三峰分形级配提浓技术在中煤陕西公司的应用实践

针对单棒磨机制浆工艺存在煤浆粒度级配不合理、煤浆浓度低、影响煤炭气化转化效率和能耗等问题,研发了三峰分形级配提浓技术。介绍了三峰分形级配提浓技术的原理,对比了采用三峰分形级配提浓技术前后煤浆的成浆性能,并将该技术应用于中煤陕西公司煤制烯烃项目煤浆制备系统,分析了项目实施前后的煤浆性能。结果显示:采用三峰分形级配提浓技术后,煤浆质量分数提高3.8～4.7个百分点,比煤耗、比氧耗分别降低40.76 kg/1 000 m~3、33.44 m3/1 000 m~3,有效合成气体积分数提高1.48～3.29个百分点,煤浆的稳定性和流动性明显改善。     

三峰分形级配水煤浆提浓技术研究

为提高煤炭气化转化效率,论述了三峰分形级配制浆技术原理和技术特点,通过实验室研究,对单磨机制浆工艺和三峰分形级配制浆工艺进行对比,分析不同工艺下制取的水煤浆成浆性能;在中煤陕西榆林能源化工有限公司原有单磨机制浆单元基础上采用三峰分形级配提浓技术进行工业示范,通过分析项目可行性、技术方案等,对比投产前后的运行效果。实验室研究表明,在单棒磨机制浆工艺条件下,添加0.18%的ZM型添加剂时,水煤浆浓度仅为61.4%,水煤浆粒度级配不合理、流动性和稳定性差。而在三峰级配工艺最佳配比85∶10∶5条件下,水煤浆浓度能提高至65.5%,与单棒磨机制浆工艺相比,浓度提高4.1%,且水煤浆流动性和稳定性显著改善。工业运行结果表明,相同条件下,水煤浆槽水煤浆浓度由改造前的61.7%提高至目前的65.5%,1 000 Nm~3CO+H_2比煤耗降低了40.76 kg;1 000 Nm~3CO+H_2比氧耗降低了33.44 Nm~3,有效合成气含量提高1.48%。采用三峰分形级配提浓技术后,气化水煤浆的煤浆质量及气化效率有显著改善。     

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。     

水煤浆提浓技术的发展现状及特点分析

介绍了我国煤浆提浓技术的最新研究进展,综述了常规单磨机制浆工艺、分级研磨制浆工艺和间断级配制浆工艺的工艺特点、提浓效果和推广应用现状,并对细磨机的结构形式进行对比。分级研磨制浆工艺的粒度分布呈双峰连续级配,与常规单磨机制浆工艺相比,煤浆浓度(w)可提高2%～3%。间断级配制浆工艺的粒度分布为双峰间断级配,堆积效率更高,与常规单磨机制浆工艺相比,煤浆浓度(w)可提高4%～6%。煤浆提浓技术能提高气化效率,对节能降耗、降本增效、减少温室气体排放和低碳环保具有重要意义。     

低阶煤制备高浓度水煤浆技术现状及发展趋势

为提高低阶煤制备水煤浆浓度,实现低阶煤的高效合理利用,介绍了低阶煤制备高浓度水煤浆技术研究进展,对水煤浆制备工艺从单磨机制备工艺到分级研磨连续级配制浆工艺及间断粒度级配制浆工艺的研发历程、工艺特点、提浓效果、应用现状等进行分析,最后论述了水煤浆制备及应用存在问题及未来发展方向。与常规单磨机制浆工艺相比,分级研磨制浆工艺的水煤浆浓度提高3%左右,而间断级配制浆工艺的水煤浆浓度提高6%～8%,因此,间断级配制浆工艺是低阶煤制备高浓度水煤浆的首选技术。未来水煤浆制备工艺应进一步创新、拓展制浆原料,如低阶煤和低挥发分煤、工业废水、污泥、工业残渣等作为制浆原料;推动水煤浆燃烧应用向工业园区和热电联产方向发展,实现煤炭高效、节能、环保利用。     

煤气化水煤浆提浓工艺的研究

简述了配煤技术、粒度级配技术以及新型添加剂对煤气化水煤浆成浆性能的影响,并分析了水煤浆提浓及对装置运行的影响。以某公司30万t/a煤制甲醇为例,经计算分析,水煤浆浓度每提高1%,可直接带来近千万元的利润,经济效益相当可观。     

