2004年8月COAL PREPARATION TECHNOLOGY文章編號(hào):1001-3571(2004)04-0060-03影響水煤漿燃燒固硫的主要因素黃波,朱書全,章麗萍,段靜(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京校區(qū))化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京100083)摘要:水煤漿作為一種潔凈的漿體燃料,其燃燒固硫效率比粉煤的要高,將中高硫煤制備成符合so2排放標(biāo)準(zhǔn)的脫硫型水煤漿,其燃燒固硫率可達(dá)60%以上,此舉不失為解決燃煤SO2污染的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。文章主要介紹了影響水煤漿燃燒固硫率的諸多因素。關(guān)鍵詞:水煤漿;燃燒;固硫率;固硫劑;鈣基中圖分類號(hào):TQ534.4;X701.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A水煤漿中含30%~40%左右水分,燃燒溫度比煤粉低200℃左右,燃燒方式與煤粉顯著不同我國(guó)是世界最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó),煤炭同時(shí)水分的存在具有一定的增濕活化脫硫作用,因占我國(guó)一次能源消費(fèi)量的70%左右,煤炭產(chǎn)量的此,脫硫型水煤漿比相同條件下煤粉的燃燒固硫率80%左右直接用于燃燒,造成嚴(yán)重的煤煙型大氣污高10~20個(gè)百分點(diǎn),即使沒(méi)有煙氣脫硫設(shè)施,染。2000年我國(guó)SO2排放量已經(jīng)達(dá)到2370萬(wàn)t,其SO2排放濃度也可控制在400-500mg/Nm3,符其中80%左右來(lái)自于燃煤。酸雨的覆蓋面積己超合國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)外研究表明,影響水煤漿過(guò)國(guó)土面積的30%,酸雨嚴(yán)重地區(qū),已發(fā)現(xiàn)明顯燃燒固硫的主要因素是煤中硫分、鈣硫比、燃燒溫的經(jīng)濟(jì)生態(tài)損失,燃煤造成的SO2污染已成為制約度、固硫劑及配方等。我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素我國(guó)原煤的質(zhì)量特征是灰分高、硫分高。含硫2影響水煤漿燃燒固硫的主要因素量高于2.5%的高硫煤占27%,約2.7億t。隨著2.1堿硫分煤炭向深部地區(qū)開采,高硫煤的比例還會(huì)增大。煤煤種不同,煤中的礦物質(zhì)含量和硫分不同。煤中硫分的脫除主要有燃前洗選脫硫、燃中固硫和燃中的礦物質(zhì)在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生某些堿性氧化物如后煙氣脫硫。有機(jī)硫存在于煤的有機(jī)大分子結(jié)構(gòu)CaO、Mg0、Al2QO3、Fe2O3、K2O和Na20等,因中,不可能通過(guò)洗選的方法脫除,對(duì)于煤中嵌布粒此,在水煤漿燃燒過(guò)程中或多或少都有部分自身固度較細(xì)的黃鐵礦硫也不能采用煤炭洗選的方法脫硫作用。盛昌棟2對(duì)我國(guó)186種典型動(dòng)力用煤的統(tǒng)除。盡管煙氣脫硫效率高,但脫硫設(shè)施的費(fèi)用髙,計(jì)分析結(jié)果表明:通常煤的含硫量越髙,Ca/S、工藝復(fù)雜,運(yùn)行費(fèi)用高,其中濕法脫硫裝置的投資Mg/S、2Na/S和2K/S比越低。97.4%的中、高硫是整個(gè)電廠投資的1/2~1/5,而且還存在著煙氣煤的Ca/S比<1;51.8%的低硫煤Ca/S比>1,而脫硫副產(chǎn)品的二次污染問(wèn)題。鑒于我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)Ca/S比>1的煤中94.9%屬于低硫煤。因此,高水平,煙氣脫硫還不能大規(guī)模推廣,尤其是對(duì)大量硫煤的自身固硫率低。分散的中小型燃煤鍋爐更不可能。煤的燃中固硫可實(shí)驗(yàn)室用肥城高硫煤(全硫3.36%)和新疆達(dá)到中等脫硫效果,且成本低廉,工藝簡(jiǎn)單,具有中硫煤(全硫含量1.03%)制備成水煤漿,進(jìn)行廣泛的市場(chǎng)前景。