低挥发分煤制备气化水煤浆的可行性研究

介绍了国内外水煤浆气化技术的发展历程,研究了国家水煤浆工程技术研究中心研发的“分级研磨高浓度制浆工艺”的提浓效果及其对气化水煤浆技术发展的推动作用。选取了一种无烟煤进行成浆性试验。结果表明：在传统制浆工艺下,该煤样的制浆浓度即可达到62％,若采用分级研磨制浆工艺,可使制浆浓度提高至65％,可作为气化水煤浆的制浆用煤。进行了不同粒度条件和加入催化剂情况下煤浆的热天平试验,分析了不同试验条件下样品的失重与失重速率数据。试验证明了该煤样的气化反应活性可通过一定手段提高,结合工业实践,分析了低挥发分煤制备气化水煤浆的可行性。     

褐煤制气化水煤浆实验研究

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研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%、54.82%、59.21%,3种煤样分级研磨制浆工艺水煤浆浓度提高3%以上。按照东明煤、扎赉诺尔煤质量比1∶1或东明煤、宝矿提质煤质量比2∶1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。     

提高内蒙古低阶煤气化水煤浆浓度的实验研究

低阶煤的内水高、含氧官能团多、可磨性差等特点导致其成浆浓度低,不利于后续以低阶煤水煤浆为原料的气化。为了解决上述问题,以内蒙古1号,2号煤样为研究对象,对比了采用普通制浆工艺与分级研磨制浆工艺制备的水煤浆的各种性能。结果表明:分级研磨制浆工艺不仅显著提高了2种煤浆-0.075 mm粒级含量。且当固定浆体表观黏度为1200 mPa.s、粗粉与细粉质量比为70∶30时,2种煤样所制水煤浆的最高成浆浓度分别为61.39%和58.52%,比普通制浆工艺所制水煤浆的最高成浆浓度分别提高了3.92%和3.94%,成浆浓度的显著提高有利于后续的水煤浆气化。     

高浓度气化水煤浆制备技术

水煤浆气化有效气含量与粉煤气化相比,有一定差距,主要原因是水煤浆浓度偏低,气化时带进多余的水而造成。提高水煤浆浓度是提高水煤浆气化有效气含量的关键。介绍了近年来国家水煤浆工程技术研究中心开发的气化水煤浆提浓新技术,包括分级研磨制浆技术和间断粒度级配制浆技术。介绍了两种制浆技术的原理及工艺流程,工业应用及中石化联合会的科技成果鉴定表明,与常规制浆工艺采用同种煤制备的煤浆浓度相比,分级研磨制浆技术煤浆质量分数提高3个百分点左右;间断粒度级配制浆技术煤浆质量分数提高6~8个百分点。     

粒度级配对新疆低阶煤成浆性影响的研究

针对传统制浆工艺所制煤浆质量分数偏低,不利于后续气化反应的问题,以两种新疆低阶煤为原料,采用国家水煤浆工程技术研究中心自主研发的分级研磨制浆工艺技术,考察了粒度级配对新疆低阶煤成浆性的影响。结果表明:两种煤采用分级研磨制浆工艺后,煤浆粒度0.075 mm的粒级质量分数较传统制浆工艺均提高了13%左右,煤浆最高质量分数较传统工艺分别提高了3.14%、3.12%,煤浆流动性及稳定性有较大改善。     

水煤浆提浓改造方案及效果

某300 kt/a合成氨装置气化工段采用水冷壁水煤浆加压气化工艺,实际生产运行中气化装置所用水煤浆浓度偏低,通常维持在59%左右,气化装置比煤耗和比氧耗高,且气化炉烧嘴煤浆通道及喷嘴部分磨损严重,增加停炉检修频率,气化装置运行成本偏高。通过综合分析水煤浆制备过程中原料煤煤质特性、粒度分布、添加剂种类及用量对水煤浆浓度的影响后,决定采用分级研磨后配比的方法提高水煤浆的浓度。详细介绍水煤浆提浓改造方案及改造后气化装置的运行情况。实践表明,水煤浆提浓改造后,入炉煤浆浓度一度达到64%以上,较改造前提高4～5个百分点,气化效率显著提高。同时,针对提浓改造后水煤浆制备系统尚存在的问题提出了相关建议。     

工业废水和煤液化残渣制取水煤浆的研究

对工业废水和煤液化残渣制备水煤浆的特性进行了实验研究,在选取5#添加剂和添加剂加入量为0.4%的条件下,废水煤浆浓度、黏度、析水率、流动性均符合湿法气流床加压气化生产的要求。随着废水配入比例的增加,浆体黏度逐渐增大,煤浆稳定性得到改善。随着废水稀释比例的增加,最高成浆浓度逐渐升高。利用工业废水和煤液化残渣制取水煤浆,减轻了对环保的负担。     

