第20卷第5期潔凈煤技術(shù)Vol 20 No 52014年9月Clean Coal Technology014無煙煤水煤漿燃燒特性和氣化特性研究顏淑娟12,3煤炭科學(xué)技術(shù)硏究院冇限公司節(jié)能工程技術(shù)硏究分院,北京100013:2.國家水煤漿工程技術(shù)硏究中心,北京100033煤炭資源髙效開采與潔凈利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)窒,北京100013;4:國家能源煤炭髙效利用與節(jié)能減排技術(shù)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100013)摘要:為了提高水煤漿成漿濃度,選取一種無煙煤作為研究對(duì)象,分別利用常規(guī)研磨工藝和分級(jí)研磨工芑進(jìn)行制漿實(shí)驗(yàn)考察其成漿性能。結(jié)果表明:利用分級(jí)硏磨工藝優(yōu)化粒度后,水煤漿濃度能達(dá)到67.3%,成漿性良妤。選取2種工藝制得的樣品進(jìn)行了燃燒特性實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)釆用分級(jí)研磨工藝制得的樣品的燃點(diǎn)和燃燼溫度有一定程度的降低,燃燼指數(shù)増大,加λ助燃劑后該特性更加明顯,這是由于分級(jí)研磨工芑所制水煤漿中細(xì)顆粒含量増加,反應(yīng)活性變好。重點(diǎn)考察了不冋催化劑加入量對(duì)煤樣氣化反應(yīng)活性的影響。隨著催化劑加入量的増加,氣化反應(yīng)活性有不冋程度提高,實(shí)驗(yàn)樣品的催化劑的最佳加入量為0.2%。關(guān)鍵詞:無煙煤;分級(jí)研磨;水煤漿;燃燒特性;催化劑;氣化反應(yīng)中圖分類號(hào):TK6文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1006-6772(2014)05-0093-04Combustion and gasification characteristics of anthracite coal water mixtureYAN Shujuan1. Energy Conservation and Engineering Technology Research Institute, Coal Science and Technology Research Institute Co, Ltd, Beijing 100013, China;2. National CWM Engineering and Technology Center, Beiing 100013, China;3. State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization( China Coal Research Institute100013, China; 4. National EnergAbstract: To inprove the mass concentration of coal water mitture(CWM), a type of anthracite was selected as raw material to investigatets slurryability. Traditional and classified grinding CWM preparation processes were used in the tests. The results show that, the concentra-tion of CWM reaches to 67. 3% when the anthracite particle size distribution is optimized by classified grinding process. Investigate the com-bustion characteristics of the CWM samples prepared by traditional and classified grinding processes. It is found that the ignition point andburnout temperature reduce in some extent and the burnout index increase. The combustion improver makes this characteristics more obvious. This is because classified grinding process increases the small size coal particles which has better reactivity. Meanwhile, the effects ofcatalyst content on gasification reactivity are investigated. The results prove that, the catalyst improves the gasification reactivity. The optilum added content of catalyst is 0. 