气化煤种评价技术研究及应用 报告人 : 兖矿水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心有限公司水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心 2015 年 10 月
报告内容 工程中心简介 水煤浆制浆配煤技术 液体排渣适用性评价研究 煤种评价系统简介 工业应用情况
一 水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心简介
( 一 ) 组建情况 工程中心是由原国家计委批准设立的一家国家级工程研究中心 1995 年 8 月正式成立, 依托单位为兖矿鲁南化肥厂, 成员单位有西北化工研究院 西南化工研究院 南化公司研究院 中国天辰工程有限公司 华东理工大学 清华大学
1995 年 8 月 28 日, 工程中心成立大会在山东鲁南化肥厂召开, 时任化工部副部长成思危参加了大会, 为中心揭牌, 工程中心正式成立 2001 年 9 月 27 日, 原国家计委以计高技 [2001]1727 号文件为水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心等 82 个国家工程研究中心命名并授予牌匾 2008 年 10 月 12 日, 工程中心通过了由国家发展改革委高技术产业司组织的验收
新公司成立情况 根据兖矿集团部署, 2014 年兖矿水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心有限公司在济南高新区成立 公司注册资本 1 亿元人民币, 为兖矿集团全资子公司, 山东兖矿国拓科技工程有限公司是公司的控股子公司 山东兖矿国拓科技工程有限公司 2010 年 7 月成立, 主要从事多喷嘴气化技术 粉煤气化技术 醋酸羰基合成及 IGCC 联合循环发电技术推广及技术服务工作
( 二 ) 发展现状 工程中心是集科研 开发 设计 培训 学术交流功能为一体的综合性科研机构 开展碳一化学 含氧化合物的关键技术的工程化开发, 建成了煤气化和煤化工试验研究及工程开发基地, 建有 6 套中试装置 7 个实验室和 3 套仿真培训系统 中试装置煤质分析实验室仿真培训实验室
中试装置 BL 法海绵铁中试装置 千吨级甲酸甲酯柔性装置 六套中试装置 新型水冷壁气化炉中试装置 完成国家 十一五 863 子课题高灰熔点煤种试烧试验 新型水冷壁气化技术开发 完成国家 九五 重点科技攻关项目 多喷嘴对置式新型水煤浆气化技术 的研发 新型气化炉中试装置 8.5MPa 水煤浆气化中试装置 粉煤加压气化中试装置 完成国家 十五 重点科技攻关项目 粉煤加压气化制合成气新技术研究与开发 的研发 进行 8.5Mpa 水煤浆气化中试试验, 同时承担亚太地区的煤种试烧任务
实验室情况 承担任务 研发实验室 煤质评价实验室成浆性评价实验室煤灰粘温特性实验室催化剂评价室精细化工产品分析室矿物成分分析室 气化煤种评价, 指导气化煤种选择, 通过配煤相关理论指导气化配煤 包括成浆性评价及液体排渣适用性评价 煤质检测 : 煤的基本性质分析 ( 工业分析 元素分析 ), 成浆性分析, 灰渣粘温特性分析等, 指导气化用煤的选择 催化剂评价 : 催化剂反应活性 热稳定性等性能表征 精细化工产品综合分析
仿真培训实验室 四喷嘴水煤浆气化仿真培训管理系统 科林粉煤气化仿真培训管理系统 多喷嘴对置式粉煤气化仿真培训管理系统 承担任务 对气化工艺人员进行培训, 强化提高其开停车操作 正常运行操作 事故处理及应急应变等多方面能力
( 三 ) 科研成果 (1) 多喷嘴对置式水煤浆气化技术 九五 期间兖矿集团 华东理工大学 中国天辰化学工程公司承担了国家重点科技攻关课题 新型 ( 多喷嘴对置 ) 水煤浆气化炉开发, 进行了多喷嘴对置式水煤浆气化炉的中试研究, 获得 22 项专利 2000 年 10 月通过国家石油和化学工业局组织的鉴定和验收, 认为该技术 填补国内空白, 具有 国际领先水平 中试装置 2007 年该技术获得国家科技进步二 等奖
国内 36 家企业 109 台气化炉
