關(guān)于以新疆庫爾勒煤制備水煤漿的研究

20l4化肥設計第52卷第3期12Chemical Fertilizer Design2014年6月設計技術(shù)關(guān)于以新疆庫爾勒媒制備水煤漿的硚究夏吳12,陳鋼,曾凡虎,唐鳳金,陳巳樊(1.中國五環(huán)工程有限公司,湖北武漢430223;2.國家能源低階煤綜合利用研發(fā)中心,湖北武漢430223)摘要:以新疆庫爾勒煤為煤樣,研究了在以萘磺酸鹽為添加劑的情況下,采用粧度級配方法制備水煤漿的最佳條件。實(shí)驗結釆表明,①菾磺酸鹽的添加量宜為θ.3%(以干基煤為標準);②Ⅰ"煤樣粗細粒度宜按6:4級配,2煤樣粗細粒度宜按5:5級配;③!煤樣可制得質(zhì)量分數約為59%的水煤漿,2煤樣可制得質(zhì)量分數約為6%的水煤漿,且均表現出一定的屈服假塑性,可以滿(mǎn)足水煤漿氣仳技術(shù)的要求。關(guān)鍵詞:新疆庫爾勒;煤樣;水煤漿;添加劑;粒度級配;流變特性doi:10.3969/i.iss.1004-8901.2014.03.004中圖分類(lèi)號:TQ534.4文獻標識碼:A文章編號:1004-8901(2014)03-0012-03Researching on Preparing Water Coal Slurry Made by Coal in Korla of XinjiangIA Wu 2, CHEN Gang, ZENG Fan-hu', TANG Feng-jin', CHEN Si-fan'(1. China Wuhuan Engineering Company Ltd, Wuhan Hubei 430223 China;2. Comprehensive Utilization Development Centre of Low Valence Coal of National Energy, Wuhan Hubei 430223)Abstract: Taking the coal in Korla of Xinjiang as a coal sample, author has researched the optimal condition for preparing the water coal slurry bymeans of granularity class-distribution method under situation taking naphthalene sulfonate as an adding agent. Experimental result indicates that (1)Adding quantity of naphthalene sulfonate should be 0. 3 % taking dry base coal as standard ); (2) Granularity of 1"coal sample shall be proportional as6: 4: Granularity of 2*coal sample shall be proportional as 5: 5; (3)1" coal sample can make water coal slurry with mass fraction of about 59%, 2*coalample can make water coal slurry with mass fraction of about 62%, moreover all showing definite pseudo-plasticity, it can meet requirement for gasifiction technology of water coal slurryKey words: Korla Xinjiang; coal sample; water coal slurry; adding agent; granularity class- distribution; flow variation characteristicdoi:10.3969/.iss.1004-8901.2014.03.004水煤漿是伴隨著(zhù)20世紀70年代國際石油危機主知識產(chǎn)權的對置式多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)、多元料發(fā)展起來(lái)的一種新型煤基流體潔凈燃料,是由煤漿氣化技術(shù)已應用于多套裝置。粉、水和添加劑混合攪拌而成的流體,與重油一樣基于經(jīng)濟性考慮,水煤漿氣化技術(shù)對煤的特性可作為流體輸送、貯存,在氣化爐中參與化學(xué)反應有一定要求。煤的氧碳比、揮發(fā)分與灰分含量、灰制造合成氣。熔融溫度和水煤漿濃度及流變特性均影響水煤漿我國研究水煤漿技術(shù)始于20世紀80年代初,氣化的正常運行。