煤的燃中固硫技術(shù)主要包括型煤燃燒自身固硫試驗(yàn),結(jié)果見表1。由表1可見,水脫硫、散煤摻混添加固硫劑、爐膛噴鈣脫硫和流化煤漿含硫越高,自身固硫效率越好。床燃燒脫硫等工藝,但它們的燃燒固硫率僅在表1不同煤種制備的水煤漿的40%~60%,且在高溫下固硫率還會(huì)降低。自身燃燒固硫試驗(yàn)結(jié)果固硫率/%收稿日期:2004-06-161100℃1200℃作者簡(jiǎn)介:黃波(1969-),男,重慶合川人,碩士,講國(guó)煤化工362309師。195年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京校區(qū))礦物加工工程專業(yè),現(xiàn)從事水煤漿制備及脫硫研究工作。聯(lián)系電話「YHNMHGO67010-62399158。煤的含硫量不同,在燃燒過(guò)程中硫分轉(zhuǎn)化率也第4胡業(yè)林等:小型高速柴油機(jī)然用精細(xì)水煤漿特性試驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)2004年8月25日不同。程軍用硫分不同的煤制備成水煤漿,研而姚強(qiáng)“在0.25MW水煤漿燃燒臺(tái)架的燃燒脫硫究水煤漿燃燒過(guò)程中硫分析出規(guī)律,結(jié)果顯示,含型水煤漿的試驗(yàn)表明:合適的固硫溫度為1200℃硫量越高的煤,硫轉(zhuǎn)化率越高。這就意味著水煤漿左右。所以,對(duì)于不同的燃燒器和煤種應(yīng)經(jīng)過(guò)相應(yīng)硫分越髙,燃燒時(shí)產(chǎn)生的SO3濃度越髙,氣固反應(yīng)的試驗(yàn)來(lái)確定最佳的燃燒溫度,以求最好的固硫效向著有利于固硫反應(yīng)方向進(jìn)行,燃燒固硫效果越果。好。實(shí)驗(yàn)室用肥城煤和新疆煤制備成脫硫型水煤2.3鈣硫比漿,進(jìn)行燃燒固硫試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表2。從表2鈣基固硫劑固硫的基本原理就是通過(guò)Ca0固可以看出,煤中硫分越髙,制備的脫硫型水煤漿的體與SO2氣體反應(yīng)生成鈣鹽而實(shí)現(xiàn)固硫的。單純從燃燒固硫率越高。化學(xué)反應(yīng)本身來(lái)看,增加鈣硫比有利于反應(yīng)向著固表2不同硫分煤制備的脫硫型硫反應(yīng)方向進(jìn)行,鈣硫比越大,SO2與Ca0接觸機(jī)水煤漿燃燒固硫?qū)嶒?yàn)室試驗(yàn)結(jié)果會(huì)越多,固硫效果就越好。但是CaCO3分解是固硫率(1000℃煤樣全硫/%鈣巰比固硫劑個(gè)吸熱反應(yīng),過(guò)量的鈣會(huì)增加熱量損失和惡化煤漿燃燒。對(duì)于高硫煤(硫分>3%)而言,鈣硫比太新疆2煤1.031.5Ca(OH)2新疆2煤1.031.5CaCO335.21高時(shí),所需加入的固硫劑量也多,從而影響漿體的肥城煤3.361.5Ca(OH)2霧化燃燒,而且飛灰量增加,加重除塵器負(fù)擔(dān)和導(dǎo)Caco39.20致受熱面磨損增加。此外,由于煤漿燃燒析出的2.2燃燒溫度SO2總量有限,致使鈣的利用率也大大降低,在經(jīng)國(guó)內(nèi)外對(duì)煤粉的燃燒固硫研究表明,隨著燃燒濟(jì)上不合適。因此,鈣硫比應(yīng)有一個(gè)較佳的比值。溫度的增高,煤的燃燒固硫率將提高。當(dāng)溫度提高新疆煤制備的脫硫型水煤漿的燃燒試驗(yàn)結(jié)果顯示到l0℃以上時(shí),CaO容易發(fā)生燒結(jié)現(xiàn)象,活性鈣硫比從1增加到1.5時(shí),固硫率增加很快;從下降,固硫率降低。當(dāng)溫度高于1200℃時(shí),生成15增加到2.5時(shí),固硫率增加相對(duì)較緩,可能還的硫酸鈣開始大量分解,固硫率降低。因此,煤粉會(huì)略有下降。因此,應(yīng)對(duì)不同煤種、不同的燃燒燃燒固硫有一個(gè)最佳的燃燒溫度。脫硫型水煤漿中器,通過(guò)試驗(yàn)方法確定最佳的鈣硫比。含有30%~40%左右的水分,燃燒溫度比煤粉低2.4固硫劑種類及復(fù)配200℃左右“,減少了固硫劑的燒結(jié),有利于提高鈣基固硫劑高溫煅燒時(shí)產(chǎn)生多孔的CaO,依靠水煤漿的燃燒固硫率。Ca0與SO2反應(yīng)生成CaSO4將SO2固定在灰渣中。