分级研磨煤浆提浓技术在煤化工行业应用新进展

简述了目前国内煤浆提浓技术的研究进展,介绍了分级研磨煤浆提浓技术及关键设备,总结了该技术在过去几年的推广应用情况及2015年在3家煤化工企业的应用新进展。生产实践表明:该技术先进成熟、设备稳定可靠,通常情况下煤浆浓度可提高3%左右,显著增加企业经济效益。对煤浆提浓技术提出了煤炭提质、粒度级配优化、制浆工艺研发、专用设备开发、添加剂合成及配方优化、配煤制浆等6大发展方向。     

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。     

微细干粉级配制取低阶煤和褐煤高浓度水煤浆技术

开发了微细干粉级配制备低阶煤高浓度水煤浆技术,根据原料特点,通过多台粉碎机干法粉碎煤炭,实现粉煤微细化,并按照水煤浆最佳级配要求生产成不同细度和产率的水煤浆干粉。在年产75万吨水煤浆干粉的工业装置上,对难成浆的低阶煤和褐煤,采用该技术可制取水煤浆浓度高于68%(低阶煤)和63%(褐煤)的合格煤浆。与常规湿法制浆工艺相比,干法制备水煤浆工艺能耗降低5千瓦时/吨浆,添加剂用量可减少一半,相关成本下降8元/吨浆左右。具有明显的经济和社会效益,并必将极大程度上推动低阶煤和褐煤的洁净转化和利用。     

水煤浆提浓技术改造项目运行总结

水煤浆气化技术作为适宜于大规模煤化工生产的气流床气化技术的一种,在我国应用较多,但随着国内水煤浆气化用煤逐步向低阶煤过渡,水煤浆气化工艺存在的制浆用煤选择范围窄、工艺缺乏创新及专用设备少等制约其发展的问题愈发显现出来。为此,山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司联合中煤科工清洁能源股份有限公司开展了水煤浆提浓技术的研发,并在现有气化装置上实施了水煤浆提浓技术改造。实际应用情况表明,水煤浆提浓改造项目投运后,在投煤量不变的情况下,水煤浆浓度提高约4. 09个百分点,吨氨煤耗降低约0. 05 t,有效气(CO+H2)含量提高约2. 21个百分点,有效气产量增加约2 214 m3/h,年增产合成氨约7 770 t,经济效益非常显著。     

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。     

水煤浆提浓技术对气化效果的影响总结

总结了气化水煤浆提浓技术在内蒙古易高煤化科技有限公司的提浓效果。与单独使用棒磨机制浆相比,采用气化水煤浆提浓技术后,煤浆质量分数由59%提高到63%,气化有效气量增加,每小时少向气化炉加入6.4 t水,有效气体积流量增加2.31×10 ~7 m~3/a,每年甲醇产量增加1.03万t,由提浓产生的直接经济效益(包括氧气节省的费用)为2 577.5万元。     

煤浆提浓对水煤浆气化装置影响的技术经济分析

针对某100万t/a煤制油项目原煤成浆浓度低的状况,进行了煤浆提浓。以伊泰煤制油16万t/a示范项目为例,介绍了煤浆提浓的工艺流程,对比了煤浆提浓前后气化装置的工艺参数,并以此为依据对100万t/a煤制油项目煤浆提浓的经济性进行了分析。结果表明:提浓前后原煤煤质变化不大,提浓后水煤浆质量分数提高了2.74%,黏度增加了19.3%,比氧耗、比煤耗分别降低了5.88%和4.79%,有效合成气组分提高约2%,经济效益显著。     

三种水煤浆提浓工艺的分析和比较

水煤浆提浓技术可促进水煤浆气化效率和有效气体产量的提高。介绍了立式细磨机工艺、卧式细磨机工艺和粒控级配制浆工艺三种水煤浆分级研磨提浓技术的工艺流程和技术特点,简述了三种技术的优缺点,认为粒控级配制浆工艺可实现水煤浆粒度的高效紧密堆积,具有较好的发展前景。     

分级研磨级配制浆技术的研究及应用

以分形理论为基础,推导得出可描述水煤浆粒度分布的分形级配模型,且通过粒度级配模拟软件,模拟煤颗粒堆积效率得出当分形维数Df=2.76时具有较高的堆积效率;以此为指导,综合考虑在工业装置上的可操作性,提出选择性粗磨和超细磨组合的分级研磨级配制浆技术,实现了水煤浆粒度分布优化与控制;同时,介绍了该技术在内蒙古伊泰煤制油有限责任公司的应用效果,即煤浆浓度提高2.8百分点,比煤耗降低29.9 kg/km3,比氧耗降低25.4 m3/km3,有效合成气比例提高2百分点。     