(2) 粉煤加压气化中试研究 中心与华东理工大学 中国天辰化学工程公司共同承担了国家 十五 攻关项目 粉煤加压气化制合成气新技术研究与开发, 建成了具有自主知识产权的粉煤加压气化中试装置 装置于 2004 年 12 月 6 日 ~9 日顺利通过科技部组织的现场 72 小时运行考核, 各项技术指标均达到或超过攻关指标 2004 年 12 月 21 日该项目通过了科技部课题专家委员会验收 该技术被煤炭工业技术委员会评为 2004 年度煤炭工业十大科技成果
国家工程中心先后承担国家重点科技攻关项目 2 项以及国家 863 项目 3 项 ; 获国家科技进步二等奖一项, 获山东省人民政府科学技术进步一等奖 中国石油和化学工业科技进步特等奖各一项 ; 与高校 科研院所 企业共同开发技术项目 9 项 ; 独立开发技术项目 6 项 ; 通过部级技术鉴定 5 项 ; 获得专利授权 33 项 近期科技新产品成果推广项目 序号名称说明 1 新型煤粉质量流量计 2014 年完成开发 2 新型锁渣球阀已试制完成 3 高性能水煤浆添加剂已完成开发 4 气化煤种评价已建成比较完善的评价系统
科技成果获奖一览表 序号获奖项目获奖名称获奖等级获奖时间 1 新型水煤浆气化烧嘴研究与开发上海市科学技术进步奖一等奖 1998 年 2 德士古水煤浆气化装置仿真培训系统 1999 年度国家石油和化学工业局化工科技进步奖 三等奖 1999 年 3 多喷嘴对置式水煤浆气化技术中国石油和化学工业协会科技进步奖特等奖 2006 年 4 多喷嘴对置式水煤浆气化技术国家科学技术进步奖二等奖 2007 年 5 6 7 8 9 粉煤加压气化制备合成气新技术研究与开发 兖州矿区高硫煤洁净利用创新技术集成及工业化示范 专利 多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉及其应用 水冷壁粉煤加压气化技术研究与开发 ( 中试 ) 新型水冷壁气化炉中试装置煤种试烧与大管径输送试验 2004 年度煤炭工业十大科技成果 2005 年 山东省科学技术科技进步奖 一等奖 2010 年 山东省专利奖 二等奖 2010 年 山东省煤炭行业科学技术奖 一等奖 2011 年 2011 年度兖矿集团科学技术进步奖 二等奖 2011 年
二 水煤浆制浆配煤技术
( 一 ) 水煤浆制浆现状 气化用水煤浆面临问题 (1) 优质气化煤资源越来越少 (2) 褐煤等低阶煤的内水高 含氧官能团丰富, 可磨性差, 成浆浓度低 气化效率低, 能耗 ( 煤耗 氧耗 ) 偏高 (3) 性能优良的添加剂价格昂贵 (4) 有待研发高浓度制浆工艺
(1) 研发高性能水煤浆添加剂 提高成浆浓度的手段 影响水煤浆产品质量的因素 (2) 采用配煤技术提高成浆性 添加剂 改变煤粒的表面性质, 促使煤粉颗粒在水中的分散 级配技术 级配越好, 堆积效率越高, 成浆浓度越高 优化制浆工艺 煤质特性 表面亲水性 孔结构特征 哈氏可磨性指数 (HGI) 岩相组成等
( 二 ) 工程中心制浆研究 1. 高性能水煤浆添加剂开发 1600 1400 1200 N001 LH L100 L102 A002 FN L101 L103 粘度 ( mpa.s) 1000 800 600 400 200 0 61.0 61.5 62.0 62.5 63.0 煤浆浓度 (% ) 针对神木煤, 采用多种新型水煤浆添加剂, 经干法制浆工艺 配制水煤浆, 煤浆浓度 63% 时, 添加剂 N001 L100 和 L101 均能达到要求的降粘效果, 添加剂用量 ~1 公斤 / 吨浆
1. 高性能水煤浆添加剂开发 煤浆浓度 (%) 63 64 65 添加剂 LH L101 LH L101 LH L101 粘度 ( mpa. s) 20/s 1235 737 1462 1106 1737 1448 100/s 488.7 448.2 556.8 491.2 624 537.2 析水率 (24h,%) 0.93 0.34 0.71 0.33 0 0 新型添加剂 L101 的降粘效果好于 LH, 水煤浆析水率 小, 具有较好的稳定性 L101 可以较好的改善神木煤 的成浆性, 提高水煤浆浓度
