無(wú)煙煤水煤漿燃燒特性和氣化特性研究

第20卷第5期潔凈煤技術(shù)Vol 20 No 52014年9月Clean Coal Technology014無(wú)煙煤水煤漿燃燒特性和氣化特性研究顏淑娟12,3煤炭科學(xué)技術(shù)硏究院冇限公司節能工程技術(shù)硏究分院,北京100013:2.國家水煤漿工程技術(shù)硏究中心,北京100033煤炭資源髙效開(kāi)采與潔凈利用國家重點(diǎn)實(shí)驗窒,北京100013;4:國家能源煤炭髙效利用與節能減排技術(shù)裝備重點(diǎn)實(shí)驗室,北京100013)摘要:為了提高水煤漿成漿濃度,選取一種無(wú)煙煤作為研究對象,分別利用常規研磨工藝和分級研磨工芑進(jìn)行制漿實(shí)驗考察其成漿性能。結果表明:利用分級硏磨工藝優(yōu)化粒度后,水煤漿濃度能達到67.3%,成漿性良妤。選取2種工藝制得的樣品進(jìn)行了燃燒特性實(shí)驗,發(fā)現釆用分級研磨工藝制得的樣品的燃點(diǎn)和燃燼溫度有一定程度的降低,燃燼指數増大,加λ助燃劑后該特性更加明顯,這是由于分級研磨工芑所制水煤漿中細顆粒含量増加,反應活性變好。重點(diǎn)考察了不冋催化劑加入量對煤樣氣化反應活性的影響。隨著(zhù)催化劑加入量的増加,氣化反應活性有不冋程度提高,實(shí)驗樣品的催化劑的最佳加入量為0.2%。關(guān)鍵詞:無(wú)煙煤;分級研磨;水煤漿;燃燒特性;催化劑;氣化反應中圖分類(lèi)號:TK6文獻標志碼:A文章編號:1006-6772(2014)05-0093-04Combustion and gasification characteristics of anthracite coal water mixtureYAN Shujuan1. Energy Conservation and Engineering Technology Research Institute, Coal Science and Technology Research Institute Co, Ltd, Beijing 100013, China;2. National CWM Engineering and Technology Center, Beiing 100013, China;3. State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization( China Coal Research Institute100013, China; 4. National EnergAbstract: To inprove the mass concentration of coal water mitture(CWM), a type of anthracite was selected as raw material to investigatets slurryability. Traditional and classified grinding CWM preparation processes were used in the tests. The results show that, the concentra-tion of CWM reaches to 67. 3% when the anthracite particle size distribution is optimized by classified grinding process. Investigate the com-bustion characteristics of the CWM samples prepared by traditional and classified grinding processes. It is found that the ignition point andburnout temperature reduce in some extent and the burnout index increase. The combustion improver makes this characteristics more obvious. This is because classified grinding process increases the small size coal particles which has better reactivity. Meanwhile, the effects ofcatalyst content on gasification reactivity are investigated. The results prove that, the catalyst improves the gasification reactivity. The optilum added content of catalyst is 0. 