2% for the samplesKey words: anthracite; classified grinding; coal water mixture; combustion characteristic; catalyst; gasification reactivity表性的貴州無煙煤,進(jìn)行了成漿性實(shí)驗(yàn)、燃燒特性實(shí)驗(yàn)和氣化反應(yīng)活性實(shí)驗(yàn)。水煤漿是由一定粒度級(jí)配的煤粉、少量添加劑和水混合而成的穩(wěn)定流體1,影響水煤漿成漿濃度1無煙煤成漿性實(shí)驗(yàn)的因素有很多,其中煤質(zhì)特性非常重要。無煙煤的1.1實(shí)驗(yàn)樣品活性較差2,在制漿中應(yīng)用較少,實(shí)驗(yàn)選取了有代無煙煤樣性質(zhì)分析見表1。收稿日期:2014-06-20;責(zé)任編輯:宮在芹DO:10.13226/jisn.1006-6772.201405.02基金項(xiàng)目:煤炭科學(xué)硏究總院基礎(chǔ)研究資助項(xiàng)目(201JC07)作者簡介:顧淑娟(1983—),女,山東菏澤人,助理研究員,從事水煤漿制和添加劑硏發(fā)工作。E--mail:yanshujuanz@163.com引用格式:顏淑娟.無煙煤水煤漿燃燒特性和氣化特性研究[J].潔凈煤技術(shù),2014,20(5):93-962014年第5期潔凈煤技術(shù)第20卷灰分雖然不直接參加氣化反應(yīng),但卻消耗煤在反應(yīng),并增加煤氣產(chǎn)率。但是揮發(fā)分太高的煤容易氧化反應(yīng)中產(chǎn)生的反應(yīng)熱,灰分越高,煤的發(fā)熱量越自燃,為儲(chǔ)煤帶來一定困難。表1表明,樣品屬低揮低,漿化特性也較差。煤的揮發(fā)分越高,越利于氣化發(fā)分煤。表1無煙煤樣性質(zhì)分析工業(yè)分析元素分析(Cad) w(Hd) w(nad) w(,,,,ud) w(Od)5.451.21LI77.973.281.361.2實(shí)驗(yàn)方法度煤粉,然后將其放人超細(xì)硏磨機(jī)中進(jìn)行磨礦,每次常規(guī)工藝制漿:將原料煤破碎到小于6πm,后亼料ω.7kg,根據(jù)煤的磨礦特性確定磨礦時(shí)間。按將其放入棒磨機(jī)中磨礦,每次人料2.5kg。磨礦時(shí)照設(shè)定濃度,將粗粉和細(xì)粉按照不同比例混合,加人間根據(jù)煤的磨礦特性與岀料粒度要求選擇,棒磨磨定量添加劑和水進(jìn)行成漿性實(shí)驗(yàn),并對(duì)漿體的質(zhì)量礦選擇不同時(shí)間點(diǎn),并將對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的煤粉取出。濃度、黏度和粒度進(jìn)行考察,選擇最佳粒度級(jí)配。對(duì)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的煤粉用GS-86型電動(dòng)振篩機(jī)進(jìn)行1.3結(jié)果分析干法篩分,測(cè)出其粒度分布。根據(jù)氣化水煤漿粒度常規(guī)制漿工藝條件下的成漿性實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表分布的具體要求,選擇此時(shí)的煤粉為干法成漿性實(shí)2,分級(jí)研磨工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。驗(yàn)的原料。在同一粒度分布條件下,按照設(shè)定濃度表2常規(guī)制漿工藝下無煙煤成漿性分別加入定量的煤粉、添加劑和水進(jìn)行成漿性實(shí)驗(yàn),濃度′表觀黏度(100s-1,流動(dòng)穩(wěn)定性粒度分布并對(duì)漿體的質(zhì)量濃度、黏度(<1200mPa·s)、流變%25℃)/(mPa·s)性(24h后)(<0.075mm)/%性和穩(wěn)定性進(jìn)行研究。64.50832-B60.05分級(jí)研磨工藝制漿:前期操作與常規(guī)工藝磨礦注:流動(dòng)性A表示煤漿能從平勺中連續(xù)流下;流動(dòng)性B表示煤相同。將磨好的煤粉取出。