精确至0.0001g),褐煤加工利用的关键问题之一。将水分高、热值低电热鼓风干燥箱(101DA),多功能红外水分测定的褐煤脱水提质改性后,可以显著降低煤炭水分,仪(DHS16-A),水煤浆黏度计(NXS-4C),激光成分和性质趋近于烟煤,发热量提高2粒度分布仪(BT-2002),定时电动搅拌器(JJ-1)。在水煤浆的制备过程中,原料成本决定了整个2褐煤性质分析及改性实验水煤浆的成本。虽然褐煤由于自身煤质特征使其利用受到限制外,但价格低廉是其制备水煤浆的有利煤是由有机物和矿物质组成的复合物,是植物因素。利用廉价的褐煤制备水煤浆的技术是符合我遗体经过长期的生物化学作用和物理作用,演变而国国情的洁净煤技术,对褐煤的合理有效利用、减成的沉积物,煤的性质和煤中各成分对水煤浆的成轻环境污染、实现拓宽制浆用煤种、降低制浆成本浆性有重要的影响。因此,在水煤浆制浆前应作必均有重要意义3要的煤质性中国煤化工笔者采用热力改性的方法对褐煤进行提质加此次实CNMH呼伦贝尔褐煤工,并对改性后褐煤的成浆性进行研究为原料,重点研究褐煤改性前后的性质差异。8第1期煤质技术2013年1月2.1性质分析时变化不大。综合以上数据可以得出,褐煤热力改云南褐煤、呼伦贝尔褐煤属于2种成型年代不性的原煤粒度控制在小于1mm以下为最佳条件。同的褐煤,褐煤的年代不同其性质也有所差异。上表2原煤粒度确定实验述2种褐煤的性质分析具体见表1。煤样粒度/mmMayVary %o表1褐煤性质分析10O孔隙比表面积煤样%率%m2:g20.27云南褐煤14.8347.9166.8017.9850.24.85呼伦贝尔褐煤呼伦贝尔褐煤25.4157.2659.1516.5342.14.16由表1中数据可知,云南褐煤内水较高、挥发(2)加热温度确定实验。当选择改性条件,即分高,呼伦贝尔褐煤内水很高、挥发分特高;2个原煤粒度小于1mm及加热停留时间0.5h为确定煤样的比表面积分别为4.85m2/g、4.16m2/g,值时,按照不同加热温度对褐煤进行热力改性实孔隙率分别为50.2%、42.1%。从2组数据的对验,具体数据见表3比可知,2种煤样的水分差异较大,而其他煤质分表3加热温度确定实验析数据的差异不是很大。煤样加热温度℃MayVaal煤的内水是影响制浆的重要因素,内在水分越高成浆性能越差,所制备的煤浆浓度越低,此次褐煤改性试验主要是针对内在水分的变化规律进行相云南褐煤8.2146.70应的研究。2.2改性实验2.2.1改性实验条件选择57.2856.93在实验室采用热力改性(隔绝空气)对2种褐呼伦贝尔褐煤12.18煤进行改性提质加工,具体改性条件为(1)原煤粒度:小于6mm、小于3mm、小35012.2052.33于1mm。由表3的数据可知,当煤样在一定的粒度条件(2)加热温度:150℃、200℃、250℃、300℃下,褐煤通过加热温度的调节来观察煤质分析数据350℃。的变化。当温度从150℃升温到350℃的范围内,(3)加热停留时间:0.5h、1h、1.5h、2h、水分在250℃以后变化不大;挥发分在温度大于300℃时,有较明显的变化。应该说温度在250℃2.2.2改性实验及数据分析时的改性效果与350℃时的效果相差不大,因而从改性实验的设置为多因素情况下的条件选择实节约投资及效益上来讲,褐煤热力改性的最佳加热验,当选择其他2个因素为固定值时,可逐一确定温度为250℃左右。第3个改性条件的最佳实验状态。现按照改性条件(3)加热停留时间确定实验。当选择改性条顺序依次对原煤粒度、加热温度、加热停留时间等件,即原煤粒度小于1mm及加热温度250℃为确进行最佳实验条件选择。