2% for the samplesKey words: anthracite; classified grinding; coal water mixture; combustion characteristic; catalyst; gasification reactivity表性的貴州無(wú)煙煤,進(jìn)行了成漿性實(shí)驗、燃燒特性實(shí)驗和氣化反應活性實(shí)驗。水煤漿是由一定粒度級配的煤粉、少量添加劑和水混合而成的穩定流體1,影響水煤漿成漿濃度1無(wú)煙煤成漿性實(shí)驗的因素有很多,其中煤質(zhì)特性非常重要。無(wú)煙煤的1.1實(shí)驗樣品活性較差2,在制漿中應用較少,實(shí)驗選取了有代無(wú)煙煤樣性質(zhì)分析見(jiàn)表1。收稿日期:2014-06-20;責任編輯:宮在芹DO:10.13226/jisn.1006-6772.201405.02基金項目:煤炭科學(xué)硏究總院基礎研究資助項目(201JC07)作者簡(jiǎn)介:顧淑娟(1983—),女,山東菏澤人,助理研究員,從事水煤漿制和添加劑硏發(fā)工作。E--mail:yanshujuanz@163.com引用格式:顏淑娟.無(wú)煙煤水煤漿燃燒特性和氣化特性研究[J].潔凈煤技術(shù),2014,20(5):93-962014年第5期潔凈煤技術(shù)第20卷灰分雖然不直接參加氣化反應,但卻消耗煤在反應,并增加煤氣產(chǎn)率。但是揮發(fā)分太高的煤容易氧化反應中產(chǎn)生的反應熱,灰分越高,煤的發(fā)熱量越自燃,為儲煤帶來(lái)一定困難。表1表明,樣品屬低揮低,漿化特性也較差。煤的揮發(fā)分越高,越利于氣化發(fā)分煤。表1無(wú)煙煤樣性質(zhì)分析工業(yè)分析元素分析(Cad) w(Hd) w(nad) w(,,,,ud) w(Od)5.451.21LI77.973.281.361.2實(shí)驗方法度煤粉,然后將其放人超細硏磨機中進(jìn)行磨礦,每次常規工藝制漿:將原料煤破碎到小于6πm,后亼料ω.7kg,根據煤的磨礦特性確定磨礦時(shí)間。按將其放入棒磨機中磨礦,每次人料2.5kg。磨礦時(shí)照設定濃度,將粗粉和細粉按照不同比例混合,加人間根據煤的磨礦特性與岀料粒度要求選擇,棒磨磨定量添加劑和水進(jìn)行成漿性實(shí)驗,并對漿體的質(zhì)量礦選擇不同時(shí)間點(diǎn),并將對應時(shí)間點(diǎn)的煤粉取出。濃度、黏度和粒度進(jìn)行考察,選擇最佳粒度級配。對每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的煤粉用GS-86型電動(dòng)振篩機進(jìn)行1.3結果分析干法篩分,測出其粒度分布。根據氣化水煤漿粒度常規制漿工藝條件下的成漿性實(shí)驗結果見(jiàn)表分布的具體要求,選擇此時(shí)的煤粉為干法成漿性實(shí)2,分級研磨工藝實(shí)驗結果見(jiàn)表3。驗的原料。在同一粒度分布條件下,按照設定濃度表2常規制漿工藝下無(wú)煙煤成漿性分別加入定量的煤粉、添加劑和水進(jìn)行成漿性實(shí)驗,濃度′表觀(guān)黏度(100s-1,流動(dòng)穩定性粒度分布并對漿體的質(zhì)量濃度、黏度(<1200mPa·s)、流變%25℃)/(mPa·s)性(24h后)(<0.075mm)/%性和穩定性進(jìn)行研究。64.50832-B60.05分級研磨工藝制漿:前期操作與常規工藝磨礦注:流動(dòng)性A表示煤漿能從平勺中連續流下;流動(dòng)性B表示煤相同。將磨好的煤粉取出。取出制備好的部分粗粒漿能從平勺中斷續流下表3分級研磨工藝下無(wú)煙煤成漿性濃度/%表觀(guān)黏度(100-1粒度分布/%流動(dòng)性穩定性5℃)/(mPa·s)(24h后)<1.000m<0.45067.31l11398.1660.1067A99.3285:1567.3008370.17主:m、m、分別為粗粉和細粉質(zhì)量由表2可知,利用常規工藝制漿,按照氣化漿粒天平實(shí)驗,所得結果如圖1—圖3和表4所示。度要求,制漿濃度能夠達到64.5%。由表3可知,將粗細粉按照不同比例進(jìn)行混合,在m.:m,=85:15時(shí),粒度級配合理,漿態(tài)較好,此時(shí)水煤漿濃度為DTG67.30%。