无烟煤水煤浆燃烧特性和气化特性研究

第20卷第5期洁净煤技术Vol 20 No 52014年9月Clean Coal Technology014无烟煤水煤浆燃烧特性和气化特性研究颜淑娟12,3煤炭科学技术硏究院冇限公司节能工程技术硏究分院,北京100013:2.国家水煤浆工程技术硏究中心,北京100033煤炭资源髙效开采与洁净利用国家重点实验窒,北京100013;4:国家能源煤炭髙效利用与节能减排技术装备重点实验室,北京100013)摘要:为了提高水煤浆成浆浓度,选取一种无烟煤作为研究对象,分别利用常规研磨工艺和分级研磨工芑进行制浆实验考察其成浆性能。结果表明:利用分级硏磨工艺优化粒度后,水煤浆浓度能达到67.3%,成浆性良妤。选取2种工艺制得的样品进行了燃烧特性实验,发现釆用分级研磨工艺制得的样品的燃点和燃烬温度有一定程度的降低,燃烬指数増大,加λ助燃剂后该特性更加明显,这是由于分级研磨工芑所制水煤浆中细颗粒含量増加,反应活性变好。重点考察了不冋催化剂加入量对煤样气化反应活性的影响。随着催化剂加入量的増加,气化反应活性有不冋程度提高,实验样品的催化剂的最佳加入量为0.2%。关键词:无烟煤;分级研磨;水煤浆;燃烧特性;催化剂;气化反应中图分类号:TK6文献标志码:A文章编号: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表性的贵州无烟煤,进行了成浆性实验、燃烧特性实验和气化反应活性实验。水煤浆是由一定粒度级配的煤粉、少量添加剂和水混合而成的稳定流体1,影响水煤浆成浆浓度1无烟煤成浆性实验的因素有很多,其中煤质特性非常重要。无烟煤的1.1实验样品活性较差2,在制浆中应用较少,实验选取了有代无烟煤样性质分析见表1。收稿日期:2014-06-20;责任编辑:宫在芹DO:10.13226/jisn.1006-6772.201405.02基金项目:煤炭科学硏究总院基础研究资助项目(201JC07)作者简介:顧淑娟(1983—),女,山东菏泽人,助理研究员,从事水煤浆制和添加剂硏发工作。E--mail:yanshujuanz@163.com引用格式:颜淑娟.无烟煤水煤浆燃烧特性和气化特性研究[J].洁净煤技术,2014,20(5):93-962014年第5期洁净煤技术第20卷灰分虽然不直接参加气化反应,但却消耗煤在反应,并增加煤气产率。但是挥发分太高的煤容易氧化反应中产生的反应热,灰分越高,煤的发热量越自燃,为储煤带来一定困难。表1表明,样品属低挥低,浆化特性也较差。煤的挥发分越高,越利于气化发分煤。表1无烟煤样性质分析工业分析元素分析(Cad) w(Hd) w(nad) w(,,,,ud) w(Od)5.451.21LI77.973.281.361.2实验方法度煤粉,然后将其放人超细硏磨机中进行磨矿,每次常规工艺制浆:将原料煤破碎到小于6πm,后亼料ω.7kg,根据煤的磨矿特性确定磨矿时间。按将其放入棒磨机中磨矿,每次人料2.5kg。磨矿时照设定浓度,将粗粉和细粉按照不同比例混合,加人间根据煤的磨矿特性与岀料粒度要求选择,棒磨磨定量添加剂和水进行成浆性实验,并对浆体的质量矿选择不同时间点,并将对应时间点的煤粉取出。浓度、黏度和粒度进行考察,选择最佳粒度级配。对每个时间点的煤粉用GS-86型电动振筛机进行1.3结果分析干法筛分,测出其粒度分布。根据气化水煤浆粒度常规制浆工艺条件下的成浆性实验结果见表分布的具体要求,选择此时的煤粉为干法成浆性实2,分级研磨工艺实验结果见表3。验的原料。在同一粒度分布条件下,按照设定浓度表2常规制浆工艺下无烟煤成浆性分别加入定量的煤粉、添加剂和水进行成浆性实验,浓度′表观黏度(100s-1,流动稳定性粒度分布并对浆体的质量浓度、黏度(<1200mPa·s)、流变%25℃)/(mPa·s)性(24h后)(<0.075mm)/%性和稳定性进行研究。64.50832-B60.05分级研磨工艺制浆:前期操作与常规工艺磨矿注:流动性A表示煤浆能从平勺中连续流下;流动性B表示煤相同。将磨好的煤粉取出。