2004年8月COAL PREPARATION TECHNOLOGY文章編號:1001-3571(2004)04-0060-03影響水煤漿燃燒固硫的主要因素黃波,朱書全,章麗萍,段靜(中國礦業(yè)大學(北京校區(qū))化學與環(huán)境工程學院,北京100083)摘要:水煤漿作為一種潔凈的漿體燃料,其燃燒固硫效率比粉煤的要高,將中高硫煤制備成符合so2排放標準的脫硫型水煤漿,其燃燒固硫率可達60%以上,此舉不失為解決燃煤SO2污染的一種經(jīng)濟有效的方法。文章主要介紹了影響水煤漿燃燒固硫率的諸多因素。關(guān)鍵詞:水煤漿;燃燒;固硫率;固硫劑;鈣基中圖分類號:TQ534.4;X701.3文獻標識碼:A水煤漿中含30%~40%左右水分,燃燒溫度比煤粉低200℃左右,燃燒方式與煤粉顯著不同我國是世界最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國,煤炭同時水分的存在具有一定的增濕活化脫硫作用,因占我國一次能源消費量的70%左右,煤炭產(chǎn)量的此,脫硫型水煤漿比相同條件下煤粉的燃燒固硫率80%左右直接用于燃燒,造成嚴重的煤煙型大氣污高10~20個百分點,即使沒有煙氣脫硫設(shè)施,染。2000年我國SO2排放量已經(jīng)達到2370萬t,其SO2排放濃度也可控制在400-500mg/Nm3,符其中80%左右來自于燃煤。酸雨的覆蓋面積己超合國家的排放標準。國內(nèi)外研究表明,影響水煤漿過國土面積的30%,酸雨嚴重地區(qū),已發(fā)現(xiàn)明顯燃燒固硫的主要因素是煤中硫分、鈣硫比、燃燒溫的經(jīng)濟生態(tài)損失,燃煤造成的SO2污染已成為制約度、固硫劑及配方等。我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素我國原煤的質(zhì)量特征是灰分高、硫分高。含硫2影響水煤漿燃燒固硫的主要因素量高于2.5%的高硫煤占27%,約2.7億t。隨著2.1堿硫分煤炭向深部地區(qū)開采,高硫煤的比例還會增大。煤煤種不同,煤中的礦物質(zhì)含量和硫分不同。煤中硫分的脫除主要有燃前洗選脫硫、燃中固硫和燃中的礦物質(zhì)在燃燒過程中會產(chǎn)生某些堿性氧化物如后煙氣脫硫。有機硫存在于煤的有機大分子結(jié)構(gòu)CaO、Mg0、Al2QO3、Fe2O3、K2O和Na20等,因中,不可能通過洗選的方法脫除,對于煤中嵌布粒此,在水煤漿燃燒過程中或多或少都有部分自身固度較細的黃鐵礦硫也不能采用煤炭洗選的方法脫硫作用。盛昌棟2對我國186種典型動力用煤的統(tǒng)除。盡管煙氣脫硫效率高,但脫硫設(shè)施的費用髙,計分析結(jié)果表明:通常煤的含硫量越髙,Ca/S、工藝復雜,運行費用高,其中濕法脫硫裝置的投資Mg/S、2Na/S和2K/S比越低。97.4%的中、高硫是整個電廠投資的1/2~1/5,而且還存在著煙氣煤的Ca/S比<1;51.8%的低硫煤Ca/S比>1,而脫硫副產(chǎn)品的二次污染問題。鑒于我國目前的經(jīng)濟Ca/S比>1的煤中94.9%屬于低硫煤。因此,高水平,煙氣脫硫還不能大規(guī)模推廣,尤其是對大量硫煤的自身固硫率低。分散的中小型燃煤鍋爐更不可能。煤的燃中固硫可實驗室用肥城高硫煤(全硫3.36%)和新疆達到中等脫硫效果,且成本低廉,工藝簡單,具有中硫煤(全硫含量1.03%)制備成水煤漿,進行廣泛的市場前景。