气化用水煤浆成浆影响因素分析

2022-09-10

水煤浆是一种煤基流体燃料, 由约65%煤、34%水和1%添加剂通通经经过过物物理理加加工工过过程程制制成成的的具具有有一一定定粒粒度度分分布布、、浓浓度度且且能能流动的浆体。在煤气化技术中采用湿法煤气化 (水煤浆气化) 工艺艺已已经经成成为为生生产产企企业业首首选选, , 该该法法由由于于煤煤种种适适应应范范围围宽宽、、气气化化操操作温度和压力高、易于操作及安全性高, 已成为煤气化技术发展及研究的重要内容[1]。随着我国对煤炭洁净利用的重视和新型煤气化技术研发的支持, 化工和电力行业对水煤浆的需求逐年增加, 加速了水煤浆行业的高速发展[2]。

1 水煤浆的质量特征与制备技术

影响水煤浆质量的三大要素是煤质特征、粒度分布以及添加剂。

在煤浆制备过程中, 煤质特征及煤粉粒度分布相对固定, 加入浆总量约1%的水煤浆添加剂方能制得合格的水煤浆, 添加剂选择、配比是制备高浓度水煤浆的关键技术之一, 它直接影响着水煤浆的各项性能。煤浆成浆性、煤浆浓度、煤浆粘度、煤浆粒度、水煤浆的稳定性是评价水煤浆质量的重要指标, 也是水煤浆气化工艺过程的重要影响因素之一[3,4]。

1.1 水煤浆的成浆性

煤的成浆性是指将煤制备成水煤浆的难易程度。成浆性与煤炭本身的理化性质有密切关系, 最显著的煤质因素是煤炭分析基水分Mad、哈氏可磨性指数HGI和氧 (O) 。除此之外, 水煤浆的粒度分布 (级配) 、添加剂、助熔剂、水质、制备条件、温度等对成浆性都有影响。

1.2 水煤浆的浓度

水煤浆的浓度是指浆中所含固体煤炭的重量百分数。浓度直接影响水煤浆的热值, 浓度越大, 水煤浆的发热量越大, 但在高浓度范围内, 水煤浆的粘度将随浓度增大而显著增高, 粘度过大, 对运输不利[5]。在水煤浆气化生产中, 一般水煤浆浓度在59%-65% (wt) 之间。相关研究表明, 如果能提高煤浆浓度维持在64%左右, 即能够满足气化过程用水和煤浆输送系统运行需要, 还能使得同类型装置生产能力明显提高, 带来巨大经济效益[6]。

1.3 水煤浆的黏度

为了便于利用, 在不同的剪切速率或温度下, 要求水煤浆能表现出不同的黏度值。当其静止时, 要求其表现出高黏度, 以利于存放;当其受到外力, 则能迅速降低黏度, 体现出良好的流动性, 也就是具有良好的触变性, 或者说是“剪切变稀”的特性。水煤浆还需要类似于油的黏温特性, 升温后, 黏度明显降低, 易于雾化, 可以提高燃烧效率。

1.4 水煤浆的粒度

水煤浆的粒度分布, 通常又称为粒度级配的分布, 对水煤浆的流变性、稳定性以及燃烧特性影响很大合理的粒径分布还有利于达到较高的水煤浆浓度。一般情况下, 煤炭的最大粒径不超过300μm, 且小于200目 (74μm) 的颗粒含量不小于75%。煤大颗粒间的空隙由小颗粒充填, 小颗粒的空间由更小的颗粒充填, 以保证煤粒间应能产生较高的堆积效率 (一般>70%) , 以形成空隙最少的堆积。

1.5 水煤浆的稳定性

水煤浆稳定性是表示颗粒抗沉降的能力。水煤浆的稳定性是表征水煤浆质量的一项重要指标, 它是指煤浆在运输和贮存过程中, 可保持其物性均匀的一种性质。水煤浆是固、液两相液体, 且属粗分散系, 因此产生固、液分离, 生成沉淀物不可避免。

1.6 水煤浆制备技术

水煤浆制备有干法和湿法两种, 干法磨制由于能耗较大、可控性差等缺点不如湿法磨制使用采用率高[7]。湿法制水煤浆工艺通常包括选煤、破碎、磨制、搅拌与输送等环节, 如图1所示。

2 气化用水煤浆成浆影响因素分析

具有浓度高, 流动性好, 较强稳定性, 良好的剪切稀化效应、没有硬沉淀的高质量的水煤浆是保障气化系统运行稳定的重要条件, 水煤浆成浆影响因素分析及采取措施主要包括以下几方面[8]。

2.1 原料煤的选用

原料煤性质是影响水煤浆成浆性的重要因素之一。水煤浆气化适用烟煤、无烟煤, 原料煤的内水小于8℅, 灰分13℅, 灰熔点低于1300℃。在选用煤种前, 必须对原料煤性质进行系统分析和研究, 其中包括工业分析、元素分析、发热量、硫分、灰成分、煤岩组分、可磨性和煤的表面物理化学性质等。通过原料煤性质分析, 为下一阶段研磨特性试验、添加剂研究和气化试验研究提供基础数据和数据支持具有重要意义。

2.2 级配技术的使用

水煤浆要求具有良好的粒度分布, 使其中不同大小的煤粒能够相互充填, 尽可能减少煤粒间的空隙, 达到较高的“堆积效率”。该项技术简称为“级配”。根据煤的研磨与煤质特性, 将选择性粗磨与超细磨相结合, 通过分级研磨, 优化粒度级配, 不仅可提高水煤浆的浓度, 还可改善水煤浆的流变性, 提高后续气化系统效率, 降低能耗。

2.3 制水煤浆工艺与设备的选择

在给定原料煤的粒度特性与可磨性条件下, 如何使水煤浆最终产品的粒度分布能达到较高的“堆积效率”就需要合理选择磨煤设备与制浆工艺流程。磨煤是水煤浆制备过程中的关键环节, 不但要求产品达到一定的细度, 更重要的是产品应有较好的粒度分布, 只有这样才能保证水煤浆的质量指标达到工艺要求。因此, 磨煤工艺流程、磨煤设备、磨机结构及磨机运行工况是完成制浆任务的重要手段。