2無(wú)煙煤燃燒特性研究2.1熱天平實(shí)驗020040060080010001200溫度C無(wú)煙煤的煤質(zhì)特征決定了其反應活性較差46。分別取一定量的無(wú)煙煤常規工藝漿樣(樣圖Ⅰ無(wú)煙煤常規工藝漿樣TG-DTVG品1)、分級研磨工藝漿樣(樣品2)、分級研磨工藝22結果分析無(wú)煙煤分級研磨工藝漿樣、無(wú)煙煤分級研磨工顏淑娟:無(wú)煙煤水煤漿燃燒特性和氣化特性研究2014年第5期藝加助燃劑煤漿的揮發(fā)分初析溫度和燃點(diǎn)均比無(wú)煙沉降爐和流化床氣化爐及滴管爐法、等離子法ν煤常規工藝漿樣低。無(wú)煙煤常規工藝漿樣燃燼溫度實(shí)驗選用熱重法,該方法可準確測定物料質(zhì)量817℃,無(wú)煙煤分級研磨工藝漿樣燃燼溫度809℃變化,干擾小3。采用美國TA公司生產(chǎn)的Q500與無(wú)煙煤常規工藝漿樣相比降低了8℃,加入助燃TGA熱重分析儀。在軟件中設定穩定及氣氛條件,劑后的煤漿樣品燃燼溫度為772℃,與無(wú)煙煤常規初始化工作條件,開(kāi)始測量。實(shí)驗升溫速率為10工藝漿樣相比降低了高達45℃。3個(gè)樣品的燃燼℃/min,在升溫過(guò)程中通入CO2,升溫至900℃后恒特性指數也依次變大。這是由于分級研磨制漿工藝溫至質(zhì)量不再變化所制漿樣中,細顆粒含量增加,煤漿顆粒比表面積增通過(guò)煤中碳轉化率的變化(即煤中碳與CO2反大,煤漿的反應活性變好,助燃劑的加入對無(wú)煙煤的應轉化為CO后的失重變化)來(lái)判定催化氣化的活燃燒特性影響更為明顯8。性5。碳轉化率計算公式如下(m0-m)/(式中,m是初始質(zhì)量;m是某一時(shí)刻的質(zhì)量;m。是反600.02應無(wú)時(shí)間限制進(jìn)行到最后的質(zhì)量。DTG-0.043.2結果分析采用分級研磨制漿工藝進(jìn)行制漿,漿樣的燃燒200400600800100012800特性顯著(zhù)提高。在氣化反應活性實(shí)驗中,也得到一致的規律,無(wú)煙煤分級研磨制漿工藝所制取的漿樣溫度r℃其失重時(shí)間提前,最大失重速率提高,碳轉化率提圖2無(wú)煙煤分級研磨工藝漿樣TG-DTG高。在此基礎上,實(shí)驗重點(diǎn)考察了催化劑對氣化反應活性的影響。選取煤氣化常用催化劑1,在制漿過(guò)程中分別0.02DTG加入干基煤的0.1%0.2%、0.3%進(jìn)行制漿,將漿樣干燥后制得樣品進(jìn)行CO2氣氛下的熱重實(shí)驗,得到0.06失重曲線(xiàn)、失重速率曲線(xiàn)和碳轉化率曲線(xiàn)。如圖0.084—圖6所示。020040060080010001200溫度C圖3無(wú)煙煤分級硏磨工藝加助燃劑漿樣TG-DTG表4水煤漿樣品的燃燒特征值樣揮發(fā)分初燃點(diǎn)/燃燼溫T。/F/f1/f2/Cb無(wú)煙煤0.1%催化劑品析溫度/℃℃度/℃Cs%%%(10-4·s1)0.2%催化劑0-0.3%催化劑14755968173319820.1977.817.83920100150200250300350400275908093289820.8577.158.2394時(shí)間/min4585807722889822,2875.7210.216圖4催化劑加入量對樣品失重的影響注:7為燃燼時(shí)間;f為T(mén)時(shí)刻對應的煤樣失重率;/為T(mén)G曲線(xiàn)上燃點(diǎn)對應的煤樣失重率/2=f一,為后期燃燼率;C為燃燼特性指無(wú)煙煤數,C,=(/12)/T0.80.1%催化劑0.2%催化劑0.3%催化劑3無(wú)煙煤氣化反應活性研究80.43.1實(shí)驗方法氣化反應動(dòng)力學(xué)是煤氣化技術(shù)的關(guān)鍵,研究深050100150200250300350400入與否直接影響氣化爐的設計和改進(jìn),日前主要的時(shí)間/min2014年第5期潔凈煤技術(shù)第20卷參考文獻[]何國鋒,詹隆,王燕芳.水煤漿技術(shù)發(fā)展與應用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2012無(wú)圖[2]陳雪楓中國無(wú)煙煤利用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,→0.2%催化劑0.3%催化劑[3]何國鋒水煤漿新技術(shù)研發(fā)與實(shí)踐[M].北京:中國石化出版050100150200250300350400社,時(shí)間min4]馬志剛,方夢(mèng)祥,張鋒,等.