取出制备好的部分粗粒浆能从平勺中断续流下表3分级研磨工艺下无烟煤成浆性浓度/%表观黏度(100-1粒度分布/%流动性稳定性5℃)/(mPa·s)(24h后)<1.000m<0.45067.31l11398.1660.1067A99.3285:1567.3008370.17主:m、m、分别为粗粉和细粉质量由表2可知,利用常规工艺制浆,按照气化浆粒天平实验,所得结果如图1—图3和表4所示。度要求,制浆浓度能够达到64.5%。由表3可知,将粗细粉按照不同比例进行混合,在m.:m,=85:15时,粒度级配合理,浆态较好,此时水煤浆浓度为DTG67.30%。2无烟煤燃烧特性研究2.1热天平实验020040060080010001200温度C无烟煤的煤质特征决定了其反应活性较差46。分别取一定量的无烟煤常规工艺浆样(样图Ⅰ无烟煤常规工艺浆样TG-DTVG品1)、分级研磨工艺浆样(样品2)、分级研磨工艺22结果分析无烟煤分级研磨工艺浆样、无烟煤分级研磨工颜淑娟:无烟煤水煤浆燃烧特性和气化特性研究2014年第5期艺加助燃剂煤浆的挥发分初析温度和燃点均比无烟沉降炉和流化床气化炉及滴管炉法、等离子法ν煤常规工艺浆样低。无烟煤常规工艺浆样燃烬温度实验选用热重法,该方法可准确测定物料质量817℃,无烟煤分级研磨工艺浆样燃烬温度809℃变化,干扰小3。采用美国TA公司生产的Q500与无烟煤常规工艺浆样相比降低了8℃,加入助燃TGA热重分析仪。在软件中设定稳定及气氛条件,剂后的煤浆样品燃烬温度为772℃,与无烟煤常规初始化工作条件,开始测量。实验升温速率为10工艺浆样相比降低了高达45℃。3个样品的燃烬℃/min,在升温过程中通入CO2,升温至900℃后恒特性指数也依次变大。这是由于分级研磨制浆工艺温至质量不再变化所制浆样中,细颗粒含量增加,煤浆颗粒比表面积增通过煤中碳转化率的变化(即煤中碳与CO2反大,煤浆的反应活性变好,助燃剂的加入对无烟煤的应转化为CO后的失重变化)来判定催化气化的活燃烧特性影响更为明显8。性5。碳转化率计算公式如下(m0-m)/(式中,m是初始质量;m是某一时刻的质量;m。是反600.02应无时间限制进行到最后的质量。DTG-0.043.2结果分析采用分级研磨制浆工艺进行制浆,浆样的燃烧200400600800100012800特性显著提高。在气化反应活性实验中,也得到一致的规律,无烟煤分级研磨制浆工艺所制取的浆样温度r℃其失重时间提前,最大失重速率提高,碳转化率提图2无烟煤分级研磨工艺浆样TG-DTG高。在此基础上,实验重点考察了催化剂对气化反应活性的影响。选取煤气化常用催化剂1,在制浆过程中分别0.02DTG加入干基煤的0.1%0.2%、0.3%进行制浆,将浆样干燥后制得样品进行CO2气氛下的热重实验,得到0.06失重曲线、失重速率曲线和碳转化率曲线。如图0.084—图6所示。020040060080010001200温度C图3无烟煤分级硏磨工艺加助燃剂浆样TG-DTG表4水煤浆样品的燃烧特征值样挥发分初燃点/燃烬温T。/F/f1/f2/Cb无烟煤0.1%催化剂品析温度/℃℃度/℃Cs%%%(10-4·s1)0.2%催化剂0-0.3%催化剂14755968173319820.1977.817.83920100150200250300350400275908093289820.8577.158.2394时间/min4585807722889822,2875.7210.216图4催化剂加入量对样品失重的影响注:7为燃烬时间;f为T时刻对应的煤样失重率;/为TG曲线上燃点对应的煤样失重率/2=f一,为后期燃烬率;C为燃烬特性指无烟煤数,C,=(/12)/T0.80.1%催化剂0.2%催化剂0.3%催化剂3无烟煤气化反应活性研究80.43.1实验方法气化反应动力学是煤气化技术的关键,研究深050100150200250300350400入与否直接影响气化炉的设计和改进,日前主要的时间/min2014年第5期洁净煤技术第20卷参考文献[]何国锋,詹隆,王燕芳.水煤浆技术发展与应用[M].北京:化学工业出版社,2012无图[2]陈雪枫中国无烟煤利用技术[M].