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制备高质量水煤浆的影响因素及操作控制

[日期:2019-12-13] 来源:《中氮肥》2019年第6期  作者: [字体: ]

侯铠鹏

(神华包头煤化工有限责任公司,内蒙古 包头014010

 

[摘  要] 目前我国许多煤化工项目采用水煤浆加压气化工艺,而制备高质量的水煤浆是水煤浆加压气化工艺技术应用的关键。简介水煤浆加压气化工艺之煤浆制备流程及对水煤浆品质的要求,分析水煤浆制备质量的主要影响因素,并结合某厂GE水煤浆加压气化装置煤浆制备的生产实际,分析与探讨制备高质量水煤浆所需把控的原料煤煤质、煤浆添加剂配制及其添加量、磨煤机内钢棒级配、磨煤机进煤量与进水量调整等关键操控点,以便为业内提供一些参考与借鉴。

[关键词]  水煤浆加压气化工艺;水煤浆质量;影响因素;操作控制;原料煤煤质;煤浆添加剂;磨煤机钢棒级配;滚筒筛挂浆情况

[中图分类号]  TQ546.1[文献标志码]  B[文章编号]  1004-9932201906-0012-03

 

一直以来,“富煤、贫油、少气”的化石能源资源禀赋决定了我国必须大力发展煤化工项目。目前我国许多煤化工项目采用水煤浆加压气化工艺,所谓水煤浆加压气化工艺,就是将水煤浆和氧化剂经工艺烧嘴以非常高的流速喷向气化炉内,使煤炭在高温高压环境下发生不完全氧化反应,生成粗合成气,这是当今较为成熟的煤气化技术之一,而制备高质量的水煤浆是水煤浆加压气化工艺技术应用的关键。以下结合某厂GE水煤浆加压气化装置煤浆制备的实际生产情况就有关问题进行探讨。

1  煤浆制备流程与水煤浆质量要求

1.1  煤浆制备流程

某厂采用GE水煤浆加压气化工艺(气化压力6.5 MP、气化温度1 350 ℃),制备水煤浆的原料包括原料煤(粒径小于10 mm)、工艺水、煤浆添加剂。主要设备包括耐压式称重给料机、单室湿式溢流型棒磨煤机、离心式低压煤浆泵、隔膜计量式添加剂泵。

储煤装置将粒径小于10 mm的原料煤通过皮带送至煤储斗,经称重给料机称量后送入磨煤机。添加剂原液由罐车送入厂区,经分析合格后卸入添加剂地下槽,加新鲜水配制成所需浓度,然后由添加剂泵送往磨煤机。低压灰水、真空过滤机滤液、研磨水池渣水、新鲜水、MTO净化水和MTO废碱液进入研磨水槽形成工艺水,工艺水由研磨水池泵加压经磨煤机补水调节阀进入磨煤机。原料煤、工艺水、添加剂在磨煤机内充分混合、研磨,形成浓度为60%62%的水煤浆。水煤浆经滚筒筛滤去大颗粒后流入煤浆出料槽,由低压煤浆泵送入煤浆大槽备用。

1.2  水煤浆质量要求

1.2.1  水煤浆的浓度

水煤浆的浓度实质上指的是水煤浆中的含固量。煤浆浓度低,相应地粘度也低,虽然有利于泵送,但进入气化炉的有效成分即煤量减少,发热量降低,同时高含量水分蒸发吸收大量的热量,造成气化炉炉温下降,操作人员为维持炉温,就必然增加氧气量,使比氧耗增大,气化效率降低;反之,入炉煤浆浓度高,带入气化炉的煤量增加,气化炉炉温和压力增高,反应速率加快,粗合成气产量增大。实际生产中,水煤浆加压气化装置所用煤浆浓度一般控制在60%62%