無(wú)煙煤的燃盡特性分析[J].熱力圖6催化劑加入量對碳轉化率的影響發(fā)電,2008,37(1):13-16由圖6可以看出,加入催化劑后,樣品的失重過(guò)[5]于遵宏,王輔臣.煤炭氣化技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,程加快,最大失重速率由0.7041%/min增大為[6]陳朝柱,俞建洪開(kāi)發(fā)利用我省無(wú)煙煤制造水煤漿的可行性分0.8034%/min,在反應時(shí)間和溫度相同時(shí),漿樣的碳析[J].福建能源開(kāi)發(fā)與節約,2001(2):24-2轉化率明顯變大。但這一規律并不隨著(zhù)催化劑加入7]姜秀民,楊海平,劉輝,等粉煤顆粒粒度對燃燒特性影響熱量的增加而持續變化,說(shuō)明該煤種在特定粒度下的分析[J].中國電機工程學(xué)報,2002,22(12):142-145水煤漿漿樣,有一個(gè)較佳的催化劑加入量。針對本8]公旭中,郭占成,王志Fe2O3催化無(wú)煙煤燃燒燃點(diǎn)降低機理項目所選取的無(wú)煙煤,催化劑1的最佳加入量為的實(shí)驗研究[J]化工學(xué)報,2009,60(7):1707-1713[9]代松濤,許慎啟,于廣鎖煤氣化反應動(dòng)力學(xué)實(shí)驗研究方法進(jìn)展0.2%。[J].煤炭轉化,2008(7):86-90[10]陳家仁煤炭氣化的理論與實(shí)踐[M].北京:煤炭工業(yè)出版社4結語(yǔ)研究的無(wú)煙煤具備較好的成漿性能,利用分級[1]張濟宇,林駒,黃文沂,等低活性劣質(zhì)無(wú)煙煤的催化氣化J煤炭轉化,2001(10):32-39研磨工藝,制漿濃度可達67.3%。由于其煤質(zhì)特[12]匡建平黑液水煤漿催化氣化機理以及氣流床氣化數值模擬點(diǎn),無(wú)煙煤反應活性較差,但通過(guò)優(yōu)化粒度級配和加研究[D]杭州:浙江大學(xué),200入催化劑等方式,煤樣的燃燒特性和氣化特性都有13]劉艷利用熱重分析儀研究煤的催化氣化[D].西安:西北了顯著(zhù)提高。下一步的研究應詳細考察溫度、壓力大學(xué),2007對無(wú)煙煤及低揮發(fā)分煤氣化反應活性的影響,并進(jìn)[14]王曉鵬不同煤種水煤漿與黑夜水煤漿在常壓和加壓條件下的氣化特性[D]杭州:浙江大學(xué),2008行多種催化劑的催化氣化實(shí)驗,開(kāi)發(fā)高性?xún)r(jià)比的催[15]陳亞妮熱重法研究煤焦-CO2的催化氣化反應性[D]西安化劑。西北大學(xué),2009(上接第89頁(yè))肥設計,2012,50(4):1-4參考文獻[9]朱瑞春,公維恒,范少鋒煤制天然氣工藝技術(shù)研究[J].潔凈煤技術(shù),2011,17(6):81-83[1]汪寶林煤氣化化學(xué)與技術(shù)進(jìn)展[J]潔凈煤技術(shù),2014,20(3)[10]郭東升中國煤制天然氣發(fā)展現狀研究[J].廣州化工,201341(2):1-4[2]李瑤,鄭化安,張生軍,等煤制合成天然氣現狀與發(fā)展[J1]藺華林,李克健,趙利軍煤制合成天然氣現狀及其發(fā)展[J]潔凈煤技術(shù),2013,19(6):62-66,69上?；?2010,35(9):25-29[3]亢萬(wàn)忠當前煤氣化技術(shù)現狀及發(fā)展趨勢[J]大氮肥,2012,35[12]蔡東方,王黎,徐靜,等煤制天然氣煤氣化技術(shù)的研究現(1):32-40[4]錢(qián)衛,黃于益,張慶偉,等煤制天然氣(SNG)技術(shù)現狀[J]狀及分析[J潔凈煤技術(shù),2011,17(5):44-46潔凈煤技術(shù),2011,17(1):27-31[13]張臘,米金英干煤粉加壓氣化技術(shù)的現狀和進(jìn)展[J]潔凈[5]趙亮,陳允捷國外甲烷化技術(shù)發(fā)展現狀[J.化工進(jìn)展煤技術(shù),2012,18(2):74-78012,31(S1):176-179[14]王鵬,張科達碎煤加壓固定床氣化技術(shù)進(jìn)展[J]煤化工6]田基本煤制天然氣氣化技術(shù)選擇[J]煤化工,2009,10(52010,37(1):5-6.[15]包福軍GSP粉煤氣化生產(chǎn)天然氣變換工藝改進(jìn)的探討[J][7]苗興旺,吳楓,張數義煤制天然氣技術(shù)發(fā)展現狀[J]氮肥技廣州化工,2014,42(7):16-1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