鈣基固硫劑受熱分解產(chǎn)生Ca0,溫度過(guò)低不利般認(rèn)為,固硫過(guò)程分為表面化學(xué)反應(yīng)和氣體擴(kuò)散鈣基固硫劑的分解,溫度過(guò)高又會(huì)導(dǎo)致固硫劑因控制兩個(gè)階段,其中表面化學(xué)反應(yīng)階段進(jìn)行得很燒結(jié)而失去活性和脫硫產(chǎn)物的分解。因此,采用鈣快,因此擴(kuò)散控制過(guò)程就成為決定固硫效果的關(guān)基固硫劑進(jìn)行水煤漿燃中固硫應(yīng)有一個(gè)最佳的燃燒鍵。隨著反應(yīng)的進(jìn)行,不僅生成的CaSO,覆蓋在溫度。表3所列為新疆煤制成的脫硫型水煤漿在不CaO表面,阻斷SO2氣體向CaO擴(kuò)散的通道,而同燃燒溫度下的固硫效果。且由于生成的CaSO4體積膨脹,填滿CaO內(nèi)的孔表3不同燃燒溫度下不同固硫劑的固硫效果隙,阻礙擴(kuò)散反應(yīng)。因此,CaO微孔數(shù)量越多,比固硫率/%表面積越大,CaO反應(yīng)面積越大,利用率越高,固煤樣鈣硫比固硫劑900℃1000℃1100℃1200℃硫效果也越好?！忝?.5Ca(OH)234.2438.5235.86理論上,如果水煤漿燃燒時(shí)SO2析出規(guī)律與鈣2‘煤2.0ca(oH)234.6137.78339213.61基固硫劑分解規(guī)律基本一致即可獲得最佳的固硫效2煤1.5CaCO,32.5735.21果。我國(guó)煤炭中的硫主要是以有機(jī)硫和黃鐵礦兩種2“煤2.0CaO33110.82形式存在,硫酸鹽硫含量很少,SO2的釋放溫度通3煤1.5Ca(OH)230.3231.0428.627.793煤2.0Ca(OH)230.1230.9327.657.03常較低。有機(jī)硫在200℃開始分解,大于300℃3煤某1.5caC0428.662,1224.553.36時(shí)生成SO2。當(dāng)燃燒溫度為300℃左右時(shí)鐵礦3·煤2CaCO328.4229.7426.397.33分解從表3可知,對(duì)于用新疆煤制成的脫硫型水煤艷華中國(guó)煤化工分解完畢。劉,硫分析出溫漿,實(shí)驗(yàn)室燃燒溫度為1000℃c時(shí),固硫效果最好。度相對(duì)CNMHG少量硫分,在第4期選煤技術(shù)2004年8月25日40℃~520℃之間SO2釋放量相對(duì)較多,從500℃水煤漿,其燃燒固硫試驗(yàn)結(jié)果見表5。開始逐漸減少,到540℃左右?guī)缀鯖](méi)有硫分析出。豪5添加固硫助劑后水煤漿燃燒的固硫試驗(yàn)結(jié)果碳酸鈣在650℃時(shí)開始分解,800℃0左右分解最劇煤樣助劑硫率/%烈,840℃時(shí)基本全部轉(zhuǎn)化為CaO,碳酸鈣分解時(shí)Fe20,+Sio析出的CO2使CaO形成許多微孔,有利于提高固2“煤ALO,硫效率。氫氧化鈣在390℃開始分解,可以使水煤2·煤AL.0.+Sio漿燃燒時(shí)低溫析出的SO2及時(shí)參與固硫反應(yīng)。3煤AL, 000℃時(shí)分解最劇烈,540℃已基本分解完畢。劉國(guó)AL2O,+ Sio光等∽對(duì)煤粉燃燒固硫的試驗(yàn)表明,Ca(OH)從表5可以看出,Al2O3+SiO2助劑對(duì)固硫效caCO3、CaO固硫能力依次減弱。從表3可以看果的影響比較明顯,固硫率明顯提高。2”煤水煤漿出,脫硫型水煤漿燃燒固硫也有一致的結(jié)果。其主燃燒固硫率提高到6%,3"煤提高到55%。主要要原因就是Ca(OH)2是邊分解邊反應(yīng),不斷有新原因是Al2O3+SiO2助劑有利于提高Ca(OH)2和的氣孔產(chǎn)生,有利于SO2向Ca(oH)2內(nèi)部擴(kuò)散,cacO3的分解速率,在相同時(shí)間里產(chǎn)生的Cao數(shù)另一方面Ca(OH)2可直接與SO2反應(yīng)生成量較多。CaSO4。Ca(OH)2和CaCO3受熱分解溫度和速率不3結(jié)論同,針對(duì)煤中硫分析出規(guī)律,采用鈣基復(fù)合固硫劑(1)煤中含硫量越高,制備出的脫硫型水煤較為適合,脫硫效率將提髙。用新疆煤制備的脫硫漿燃燒固硫效果越好。這是因?yàn)榱蚍衷襟{,水煤漿型水煤漿采用鈣基復(fù)合固硫劑的燃燒固硫試驗(yàn)結(jié)果燃燒時(shí)產(chǎn)生的SO2濃度越高,使得反應(yīng)向著有利于見表4。