褐煤制气化水煤浆实验研究

第20卷第6期洁净煤技术Vol 20 No 62014年11月Clean Coal Technology褐煤制气化水煤浆实验研究段清兵1.3,4,张胜局12,4,何国锋,23,刘烨炜12.3.4,孙海勇123,4煤炭科学技术硏究院冇限公司节能工程技术硏究分院,北京100013:2.国家水煤浆工程技术硏究中心,北京100033煤炭资源髙效开采与洁净利用国家重点实验窒,北京100013;4:国家能源煤炭髙效利用与节能减排技术装备重点实验室,北京100013)摘要:为提高褐煤制气化水煤浆的制浆浓度,采用传统制浆工艺与分级硏磨制浆工艺分别对某化工企业提供的3种煤样进行水煤浆成浆性实验,并在此基础上进行配煤制浆实验。结果表明:东明煤、扎赉诺尔煤、宝矿提质煤传统制浆工艺的最高浓度分别为48.54%、51.76%、56.08%,分级研磨制浆最高浓度分别为51.72%、54.8%、59.21%,3种煤样分级研磨制浆工芑水煤浆浓度提髙3%以上。按照东明煤、扎赉诺尔煤质量比1:Ⅰ或东明煤、宝矿提质煤质量比2:配煤时所制水煤浆浓度分别为53.12%、54.21%,满足水煤浆浓度设计要求。关键词:褐煤;煤质分析;水煤浆;配煤;气化中图分类号:TD849;TQ536文献标志码:A文章编号:1006-6772(2014)06-0019-04Preparation of coal water slurry for gasification with ligniteDUAN Qingbing.2. 3, ZHANG Shengju".3.+, HE Guofeng.2.3.4, LIU Yewei.2.3,, SUN Haiyong.2. 3,4(l Energy Conseration and Engineering Technology Research Institute, Coal Science and Technology Research Institute Co., Ltd.. Beijing 100013, China2. National Coal Water Mixture Engineering Technology Research Center, Beijing 100013, China3. State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization( China Coal Research Institute), Beijing 100013, China4. National Energy Technology and Equipment Laboratory of Coal Utilization and Emission Control( China Coal Research Institute ), Beijing 100013, ChinaAbstract: In order to improve the concentration of coal water slurry( CwS) for gasification with lignite, the slurryability of three coal sam-ples which were provided by an chemical enterprise was conducted through traditional CWS preparation process and classified grindingprocess. Then the CWS preparation with blending coal was carried out. The results showed that, prepared by traditional process, the highestpulp concentration of Dongming coal, Zhalainuoer coal, Baokuang upgrading coal were 48.54%0, 51. 