第4期逸煤技術(shù)2004年8月COAL PREPARATION TECHNOLOGY2004文章編號(hào):1001-3571(2004)04-0023-03水煤漿燃中固硫技術(shù)研究徐東耀,趙曙光,鮑媛媛,楊巧文,王祖(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京校區(qū))化工與環(huán)境工程系,北京100083)摘要:對(duì)水煤漿燃燒固硫問(wèn)題進(jìn)行了初步探討,指岀水煤漿燃燒過(guò)程中結(jié)渣主要是常用的水煤漿添加劑會(huì)導(dǎo)致水煤漿的灰熔點(diǎn)下降所致;如果直接以鈣系化合物作為水煤漿固硫劑,將導(dǎo)致水煤漿的灰熔點(diǎn)進(jìn)一步下降,有時(shí)還會(huì)大大增加水煤漿的粘度,降低水煤漿的穩(wěn)定性。因此,為了使水煤漿具有合適的粘度、穩(wěn)定性,保持較高的灰熔點(diǎn),同時(shí)實(shí)現(xiàn)水煤漿燃中固硫之目的,必須綜合考慮添加劑和固硫劑的成分和用量。關(guān)鍵詞:水煤漿;固硫;灰熔點(diǎn)中圖分類號(hào):X701.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A由于原油價(jià)格上漲,使燃油鍋爐的燃料成本不收稿日期:2004-06-16作者簡(jiǎn)介:徐東耀(1962-),男,浙江省蘭溪市人,高級(jí)斷上升,迫使一些燃油鍋爐不得不改用其他燃料。工程師,現(xiàn)在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū)環(huán)境科學(xué)與工程系任權(quán)衡改用燃料引起的鍋爐改造費(fèi)用和新燃料的價(jià)格教,主要從事燃煤固硫技術(shù)和大汽污染防治技術(shù)的研究。等因素,有不少燃油鍋爐改燒或擬改燒較價(jià)廉的水聯(lián)系電話:010-62331360-809。煤漿。水煤漿技術(shù)重新引起人們的重視,水煤漿的液,水是外相,油相小液滴已被均勻分散于水相度降至更小,選擇性才能提高,捕收能力增強(qiáng)。微中,加到攪拌著的礦漿中后,迅速擴(kuò)散。細(xì)的乳狀液顆粒有選擇性地吸附于微細(xì)煤粒表面當(dāng)乳狀液粒度變大時(shí),與礦物顆粒碰撞的機(jī)會(huì)增大,礦物顆粒被捕收的幾率就增大,選擇性變差;(1)一個(gè)理想的乳化劑,不僅與油親和力強(qiáng),同時(shí)減少了與精煤顆粒碰撞的機(jī)會(huì),精煤產(chǎn)率降而且與水相也有較強(qiáng)的親和力,要同時(shí)達(dá)到這兩方低。推測(cè)吸附于煤粒表面的油層厚度與乳狀液粒度面的要求,可以把HLB值小的乳化劑與HLB值大有關(guān),粒度細(xì),則吸附層厚度薄,粒度大,吸附層的乳化劑混合使用,形成的混合膜既與油相的親和厚度大力強(qiáng),與水相的親和力也強(qiáng)。要得到細(xì)粒度乳狀參考文獻(xiàn):液,乳化劑的量要加足,才能有足夠的乳化劑分子[l] hurley C Tsai. Effects of Surface chemistry and particle被吸附于油-水界面上形成致密的界面膜,使乳狀size and density on froth flotation of fine coal [J]Colloids and Surfaces, 1985, 16: 323 -336液穩(wěn)定、粒度足夠細(xì)。[2]Z Aktas, E T Woodburn. The effect of non-ionic rea-(2)乳化藥劑中柴油已被預(yù)先分散成小顆粒gent absorption on the froth structure and flotation per-這樣就加快了其在礦漿中的擴(kuò)散速度,與細(xì)顆粒煤rank British coals [ J].Power作用速度也加快,刮泡分選時(shí)間縮短。乳狀液速率Technology,1995,83:149-158試驗(yàn)證明了這一點(diǎn)。在浮選試驗(yàn)中,觀察到使用乳[3]徐海宏.