June, 2014化肥設計第52卷第3期12Chemical fertilizer design2014年6月設計技術關于以新疆庫爾勒煤制備水煤漿的研究夏吳,陳鋼,曾凡虎,唐鳳金,陳巳樊(1.中國五環(huán)工程有限公司,湖北武漢430223;2.國家能源低階煤綜合利用研發(fā)中心,湖北武漢430223摘要:以新疆庫爾勒煤為煤樣,研究了在以萘磺酸鹽為添加劑的情況下,采用粒度級配方法制備水煤漿的最佳條件。實驗結釆表明,①菾磺酸鹽的添加量宜為0.3%(以干基煤為標準);②μ"煤樣粗細粒度宜按6:4級配,2“煤樣粗細粒度宜按5:5級配;③1"煤樣可制得質量分數(shù)約為59%的水煤漿,2ˉ煤樣可制得質量分數(shù)約為62%的水煤漿,且均表現(xiàn)出一定的屈服假塑性,可以滿足水煤漿氣化技術的要求關鍵詞:新疆庫爾勒;煤樣;水煤漿;添加劑;粒度級配;流變特性doi:10.3969/j.isn.1004-8901.2014.03.004中圖分類號:TQ534.4文獻標識碼:A文章編號:1004-8901(2014)03-0012-03Researching on Preparing Water Coal Slurry Made by Coal in Korla of XinjiangXIA Wu 2, CHEN Gang, ZENG Fan-hu, TANG Feng-jin',CHEN Si-fan(1. China Wuhuan Engineering Company Lid, Wuhan Hubei 430223 China2. Comprehensive Utilization Development Centre of Low Valence Coal of National Energy, Wuhan Hubei 430223)Abstract: Taking the coal in Korla of Xinjiang as a coal sample, author has researched the optimal condition for preparing the water coal slurry bymeans of granularity class-distribution method under situation taking naphthalene sulfonate as an addingExperimental result indicates that (1)Adding quantity of naphthalene sulfonate should be 0. 3 % taking dry base coal as standard )i (2) Granularity of 1 coal sample shall be proportional asaple can make water coal slurry with mass fraction of about 62%, moreover all showing definite pseudo-plasticity, it can meet requirement for gasifietion technology of water coal slurryKey words: Korla Xinjiang; coal sample; water coal slurry; adding agent; granularity class-distribution: flow variation characteristicdoi:10.3969/j.isn.10048901.2014.03.004水煤漿是伴隨著20世紀70年代國際石油危機主知識產權的對置式多噴嘴水煤漿氣化技術、多元料發(fā)展起來的一種新型煤基流體潔凈燃料,是由煤漿氣化技術已應用于多套裝置。粉、水和添加劑混合攪拌而成的流體,與重油一樣基于經濟性考慮,水煤漿氣化技術對煤的特性可作為流體輸送、貯存,在氣化爐中參與化學反應有一定要求。煤的氧碳比、揮發(fā)分與灰分含量、灰制造合成氣。熔融溫度和水煤漿濃度及流變特性均影響水煤漿我國研究水煤漿技術始于20世紀80年代初,氣化的正常運行。