1. 高性能水煤浆添加剂开发 添加剂 L101 LH 煤浆浓度 (%) 61.8 63.3 60.4 61.02 粘度 (mpa.s) 粒度分布 (%) 20/s 960 1257 965 1466 100/s 569.5 609.5 417.8 662 +40 目 7.44 4.80 6.23 6.30-200 目 42.34 40.23 42.11 42.72 析水率 (24h,%) 无无 0.98 无 落棒实验落棒到底底部软沉淀落棒到底落棒到底 采用棒磨湿法制浆工艺, 添加剂 L101 可以将神木煤煤浆 浓度提高至 62%, 而将粘度控制在 1200 mpa.s 以下
1. 高性能水煤浆添加剂开发 粘度 ( mpa.s) 3500 L101 61.8% L101 63.3% 3000 LH 60.4% LH 61.02% 2500 2000 1500 1000 500 0 20 40 60 80 100 剪切速率 ( S -1 ) 120000 100000 80000 60000 40000 20000 实验室棒磨制神木煤水煤浆流变特性 剪切应力 ( mpa) 浆体均呈非牛顿流体中的假塑性流体特性 随着剪切速率的增大, 剪切应力增加, 粘度下降 假塑性有利于气化水煤浆的储存 泵送和雾化, 与现在工业化运行的气化料浆的流变特性一致, 可在水煤浆加压气化过程中应用
1. 高性能水煤浆添加剂开发 研究结论 : 1) 根据神木煤的表面特性和分子结构, 研发一系列高性能水煤浆添加剂 以神木煤为原料配制水煤浆, 进行高效水煤浆添加剂评价试验 综合成浆性 经济性等各方面效果考虑, 优选出适用于神木煤的添加剂 L101 2) 采用优选添加剂 L101, 以神木煤为原料, 进行实验室棒磨制浆可将神木煤煤浆浓度提高至 62%, 煤浆粘度在 1200 mpa.s 以下 3) 申请两篇发明专利 一种阴离子 - 非离子复配型煤气化用水煤浆添加剂 和 一种提高低阶煤成浆性的工艺
2. 配煤制浆 2.1 煤质对成浆性的影响在大量煤质和成浆性试验的基础上, 提出烟煤成浆 性难度指标 D 的计算回归式 : 无氧模型 : D=7.5+0.5 Mad-0.05HGI 有氧模型 : D=7.5-0.05HGI+0.223Mad+0.0257 O 2 成浆性难度指标 D 值越大表明成浆性越差 在适量添加剂与合适级配条件下, 可制浆浓度 C(%) 与 D 之间有下列经验关系 : C=77-1.2D
2.1 煤质对成浆性的影响 根据成浆性难度指标 D 对煤成浆性的难易程度评价结果如下 : 煤样神木煤 P10 P20 开阳煤 成浆性难度指标 D 11.0 10.4 9.7 5.6 可制浆浓度 C/% 63.8 64.6 65.3 70.3 成浆性难易 很难 很难 难 中等 注 : 神木煤与开阳煤的配煤比例为 90:10 80:20, 其编号分别记为 P10 P20 神木煤中配入开阳煤比例的增大, 提高了煤的成浆性 通过经验公式计算得出, 神木煤中配入 10% 的开阳煤, 可制浆浓度提高 0.8%; 神木煤中配入 20% 的开阳煤, 可制浆浓度提高 1.5%
2.2 P10 和 P20 的成浆性 Viscosity(mPa.s) 900 750 600 450 300 150 Shenmu coal P10 P20 Kaiyang coal 10 20 30 40 50 60 70 80 Share rate (RPM) 图煤浆浓度 60% 时水煤浆流变特性曲线 制浆试验表明, 神木煤较开阳煤难以制浆, 其煤浆粘度较大 神木煤配入开阳煤制浆, 可以降低煤浆的粘度 四种水煤浆均呈假塑性流体特性, 剪切速率的增大, 粘度下降, 与目前工业化运行的气化用水煤浆的流变特性一致
2.2 P10 和 P20 的成浆性 神木煤与开阳煤配煤成浆性结果 煤样 添加剂 成浆浓度 (%) 粘度 (mpa.s,20/s ) 流动性 (ml/s) 神木煤 NAY 60 625.1 0.6 P10 NAY 61 652.9 8.0 浓度 60% 的神木煤煤浆与浓度 61% 的配煤 P10 煤浆的粘度基本一致, 并且 P10 煤浆流动性较好 因此, 神木煤中配入 10% 的开阳煤, 可以 将气化煤浆的浓度提高 1%, 并可显著提高煤浆的流动性