取出制備好的部分粗粒漿能從平勺中斷續(xù)流下表3分級(jí)研磨工藝下無煙煤成漿性濃度/%表觀黏度(100-1粒度分布/%流動(dòng)性穩(wěn)定性5℃)/(mPa·s)(24h后)<1.000m<0.45067.31l11398.1660.1067A99.3285:1567.3008370.17主:m、m、分別為粗粉和細(xì)粉質(zhì)量由表2可知,利用常規(guī)工藝制漿,按照氣化漿粒天平實(shí)驗(yàn),所得結(jié)果如圖1—圖3和表4所示。度要求,制漿濃度能夠達(dá)到64.5%。由表3可知,將粗細(xì)粉按照不同比例進(jìn)行混合,在m.:m,=85:15時(shí),粒度級(jí)配合理,漿態(tài)較好,此時(shí)水煤漿濃度為DTG67.30%。2無煙煤燃燒特性研究2.1熱天平實(shí)驗(yàn)020040060080010001200溫度C無煙煤的煤質(zhì)特征決定了其反應(yīng)活性較差46。分別取一定量的無煙煤常規(guī)工藝漿樣(樣圖Ⅰ無煙煤常規(guī)工藝漿樣TG-DTVG品1)、分級(jí)研磨工藝漿樣(樣品2)、分級(jí)研磨工藝22結(jié)果分析無煙煤分級(jí)研磨工藝漿樣、無煙煤分級(jí)研磨工顏淑娟:無煙煤水煤漿燃燒特性和氣化特性研究2014年第5期藝加助燃劑煤漿的揮發(fā)分初析溫度和燃點(diǎn)均比無煙沉降爐和流化床氣化爐及滴管爐法、等離子法ν煤常規(guī)工藝漿樣低。無煙煤常規(guī)工藝漿樣燃燼溫度實(shí)驗(yàn)選用熱重法,該方法可準(zhǔn)確測(cè)定物料質(zhì)量817℃,無煙煤分級(jí)研磨工藝漿樣燃燼溫度809℃變化,干擾小3。采用美國TA公司生產(chǎn)的Q500與無煙煤常規(guī)工藝漿樣相比降低了8℃,加入助燃TGA熱重分析儀。在軟件中設(shè)定穩(wěn)定及氣氛條件,劑后的煤漿樣品燃燼溫度為772℃,與無煙煤常規(guī)初始化工作條件,開始測(cè)量。實(shí)驗(yàn)升溫速率為10工藝漿樣相比降低了高達(dá)45℃。3個(gè)樣品的燃燼℃/min,在升溫過程中通入CO2,升溫至900℃后恒特性指數(shù)也依次變大。這是由于分級(jí)研磨制漿工藝溫至質(zhì)量不再變化所制漿樣中,細(xì)顆粒含量增加,煤漿顆粒比表面積增通過煤中碳轉(zhuǎn)化率的變化(即煤中碳與CO2反大,煤漿的反應(yīng)活性變好,助燃劑的加入對(duì)無煙煤的應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO后的失重變化)來判定催化氣化的活燃燒特性影響更為明顯8。性5。碳轉(zhuǎn)化率計(jì)算公式如下(m0-m)/(式中,m是初始質(zhì)量;m是某一時(shí)刻的質(zhì)量;m。是反600.02應(yīng)無時(shí)間限制進(jìn)行到最后的質(zhì)量。DTG-0.043.2結(jié)果分析采用分級(jí)研磨制漿工藝進(jìn)行制漿,漿樣的燃燒200400600800100012800特性顯著提高。在氣化反應(yīng)活性實(shí)驗(yàn)中,也得到一致的規(guī)律,無煙煤分級(jí)研磨制漿工藝所制取的漿樣溫度r℃其失重時(shí)間提前,最大失重速率提高,碳轉(zhuǎn)化率提圖2無煙煤分級(jí)研磨工藝漿樣TG-DTG高。在此基礎(chǔ)上,實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)考察了催化劑對(duì)氣化反應(yīng)活性的影響。選取煤氣化常用催化劑1,在制漿過程中分別0.02DTG加入干基煤的0.1%0.2%、0.3%進(jìn)行制漿,將漿樣干燥后制得樣品進(jìn)行CO2氣氛下的熱重實(shí)驗(yàn),得到0.06失重曲線、失重速率曲線和碳轉(zhuǎn)化率曲線。如圖0.084—圖6所示。020040060080010001200溫度C圖3無煙煤分級(jí)硏磨工藝加助燃劑漿樣TG-DTG表4水煤漿樣品的燃燒特征值樣揮發(fā)分初燃點(diǎn)/燃燼溫T。/F/f1/f2/Cb無煙煤0.1%催化劑品析溫度/℃℃度/℃Cs%%%(10-4·s1)0.2%催化劑0-0.3%催化劑14755968173319820.1977.817.83920100150200250300350400275908093289820.8577.158.2394時(shí)間/min4585807722889822,2875.7210.216圖4催化劑加入量對(duì)樣品失重的影響注:7為燃燼時(shí)間;f為T時(shí)刻對(duì)應(yīng)的煤樣失重率;/為TG曲線上燃點(diǎn)對(duì)應(yīng)的煤樣失重率/2=f一,為后期燃燼率;C為燃燼特性指無煙煤數(shù),C,=(/12)/T0.80.1%催化劑0.2%催化劑0.3%催化劑3無煙煤氣化反應(yīng)活性研究80.43.1實(shí)驗(yàn)方法氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是煤氣化技術(shù)的關(guān)鍵,研究深050100150200250300350400入與否直接影響氣化爐的設(shè)計(jì)和改進(jìn),日前主要的時(shí)間/min2014年第5期潔凈煤技術(shù)第20卷參考文獻(xiàn)[]何國鋒,詹隆,王燕芳.