筆者通過相關實驗,考察了新疆經過長期的研究和開發(fā),已經進人工業(yè)生產推廣應庫爾勒煤的煤質特性和成漿性能,獲得了新疆庫爾用階段。勒煤樣的最佳制漿濃度。水煤漿氣化技術具有如下特點:①原料來源廣1實驗部分泛,煤漿性能穩(wěn)定,易于泵送;②技術成熟、可靠,已有數(shù)套工藝裝置多年的運行經驗便于大型化、規(guī)?；?1.1樣易實現(xiàn)自動化控制和清潔化生產;③氣化壓力較高,勸中國煤化工為成漿原料,新疆庫爾可以節(jié)省合成氣的壓縮功;④氣化爐內無傳動裝置,CNMHG元素分析和工業(yè)分析結構比較簡單;⑤有效氣(CO+H2)含量高,由于氣化見表1溫度高,氣體中甲烷含量低,不含焦油,惰性組分含量作者簡介:夏吳(1965年-),男,湖北利川人,1985年畢業(yè)于浙江大低適合作為化工生產的合成原料氣。隨著國內煤化學化學工程專業(yè),教授級高級工程師,中國五環(huán)工程有限公司總工工行業(yè)的蓬勃發(fā)展,該項氣化技術發(fā)展迅速,擁有自的研究、設計、開發(fā)和項目管理第3期夏吳等關于以新疆庫爾勒煤制備水煤漿的研究表1新疆庫爾勒煤樣元素分析和工業(yè)分析水分和氧碳比是反映煤質的2個重要指標,也是衡量煤種成漿性能的重要指標。由表1可知,新元素分析,m/%工業(yè)分析,v/%疆庫爾勒煤樣的水分含量較低,氧碳比較低。Oa N在氣化過程中煤中的硫生成H,S和少量有機1“煤74.724.0219.740.780.747.447.1430.322#煤75.934.1118.820.850.297.174.6030.61硫(COsS),煤中硫含量主要影響合成氣的凈化。由表1可知,新疆庫爾勒煤樣屬于低硫煤1.2實驗灰分和發(fā)熱量直接影響著氣化性能和經濟性能。1.2.1水煤漿制備發(fā)熱量高、灰分含量較低的煤種作為水煤漿氣化的原煤樣用量約3kg,破碎至粒度約10mm。將粗料時,氣化氧耗、煤耗較低,氣化效率較髙。由表1和碎后的煤樣使用對輥破碎杋進行細碎,將細碎后的表3可知,新疆庫爾勒煤樣屬于髙發(fā)熱量、特低灰煤煤樣均勻地平鋪在托盤中,放人105℃的恒溫鼓風HOⅠ是衡量煤可磨性的重要指標,HGI越高,煤干燥箱內進行干燥,干燥時間為12h。干燥后的煤越易磨碎,在同等粒度分布條件下,制備水煤漿電樣使用球磨機進行磨煤制樣,時間控制在10~15耗越低。表3顯示煤樣的HGⅠ分別為67和7,屬min。煤樣使用40目和200目篩子進行篩分。粒度于中等可磨煤。級配后的煤樣加入水和萘磺酸鹽(添加劑)制備成灰熔融溫度是確定水煤漿氣化操作溫度的主水煤漿,并用1000r/min攪拌器攪拌15min。要因素,也是煤種選擇的重要依據(jù)。由表3可知1.2.2水煤漿濃度的測定新疆庫爾勒煤樣屬于低灰熔融溫度煤,符合水煤漿采用GB/T18856.2-2008中規(guī)定的紅外干氣化用煤灰熔融溫度要求。燥法進行濃度測定2.2煤的成漿性能1.2.3水煤漿黏度的測定2.2.1添加劑比選使用成都分析儀器廠生產的NXS-4C型黏度在水煤漿的制備過程中需加入一定量的表面計,采用GB/Tl854-200812中規(guī)定的方法測定活性劑或其他助劑,使煤粉均勻分散在水中成為穩(wěn)水煤漿的黏度和流變特性定的懸浮液,以提高水煤漿的濃度并改善水煤漿的1.2.4水煤漿流動性和穩(wěn)定性分析流動性和穩(wěn)定性。綜合考慮分散效果和生產成本水煤漿的流動性分析采用目測法,穩(wěn)定性分析采等因素,并借鑒相關經驗,實驗中確定萘磺酸鹽為用棒插觀察法,水煤漿流動性和穩(wěn)定性分析見表2添加劑,用量0.3%(以干基煤為標準)。2.2.2粒度級配表2水煤漿流動性和穩(wěn)定性分析粒度分布是影響水煤漿的流變性、穩(wěn)定性及燃料流動性分析穩(wěn)定性分析性的重要因素。水煤漿中煤粉的粒度要達到一定的平滑流動,不間斷無析水,無沉淀ABcD流動不流暢,有間斷輕微析水,少許沉淀細度,保證其充分燃燒,還要具備良好的粒度分布,盡C不能自主往下流,需借助外力沉淀嚴重可能地減少水的消耗,制成高濃度漿。因此,控制好結團現(xiàn)象嚴重結塊水煤漿的粒度分布是水煤漿制備過程中的一項關鍵技術。