76%0, 56.08%. Prepared by classifiedgrinding process, the highest pulp concentration of above three CWS were 51.72%0, 54.82%0, 59.21, which were above 3% higher than theconcentration of CWs prepared by traditional process. When the mass ratio of Dongming coal and Zhalainuoer coal was I to 1, or the massratio of Dongming coal and Baokuang upgrading coal was 2 to 1, the concentration of CWs were 53.12% and 54.21%, which met the designKey words: lignite; coal property analysis; coal water slurry; coal blending; gasification0引言发以来,经过30余年的科技攻关和生产实践,水煤浆技术已达到国际先进水平,生产与应用规模均居煤炭是中国的基础能源,在未来相当长一段时世界第一2。水煤浆在电站锅炉、工业锅炉、工业间内以煤炭为主的能源结构难以改变。中国煤炭窑炉上均已成功应用,与此同时作为气化原料的气85%直接燃烧使用,高耗低效的燃烧方式是造成全化水煤浆也得到了长足发展,中国水煤浆技术己进国环境污染和气候恶化的重要原因。作为洁净煤技人工业推广应用阶段。随着以水煤浆气化为龙头的术之一的水煤浆自20世纪80年代初在中国研究开煤化工产业的快速扩张,气化水煤浆的应用规模将收稿日期:2014-07-15;责任编辑:白娅娜DOn:10.13226/jisn.1006-6702.2014.06005基金项目:国家科技部科研院所技术开发研究专项资助项目(2011EG2224);中国煤炭科工集团有限公司科技创新基金资助项目(2012MsO19作者简介:段清兵(1978-),男,山东新泰人,副研究员,硕士,从事水煤浆技术研发、推广和工程建设方面的工作。E- mail; duangbing@ sina con引用格式:段清兵,张胜局,何国锋,等褐煤制气化水煤浆实验研究[J].洁净煤技术,2014,20(6):19-22DUAN Qingbing, ZHANG Shengju, HE Guofeng, et al. Preparation of coal water slurry for gasification with lignite[J]. Clean Coal Technology2014年第6期洁净煤技术第20卷保持相当强劲的增长势头3。褐煤作为储量丰富使低阶煤的成浆浓度与常规制浆工艺相比提高的低阶煤,是制备水煤浆的原料煤之一,国内学者对3%~5%1213。目前该工艺已在中国东部沿海城市褐煤制水煤浆进行了大量研究。高志芳等←5利用的燃料浆厂以及北方气化行业得到应用5。针扫描电镜及激光粒度仪对改性前后的褐煤进行粒度对某化工企业褐煤成浆性差(水煤浆浓度48%左分布及堆积效率的分析,使改性后褐煤成浆浓度提右,要求设计值为53%)问题,为提高水煤浆浓度使高6%。王志光等6利用不同种类的添加剂对云南其达到设计值,笔者采用传统制浆工艺与分级研磨褐煤进行成浆性实验硏究,得岀上海焦化厂添加剂制浆工艺分别对某化工企业提供的3种煤样进行水加入量为1%时,云南褐煤成浆浓度接近50%。王煤浆成浆性实验,硏究了配煤比例对水煤浆成浆性传成等利用阴离子型添加剂对2种内蒙古褐煤进的影响,并找出最佳配煤制浆方案。行成浆性能评价,结果显示高变质程度褐煤成浆性优于低变质程度褐煤。龚志华等8利用流化床干1实验条件燥技术对印尼褐煤改性进行制浆实验硏究,改性后1煤质分析的印尼褐煤成浆浓度提高12%。国家水煤浆工程实验煤样取自蒙东地区,分别为东明煤、扎赉诺技术研究中心对粒度级配技术及低阶煤成浆性进行尔煤、宝矿提质煤,编号为1号、2号、3号,对3种煤深入研究,以“分级研磨”、“优化粒度级配”样进行煤质分析,并与设计煤种的相关数据进行对为指导思想开发了分级研磨高浓度制浆工艺技术比,结果见表1。表1煤样煤质分析工业分析/%元素分析/%哈氏可磨性煤种w(C-)(O。)指数HC设计值47.911号45.542号3号44.5563.46由表1可知,1号煤属高水分、高灰分、高挥发煤浆浓度有可比性,水煤浆最大表观黏度≤1200分、低硫、较难磨的难制浆煤种,2号煤属中水分、高mPa·s灰分、高挥发分、低硫、较难磨的较难制浆煤种,3号实验先采用干法制浆方式找出最佳制浆条件煤属低水分、中高灰、高挥发分、特低硫、中等可磨的而后用湿法磨矿验证。