2.2 P10 和 P20 的成浆性 14 12 P10 P20 配煤 P10 和配煤 P20 的煤浆流动性均随浓度的 Mobility(ml/s) 10 8 6 增大而降低 ; 在同一浓度下, 配煤 P20 煤浆的流动性均好于配煤 P10, 4 配入开阳煤可以显著的 2 60.0 60.5 61.0 61.5 62.0 提高煤浆的流动性 Concentration of CWS(%) 配煤 P10 和 P20 的流动性随煤浆浓度的变化趋势
2.2 P10 和 P20 的成浆性 神木煤与开阳煤配煤制浆结论 : (1) 通过成浆性难度指标 D 与成浆浓度 C 的关联计算, 得出神木煤中配入 10% 的开阳煤, 可制浆浓度提高了 0.8%; 神木煤中配入 20% 的开阳煤, 可制浆浓度提高了 1.5% (2) 神木煤中配入开阳煤制取水煤浆, 可以降低煤浆的粘度, 但在制浆过程中还应考虑粒度级配和添加剂对煤浆粘度的影响效果 ; 神木煤中配入开阳煤制取水煤浆, 仍呈假塑性流体特性, 并且可以显著的提高煤浆的流动性 因此, 可以考虑在神木煤中配入 10% 的开阳煤, 将气化煤浆的浓度提高 1%
2.3 神木煤与锅炉煤混配制浆 配煤煤样 煤种比例种类 添加剂 用量 ( 煤基 ) (%) 成浆浓度 (%) 粘度 (mpa.s) 20/s 100/s 3:1 LH 0.15 62 1275 550 神木 : 锅炉煤 1 2:1 LH 0.15 62 1144 504 1:1 LH 0.15 64 1183 528 1:2 LH 0.15 65 924 444 3:1 LH 0.15 62 1231 572 神木 : 锅炉煤 2 2:1 LH 0.15 62 1063 449 1:1 LH 0.15 63 1170 503 1:2 LH 0.15 65 1302 538 从表中数据可看出, 神木煤中配入锅炉煤, 提高了煤 的成浆性, 并且随锅炉煤比例的增大, 成浆浓度越高
2.3 神木煤与锅炉煤混配制浆 煤样 神木煤 : 锅炉煤 1 神木煤 : 锅炉煤 2 3:1 2:1 1:1 1:2 3:1 2:1 1:1 1:2 M ad /% 6.93 6.49 5.61 4.72 6.88 6.42 5.50 4.58 工业分析 A ad / % 13.61 14.80 17.19 19.58 13.80 15.05 17.57 20.08 V ad /% 32.03 31.74 31.15 30.56 32.19 31.95 31.47 30.99 FC ad /% 49.68 49.07 47.85 46.62 49.38 48.67 47.24 45.81 发热量 Q b,ad /MJ/kg 25.89 25.66 25.18 24.71 25.93 25.70 25.26 24.81 灰熔点 / DT ST HT FT 1206 1243 1256 1299 1226 1265 1276 1318 1266 1295 1304 1334 1290 1342 1349 1385 1201 1231 1244 1292 1201 1247 1257 1304 1241 1262 1274 1320 1249 1307 1318 1356 可磨指数 45 46 50 53 43 44 46 47 随神木煤中配入锅炉煤的比例增加, 煤的灰熔点也增加 混配能否用于气化炉, 还需进一步研究混煤的灰渣特性
2.3 神木煤与锅炉煤混配制浆 神木煤与锅炉煤配煤制浆结论 : 1) 随锅炉煤用量的增加, 配煤的成浆浓度升高, 在选择的配煤比例下成浆浓度均达到 62% 及以上 ; 配入锅炉煤, 增加了煤浆的流动性 ; 2) 神木煤中配锅炉煤, 随锅炉煤用量增大, 灰熔点升高, 可磨指数稍有增大 当锅炉煤含量大于 67% 时 FT>1350 ; 3) 建议先从 3:1 或更低比例配煤制浆, 不需改变现用添加剂种类, 用量稍作微小调整, 逐渐增加锅炉煤的用量, 可逐步提高煤浆浓度 配煤比例应充分考虑灰熔点和灰分对气化炉的操作影响, 建议最高配煤比例为 1:1, 成浆浓度 63%~64%