通過分析 Shukla3、 Whitmore4和 Christians2結果與討論en5等人的相關研究成果,本實驗采用雙峰級配的方法制漿,40~200日(以下稱為粗粒)與200日以上細2.1煤質基礎數(shù)據(jù)分析顆粒(以下簡稱為細粒)之間的配比見表4。作為水煤漿氣化的原料煤種,其煤質直接影響著水煤漿的各項指標、成漿性能、氣化性能和經濟表4新疆庫爾勒煤樣級配方案性能。新疆庫爾勒煤的發(fā)熱量、哈氏可磨指數(shù)序號粗粒:細粒(質量比)煤2"煤某(HGⅠ)和灰熔融溫度見表表3新疆庫爾勒煤樣發(fā)熱量、HI和灰熔融溫度「H中國煤化工CNMHG灰熔融溫度/℃添加劑用量為0.3%,采用表4所述配比方案/(kJ·kg-)制成質量分數(shù)為60%的水煤漿。水煤漿的表觀黏1煤281428211ll111082111011361152度、流動性及穩(wěn)定性的變化規(guī)律,即煤樣粒度級配對水煤漿特性的影響見表5化肥設計2014年第52卷表5新疆庫爾勒煤樣粒度級配對水煤漿特性的影響粗粒:細粒表觀黏度序號煤樣流動性穩(wěn)定性l600(質量比)mPa·s1“煤995.0012448.83CccAA420.00CccBBB米800新疆庫爾勒1·煤樣粗細顆粒按6:4級配制得的水煤漿黏度最小,為448.83mPa·s,但其流動性和剪切速率/s穩(wěn)定性較差,故1煤樣粗細顆?？砂?:4級配確定1煤樣(濃度59%);2°煤樣(濃度62%)最佳制漿濃度;新疆庫爾勒2“煤樣粗細顆粒按5:5圖1新疆庫爾勒煤樣最佳成漿濃度的流變特性級配制得的水煤漿黏度小,且具有良好的流動性和穩(wěn)定性,由此得出煤樣粗細顆粒按5:5級配確定最佳制漿由表7可知,新疆庫爾勒1煤樣和新疆庫爾勒濃度2煤樣制得水煤漿的表觀黏度都隨著濃度的增加而2.2.3水煤漿濃度變大。這是因為隨著水煤漿濃度增加,體系中固體添加劑用量為0.3%,由新疆庫爾勒煤樣制備顆粒的質量分數(shù)增加,顆粒之間起潤滑作用的自由的水煤漿性能見表6。流動水的質量分數(shù)減少,顆粒之間摩擦力增加,導表6新疆庫爾勒煤樣水煤漿成漿性能致水煤漿黏度增加,即對于同一煤樣,水煤漿的黏序號煤樣粗粒:細粒濃度表觀黏度度大小與水煤漿的濃度呈正相關特征流動性穩(wěn)定性(質量比)w/%/mPa·s由圖1可以看出,新疆庫爾勒煤樣最佳成漿濃1煤6:459453.67BC度條件下水煤漿的表觀黏度隨著剪切速率增大而6:4448.83CC降低,均表現(xiàn)出一定的屈服假塑性。這有利于氣化煤B用水煤漿的儲存、泵送和霧化。5:562772.33B5:51037.50C3結論新疆庫爾勒1煤樣制得的水煤漿質量分數(shù)在(1)以萘磺酸鹽作為添加劑,添加量為0.3%59%時呈現(xiàn)較好的流動性和穩(wěn)定性,新疆庫爾勒2(以干基煤為標準),粗細顆粒按6:4級配,實驗室煤樣制得的水煤漿質量分數(shù)在62%時呈現(xiàn)較好的條件下新疆庫爾勒1煤樣成漿的質量分數(shù)約為流動性和穩(wěn)定性。由此可知,新疆庫爾勒1煤樣和2“煤樣的最佳成漿質量分數(shù)分別為59%和62%。59%,可以滿足水煤漿氣化技術的要求。2.3水煤漿的流變特性(2)以萘磺酸鹽作為添加劑,添加量為0.3%水煤漿流變特性是指受外力作用發(fā)生流動與變(以干基煤為標準),粗細顆粒按5:5級配,實驗室形的特性,其與水煤漿的儲存、輸送和霧化燃燒密切條件下新疆庫爾勒2煤樣成漿的質量分數(shù)約為相關。在表6所示濃度條件下,新疆庫爾勒煤樣水煤62%,可以滿足水煤漿氣化技術的要求漿表觀黏度隨剪切速率變化的規(guī)律見表7,最佳濃度(3)2種煤樣單獨制漿,新疆庫爾勒2“煤樣的條件下的表觀黏度隨剪切速率變化的規(guī)律見圖1。成漿性能明顯優(yōu)于新疆庫爾勒1煤樣。表7新疆庫爾勒煤樣水煤漿表觀黏度隨剪切速率變化的規(guī)律參考文獻煤粗粒:細粒濃度不同剪切速率下的表觀黏度/mPa·s[1]GB/T8856.2-2008.水煤漿質量試驗方法[S](質量比)u/%10s-120s-140s-160s-180s-1100s-1[2]中國煤化工試驗方法[SAL S K. et al. 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