水煤漿技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2012無圖[2]陳雪楓中國無煙煤利用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,→0.2%催化劑0.3%催化劑[3]何國鋒水煤漿新技術(shù)研發(fā)與實(shí)踐[M].北京:中國石化出版050100150200250300350400社,時(shí)間min4]馬志剛,方夢(mèng)祥,張鋒,等.無煙煤的燃盡特性分析[J].熱力圖6催化劑加入量對(duì)碳轉(zhuǎn)化率的影響發(fā)電,2008,37(1):13-16由圖6可以看出,加入催化劑后,樣品的失重過[5]于遵宏,王輔臣.煤炭氣化技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,程加快,最大失重速率由0.7041%/min增大為[6]陳朝柱,俞建洪開發(fā)利用我省無煙煤制造水煤漿的可行性分0.8034%/min,在反應(yīng)時(shí)間和溫度相同時(shí),漿樣的碳析[J].福建能源開發(fā)與節(jié)約,2001(2):24-2轉(zhuǎn)化率明顯變大。但這一規(guī)律并不隨著催化劑加入7]姜秀民,楊海平,劉輝,等粉煤顆粒粒度對(duì)燃燒特性影響熱量的增加而持續(xù)變化,說明該煤種在特定粒度下的分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2002,22(12):142-145水煤漿漿樣,有一個(gè)較佳的催化劑加入量。針對(duì)本8]公旭中,郭占成,王志Fe2O3催化無煙煤燃燒燃點(diǎn)降低機(jī)理項(xiàng)目所選取的無煙煤,催化劑1的最佳加入量為的實(shí)驗(yàn)研究[J]化工學(xué)報(bào),2009,60(7):1707-1713[9]代松濤,許慎啟,于廣鎖煤氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法進(jìn)展0.2%。[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2008(7):86-90[10]陳家仁煤炭氣化的理論與實(shí)踐[M].北京:煤炭工業(yè)出版社4結(jié)語研究的無煙煤具備較好的成漿性能,利用分級(jí)[1]張濟(jì)宇,林駒,黃文沂,等低活性劣質(zhì)無煙煤的催化氣化J煤炭轉(zhuǎn)化,2001(10):32-39研磨工藝,制漿濃度可達(dá)67.3%。由于其煤質(zhì)特[12]匡建平黑液水煤漿催化氣化機(jī)理以及氣流床氣化數(shù)值模擬點(diǎn),無煙煤反應(yīng)活性較差,但通過優(yōu)化粒度級(jí)配和加研究[D]杭州:浙江大學(xué),200入催化劑等方式,煤樣的燃燒特性和氣化特性都有13]劉艷利用熱重分析儀研究煤的催化氣化[D].西安:西北了顯著提高。下一步的研究應(yīng)詳細(xì)考察溫度、壓力大學(xué),2007對(duì)無煙煤及低揮發(fā)分煤氣化反應(yīng)活性的影響,并進(jìn)[14]王曉鵬不同煤種水煤漿與黑夜水煤漿在常壓和加壓條件下的氣化特性[D]杭州:浙江大學(xué),2008行多種催化劑的催化氣化實(shí)驗(yàn),開發(fā)高性價(jià)比的催[15]陳亞妮熱重法研究煤焦-CO2的催化氣化反應(yīng)性[D]西安化劑。西北大學(xué),2009(上接第89頁)肥設(shè)計(jì),2012,50(4):1-4參考文獻(xiàn)[9]朱瑞春,公維恒,范少鋒煤制天然氣工藝技術(shù)研究[J].潔凈煤技術(shù),2011,17(6):81-83[1]汪寶林煤氣化化學(xué)與技術(shù)進(jìn)展[J]潔凈煤技術(shù),2014,20(3)[10]郭東升中國煤制天然氣發(fā)展現(xiàn)狀研究[J].廣州化工,201341(2):1-4[2]李瑤,鄭化安,張生軍,等煤制合成天然氣現(xiàn)狀與發(fā)展[J1]藺華林,李克健,趙利軍煤制合成天然氣現(xiàn)狀及其發(fā)展[J]潔凈煤技術(shù),2013,19(6):62-66,69上?；?2010,35(9):25-29[3]亢萬忠當(dāng)前煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]大氮肥,201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