2.4 榆林煤与锅炉煤混配制浆 煤样 添加剂 种类 成浆浓度 (%) 粘度 (mpa.s) 20/s 100/s 流动性 (ml/s) 榆林 : 锅炉 煤 1 6:1 L110 63 559 339 2.76 5:1 L110 64 661 416 1.44 3:1 L110 64 767 378 1.14 从表中数据可看出, 榆林煤中配入锅炉煤, 提高了煤 的成浆性, 并且随锅炉煤比例的增大, 成浆浓度越高
2.4 榆林煤与锅炉煤混配制浆 煤样 榆林煤 榆林煤 : 锅炉煤 1 9:1 6:1 5:1 3:1 锅炉煤 1 M ad /% 5.27 4.99 4.87 4.80 4.57 2.45 工业分析 A d / % 6.23 8.17 9.00 9.46 11.08 25.65 V daf /% 38.64 38.74 38.78 38.81 38.89 39.65 FC d /% 61.39 56.29 55.75 55.45 54.39 44.87 发热量 Q gr,d /MJ/kg 30.94 30.27 29.98 29.82 29.26 24.214 Q net,d /MJ/kg 29.94 29.28 29.00 28.84 28.30 23.388 灰熔点 / DT ST HT FT 1231 1232 1234 1243 1154 1159 1164 1173 1162 1169 1184 1210 1172 1190 1197 1227 1200 1226 1243 1282 1426 1453 1472 >1500 随榆林煤中配入锅炉煤的比例增加, 煤的灰熔点有所提高, DT~FT 温度区间增加, 有利于气化温度操作
2.4 榆林煤与锅炉煤混配制浆 榆林煤与锅炉煤配煤制浆结论 : 1) 榆林煤配锅炉煤可增加成浆性 采用添加剂 L110,6:1 配比配煤成浆浓度为 63%,5:1 配比和 3:1 配比配煤成浆浓度为 64% 2) 配适量的锅炉煤, 可提高煤 DT~FT 温度区间, 有利于气化炉操作 3) 单独使用榆林煤制浆气化, 气化炉操作温度区间太小, 难度较大, 建议选用 6:1~3:1 配比制浆, 以靠近 6:1 为宜, 并要综合考虑灰分等其他因素对气化炉操作的影响
3. 成浆性评价应用 1 1 1 呼伦贝尔地区煤样制浆添加剂筛选及成浆性评价 2 4 石油焦残渣及其配煤的成浆性试验 1 3 1 新疆地区煤样制浆添加剂筛选及成浆性评价
3. 成浆性评价应用 (1) 呼伦贝尔煤样 呼伦贝尔煤样在添加剂 A 作用下的成浆性和流变特性如下 : 呼伦贝尔煤样 成浆浓度 (%) 粘度 (mpa s) 流动性 (ml/s) 稳定性 (24h) 流变特性 54 号 1 号 2 号 3 号 56.0 49.0 49.0 50.0 811 792 852 858 0.97 0.30 无 0.43 无水析出, 落棒到底, 浆体均匀, 无沉淀 呈假塑性 流体特性 以呼伦贝尔地区 54 号煤为原料, 采用添加剂 A( 用量 煤基 0.2% ), 可制得浓度 56% 的水煤浆
3. 成浆性评价应用 (2) 石油焦残渣 石油焦残渣及其配煤成浆性评价如下 : 配煤 ( 石油焦含量 ) 浓度 (%) 添加剂 种类用量 ( ) 粘度 (mpa.s) 稳定性 ( 24h ) 析水率 (%) 落棒试验 100% 72 B 3 658.2 2.59 少量硬沉淀 90% 71 B 3 691.3 1.28 软沉淀 80% 70 B 3 646.0 0.96 软沉淀 石油焦残渣可制得较高浓度 ( 大于 65%) 的水焦浆, 但浆体的稳 定性差, 易形成硬沉淀 石油焦残渣中配入榆林煤 (10%~20%), 使用添加剂 B( 用量 2 ~3 ), 制取水焦浆, 可提高浆体稳定性
3. 成浆性评价应用 (3) 新疆煤 新疆煤样的成浆性如下 : 添加剂种类及用量 (%) 成浆浓度 (%) 粘度 (mpa s) 流动性 (ml/s) 稳定性 (24h) C 1.0 54 1202 1.18 落棒到底, D 1.0 53.5 1317 0.85 浆体均匀, 无沉淀 新疆煤样采用添加剂 C 可配制出 54% 浓度煤浆, 粘度低, 流动性好 ; 添加剂 D 制浆效果较差, 但煤浆依具有流动性, 粘度较高
三 液态排渣适用性评价研究