粒度级配对制备高浓度水煤浆的影响

选取典型低变质程度神木柠条塔(NTT)煤,进行球磨式连续型粒度级配提高水煤浆浓度(一定量的水煤浆试样在105℃~110℃干燥至恒重,干燥后试样质量占原样质量的百分数)和成浆性的研究。在不同球磨条件下,考察球磨时间、球磨速度对成浆浓度、流变特性和稳定性能的影响规律,研究粒度级配前后浆体表面润湿性、表面电负性、微观形貌的性能变化对NTT煤成浆性的影响,利用分形维数的计算,进一步探究了粒度级配对提高NTT煤制浆浓度的影响机理。结果表明:在级配M煤样(D50=79.02μm)与M₆煤样(D50=8.727μm)的质量比为8∶2时,成浆浓度与未级配煤样相比提高了约4%;不同球磨条件下的煤样按照不同的质量比进行混合制浆时,初始添加细颗粒使浆体表面的润湿性增强,降低了浆体的性能,当粗细颗粒的质量比大于6∶4时,表面润湿性的变化较小;级配样的成浆浓度与Zeta电位的绝对值呈正相关;当级配煤样之间粒径相差逐渐变大,小颗粒填充到大颗粒孔隙中,增加了空间堆积率,提高了制浆浓度,但随着细颗粒的质量分数增大,大颗粒孔隙被撑开,煤粒空间堆积率下降,制浆浓度降低;M煤样与M₆煤样在质量比为8∶2时,相比于其他级配浆体,分形维数达到最大(2.460),成浆浓度达到最高(63.03%)。     

中国水煤浆制备技术的发展

为了应对中国易成浆煤种(炼焦煤)储量少的现状,以神华煤等为研究对象,对其制浆工艺进行了研究。神华煤符合水煤浆对煤质的要求,但属低变质且难制浆煤种。从级配理论入手,开发出新的制浆工艺及配套专用设备和添加剂,可以利用神华煤制取高浓度水煤浆。在此基础上,利用城市污泥和造纸黑液制备生物质煤浆,提高了水煤浆的分散性,同时在工业性锅炉中的燃烧表明:负荷可在45%～100%下连续调节,燃烧效率高达98.66%。此外,分级研磨级配制浆工艺可以使水煤浆质量分数提高3%～5%,系统产能提高30%以上。     

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。     

水煤浆粒度级配模型和实践的研究进展

水煤浆是一种煤基液态燃料,具有与燃料油相似的物理特性,是煤炭高效清洁利用的一个重要途径,可显著减少NOx和SO2的排放。目前我国水煤浆需求量已突破2.5亿t/a,粒度级配作为影响水煤浆浓度的重要因素,使不同大小的煤颗粒互相填充,尽可能减少空隙,提高颗粒的堆积效率和水煤浆浓度。分析了粒度级配对水煤浆的影响,指出在水煤浆制浆过程中,粒度级配只涉及物理破碎和研磨,能耗相对较小,显著提升浓度,具有广泛的适用性和经济性。论述了近年来新发展的粒度级配理论和模型,特别是隔层堆积理论和分形级配理论,并给出了具体的计算方法和公式,以及假设和适用性。通过举例给出近年来隔层堆积理论的发展和应用,以及对于堆积效率的具体评价;分析了分形级配理论的可行性和新的研究进展,以及在指导烟煤和褐煤级配时的应用效果;给出了三峰级配的工艺流程、级配方案和工业实践案例。在粒度级配提高水煤浆浓度的基础理论和应用实践方面,国内外学者已做大量工作。但在具体的理论细节方面,如隔层堆积对于任意粒度分布的简化计算、分形级配的拟合精度以及三峰级配的粒度堆积评价还需更深入的研究。在级配理论应用于实践过程中,基础理论和工业实践的结合还有待于进一步提高。在粒度级配基础上,建议引入内在水分等影响因素,建立跨煤种的预测模型。     

水煤浆提浓成套技术装备使用小结

水煤浆作为气化炉的原料,其浓度的高低、稳定性的优劣对气化炉的稳定运行影响深远,采用分级研磨级配制浆工艺进行制浆,对提高水煤浆浓度、流变性和稳定性具有显著的作用。煤浆浓度、稳定性和雾化效果提高后,可降低煤耗和氧耗,节约运行成本,同时也减轻对输送泵、管道、阀门、喷嘴等设备的磨损,降低其检修和维护费用。2011年我公司利用集团公司科技研发资金和配套技改资金建设了1套煤浆提浓装置,在全国化工企业第1家试车成功并投入工艺运行