分级研磨制浆工艺应用于水煤浆气化的工程分析

对低阶煤制浆和传统制浆工艺进行了技术分析,并介绍了分级研磨制浆工艺。通过建立AspenPlus水煤浆气化模型,考察了神华煤在不同煤浆浓度(质量分数58%～65%)下的气化指标,得出了采用分级研磨制浆工艺,气化的比煤耗可降低2.57%～2.14%,比氧耗可降低5.76%～5.05%。结合超细磨机系统的电耗,得出1 000 m(3 CO+H2)可节省能耗553.7 MJ～438.2 MJ。     

多元料浆气化工艺水煤浆浓度的影响因素

水煤浆浓度是多元料浆气化装置的关键工艺指标之一,水煤浆浓度的高低在很大程度上决定着水煤浆气化装置的运行效率与经济性。而水煤浆浓度的提升是一项涉及面广、影响因素较多的系统工程。从水煤浆的基本特性(流变特性、稳定性、煤炭颗粒粒度分布及含量等)入手,分析原料煤煤质、煤炭颗粒粒度级配、制浆工艺与设备、制浆添加剂及辅助剂等对水煤浆浓度的影响。在总结3种煤浆提浓工艺特点的基础上,陕西陕化煤化工集团有限公司在其多元料浆气化装置低压煤浆泵出口通过增设1条煤浆回流管线(并设置相应的冲洗水管线)将部分产品水煤浆返回磨机进行二次研磨,制备出高浓度、低粘度、流变性能良好的水煤浆——水煤浆浓度由60.0%提至62.8%、水煤浆粘度基本稳定在600～1 200 cP,并克服了生产中出现的一些问题,实现了系统的稳定运行。     

德士古煤种及煤浆特性分析

德士古（Texaco）水煤浆加压气化技术主要原料为水煤浆,深入了解煤种及煤浆特性对气化工艺的影响,将有助于正确的选择气化工艺,指导生产平稳运行。介绍了煤种的主要特性和水煤浆的基本特性。指出灰分含量少、煤灰熔融温度低的原煤有利于气化炉稳定高效的运行;变质程度深、内水含量少的煤种则容易制成高浓度的水煤浆;性能好的水煤浆,要具有高浓度、低粘度、流动性好、稳定性好等特点,以适合贮运及气化。     

粒径对福建无烟煤在CFB锅炉中燃尽的影响

建立了福建无烟煤细颗粒燃烧模型,计算了其在容量35 t/h循环流化床锅炉炉膛内的燃尽时间和一次通过炉膛的停留时间,分析了不同粒径煤颗粒在不同燃烧温度和不同烟气流速时在CFB锅炉内的燃尽时间和停留时间的变化差异. 实验研究了福建无烟煤粒径对飞灰碳含量的影响及燃尽的影响. 结果表明,细煤颗粒的燃尽时间与停留时间均随粒径增大而增长,但燃尽时间增幅更明显,颗粒一次通过炉膛完全燃尽的临界粒径约为0.15 mm;粒径越大的颗粒其停留时间和燃尽时间对烟气流速和燃烧温度变化越敏感;无烟煤入炉粒径明显影响CFB锅炉飞灰含碳量,选用粒度为3~8 mm的偏粗颗粒为宜.     

半焦-烟煤混燃特性及动力学分析

掺烧烟煤是解决低挥发分热解半焦着火难、燃尽差的一种有效方法。采用热重实验研究了半焦、无烟煤与烟煤混燃特性的差别,分析了混燃过程中的交互作用和反应动力学。结果表明：陕煤半焦的燃烧过程分为可燃质的燃烧和CaCO₃的分解两个阶段。半焦-烟煤混烧的主失重峰靠近燃料比接近的单燃料的DTG峰。半焦-烟煤混合燃料较无烟煤-烟煤混合燃料的综合燃烧特性更优。掺混烟煤比例越高,混燃的表观活化能越低,可燃性和综合燃烧特性越好。烟煤与半焦或无烟煤混燃过程中存在一定的交互作用,且无烟煤-烟煤的交互作用较半焦-烟煤更显著。可燃性指数和综合燃烧指数与燃料比呈负线性相关性,表观活化能E与燃料比呈正线性相关性。     

煤岩显微组分分离富集物热化学反应特性

依据煤中不同类型有机质性质差异对其进行分离，进而分质利用是实现煤炭清洁高效利用的有效手段。论文利用重选法将一种低变质烟煤分质得到镜质组较原煤48.25%增加至76.02%的富镜样，惰质组较原煤43.96%增加至63.98%的富惰样，以及矿物质含量高于61.99%的富矿样。利用热重-质谱分析仪，考察了分离富集物的热解反应特性及气体逸出规律，及其燃烧和气化反应特性。结果表明，分离所得富镜样热解反应失重量及热解过程中逸出的小分子挥发分的量及组成与富惰样和富矿样均有明显差异，表明分质实现了煤中不同类型官能团的分离富集。而由分离所得富镜样、富惰样和原煤热解失重峰温基本一致则表明分质所得煤的主体官能团结构仍较为接近，但含量有明显差距。富镜、富惰与原煤的燃烧曲线整体趋势较为类似，燃烧活性差别不大。以气化反应峰值温度高低判断，富镜样气化反应活性最低，富惰样与原煤气化反应活性较为接近，富矿样气化反应活性最高。将原煤在对应热反应时的理论反应曲线与实验曲线进行对比，发现煤分质过程及煤中镜质组、惰质组和矿物质的分离与否对热解过程挥发分的逸出影响较小，但导致了其燃烧和气化反应活性有所降低。     