( 一 ) 液态排渣适用性因素分析 1. 灰熔点与灰渣粘温特性 煤的灰熔点是气化炉温度操作的重要依据 为保证灰分熔化 气 化炉排渣顺畅, 气化操作温度至少要高于灰熔点 (FT)100 ~150 榆林煤灰熔点 ( 弱还原气氛, ) DT ST HT FT 1231 1232 1234 1243 灰渣粘温特性是指熔融灰渣的粘度与温度的关系 研究指出, 一般灰渣正常流出时的粘度都在 25Pa s 以下, 多在 5~10Pa s 之间 Viscosity(Pa.s) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0-5 (1350,25) (1353,3) (1377,2) 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 Temperature(Deg C) 榆林煤灰渣粘温特性曲线
2. 灰成分与灰渣粘温特性关系 煤灰主要成分 Al 2 O 3 SiO 2 CaO Fe 2 O 3 MgO 酸性组分 碱性组分 A 一般情况, 随酸性组分增加, 灰熔点升高, 粘温特性变差 ; B SiO 2 可与 CaO 或 Fe 2 O 3 形成低温共熔物, 降低灰渣粘度 因此, 可向煤中添加 CaO 等助熔剂改善粘温特性 ; C 碱酸比是指煤灰成分的碱性成分与酸性成分的质量分数比 研究表明 : 随着煤灰中碱酸比的增加, 煤灰熔融性温度是先减小后增加
2. 灰成分与灰渣粘温特性关系 CaO-SiO2-Al2O3 三元相图 通过三元相图可以对煤灰矿物组成中的 SiO 2 Al 2 O 3 CaO 含量进行增减, 调整煤灰组成, 使其接近或进入低温共熔区, 以利于气流床气化炉液态排渣
2. 灰成分与灰渣粘温特性关系 煤灰的 XRD 物相谱图 通过 XRD 谱图获得煤灰中的主要矿物组成, 钙长石等矿物降 低灰渣粘度, 莫来石等矿物会提高灰熔点, 增加粘度
( 二 ) 液态排渣评价技术研究 70 (1) 新疆地区 Viscosity(Pa.s) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 (1191,25) (1247,3) 0 1150 1175 1200 1225 1250 1275 1300 1325 1350 Temperature(Deg C) 煤灰粘温特性曲线 配煤 添加助熔剂 水煤浆气化炉液态排渣时, 该煤种的操作温 度区间较窄, 不适合直接气化 经煤种评价系 统理论分析和实际测试, 可通过配煤或添加助 熔剂的方式改善该煤种的煤灰粘温特性 Viscosity(Pa.s) Viscosity(Pa.s) 60 50 40 30 (1178,25) 20 10 (1322,3) 0 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 Temperature(Deg.C) 100 90 80 70 60 50 40 (1182,25) 30 20 (1254,3) 10 0 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 Temperature(Deg.C)
(2) 贵州地区 60 400 50 Viscosity( Pa.s) 300 200 100 添加助熔剂 (1456.6,25.0) (1516.0,14.1) Viscosity( Pa.s) 40 30 20 10 (1313.6,25.0) (1500.3,3.0) 0 1300 1350 1400 1450 1500 1550 Temperature( Deg C) 0 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 Temperature( Deg C) 干煤粉气化炉液态排渣时, 该煤种的操作温度较高 ( 大于 1486 ), 增大了 氧耗 能耗及对水冷壁和烧嘴的侵蚀 经煤种评价系统理论分析和实际测试, 可通过添加助熔剂的方式降低该煤种的气化炉操作温度