定值时,按照不同加热停留时间对褐煤进行热力改(1)原煤粒度确定实验。当选择改性条件,即性实验,具体数据见表4加热温度150℃及加热停留时间0.5h为确定值时,由表4中的数据可以看出,当确定了原煤粒度按照不同粒度对褐煤进行热力改性实验,具体实验及加热温度后,褐煤加热停留时间从0.5h~2.5h数据详见表2。不间断进行实验。从中发现,停留时间1.5h前后由表2中的数据可知,煤样粒度的大小对褐煤有明显变化V凵中国煤化工内,水分在不改性的影响作用比较明显。粒度较细,媒样与外界的断降低;1.CNMHG的变化不大,接触面积加大,水分蒸发较快,而挥发分在低温区域挥发分的数据变化也不大。从数据变化上可知,褐第1期煤质技术2013年1月煤改性的最佳加热停留时间为1.5h用棒插法观测,稳定性的判定分成4个等级,具体表4加热停留时间确定实验情况如下。A级:浆体保持其初始状态,无析水和煤样加热停留时间hMa%沉淀产生;B级:存在少量的析水或少许软沉淀产12.23生;C级:有沉淀产生,密度分布不均,但经搅拌作用后可再生;D级:产生部分沉淀或全部硬沉云南褐煤1.58.1746.90淀8.2046.81由表5可知,云南褐煤、呼伦贝尔褐煤2种煤0.516.27样随着浓度的增大,黏度也随之增大,流动性及稳14.25定性也跟着变化。2个煤样的传统制浆工艺的最高呼伦贝尔褐煤12.28成浆浓度分别为50%、49%。1956.893.1.2分级研磨制浆新工艺成浆性国家水煤浆中心现开发了1种“分级研磨高浓2种褐煤在最佳改性条件下(原煤粒度小于度制浆工艺”新技术,可使煤样不同粒径的颗粒充1mm、加热温度250℃、加热停留时间1.5h)分混合,孔隙率减少,既优化了粒度级配又提高了褐煤水分从14%、25%分别降低到8%、12%,降煤浆浓度。云南褐煤、呼伦贝尔褐煤2种煤样经过幅达到50%。改性后的褐煤单从水分指标来看较系统的成浆性实验确定了最佳的粒度级配方案适合用作水煤浆原料煤。在最佳粒度级配、添加剂种类、添加量的前提3改性褐煤的成浆性实验下,将实验用煤制成一系列不同浓度的水煤浆,观察其黏度、流动性、稳定性的变化规律。具体实验3.1改性前的成浆性实验数据见表6。3.1.1传统工艺成浆性表6分级研磨制浆新工艺实验褐煤因其本身水分高、挥发分高等特点,成浆实际浓表观黏度稳定性媒样流动性性较差。针对云南褐煤、呼伦贝尔褐煤2种煤样进4h后行传统工艺制浆,将实验用煤制成一系列不同浓度52.49110BC的水煤浆,观察其黏度、流动性、稳定性的变化规云南褐煤1147B律,具体结果见表5。其中水煤浆流动性的测定采取目测法,分为A、B、C3个等级,每个等级的1108B划分如下:A为连续流动,B为间断流动,C为不呼伦贝尔褐煤cB-cB流动。为了表示属于某一等级范围流动性的较小差1242B别,分别用“+”和“-”号加以区分,“+”号由表6可知,2种煤样随着成浆浓度的提高,表示某一等级中流动性较好者,“-”号表示某黏度也逐渐增大,流动性及稳定性逐渐变差。在表等级中流动性较差者。观黏度小于1200mPa:s的前提下,云南褐煤表5传统工艺成浆性实验呼伦贝尔褐煤2个煤样的定黏最高成浆浓度分别为煤样mPa·s流动性稳定性实际浓表观黏度53%、52%,较传统工艺提高3个百分点。4h后32改性后的成浆性实验改性后的褐煤与原煤样相比,水分减少。为了云南褐煤50.23164C数据的可比性,改性褐煤的成浆性实验各种参数与51.17原煤样实验保持一致。具体的实验结果见表7。