筆者通過(guò)相關(guān)實(shí)驗,考察了新疆經(jīng)過(guò)長(cháng)期的研究和開(kāi)發(fā),已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)推廣應庫爾勒煤的煤質(zhì)特性和成漿性能,獲得了新疆庫爾用階段。勒煤樣的最佳制漿濃度。水煤漿氣化技術(shù)具有如下特點(diǎn):①原料來(lái)源廣泛,煤漿性能穩定,易于泵送;②技術(shù)成熟、可靠,已有1實(shí)驗部分數套工藝裝置多年的運行經(jīng)驗,便于大型化、規?；?1.1煤樣易實(shí)現自動(dòng)化控制和清潔化生產(chǎn);③氣化壓力較高實(shí)驗選用新疆庫爾勒煤為成漿原料,新疆庫爾可以節省合成氣的壓縮功;④氣化爐內無(wú)傳動(dòng)裝置,勒1煤及新疆庫爾勒2”煤的元素分析和工業(yè)分析結構比較簡(jiǎn)單⑤有效氣(CO+H2)含量高,由于氣化見(jiàn)表1溫度高,氣體中甲烷含量低,不含焦油,惰性組分含量作者簡(jiǎn)介:夏吳(1965年-),男,湖北利川人,1985年畢業(yè)于浙江大第3期夏吳等關(guān)于以新疆庫爾勒煤制備水煤漿的硏究表1新疆庫爾勒煤樣元素分析和工業(yè)分析水分和氧碳比是反映煤質(zhì)的2個(gè)重要指標,也元素分析,w/%工業(yè)分析,/%是衡量煤種成漿性能的重要指標。由表1可知,新疆庫爾勒煤樣的水分含量較低,氧碳比較低。在氣化過(guò)程中煤中的硫生成H2S和少量有機1147202174080414143032硫(CO),煤中硫含量主要影響合成氣的凈化。由2“煤75.934.118.820.850.297.174.6030.61表1可知,新疆庫爾勒煤樣屬于低硫煤。1.2實(shí)驗灰分和發(fā)熱量直接影響著(zhù)氣化性能和經(jīng)濟性能1.2.1水煤漿制備發(fā)熱量高、灰分含量較低的煤種作為水煤漿氣化的原煤樣用量約3kg,破碎至粒度約10mm。將粗料時(shí),氣化氧耗、煤耗較低,氣化效率較髙。由表1和碎后的煤樣使用對輥破碎杋進(jìn)行細碎,將細碎后的表3可知,新疆庫爾勒煤樣屬于髙發(fā)熱量、特低灰煤煤樣均勻地平鋪在托盤(pán)中,放入105℃的恒溫鼓風(fēng)HCⅠ是衡量煤可磨性的重要指標,HGⅠ越高,煤干燥箱內進(jìn)行干燥,燥時(shí)間為12h。干燥后的煤越易磨碎,在同等粒度分布條件下,制備水煤漿電樣使用球磨機進(jìn)行磨煤制樣,時(shí)間控制在10~15耗越低。表3顯示煤樣的HGI分別為67和η,屬min。煤樣使用40目和200目篩子進(jìn)行篩分。粒度于中等可磨煤。級配后的煤樣加入水和萘磺酸鹽(添加劑)制備成灰熔融溫度是確定水煤漿氣化操作溫度的主水煤漿,并用10r/min攪拌器攪拌15min要因素,也是煤種選擇的重要依據。由表3可知,12.2水煤漿濃度的測定新疆庫爾勒煤樣屬于低灰熔融溫度煤,符合水煤漿采用GB/T1856.2-2008中規定的紅外干氣化用煤灰熔融溫度要求。燥法進(jìn)行濃度測定。2.2煤的成漿性能1.2.3水煤漿黏度的測定2.2.1添加劑比選使用成都分析儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的NXS-4C型黏度在水煤漿的制備過(guò)程中需加入一定量的表面計,采用GB/T88564-20082中規定的方法測定活性劑或其他助劑,使煤粉均勻分散在水中成為穩水煤漿的黏度和流變特性。定的懸浮液,以提高水煤漿的濃度并改善水煤漿的1.2.4水煤漿流動(dòng)性和穩定性分析流動(dòng)性和穩定性。綜合考慮分散效果和生產(chǎn)成本水煤漿的流動(dòng)性分析采用目測法,穩定性分析采等因素,并借鑒相關(guān)經(jīng)驗,實(shí)驗中確定萘磺酸鹽為用棒插觀(guān)察法,水煤漿流動(dòng)性和穩定性分析見(jiàn)表2。添加劑,用量0.3%(以干基煤為標準)。表2水煤漿流動(dòng)性和穩定性分析2.2.2粒度級配粒度分布是影響水煤漿的流變性、穩定性及燃料流動(dòng)性分析穩定性分析性的重要因素。水煤漿中煤粉的粒度要達到一定的A平滑流動(dòng),不間斷無(wú)析水,無(wú)沉淀細度,保證其充分燃燒,還要具備良好的粒度分布,盡B流動(dòng)不流暢,有間斷輕微析水,少許沉淀C不能自主往下流,需借助外力沉淀嚴重可能地減少水的消耗,制成高濃度漿。因此,控制好結團現象嚴重結塊水煤漿的粒度分布是水煤漿制備過(guò)程中的一項關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)分析 Shukra3、 Whitmore4和 Christians2結果與討論en51等人的相關(guān)研究成果,本實(shí)驗采用雙峰級配的方法制漿,40~200日(以下稱(chēng)為粗粒)與200目以上細2.1煤質(zhì)基礎數據分析顆粒(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為細粒)之間的配比見(jiàn)表4。