固硫反應(yīng)方向進(jìn)行表4鈣基復(fù)合固硫劑的燃燒固硫試驗(yàn)結(jié)果(2)脫硫型水煤漿燃燒固硫效率與水煤漿燃Cn(Om_固硫率%燒溫度有關(guān),對(duì)于不同的燃燒器和煤種應(yīng)經(jīng)過(guò)相應(yīng)CaCO3900100010℃1200℃的試驗(yàn)來(lái)確定最佳的燃燒溫度2“煤1.51.544.2046.6042.8015.67(3)鈣硫比是影響水煤漿燃燒固硫率的重要2煤1.544.3547.1342.0212.373·煤1.51.540.2343.7138.013.36因素,鈣硫比越高,固硫效果越好,但鈣硫比太髙3°煤38.965.63時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響漿體的霧化燃燒,經(jīng)濟(jì)上不合適。鈣對(duì)比表3和表4可以看出,使用復(fù)合鈣基固碗硫比應(yīng)有一個(gè)較佳的比值,不同煤制備的脫硫型水劑可較大幅度地提高水煤漿燃燒的固硫率。在鈣硫煤漿,其最佳鈣硫比不同,需通過(guò)試驗(yàn)方法確定。比為1.5、Ca(OH)2/CaCO3為1.5、燃燒溫度在1(4)使用鈣基復(fù)合固硫劑可較大幅度地提高00℃c時(shí),2"煤制成的脫硫型水煤漿的固硫率從水煤漿燃燒固硫率。(5)制備脫硫型水煤漿時(shí),添加少量硅系和38%提髙到46%左右;3煤制成的脫硫型水煤漿鋁系固硫助劑,可以提高水煤漿的燃燒固硫率。的固硫率從31%提高到43%左右。提高參考文獻(xiàn)Ca(OH)2CaCO比值,水煤漿燃燒固硫率沒(méi)有明[1]姚強(qiáng),范浩杰,等,脫硫型水煤漿燃燒脫硫的試驗(yàn)顯的變化研究[J],煤炭學(xué)報(bào),1996,21(4)2.5固硫助劑[2]盛昌棟,我國(guó)動(dòng)力用煤煤灰自身因硫特性的統(tǒng)計(jì)分要進(jìn)一步提高水煤漿燃燒固硫率,需在添加適析[J]環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),199,19(1)宜劑量的固硫劑的前提下,適量添加合適的固硫助3]程軍,爐內(nèi)高溫燃燒兩段脫硫的機(jī)理研究[D劑以提髙固硫率?？梢宰鳛樗簼{燃燒固硫助劑的杭州:淅江大學(xué),2002.主要有堿金屬化合物、鐵硅系和鋁系等。但堿金屬41姚猱,水妹菜燃燒技木和水果在燃燒室燃燒過(guò)程的研究[D].杭州:淅江大學(xué),1992會(huì)引起燃燒狀況的惡化,降低灰熔點(diǎn),且在高氧化硫污染控制技術(shù)溫情況下還具有很強(qiáng)的腐蝕性,不適合作為固硫助中國(guó)煤化工出版社,2001劑。用新疆煤為原料,采用鈣基復(fù)合固硫劑,添加[6CNMHG[D1.北家:中國(guó)少量的鐵硅系和鋁系固硫助劑的方法來(lái)制備脫硫型礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū),2000第4期2004年8月COAL PREPARATION TECHNOLOGYAug 2004文章編號(hào):1001-3571(2004)04-0063-03水煤漿生產(chǎn)過(guò)程中的物料平衡及控制崔廣文,朱書全,鄒立壯,梁鈞臺(tái)(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京校區(qū))化學(xué)與環(huán)境學(xué)院,北京市100083)摘要:介紹了水煤漿生產(chǎn)過(guò)程中煤、水、添加劑的比值關(guān)系及其控制方法,為水煤漿廠生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制奠定了理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞:水煤漿;添加劑;自動(dòng)控制中圖分類號(hào):TQ536文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A水煤漿作為一種新型的煤基潔凈液體燃料,因具有易于管道輸送、低污染燃燒、實(shí)現(xiàn)代油等一系水煤漿產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)及制漿工藝流程列優(yōu)點(diǎn),受到世界各國(guó)廣泛重視。