北京:化学工业出版社,→0.2%催化剂0.3%催化剂[3]何国锋水煤浆新技术研发与实践[M].北京:中国石化出版050100150200250300350400社,时间min4]马志刚,方梦祥,张锋,等.无烟煤的燃尽特性分析[J].热力图6催化剂加入量对碳转化率的影响发电,2008,37(1):13-16由图6可以看出,加入催化剂后,样品的失重过[5]于遵宏,王辅臣.煤炭气化技术[M].北京:化学工业出版社,程加快,最大失重速率由0.7041%/min增大为[6]陈朝柱,俞建洪开发利用我省无烟煤制造水煤浆的可行性分0.8034%/min,在反应时间和温度相同时,浆样的碳析[J].福建能源开发与节约,2001(2):24-2转化率明显变大。但这一规律并不随着催化剂加入7]姜秀民,杨海平,刘辉,等粉煤颗粒粒度对燃烧特性影响热量的增加而持续变化,说明该煤种在特定粒度下的分析[J].中国电机工程学报,2002,22(12):142-145水煤浆浆样,有一个较佳的催化剂加入量。针对本8]公旭中,郭占成,王志Fe2O3催化无烟煤燃烧燃点降低机理项目所选取的无烟煤,催化剂1的最佳加入量为的实验研究[J]化工学报,2009,60(7):1707-1713[9]代松涛,许慎启,于广锁煤气化反应动力学实验研究方法进展0.2%。[J].煤炭转化,2008(7):86-90[10]陈家仁煤炭气化的理论与实践[M].北京:煤炭工业出版社4结语研究的无烟煤具备较好的成浆性能,利用分级[1]张济宇,林驹,黄文沂,等低活性劣质无烟煤的催化气化J煤炭转化,2001(10):32-39研磨工艺,制浆浓度可达67.3%。由于其煤质特[12]匡建平黑液水煤浆催化气化机理以及气流床气化数值模拟点,无烟煤反应活性较差,但通过优化粒度级配和加研究[D]杭州:浙江大学,200入催化剂等方式,煤样的燃烧特性和气化特性都有13]刘艳利用热重分析仪研究煤的催化气化[D].西安:西北了显著提高。下一步的研究应详细考察温度、压力大学,2007对无烟煤及低挥发分煤气化反应活性的影响,并进[14]王晓鹏不同煤种水煤浆与黑夜水煤浆在常压和加压条件下的气化特性[D]杭州:浙江大学,2008行多种催化剂的催化气化实验,开发高性价比的催[15]陈亚妮热重法研究煤焦-CO2的催化气化反应性[D]西安化剂。西北大学,2009(上接第89页)肥设计,2012,50(4):1-4参考文献[9]朱瑞春,公维恒,范少锋煤制天然气工艺技术研究[J].洁净煤技术,2011,17(6):81-83[1]汪宝林煤气化化学与技术进展[J]洁净煤技术,2014,20(3)[10]郭东升中国煤制天然气发展现状研究[J].广州化工,201341(2):1-4[2]李瑶,郑化安,张生军,等煤制合成天然气现状与发展[J1]蔺华林,李克健,赵利军煤制合成天然气现状及其发展[J]洁净煤技术,2013,19(6):62-66,69上海化工,2010,35(9):25-29[3]亢万忠当前煤气化技术现状及发展趋势[J]大氮肥,2012,35[12]蔡东方,王黎,徐静,等煤制天然气煤气化技术的研究现(1):32-40[4]钱卫,黄于益,张庆伟,等煤制天然气(SNG)技术现状[J]状及分析[J洁净煤技术,2011,17(5):44-46洁净煤技术,2011,17(1):27-31[13]张腊,米金英干煤粉加压气化技术的现状和进展[J]洁净[5]赵亮,陈允捷国外甲烷化技术发展现状[J.化工进展煤技术,2012,18(2):74-78012,31(S1):176-179[14]王鹏,张科达碎煤加压固定床气化技术进展[J]煤化工6]田基本煤制天然气气化技术选择[J]煤化工,2009,10(52010,37(1):5-6.[15]包福军GSP粉煤气化生产天然气变换工艺改进的探讨[J][7]苗兴旺,吴枫,张数义煤制天然气技术发展现状[J]氮肥技广州化工,2014,42(7):16-17术,2010,31(1):6-8.[16]马园媛关于水煤浆气化技术在我国的应用发展[J]科技与