作為水煤漿氣化的原料煤種,其煤質(zhì)直接影響著(zhù)水煤漿的各項指標、成漿性能、氣化性能和經(jīng)濟表4新疆庫爾勒煤樣級配方案性能。新疆庫爾勒煤的發(fā)熱量、哈氏可磨指數序號粗粒細粒(質(zhì)量比)1煤2煤(HGⅠ)和灰熔融溫度見(jiàn)表3。625:5表3新疆庫爾勒煤樣發(fā)熱量、HI和灰熔融溫度6:4灰熔融溫度/℃煤樣HGI添加劑用量為0.3%,采用表4所述配比方案制成質(zhì)量分數為60%的水煤漿。水煤漿的表觀(guān)黏1“煤28142.89671082111111314化肥設計2014年第52卷表5新疆庫爾勒煤樣粒度級配對水煤漿特性的影響粗粒:細粒表觀(guān)黏序號煤樣流動(dòng)性穩定性1600(質(zhì)量比)CcACCCBBB1200形800新疆庫爾勒1·煤樣粗細顆粒按6:4級配制得的水煤漿黏度最小,為448.83mPa·s,但其流動(dòng)性和剪切速率/s穩定性較差,故1“煤樣粗細顆?？砂?:4級配確定1煤樣(濃度59%);·2"煤樣(濃度62%)最佳制漿濃度;新疆庫爾勒2“煤樣粗細顆粒按5:5圖1新疆庫爾勒煤樣最佳成漿濃度的流變特性級配制得的水煤漿黏度小,且具有良好的流動(dòng)性和穩定性,由此得出煤樣粗細顆粒按5:5級配確定最佳制漿由表7可知,新疆庫爾勒1煤樣和新疆庫爾勒濃度2煤樣制得水煤漿的表觀(guān)黏度都隨著(zhù)濃度的增加而2.2.3水煤漿濃度變大。這是因為隨著(zhù)水煤漿濃度增加,體系中固體添加劑用量為0.3%,由新疆庫爾勒煤樣制備顆粒的質(zhì)量分數增加,顆粒之間起潤滑作用的自由的水煤漿性能見(jiàn)表6。流動(dòng)水的質(zhì)量分數減少,顆粒之間摩擦力增加,導表6新疆庫爾勒煤樣水煤漿成漿性能致水煤漿黏度增加,即對于同一煤樣,水煤漿的黏序號煤樣粗粒:細粒濃度表觀(guān)黏度度大小與水煤漿的濃度呈正相關(guān)特征。流動(dòng)性穩定性(質(zhì)量比)w/%/mPa由圖1可以看出,新疆庫爾勒煤樣最佳成漿濃11煤6:459453.67BC度條件下水煤漿的表觀(guān)黏度隨著(zhù)剪切速率增大而降低,均表現出一定的屈服假塑性。這有利于氣化60420.005:5ABcBBB用水煤漿的儲存、泵送和霧化。1037.503結論新疆庫爾勒1煤樣制得的水煤漿質(zhì)量分數在(1)以萘磺酸鹽作為添加劑,添加量為0.3%59%時(shí)呈現較好的流動(dòng)性和穩定性,新疆庫爾勒2″(以干基煤為標準),粗細顆粒按6:4級配,實(shí)驗室煤樣制得的水煤漿質(zhì)量分數在62%時(shí)呈現較好的條件下新疆庫爾勒!“煤樣成漿的質(zhì)量分數約為流動(dòng)性和穩定性。由此可知,新疆庫爾勒1·煤樣和59%,可以滿(mǎn)足水煤漿氣化技術(shù)的要求。2“煤樣的最佳成漿質(zhì)量分數分別為59%和62%。(2)以萘磺酸鹽作為添加劑,添加量為0.3%2.3水煤漿的流變特性水煤漿流變特性是指受外力作用發(fā)生流動(dòng)與變(以干基煤為標準),粗細顆粒按5:5級配,實(shí)驗室形的特性,其與水煤漿的儲存輸送和霧化燃燒密切條件下新疆庫爾物2煤樣成求的質(zhì)量分數約為相關(guān)。在表6所示濃度條件下,新疆庫爾勒煤樣水煤62%,可以滿(mǎn)足水煤漿氣化技術(shù)的要求。漿表觀(guān)黏度隨剪切速率變化的規律見(jiàn)表7,最佳濃度(3)2種煤樣單獨制漿,新疆庫爾勒2煤樣的條件下的表觀(guān)黏度隨剪切速率變化的規律見(jiàn)圖1成漿性能明顯優(yōu)于新疆庫爾勒1煤樣。表7新疆庫爾勒煤樣水煤漿表觀(guān)黏度隨剪切速率變化的規律參考文獻煤粗粒:細粒濃度不同剪切速率下的表觀(guān)黏度/mPa·s[1]GB/T18856.2-2008.水煤漿質(zhì)量試驗方法[S](質(zhì)量比)/%10s-1205-140s-1605-180-100-12]GB/T1864-200水煤漿質(zhì)量試驗方法[S]1“煤6:45974362052249459[3 SHUKLA S C, KUKADE S, MANDAL S K, et al. Coal-oil-water60806623536474454449Behavior and prediction of optimum2“煤5:560932661509451432420rticle size[J].Fuel,2008,87:3428-34326215891250998868807772[4 Fideris V, et al. Rheol. Acta VI. N4-6, 1961