48.291069由表7的数据可知,改性褐煤在相同的制浆条呼伦贝尔褐煤49.381237件下,随着浓度的提高,黏度也跟着增长。云南褐煤、呼伦中国煤化工分别为57%煤浆稳定性的测定采用GBT18865-200856%,分别CNMHG4个百分点。的标准:将被测的水煤浆密闭静置一段时间,采(下转第17页)第1期煤质技术2013年1月业,应帮助企业改善环境设施,提供技术咨询;对评煤炭地质,2008,20(4)未达标的企业,应严格要求改建环境设施,加强企业3]赵福平,贵州省晚二叠世煤中硫的分布特征及成因自身管理机制,并缴纳污染治理费,增加税费率。[门.煤炭转化,2007,30(3)5.4研发高新技术[4]顾乃绵,中国煤炭志·貴州卷[M].北京:煤炭工业出版社,1994.根据本地区的煤质特点、经济开采的局限性和优势,研究或改进高新设备、技术,提高煤炭的脱[5]明方平,织金以那矿区煤层灰分与硫分特征分析[J煤质技术,2008(6)硫率。[6]孔维敏,貴州省六盘水煤田煤质特性分析[J].陕6结论西煤炭,2010(4)[冂]唐显貴,貴州省织纳煤田煤质特性分析[冂].煤质贵州晚二叠世含煤地层灰分、硫分的变化规律技术,2010(1)与沉积环境存在密切的联系。由陆相至海相区,硫[8]易同生,黄华州,曹志德,等.贵州盘北一水城地区分逐渐增高,灰分逐渐降低。陆相及海相区,灰分煤资源特性及其意义[J.煤田地质与勘探,2008与硫分呈负相关;过度相区,灰分变化不明显,但36(1)是总体上与硫分呈正相关;大部分区域均含中高-高[9]韦朝阳,张立城,何书金,等,我国煤矿区生态环境硫煤层,高硫煤中硫分对环境空气、水体、生态等现状及综合整治对策[J],地理学报,1997,52造成一定的环境影响。[10]肖荣欣,李钟伟,程烨环,浅谈煤中硫对环境的影参考文献响[冂.环境研究与监测,2006,19(4)[1]熊盂辉,秦勇,易同生,贵州晚二叠世含煤地层沉作者简介;伍康福(1986-),男,布依族,贵州安顺人,200积格局及其构造控制[冂],中国矿业大学学报年毕业于贵州大学环境科学专业,现从事煤田地质勘探工作。2006,35(6)[2]田维江.责州晚二叠世各煤田含煤性分析[冂],中国(收稿日期:201207-11)(上接第10页)浆工艺的制浆浓度分别为50%、49%,浓度较低,表7改性褐煤成浆性实验流动性、稳定性较差;采用“分级研磨制浆工艺实际浓表观黏度稳定性后,成浆浓度提高3个百分点,成浆浓度分别为煤样流动性4h后53%、52%,流动性有所好转。(4)改性后2种煤样的成浆浓度比改性前分别云南褐煤提高了4个百分点,即57%、56%,所制浆流动CB性、稳定性均有所改善。55.611115BB呼伦贝尔褐煤56371154B参考文献57.281227[1]戴和武,谢可玉,褐煤利用技术[M],北京:煤炭业出版社,19984结论[2]张荣曾,水煤浆制备技术[M]·北京:科学出版社,1996(1)云南褐煤、呼伦贝尔褐煤2个煤样的水分[3]段清兵,何国锋,王国房,等低阶煤制备高浓度气较高,挥发分高,易自燃,其他理化性质数据差异化水煤浆新技术[J].煤质技术,2009(5)不大。[4]GB/T18856.5-2008,水煤浆试验方法第5部分;稳(2)2种煤样在原煤粒度小于1mm、加热温定性测定[S]度250℃、加热停留时间1.5h等最佳改性条件下作者简介褐煤的水分比改性前降低50%,起到了一定的提现在煤科总院质改性效果。aHS男,河北保定人,助理工程师,中国煤化工究万面的工作。CNMHG(3)云南褐煤、呼伦贝尔褐煤2种煤样传统制(收稿日