煤的燃中固硫技術(shù)主要包括型煤燃燒自身固硫試驗,結(jié)果見表1。由表1可見,水脫硫、散煤摻混添加固硫劑、爐膛噴鈣脫硫和流化煤漿含硫越高,自身固硫效率越好。床燃燒脫硫等工藝,但它們的燃燒固硫率僅在表1不同煤種制備的水煤漿的40%~60%,且在高溫下固硫率還會降低。自身燃燒固硫試驗結(jié)果固硫率/%收稿日期:2004-06-161100℃1200℃作者簡介:黃波(1969-),男,重慶合川人,碩士,講國煤化工362309師。195年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(北京校區(qū))礦物加工工程專業(yè),現(xiàn)從事水煤漿制備及脫硫研究工作。聯(lián)系電話「YHNMHGO67010-62399158。煤的含硫量不同,在燃燒過程中硫分轉(zhuǎn)化率也第4胡業(yè)林等:小型高速柴油機然用精細水煤漿特性試驗檢測系統(tǒng)2004年8月25日不同。程軍用硫分不同的煤制備成水煤漿,研而姚強“在0.25MW水煤漿燃燒臺架的燃燒脫硫究水煤漿燃燒過程中硫分析出規(guī)律,結(jié)果顯示,含型水煤漿的試驗表明:合適的固硫溫度為1200℃硫量越高的煤,硫轉(zhuǎn)化率越高。這就意味著水煤漿左右。所以,對于不同的燃燒器和煤種應經(jīng)過相應硫分越髙,燃燒時產(chǎn)生的SO3濃度越髙,氣固反應的試驗來確定最佳的燃燒溫度,以求最好的固硫效向著有利于固硫反應方向進行,燃燒固硫效果越果。好。實驗室用肥城煤和新疆煤制備成脫硫型水煤2.3鈣硫比漿,進行燃燒固硫試驗,試驗結(jié)果見表2。從表2鈣基固硫劑固硫的基本原理就是通過Ca0固可以看出,煤中硫分越髙,制備的脫硫型水煤漿的體與SO2氣體反應生成鈣鹽而實現(xiàn)固硫的。單純從燃燒固硫率越高?；瘜W反應本身來看,增加鈣硫比有利于反應向著固表2不同硫分煤制備的脫硫型硫反應方向進行,鈣硫比越大,SO2與Ca0接觸機水煤漿燃燒固硫?qū)嶒炇以囼灲Y(jié)果會越多,固硫效果就越好。但是CaCO3分解是固硫率(1000℃煤樣全硫/%鈣巰比固硫劑個吸熱反應,過量的鈣會增加熱量損失和惡化煤漿燃燒。對于高硫煤(硫分>3%)而言,鈣硫比太新疆2煤1.031.5Ca(OH)2新疆2煤1.031.5CaCO335.21高時,所需加入的固硫劑量也多,從而影響漿體的肥城煤3.361.5Ca(OH)2霧化燃燒,而且飛灰量增加,加重除塵器負擔和導Caco39.20致受熱面磨損增加。此外,由于煤漿燃燒析出的2.2燃燒溫度SO2總量有限,致使鈣的利用率也大大降低,在經(jīng)國內(nèi)外對煤粉的燃燒固硫研究表明,隨著燃燒濟上不合適。因此,鈣硫比應有一個較佳的比值。溫度的增高,煤的燃燒固硫率將提高。當溫度提高新疆煤制備的脫硫型水煤漿的燃燒試驗結(jié)果顯示到l0℃以上時,CaO容易發(fā)生燒結(jié)現(xiàn)象,活性鈣硫比從1增加到1.5時,固硫率增加很快;從下降,固硫率降低。當溫度高于1200℃時,生成15增加到2.5時,固硫率增加相對較緩,可能還的硫酸鈣開始大量分解,固硫率降低。因此,煤粉會略有下降。因此,應對不同煤種、不同的燃燒燃燒固硫有一個最佳的燃燒溫度。脫硫型水煤漿中器,通過試驗方法確定最佳的鈣硫比。含有30%~40%左右的水分,燃燒溫度比煤粉低2.4固硫劑種類及復配200℃左右“,減少了固硫劑的燒結(jié),有利于提高鈣基固硫劑高溫煅燒時產(chǎn)生多孔的CaO,依靠水煤漿的燃燒固硫率。