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建1.1水煤漿產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)設(shè)的發(fā)展,對(duì)能源的需求量不斷提高,發(fā)展水煤漿目前用于鍋爐燃燒的水煤漿產(chǎn)品一般根據(jù)制漿代油不僅僅是市場(chǎng)的需要,而且還是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展用煤的性質(zhì)確定水煤漿技術(shù)指標(biāo),具體要求是水煤和能源安全的需要。改善水煤漿生產(chǎn)控制水平,提漿必須達(dá)到一定濃度,具有良好的流動(dòng)性及穩(wěn)定高水煤漿產(chǎn)品質(zhì)量,是水煤漿技術(shù)發(fā)展的必然趨性。吉化水煤漿廠水煤漿的技術(shù)指標(biāo)見表1。勢(shì)。然而,水煤漿技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù),因多方面原表1吉化水煤漿廠水煤漿質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)因,目前水煤漿技術(shù)發(fā)展不夠平衡,特別是在自動(dòng)技術(shù)指標(biāo)數(shù)值控制水平方面:小型漿廠一般采用設(shè)備就地控制,重量濃度/%66±I新建大中型漿廠有的采用PLC集中監(jiān)控系統(tǒng),有00s時(shí)的表觀粘度/mPa·s1000±100的采用較先進(jìn)的DcS控制系統(tǒng)3。無(wú)論那種控平均粒度/μm制方式都僅僅限于保障生產(chǎn)設(shè)備安全運(yùn)行,而沒(méi)有最大粒度灰分/%考慮如何控制產(chǎn)品質(zhì)量這一關(guān)鍵問(wèn)題。造成這一問(wèn)硫分/%題的主要原因在于做自動(dòng)控制的人員不了解水煤漿揮發(fā)分/%產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)。為保證水煤漿漿體的輸送漿基低位發(fā)熱量/MJ·k儲(chǔ)存、霧化燃燒,水煤漿產(chǎn)品必須具有較高濃度灰熔點(diǎn)/℃1270定的粘度和穩(wěn)定性。我們知道在制漿工藝確定的靜置穩(wěn)定性/d條件下,生產(chǎn)過(guò)程中的水煤漿濃度、粘度、穩(wěn)定性表1各項(xiàng)指標(biāo)中灰分、硫分(不添加脫硫劑等指標(biāo)是由煤量、水量、添加劑用量決定的,因此條件下)、揮發(fā)分、發(fā)熱量(濃度一定條件下)通過(guò)控制調(diào)節(jié)煤量、水量、添加劑用量就可以實(shí)現(xiàn)灰熔點(diǎn)等項(xiàng)指標(biāo)完全由原料煤決定。在工藝設(shè)備固對(duì)水煤漿濃度、粘度、穩(wěn)定性等指標(biāo)的控制。定、完好及處理量穩(wěn)定的條件下,平均粒度、最大文章通過(guò)介紹吉化水煤漿廠水煤漿產(chǎn)品技術(shù)指粒度相對(duì)穩(wěn)定,在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)須專門控制。這標(biāo)及制漿工藝流程,給出水煤漿制漿工藝過(guò)程中煤樣,水煤漿生產(chǎn)過(guò)程中只需控制水煤漿濃度、粘量、水量、添加劑量比值關(guān)系及控制方法。度、穩(wěn)定性,只要找出影響這些指標(biāo)的因素,實(shí)現(xiàn)控制并不難。收稿日期:2004-06-161.2制漿工藝流程作者簡(jiǎn)介;崔廣文(1963-),男,黑龍江省賓縣入,高級(jí)水煤漿制漿工藝可分為低濃度制漿和高濃度制師,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院在讀博士,主要從事潔凈煤技術(shù)方面的研究。聯(lián)系電話漿,高濃度制漿相對(duì)低濃度制漿工藝簡(jiǎn)單、實(shí)用。13520437898。隨著高濃度制漿技術(shù)逐漸成熟,目前新建水煤漿廠中++·十““十“““““““[7]劉國(guó)光,鄭立慶,呂文英,氧化銅對(duì)鈣基化合物固8中國(guó)煤化工D].北京:中國(guó)硫作用彩響的初步研究[冂],河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)CNMHG(自然科學(xué)版),2000,28(2)