干法制浆过程为:将磨好的易制浆煤种。3种煤样与最初设计值均有一定差煤粉、一定量添加剂和水加入烧杯中,用J-1型定别,在后续实验过程中可采用不同制浆工艺及方法时电动搅拌器搅拌6min后即得水煤浆。缩小差距将制备好的水煤浆进行表观黏度、浓度测试,并2实验仪器妥善保存,之后进行流动性、稳定性测试。TCPS-180×150型全密封锤式破碎缩分机,水煤浆浓度、黏度分别按照GB/T18856.2XMB-φ240×300型棒磨机,QHM-3型超细研磨机2008《水煤浆试验方法第2部分:浓度测定》和GBGS-86型电动振筛机,DT500A型电子天平(精确到T18856.4—2008《水煤浆试验方法第4部分:表观0.01g),MD110-2型电子天平(精确到0.0001g)黏度测定》测量101-DA型电热鼓风干燥箱,DHS16-A型多功能红水煤浆流动性测定采用目测法,分为A、B、C三外水分测定仪,NXS-4C型水煤浆黏度计,-1型定个等级,各等级划分为:A、B、C级分别表示连续流时电动搅拌器等。动、间断流动、不流动。为表示属于某一等级范围流1.3实验方法动性的较小差别,分别用“+和“-”加以区分,“现场气化水煤浆粒度要求为:≤0.075mm颗粒表示某一等级中流动性较好者;“-”表示某一等级质量分数≥40.0%,≤0.45mm颗粒质量分数≥中流动性较差者。段清兵等:褐煤制气化水煤浆实验研究2014年第6期试样密闭静置8h后,插棒观测,水煤浆稳定性可分表3。成4个等级。A级表示浆体保持其初始状态,无析表33种煤样分级研磨制浆工艺浆体性能水和沉淀产生;B级表示存在少量析水或少许软沉淀产生;C级表示有沉淀产生,密度分布不均,但经煤样实测浓表观黏度/(mPa·s)动性稳定性度/%(100s1,25℃)(8h后)搅拌作用后可再生;D级表示产生部分沉淀或全部硬沉淀。50.502结果与讨论51.722.1传统制浆实验52.63BBABB3种煤样单独成浆性实验结果见表2。53.192号BBBBB表23种煤样传统制浆工艺浆体性能实测浓25℃)流动性稳度/(mPa·s煤样ABB度/%(100s(8h后)10383号59.211152D1240号C1278C由表3可知,表观黏度小于1200mPa·s时,332978B种煤样采用分级硏磨制浆工艺所制水煤浆最髙浓度90s合zC分别为51.72%、54.82%、59.21%。与传统制浆工51.76艺相比,3种煤样分级硏磨制浆工艺水煤浆浓度提52,52C高3%以上。在现场工业化生产中,3种煤样采用分级研磨制浆工艺制浆的最高浓度分别为50.22%、53.68%、57.80%,比实验室低1%左右,煤浆流动性57.45较传统工艺有较大改善。1号煤样水煤浆浓度比设计值少2.78%,2号、3号煤样的水煤浆浓度已超过由表2可知,随成浆浓度的提高,水煤浆黏度设计值,但煤质指标与设计值差距较大。因此在分稳定性逐步提高,但浆体流动性明显变差。当表观级硏磨制浆工艺的基础上采用配煤制浆进一步缩小黏度小于1200mPa·s时,3种煤样采用传统制浆差距工艺所制水煤浆最高浓度分别为48.54%、51.76%2.3配煤制浆实验56.08%。1号煤样制浆浓度很低,远小于设计值;3配煤制浆是指将易成浆且制浆浓度高的煤种与号煤样浓度达标,但哈氏可磨性指数与设计值差距难成浆且制浆浓度低的煤种按照一定比例配比制较大。釆用传统工艺制浆时,3种煤样制备的水煤浆,扩大制浆煤种使用范围的同时,可提高水煤浆浓浆在现场工业化生产中的浓度低于实验室数据,且度。1号煤样作为主要煤源,制浆浓度非常低,不利流动性极差。鉴于此,采用分级研磨制浆工艺在实于后续气化反应;2号、3号煤作为辅助煤源,制浆浓验室重点对1号、2号2种煤样进行水煤浆提浓度比1号高。为提高水煤浆浓度,降低生产成本,将实验2号、3号煤样分别与1号煤样按照不同比例配煤,2.2分级研磨制浆实验并进行实验室成浆性实验,结果见表4。为减少添加剂、粒度级配配比对分级研磨制浆由表4可知,1号、2号煤按照质量比2:1、1工艺的影响,通过初步实验,在确定最佳添加剂用1配比制浆,表观黏度小于1200mPa·s时,最高浓量、最佳粒度级配的情况下进行分级硏磨制浆实验。度分别为52.53%、53.12%;1号、3号煤按照质量比3种煤样的最佳添加剂用量分别为0.5%、0.5%2:1、1:1配比制浆,表观黏度小于1200mPa·s0.3%,粗细粒质量比分别为85:15、85:15、90时,最高浓度分别为54.21%、545%。