1.2.2  水煤浆的流动性

水煤浆的流动性可以用表观粘度来表示。水煤浆的表观粘度大,其流动性就差,不利于泵送,气化炉烧嘴中中心氧对煤浆的雾化效果也差。实践表明,在煤浆中加入表面活性剂,即加入煤浆添加剂,可降低水煤浆的粘度,改善水煤浆的流动性。实际生产中,水煤浆加压气化装置所用水煤浆的粘度一般控制在3001 200 cP

1.2.3  水煤浆的稳定性

水煤浆的稳定性其实就是指煤粒在水中的悬浮能力。水煤浆是一种分散的悬浮体系,煤粒受重力作用会沉降,尤其是在水煤浆低速流动或静置时,容易发生分层、沉淀。水煤浆的稳定性与煤粒粒度分布和煤的亲水性有关,煤粒粒度越小,表面亲水性越强,其稳定性就越好,但粘度会增大,流动性变差。实际生产中,合格的水煤浆要求静置24 h后析水率≤5%(质量分数)且无硬性沉淀。

1.2.4  水煤浆的粒度分布

水煤浆的粒度分布是成浆的关键因素之一。水煤浆中粗颗粒多,煤浆表观粘度下降,流动性好,但易分层、沉淀;水煤浆中细颗粒多,煤浆稳定性好,但流动性变差。对水煤浆加压气化反应而言,煤颗粒越小,反应越完全,气化效果越好。因此,水煤浆要有适宜的粒度分布,大小颗粒比例要协调,以实现大小颗粒的互相填充。实际生产中,水煤浆加压气化工艺对水煤浆粒度分布(通过率)的要求为:8目的100%14目的98%40目的90%200目的35%45%325目的25%35%

1.2.5  水煤浆的pH

水煤浆加压气化工艺中,如水煤浆呈酸性,会对管道、机泵等产生腐蚀;如水煤浆呈强碱性,会引起管道结垢而造成堵塞。因此,水煤浆加压气化工艺对水煤浆的pH是有一定要求的,适宜的水煤浆pH有利于添加剂与煤粒的相互作用,从而可提高水煤浆的质量。实践表明,添加剂在碱性环境下使用效果好,故水煤浆加压气化工艺通常要求将水煤浆的pH控制在79

2  水煤浆制备质量的主要影响因素

2.1  原料煤煤质

煤的形成年代越长,煤的内水含量越低,哈氏可磨性指数越高,制成的煤浆粘度就越小,流动性越好,越容易制备高浓度水煤浆,但稳定性相对差一些;而年轻的煤,其变质程度较轻,毛细管发达,内在水含量高,亲水性强,反应活性好,但成浆性较差。比较适合水煤浆加压气化工艺制浆的原料煤,其内水含量应在8%以下。

2.2  磨煤机内钢棒级配

稳定的转速下,磨煤机内部的钢棒与煤沿筒体旋转方向转动一定高度,当钢棒与煤被抛到一定高度后,其克服不了自身重力与堆积角时就会快速落下,钢棒不断对煤进行挤压研磨,在工艺水与煤浆添加剂的作用下形成一定配比和浓度的水煤浆。磨煤机是生产煤浆的重要设备,其运行质量及钢棒级配直接影响水煤浆的质量。实际生产中,需根据煤浆浓度、粒度分布、煤的可磨性指数确定磨煤机钢棒级配,以制备出优质煤浆。

2.3  煤浆添加剂

煤属于疏水性物质,在水中具有热力学不稳定性,容易团聚,从而使水煤浆粘度增大、流动性变差。添加剂的主要作用是改变煤粒的表面性质,降低煤粒表面的电荷量,在煤粒表面形成一层水膜,使煤粒充分润湿和均匀分布在少量水中,从而提高煤浆的流动性,即选用合适的添加剂有助于提高煤浆的浓度。但需注意的是,添加剂加入后可能会改变煤浆的稳定性。煤浆的流动性和稳定性与原料煤的种类有着密切的关系,因此必须通过煤种分析实验确定适宜的添加剂。

3  高质量煤浆制备的操作控制

更多内容详见《中氮肥》2019年第6

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