Ca0與SO2反應生成CaSO4將SO2固定在灰渣中。鈣基固硫劑受熱分解產(chǎn)生Ca0,溫度過低不利般認為,固硫過程分為表面化學反應和氣體擴散鈣基固硫劑的分解,溫度過高又會導致固硫劑因控制兩個階段,其中表面化學反應階段進行得很燒結(jié)而失去活性和脫硫產(chǎn)物的分解。因此,采用鈣快,因此擴散控制過程就成為決定固硫效果的關(guān)基固硫劑進行水煤漿燃中固硫應有一個最佳的燃燒鍵。隨著反應的進行,不僅生成的CaSO,覆蓋在溫度。表3所列為新疆煤制成的脫硫型水煤漿在不CaO表面,阻斷SO2氣體向CaO擴散的通道,而同燃燒溫度下的固硫效果。且由于生成的CaSO4體積膨脹,填滿CaO內(nèi)的孔表3不同燃燒溫度下不同固硫劑的固硫效果隙,阻礙擴散反應。因此,CaO微孔數(shù)量越多,比固硫率/%表面積越大,CaO反應面積越大,利用率越高,固煤樣鈣硫比固硫劑900℃1000℃1100℃1200℃硫效果也越好。°煤1.5Ca(OH)234.2438.5235.86理論上,如果水煤漿燃燒時SO2析出規(guī)律與鈣2‘煤2.0ca(oH)234.6137.78339213.61基固硫劑分解規(guī)律基本一致即可獲得最佳的固硫效2煤1.5CaCO,32.5735.21果。我國煤炭中的硫主要是以有機硫和黃鐵礦兩種2“煤2.0CaO33110.82形式存在,硫酸鹽硫含量很少,SO2的釋放溫度通3煤1.5Ca(OH)230.3231.0428.627.793煤2.0Ca(OH)230.1230.9327.657.03常較低。有機硫在200℃開始分解,大于300℃3煤某1.5caC0428.662,1224.553.36時生成SO2。當燃燒溫度為300℃左右時鐵礦3·煤2CaCO328.4229.7426.397.33分解從表3可知,對于用新疆煤制成的脫硫型水煤艷華中國煤化工分解完畢。劉,硫分析出溫漿,實驗室燃燒溫度為1000℃c時,固硫效果最好。度相對CNMHG少量硫分,在第4期選煤技術(shù)2004年8月25日40℃~520℃之間SO2釋放量相對較多,從500℃水煤漿,其燃燒固硫試驗結(jié)果見表5。開始逐漸減少,到540℃左右?guī)缀鯖]有硫分析出。豪5添加固硫助劑后水煤漿燃燒的固硫試驗結(jié)果碳酸鈣在650℃時開始分解,800℃0左右分解最劇煤樣助劑硫率/%烈,840℃時基本全部轉(zhuǎn)化為CaO,碳酸鈣分解時Fe20,+Sio析出的CO2使CaO形成許多微孔,有利于提高固2“煤ALO,硫效率。氫氧化鈣在390℃開始分解,可以使水煤2·煤AL.0.+Sio漿燃燒時低溫析出的SO2及時參與固硫反應。3煤AL, 000℃時分解最劇烈,540℃已基本分解完畢。劉國AL2O,+ Sio光等∽對煤粉燃燒固硫的試驗表明,Ca(OH)從表5可以看出,Al2O3+SiO2助劑對固硫效caCO3、CaO固硫能力依次減弱。從表3可以看果的影響比較明顯,固硫率明顯提高。2”煤水煤漿出,脫硫型水煤漿燃燒固硫也有一致的結(jié)果。其主燃燒固硫率提高到6%,3"煤提高到55%。主要要原因就是Ca(OH)2是邊分解邊反應,不斷有新原因是Al2O3+SiO2助劑有利于提高Ca(OH)2和的氣孔產(chǎn)生,有利于SO2向Ca(oH)2內(nèi)部擴散,cacO3的分解速率,在相同時間里產(chǎn)生的Cao數(shù)另一方面Ca(OH)2可直接與SO2反應生成量較多。CaSO4。