流化床煤燃烧过程不同气氛下的气态氮释放特征

利用微型流化床反应装置,结合快速过程质谱仪,在850~940℃操作温度下,研究了三种不同粒度分布烟煤和无烟煤在热解、气化和燃烧反应条件下四种主要气态氮产物HCN、NH₃、NO和NO₂的释放规律。结果表明,微型流化床可以实时检测挥发分氮和焦炭氮的动态释放序和类型,热解、气化和燃烧反应气氛的改变主要影响HCN和NH₃的释放量。热解产物的气态氮主要是来自于挥发分,燃烧反应的HCN和NH₃的释放量与温度有明显关系,而气化反应的各类气态氮释放量随温度变化波动不大。煤颗粒尺寸和温度变化对烟煤和无烟煤中各类气态氮释放量产生影响比较复杂,其中NH₃的释放特性是区分挥发分N释放和半焦N释放的重要特征。     

分解炉中煤粉燃尽特性的试验研究及评价

通过高温悬浮试验反应台模拟了不同温度和O2情况下,水泥工业所用的4种典型煤粉的燃尽特性。试验表明,温度提高、燃烧气氛中O2含量的增加有利于提高煤粉的燃烧效果,尤其对无烟煤有较大的影响,但温度及O2的进一步增加对烟煤的影响则较小。根据煤粉的燃烧特性,结合分解炉的特点提出了评价分解炉中煤粉燃尽特性的特征燃尽度和相对燃尽时间,认为只要出分解炉煤粉燃尽度≥90%即可确保分解炉设计的可靠性及合理性。根据煤粉在特征燃尽度下的相对燃尽时间可指导实际分解炉的开发和对现有分解炉实施改造,以确保和提高煤粉在分解炉中的燃烧效果,从而保证分解炉的运行可靠。     

煤粉燃烧率与粒度组成的研究

试验研究不同煤种燃烧率和煤粉粒度组成关系。研究表明烟煤存在最佳燃烧率的粒度组成值。当考虑到磨煤能量消耗,无论是烟煤还是无烟煤,都有合适的粒度组成范围,根据研究结果推荐值是将煤粉-0．074mm比例定为60％-80％。同时也初步探讨了煤粉燃烧率与镜质组反射率之间的关系,得到了一些有益的结果。     

低阶煤低温热解半焦在模拟高炉喷吹条件下的燃烧性能

采用自制固定床热解装置在隔绝空气的条件下制备神木长焰煤热解终温分别为400℃、450℃、500℃及550℃的热解半焦,利用管式沉降炉模拟高炉喷吹条件研究神木长焰煤低温热解半焦的燃烧性能,并考察了热解终温、半焦喷吹粒径以及燃烧反应温度对半焦燃烧性能的影响。研究表明：低温热解半焦的燃烧性能优于实验所选用无烟煤的燃烧性能,半焦的燃烧性能与其燃料比之间存在负相关关系,即燃料比越高,燃烧性能越差;降低热解终温、减小半焦喷吹粒径以及提高燃烧反应温度均能改善半焦的燃烧性能,当热解终温为400℃、喷吹粒径100～200目、燃烧反应温度为1100℃时半焦的燃尽度最佳为96%。本实验半焦制备及燃烧条件与现有低温热解和高炉喷吹工艺相符,且热解半焦各项性能均符合喷吹用煤指标。     

基于热重-质谱联用的煤粉富氧燃烧动力学及污染物生成特性

富氧燃烧是最具工业化前景的燃烧中碳捕集技术之一,为更深入掌握煤粉富氧燃烧的着火模式和污染物生成特性,本文构建了热重-质谱联用实验系统,以烟煤和无烟煤标准煤样为对象,针对3个不同的氧气体积分数：21%、30%和50%,研究了O₂/Ar和O₂/CO₂气氛下煤粉的富氧燃烧特性。结果表明,O₂/CO₂气氛下煤粉着火温度和燃尽温度均降低,燃烧速率提高,燃烧时间缩短;两种煤粉在O₂/Ar气氛下的燃烧都属于非均相着火,而富氧燃烧都属于均相着火模式;氧气体积分数在30%以上时,无烟煤O₂/CO₂燃烧的表观活化能明显低于O₂/Ar气氛,在相同工况下烟煤的表观活化能均低于无烟煤;O₂/CO₂气氛促进了CO和挥发分NO的逸出,生成温度均低于O₂/Ar气氛,CO会对NO起到还原作用。