2014年第6期洁净煤技术第20卷号煤>1号煤,结合不同配煤比例水煤浆浆体性能[2]陈鹏中国煤炭性质、分类和利用[M].北京:化学工业出版考虑运行成本及气化反应效率等多种因素,确定较社,2007:39好配比方案为:1号、2号煤质量比=1:1或1号、3[3]何国锋我国水煤浆技术的现状与发展方向[M]∥/何国锋,段清兵水煤浆新技术研发及实践北京:中国石化出版社,2012号煤质量比2:1。以上2种配煤方案在工业应用中,制浆浓度为53%~55%,煤质分析指标及水煤浆[4]高志芳,朱书全,吴晓华褐煤提质改性对水煤浆特性的影响浓度均达到最初设计值。J]煤炭科学技术,2010,38(9):112-116表4不同配煤比例水煤浆浆体性能[5]高志芳,朱书全,黄波,等粒度分布对提质褐煤水煤浆性能影响的研究[J].选煤技术,2009(1):1-5煤比例度/%(10041,25℃流动性稳定性实测浓表观黏度/(mPa·s)[6]王志光,饶志雄,张德祥云南褐煤水煤浆成浆性分析[].山东(8h后)冶金,2007,29(4):41-43[7]王传成,刘建忠,虞育杰,等内蒙古褐煤的成浆特性[J].中国50.25B(1号)电机工程学报,2010,30(S1):85-9051.37(2号)=2:152.53[8]龚志华,顾兆云,徐志强,等.提高卬尼褐煤成浆性的试验研究[J]煤炭加工与综合利用,2008(1):26-28l280[9]刘烨炜,张胜局,何国锋,等褐煤改性对水煤浆浓度影响的研919究[J]煤质技术,2013(1):8-10(1号)52.4510]赵世永,张晋陶粒度配比对神府煤水煤浆稳定性的影响[J](2号)=1:153.12158煤炭工程,2006,38(12):89-911274BBAB[I]」贺鑫平,余涛,周敬林分级研磨制浆工艺应用于水煤浆气化的工程分析[J煤化工,2012,40(5):19-23.52.6l(1号):53.171059BBBBB[12]何国锋,段清兵,梁兴,等低阶煤制高浓度水煤浆技术硏究与应用[M]//徐振刚,曲思建煤化工技术理论与实践,北京(3号)=2:154.21中国石化出版社,200:13955.521289BABBB[13]段清兵,梁兴,张胜局,等提高神华煤气化水煤浆浓度的可行性研究[J].洁净煤技术,2009,15(2):49-51[14]张桂玲,杜丽伟,刘烨炜提高内蒙古低阶煤气化水煤浆浓度的实验研究[J].洁净煤技术,2013,19(4):5-58.[15]段清兵,刘烨炜,何国锋,等粒度级配对新疆低阶煤成浆性影响的研究[J煤化工,2014,42(3):35-383结论(上接第8页)1)东明煤、扎赉诺尔煤、宝矿提质煤传统制浆[23]初茉,李华民,褐煤的加工与利用技术[J煤炭工程,200537(2):47-49工艺的最高成浆浓度分别为48.54%、51.76%、[241藏和武,杜铭华,谢可玉,等,我国低灰褐煤资源及其优化利用56.08%;采用分级研磨高浓度制浆工艺技术后,3J].中国煤炭,2001,27(2):14-18.种煤样最高成浆浓度分别为51.72%、54.82%25]韦鲁滨,朱学帅,刘道春,等褐煤流态化温和干燥研究[J].中59.21%,煤浆浓度比传统制浆工艺提高3%以上。国矿业大学学报,2014,43(2):300-302)作为主要煤源的东明煤,制浆浓度达不到设[26 Sahu A K, Tripathy A, Biswal S K, et al. Stability study of an airdense medium fluidized bed separator for beneficiation of high-ash计值53%,考虑到煤价、气化效率、经济效益等因onal Journal of Coal Preparation and Ur素,在分级研磨高浓度制浆工艺技术的前提下采用配煤制浆方法进一步提浓,东明煤、扎赉诺尔煤质量[27]杨国华,陈清如振动穿流床煤炭干燥动力学硏究[J·煤炭学比1:1或东明煤、宝矿提质煤质量比2:1配煤时报,1998,23(6):644-648所制水煤浆浓度为53%~55%,满足水煤浆浓度设[28]陶秀祥,杨玉芬,骆振福,等水分对空气重介流化床选煤过程影响的综合分析与研究[J].选煤技术,1995(2):10-13计要求。[29]陶秀祥,陈清如,骆振福,等煤炭外水分布规律及其对流化床参考文献分选的影响[J].中国矿业大学学报,1999,28(4):326-30[30]韦鲁滨,陈清如,梁春城空气重介质流化床粗粒物料分选机