Ca(OH)2和CaCO3受熱分解溫度和速率不3結(jié)論同,針對煤中硫分析出規(guī)律,采用鈣基復合固硫劑(1)煤中含硫量越高,制備出的脫硫型水煤較為適合,脫硫效率將提髙。用新疆煤制備的脫硫漿燃燒固硫效果越好。這是因為硫分越髙,水煤漿型水煤漿采用鈣基復合固硫劑的燃燒固硫試驗結(jié)果燃燒時產(chǎn)生的SO2濃度越高,使得反應向著有利于見表4。固硫反應方向進行表4鈣基復合固硫劑的燃燒固硫試驗結(jié)果(2)脫硫型水煤漿燃燒固硫效率與水煤漿燃Cn(Om_固硫率%燒溫度有關(guān),對于不同的燃燒器和煤種應經(jīng)過相應CaCO3900100010℃1200℃的試驗來確定最佳的燃燒溫度2“煤1.51.544.2046.6042.8015.67(3)鈣硫比是影響水煤漿燃燒固硫率的重要2煤1.544.3547.1342.0212.373·煤1.51.540.2343.7138.013.36因素,鈣硫比越高,固硫效果越好,但鈣硫比太髙3°煤38.965.63時會嚴重影響漿體的霧化燃燒,經(jīng)濟上不合適。鈣對比表3和表4可以看出,使用復合鈣基固碗硫比應有一個較佳的比值,不同煤制備的脫硫型水劑可較大幅度地提高水煤漿燃燒的固硫率。在鈣硫煤漿,其最佳鈣硫比不同,需通過試驗方法確定。比為1.5、Ca(OH)2/CaCO3為1.5、燃燒溫度在1(4)使用鈣基復合固硫劑可較大幅度地提高00℃c時,2"煤制成的脫硫型水煤漿的固硫率從水煤漿燃燒固硫率。(5)制備脫硫型水煤漿時,添加少量硅系和38%提髙到46%左右;3煤制成的脫硫型水煤漿鋁系固硫助劑,可以提高水煤漿的燃燒固硫率。的固硫率從31%提高到43%左右。提高參考文獻Ca(OH)2CaCO比值,水煤漿燃燒固硫率沒有明[1]姚強,范浩杰,等,脫硫型水煤漿燃燒脫硫的試驗顯的變化研究[J],煤炭學報,1996,21(4)2.5固硫助劑[2]盛昌棟,我國動力用煤煤灰自身因硫特性的統(tǒng)計分要進一步提高水煤漿燃燒固硫率,需在添加適析[J]環(huán)境科學學報,199,19(1)宜劑量的固硫劑的前提下,適量添加合適的固硫助3]程軍,爐內(nèi)高溫燃燒兩段脫硫的機理研究[D劑以提髙固硫率。可以作為水煤漿燃燒固硫助劑的杭州:淅江大學,2002.主要有堿金屬化合物、鐵硅系和鋁系等。但堿金屬41姚猱,水妹菜燃燒技木和水果在燃燒室燃燒過程的研究[D].杭州:淅江大學,1992會引起燃燒狀況的惡化,降低灰熔點,且在高氧化硫污染控制技術(shù)溫情況下還具有很強的腐蝕性,不適合作為固硫助中國煤化工出版社,2001劑。用新疆煤為原料,采用鈣基復合固硫劑,添加[6CNMHG[D1.北家:中國少量的鐵硅系和鋁系固硫助劑的方法來制備脫硫型礦業(yè)大學北京校區(qū),2000第4期2004年8月COAL PREPARATION TECHNOLOGYAug 2004文章編號:1001-3571(2004)04-0063-03水煤漿生產(chǎn)過程中的物料平衡及控制崔廣文,朱書全,鄒立壯,梁鈞臺(中國礦業(yè)大學(北京校區(qū))化學與環(huán)境學院,北京市100083)摘要:介紹了水煤漿生產(chǎn)過程中煤、水、添加劑的比值關(guān)系及其控制方法,為水煤漿廠生產(chǎn)實現(xiàn)自動控制奠定了理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞:水煤漿;添加劑;自動控制中圖分類號:TQ536文獻標識碼:A水煤漿作為一種新型的煤基潔凈液體燃料,因具有易于管道輸送、低污染燃燒、實現(xiàn)代油等一系水煤漿產(chǎn)品技術(shù)指標及制漿工藝流程列優(yōu)點,受到世界各國廣泛重視。