煤炭在我国能源结构占据重要地位, 约占总能源消耗75%-80%, 为国民经济发展做出了巨大的贡献, 但与此同时也带来一系列社会、环境问题, 发展洁净煤技术, 提高煤炭资源利用率, 降低环境污染, 是煤炭工业重要发展方向。煤气化是目前洁净煤技术热点领域, 水煤浆是其中典型代表, 极大的提高了转化效率, 降低了能量消耗, 环境污染少。褐煤是一种煤化程度最低的矿产煤, 但具有较好的液化活性, 是一种易于水煤浆化的煤种, 我国褐煤资源丰富, 储量大, 可开采点较集中, 可以预见以褐煤为原材料进行煤气化将成为我国未来能源战略重要组成部分。本次研究就褐煤水煤浆气化在煤气化领域的应用进行概述。
一、煤气化工艺
谈到褐煤水煤浆气化, 便不得不提煤气化工艺。气化炉技术是煤气化工艺核心, 按照技术原理可分为固定床、流化床、气流床。固定床气化炉历史悠久, 一类以UGI炉为典型代表, 能耗高、强度低, 对原料的质量要求较严格, 不适用于绝大多数矿产煤, 已基本被淘汰, 另一类以鲁奇气化炉为典型代表, 硫排放量少, 对煤质量要求较低, 合成效率高, 但同时废水排放量大, 生产工艺流程复杂, 运营成本高, 我国因历史原因, 其仍为最常见的气化炉。流化床煤气化工艺包括温克勒 (HTW) 、KRW工艺、恩德工艺等, 以煤粉为形式进行气化, 废弃排放量小, 但消化较高, 废水排放量大。气流床气化工艺是目前煤气化工艺主流工艺, 部分工艺已经成熟, 按照进料形式可分为煤粉形以及水煤浆形, 前者运用较广, 效率较高, 后者在我国也已得到初步推广, 综合效益较高。但应注意的是, 以上煤气化工艺对煤质均有一定的要求, 而褐煤作为一种低质煤, 其煤气化技术在国内外仍为空白[1]。
二、水煤浆技术
水煤浆技术是一种重要的洁净煤技术, 我国将其纳入《中国21世纪议程》, 可见其在能源战略中的地位。水煤浆技术多作为储备技术, 易受能源价格因素的影响, 其代表成果包括俄罗斯新西伯利亚电厂、美国莫哈夫电厂、日本小名滨电厂等, 但技术原理均大同小异, 将水煤浆、油、煤粉进行混合燃烧, 提高燃烧效率。目前, 水煤浆技术运用于电站锅炉可使燃烧效率达90%以上、工业锅炉达83%以上[3]。我国已有水煤浆厂50余家, 以东莞浆厂、山东新汶浆厂为典型, 运用技术种类繁多, 几乎囊括了全世界所有相关技术。目前褐煤水煤浆技术已较为成熟, 但国内外在水煤浆气化领域仍无突破性进展。
三、褐煤煤气化
1. 水煤浆化是褐煤煤气化的关键
褐煤主要应用领域为: (1) 吸附及离子交换剂; (2) 制作水煤浆, 以满足工业要求, 如发电、锅炉燃烧; (3) 制作水煤浆分散剂。由此关之, 褐煤主要被用作副产品制造、直接燃烧加热, 褐煤因其固有缺陷存在气化率低、废物排放量大、能耗高等诸多缺陷。但值得注意的是, 现阶段褐煤水煤浆技术已较为成熟, 也已积累了诸多经验, 经过预处理的褐煤成浆后已接近现阶段煤气化技术标准。
2. 褐煤煤质对气化的影响
(1) 褐煤中水分:水分是影响成浆性的重要指标, 褐煤中水分含量较高, 对不同煤气化工艺适应性存在一定差异, 以煤粉、碎煤等固态煤为进料形式的煤气化工艺, 若进料水分含量过高, 则会增加气化能量消耗, 同时亦给进料的输送带来一定的困难, 因此在入炉前, 需对原料进行去水处理。而对于以水煤浆 (液态) 为进料形式的煤气化工艺来说, 原煤水分含量越高, 在预处理中消耗越高, 添加剂选择的余地越小, 煤气化越易受到原理的限制, 不利于使水煤浆性质与工艺相契合, 影响综合效益[3]。原煤中水分含量越高, 成浆性能越差, 煤浆表面粘度越大, 流动性越差, 不利于进料的运送与充分燃烧。目前, 褐煤煤浆化已能够满足气化对进料的水分要求。
(2) 灰分、灰熔点:褐煤灰份较高, 会降低气化效率, 增加能耗, 不利于煤气化。目前, 国内最先进的水煤浆气化技术, 灰渣承受能力仍有限。褐煤灰熔点低, 有利于水煤浆气化, 但无法充分利用Shell、GSP等水冷气流床可气化高灰熔进料的优势, 而若利用Lurgi炉等对灰溶度要求较低的移动床行水煤浆气化, 又可能因结渣过多, 影响运行稳定性。
(3) 挥发性与反应活性:褐煤挥发性与反应活性较强, 有利于煤气化, 若应用移动床气化工艺进行煤气化, 有利于酚等有害物质带出, 但也会使煤气的后续纯化工艺更复杂, 若以气流床气化, 则可充分利用挥发性、反应活性高这一优势, 将以上物质分解成有效成分, 降低煤气后期处理难度。
(4) 煤质量:褐煤煤质量并不稳定, 而气流床对煤质量稳定性要求较高, 否则易造成机械故障;流化床对煤性质积极敏感, 目前被制造的褐煤水煤浆性质虽然较稳定, 但其粘结性、热稳定性等理化性质尚无法满足需求, 应为下一阶段研究重点。
小结
充分利用褐煤资源, 开发洁净煤技术是适应我国能源战略的必然选择, 现阶段, 我国褐煤水煤浆技术开发与应用, 已取得一定成就, 煤气化也已有一整套较成熟的工艺流程, 都为褐煤水煤浆煤气化奠定了基础。目前, 急需解决的问题是, 褐煤水煤浆与现有的煤气化工艺并存问题, 两者结合需要开发一系列的工艺, 组成完整的具有综合效益的工艺流程, 这些都需要广大煤化工从业者不断开拓进取。
摘要：充分利用褐煤资源, 开发洁净煤技术是我国未来能源战略的必然选择。本次研究就国内外煤气化工艺、水煤浆技术进行概述, 而后对褐煤煤气化现状与煤气化工艺适应性进行探讨, 论述褐煤水煤浆煤气化的可行性。
关键词：褐煤,水煤浆,气化,煤气化
参考文献
[1] 杨明顺, 康善娇, 刘鑫, 等.褐煤水煤浆提浓制备工艺研究[J].煤炭科学技术, 2014, 42 (7) :116-119.
[2] 于光元, 李亚东.煤气化工艺技术分析[J].洁净煤技术, 2010, 16 (4) :39-42.
[3] 刘兵, 田靖, 等.煤质对气流床煤气化的影响研究进展[J].化工进展, 2012, 31 (10) :2191-2194.
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