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多元料浆气化工艺水煤浆浓度的影响因素

[日期:2019-04-15] 来源:《中氮肥》2019年第2期  作者: [字体: ]

赵伯平

(陕西陕化煤化工集团有限公司,陕西 渭南714100

 

      [摘 要] 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6001 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。

[关键词]  多元料浆气化工艺;水煤浆浓度;影响因素;煤质;粒度级配;制浆工艺;制浆添加剂;煤浆提浓工艺

[中图分类号]  TQ546[文献标志码]  B[文章编号]  1004-9932201902-0001-07

 

众所周知,水煤浆(简称煤浆)浓度是多元料浆气化工艺中极为关键的工艺指标,其在很大程度上决定着气化装置的运行效率与经济性。在现有的制浆工艺装备条件下,水煤浆浓度的提升(简称水煤浆提浓或煤浆提浓)是一项涉及面广、影响因素较多的系统工程,要做好此项工作,必须对水煤浆的基本特性、水煤浆浓度提升的影响因素、各种煤浆提浓工艺的优缺点有一个深入而全面的了解。以下笔者结合多年生产实践中得来的经验与有关资料,从几个方面就有关问题作一阐述,供业内参考。

1  多元料浆气化工艺用水煤浆的基本特性

多元料浆气化工艺用水煤浆的基本特性主要通过水煤浆中煤炭颗粒粒度及粒度分布、水煤浆中煤炭的含量(即煤浆浓度)、水煤浆的流变特性、水煤浆的稳定性四个方面表征。

1.1  水煤浆中煤炭颗粒粒度及粒度分布

水煤浆中煤炭颗粒粒度及粒度分布(俗称煤炭颗粒粒度级配)对气化效率、氧气消耗、灰渣残炭及煤浆浓度的影响巨大。从有利于燃烧和气化的角度出发,水煤浆中煤炭颗粒粒度越小,越有利于反应速率的提升,气化剂(氧气与水蒸气)消耗和灰渣残炭率越低,水煤气中有效气含量越高,其主要原因是煤炭颗粒在气化炉内停留时间只有0.7 s左右。华东理工大学的于遵宏、王辅臣教授等指出,从有利于燃烧和气化的角度出发,要求水煤浆中煤炭的粒度上限(通过率≥98%)为300 μm,最好小于74 μm1

良好的粒度分布能使水煤浆中大小不同的煤炭颗粒相互填充,尽可能地减少煤炭颗粒间的空隙,得到较高的堆积效率,而煤炭颗粒间空隙率的下降能够有效地降低制浆水的消耗,在采用同种原料及工艺的条件下,可以实现水煤浆浓度的提升,为气化装置的增产降耗打下良好的基础。

1.2  水煤浆中的煤炭含量(即煤浆浓度)

通常情况下,水煤浆作为多元料浆气化装置生产水煤气所用的原料之一,其浓度(质量浓度,下同)大于58%即可实现气化装置的经济运行。当然,从节能降耗的角度来说,水煤浆浓度越高越好。但实际生产中,制约水煤浆浓度提升的因素众多,且水煤浆浓度的提升也不是无限制的,提升到最适宜的浓度后,应努力保证整个制浆系统的平稳运行,否则将是不经济的。

气化用水煤浆是允许含有高达30%40%的水分的,这里说的水分是水煤浆的全水分。首先是包括隐含在煤炭中的内在水分;其次,煤炭在进入制浆工段前要进行破碎处理,破碎时基于环保方面的考虑,要向煤炭表面喷淋少量的水,以避免扬尘污染环境,水煤浆的全水分中包含这部分水;另外,制浆时使用的制浆水(制浆水并不是原水,而是生产过程中产生的含有残炭及其他固体颗粒的工艺污水及废水)也包含在水煤浆的全水分中。华东理工大学的于遵宏、王辅臣教授等在《煤炭气化技术》一书中指出:30%40%的水分在燃烧时造成的热量损失并不算大1。工程实践也表明,水煤浆中的水分约30%是要参加气化反应的2。因此,暂且不论水煤浆提浓的技术难度与经济代价,如果一味地提升水煤浆浓度,水煤浆中水含量过低,将不利于气化效率的提升,同等条件下会使氧气消耗上升,水煤气中有效气(H2+CO)含量降低,不利于系统的经济运行。

1.3  水煤浆的流变特性

所谓流变特性,是指流体的流动特性。对于牛顿流体,流动时其粘度不随温度的变化而变化,不随速度梯度的变化而变化;而气化用水煤浆是一种非牛顿流体(非牛顿流体是指不满足牛顿粘性实验定律的流体),即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系。虽然众所周知水煤浆浓度越高,氧耗越低,气化效率越高,但为了便于水煤浆的泵送,并为水煤浆的雾化、燃烧、气化创造有利条件,要求水煤浆具有优良的流动性,否则水煤浆中的煤炭颗粒等会在泵送过程中沉降,造成煤水分层,影响水煤浆的雾化、燃烧、气化。水煤浆浓度提升后,在化学添加剂含量不变的条件下,水煤浆的流变特性会变差,此时可以通过增加化学添加剂的用量来改善水煤浆的流变特性,但当化学添加剂含量在既有工艺装备条件下无法加大且水煤浆流动性良好时,就没有必要再提升煤浆浓度了,因为此时煤浆浓度就是最适宜浓度;否则,浓度过高会导致煤浆粘度增大,管道输送阻力增加,更为严重的问题是会使工艺烧嘴物化性能下降。

此外,还要求煤浆具有“剪切变稀”的流变特性。所谓的“剪切变稀”的流变特性,是指在其流动时表现出较低的粘度,便于使用;当其处于静止状态时,又可表现出高粘度的特性,便于存放。

更多内容详见《中氮肥》2019年第2

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