隨著我國經(jīng)濟建1.1水煤漿產(chǎn)品技術(shù)指標設(shè)的發(fā)展,對能源的需求量不斷提高,發(fā)展水煤漿目前用于鍋爐燃燒的水煤漿產(chǎn)品一般根據(jù)制漿代油不僅僅是市場的需要,而且還是國民經(jīng)濟發(fā)展用煤的性質(zhì)確定水煤漿技術(shù)指標,具體要求是水煤和能源安全的需要。改善水煤漿生產(chǎn)控制水平,提漿必須達到一定濃度,具有良好的流動性及穩(wěn)定高水煤漿產(chǎn)品質(zhì)量,是水煤漿技術(shù)發(fā)展的必然趨性。吉化水煤漿廠水煤漿的技術(shù)指標見表1。勢。然而,水煤漿技術(shù)是一項新技術(shù),因多方面原表1吉化水煤漿廠水煤漿質(zhì)量技術(shù)指標因,目前水煤漿技術(shù)發(fā)展不夠平衡,特別是在自動技術(shù)指標數(shù)值控制水平方面:小型漿廠一般采用設(shè)備就地控制,重量濃度/%66±I新建大中型漿廠有的采用PLC集中監(jiān)控系統(tǒng),有00s時的表觀粘度/mPa·s1000±100的采用較先進的DcS控制系統(tǒng)3。無論那種控平均粒度/μm制方式都僅僅限于保障生產(chǎn)設(shè)備安全運行,而沒有最大粒度灰分/%考慮如何控制產(chǎn)品質(zhì)量這一關(guān)鍵問題。造成這一問硫分/%題的主要原因在于做自動控制的人員不了解水煤漿揮發(fā)分/%產(chǎn)品的主要技術(shù)指標。為保證水煤漿漿體的輸送漿基低位發(fā)熱量/MJ·k儲存、霧化燃燒,水煤漿產(chǎn)品必須具有較高濃度灰熔點/℃1270定的粘度和穩(wěn)定性。我們知道在制漿工藝確定的靜置穩(wěn)定性/d條件下,生產(chǎn)過程中的水煤漿濃度、粘度、穩(wěn)定性表1各項指標中灰分、硫分(不添加脫硫劑等指標是由煤量、水量、添加劑用量決定的,因此條件下)、揮發(fā)分、發(fā)熱量(濃度一定條件下)通過控制調(diào)節(jié)煤量、水量、添加劑用量就可以實現(xiàn)灰熔點等項指標完全由原料煤決定。在工藝設(shè)備固對水煤漿濃度、粘度、穩(wěn)定性等指標的控制。定、完好及處理量穩(wěn)定的條件下,平均粒度、最大文章通過介紹吉化水煤漿廠水煤漿產(chǎn)品技術(shù)指粒度相對穩(wěn)定,在生產(chǎn)過程中無須專門控制。這標及制漿工藝流程,給出水煤漿制漿工藝過程中煤樣,水煤漿生產(chǎn)過程中只需控制水煤漿濃度、粘量、水量、添加劑量比值關(guān)系及控制方法。度、穩(wěn)定性,只要找出影響這些指標的因素,實現(xiàn)控制并不難。收稿日期:2004-06-161.2制漿工藝流程作者簡介;崔廣文(1963-),男,黑龍江省賓縣入,高級水煤漿制漿工藝可分為低濃度制漿和高濃度制師,中國礦業(yè)大學(北京)化學與環(huán)境工程學院在讀博士,主要從事潔凈煤技術(shù)方面的研究。聯(lián)系電話漿,高濃度制漿相對低濃度制漿工藝簡單、實用。13520437898。隨著高濃度制漿技術(shù)逐漸成熟,目前新建水煤漿廠中++·十““十“““““““[7]劉國光,鄭立慶,呂文英,氧化銅對鈣基化合物固8中國煤化工D].北京:中國硫作用彩響的初步研究[冂],河南師范大學學報CNMHG(自然科學版),2000,28(2)