(3) 陕蒙地区 配煤 Viscosity(Pa.s) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 (1266.8,25) 0 1250 1300 1350 1400 1450 1500 Temperature(Deg.C) (1445,3) 水煤浆气化炉液态排渣时, 该煤种的操作温度区间较窄, 不适合直接气化 经煤种评价系统理论分析和实际测试, 可通过配煤的方式改善该煤种的煤灰 粘温特性
四 煤种评价系统简介
( 一 ) 煤种评价流程 煤质分析 高效添加剂棒磨 / 立式磨配煤 成浆性评价 灰熔点测试 配煤 / 添加助熔剂 碱酸比 降低水分粒度级配 O/C 比调节 灰渣粘温特性分析 灰成分调配 离子势比 硅铝比 气化炉适用
( 二 ) 气化煤种基本煤质分析 工业分析仪全自动量热仪微波水分测试仪 对煤种进行基本煤质分析, 分析项目包括工业分析 元素分析 灰熔点 发热量 全硫 可磨指数等 对煤种的气化适用性进行初步评价 碳氢氮元素分析仪 灰熔融测试仪
( 三 ) 成浆性评价 块煤 添加剂 水 破碎机 磨粉机 煤粉 混合 手工搅匀 搅拌器匀浆 水煤浆制浆实验过程 煤浆分析 粘度浓度粒度稳定性流动性 通过对煤种进行制浆实验, 获得成浆浓度等数据, 对煤种的成浆性 进行评价 通过煤种调配或使用高效添加剂, 改善煤种成浆性
( 四 ) 煤灰成分及粘温特性分析 (1) 灰成分测试及理论计算 电感耦合等离子发生光谱仪 Ⅰ. 碱酸比 X 射线荧光光谱仪 灰成分分析 Ⅱ. 硅铝比 理论评价 X 射线衍射仪 Ⅲ. 矿物成分 灰成分调配 通过灰成分数据, 计算其碱酸比 硅铝比, 分析矿物形态, 按照已有研究 结论对煤种的粘温特性进行评价 通过添加助熔剂或配煤等方式, 从理论角度提出改善灰渣粘温特性方法
(2) 灰渣粘温特性曲线测试 Viscosity(Pa.s) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 BS A6dt1 A3dt1 SM YL 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 Temperature(Deg C) 54 直接测试煤种的灰渣粘温特性曲线, 建议气化炉操作温度区间 通过灰成分计算, 选择合适的助熔剂或配煤方法, 对煤种的灰渣粘温特性 提出改善建议
( 五 ) 已完成的煤种评价工作 先后完成 30 余家的煤种评价工作, 完成 400 余个煤样煤质分析测试 120 余个煤样煤灰高温粘度测试和 300 余个煤样的成浆性能评价工作 ; 承担兖矿集团科技创新项目 5 项 ( 包括在研项目 2 项 ); 气化煤种评价系统通过中国石油和化学工业联合会成果鉴定, 先后获兖矿 2012 年科技进步二等奖和 2015 年山东省煤炭工业科技进步进步奖三等奖 ; 申请专利 2 项 ; 发表科技论文 4 篇
五 工业应用情况
2011 年至今, 先后完成多家企业的煤种试烧及调配工作, 成功实 现工业化应用 为企业解决了气化炉易堵渣, 耐火砖侵蚀严重等问题, 实现长周期运行, 拓宽气化煤种来源, 降低煤炭成本 Ⅰ. 兖矿鲁南化工有限 Ⅱ. 兖矿新疆煤化工有 Ⅲ. 贵州开阳化工有限 公司 限公司 公司 2014 年, 兖矿鲁南化 2014 年, 为新疆煤化 2013 年, 工程中心根 工煤种试烧, 工程中心完成煤种的成浆性 工解决了因煤种不稳定, 气化炉经常处于 据当地用煤情况及煤质特点, 进行了煤种. 评价及灰渣粘温特性 高温操作, 炉壁超温 评价及调配工作, 为 分析调配工作, 取得 耐火砖侵蚀严重, 降 其粉煤气化炉的稳定 良好的工业应用效果 温易形成堵渣等问题 运行提供重要指导
结语 水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心现已建立较为完整的气流床气化煤种评价系统 可为企业和各种用户, 提供全面的煤种评价工作 收集和整理大量煤样评价数据, 现已建立了覆盖多个地区的煤种数据库, 可提供数据分析支持 水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心 山东兖矿国拓科技工程有限公司能为客户提供煤种评价 气化技术选择 技术转让 人员培训 开车指导及后续技术支持等全周期的服务