表面活性劑對(duì)煤浮選促進(jìn)作用的初探[D]藥劑產(chǎn)生的氣泡比使用純柴油產(chǎn)生的氣泡要小北京:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū),2000[4]徐燕莉,表面活性劑的功能[M],北京:化學(xué)工些,這樣就可以增加氣泡與顆粒碰撞的概率,并且業(yè)出版社,2000使得隨之發(fā)生的氣泡與顆粒間粘附的概率也相應(yīng)增[5]梁夢(mèng)蘭,表面活性劑和洗滌劑—一制備、性質(zhì)、應(yīng)大了用[M],北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社(3)不同配比的乳狀液浮選細(xì)粒煤試驗(yàn)說(shuō)明面活性劑產(chǎn)品工業(yè)分析[M],北京乳化粒度與分選性能有關(guān),達(dá)不到一定粒度要求,(7中國(guó)煤化工分敢體系中的應(yīng)用則起不到提高精煤產(chǎn)率的效果。由于入料粒度小CNMHSauter mean(D[3.2])=3.71μm,只有把柴油粒第4期選煤枝術(shù)2004年8月25日使用量逐年增加。然而,在推廣應(yīng)用水煤漿過(guò)程中變形溫度;Ts為渣的軟化溫度;T,為灰的流動(dòng)溫度。也遇到了一些難題這些溫度是在弱還原性氣氛下測(cè)得的。在置信度為目前,一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題是水煤漿燃燒95%時(shí),灰熔點(diǎn)的絕對(duì)誤差為±23℃以下。過(guò)程中的結(jié)渣問(wèn)題。作者認(rèn)為,造成水煤漿在燃燒表2試驗(yàn)用煤和水煤漿的灰熔點(diǎn)測(cè)試結(jié)果過(guò)程中結(jié)渣的原因有:一是由于水煤漿霧化、配風(fēng)試樣不良,導(dǎo)致水煤漿燃燒不穩(wěn),出現(xiàn)水煤漿快速干燥試驗(yàn)用煤l186l266和焦化成半焦,這些半焦極易粘結(jié)在熾熱的爐壁上,導(dǎo)致結(jié)渣,渣體呈灰黑色;二是由于水煤漿1.3鈣系固硫劑對(duì)水煤漿灰熔點(diǎn)和粘度的影響燒溫度高于渣的灰熔點(diǎn),導(dǎo)致熔融的渣在爐膛內(nèi)按不同的鈣硫比分別往水煤漿中加入鈣系化合“掛壁”結(jié)渣,這種渣呈灰白色,其硬度遠(yuǎn)大于前物,得到固硫劑對(duì)水煤漿的性能(粘度、灰熔點(diǎn))者。解決灰黑色渣問(wèn)題,關(guān)鍵在于改善水煤漿霧化的影響,結(jié)果分別見(jiàn)表3和表4。在置信度為95%和配風(fēng)工藝,有時(shí)還要考慮改變制漿用的煤種。解時(shí),水煤漿的粘度的絕對(duì)誤差為±16×10Pa·s決灰白渣問(wèn)題,則必須找出導(dǎo)致水煤漿的灰熔點(diǎn)下以下。表3鈣系固硫劑對(duì)水煤漿灰熔點(diǎn)的影降的主要原因。鈣硫比(Ca/S)水煤漿代油燃燒不僅受經(jīng)濟(jì)因素的影響,還受固硫劑環(huán)保政策限制。如果燃用水煤漿時(shí)鍋爐的污染物排氧化鈣1133放量遠(yuǎn)大于燃油鍋爐的排放量,那么,即使代油的碳酸鈣11751181183經(jīng)濟(jì)效益顯著,水煤漿代油還是難以實(shí)現(xiàn)。眾所周表4鈣系固硫劑對(duì)水媒漿粘度的影響10Pa·s知,燃用水煤漿產(chǎn)生的主要污染物是煙塵和二氧化鈣硫比(Ca/S)硫。如果不采取措施,這兩種污染物的排放量都將固硫劑1.6大大超過(guò)燃油鍋爐的排放量。其中煙塵的排放可以氧化鈣720820860通過(guò)高效除塵系統(tǒng)得到控制,實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放;二氧碳酸鈣786820化硫的排放則可通過(guò)選用低硫原煤和在水煤漿中添14-1型國(guó)硫劑對(duì)水媒漿性能和硫加固硫劑的方法實(shí)現(xiàn)控制。鑒于水煤漿的產(chǎn)量不斷的影響增加,優(yōu)質(zhì)低硫煤資源越來(lái)越缺乏,人們不得不選運(yùn)用X射線熒光光譜儀(XRFA)分析灰渣中用較高硫分的原煤作為制漿用煤,因而有必要對(duì)在的硫分,通過(guò)比較未加固硫劑和已加固硫劑的兩種水煤漿中添加固硫劑以控制二氧化硫排放的方法進(jìn)水煤漿灰渣的硫分,按下式計(jì)算出固硫率行研究。本文旨在對(duì)添加固硫劑后,性能的RFS=Sxr·A/C·Sr變化和固硫劑的固硫效果進(jìn)行探討式中:S4r為灰渣的全硫分,%;A為試樣的灰分%;C為試樣中原煤的質(zhì)量百分?jǐn)?shù),%;Sr為試樣中原煤1試驗(yàn)部分的全硫分,%。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5在置信度95%下,固1.1試驗(yàn)用煤硫率的絕對(duì)誤差在±4%以下。表5 CWSES-1型固硫劑對(duì)水煤漿性能和固硫率的影響試驗(yàn)用煤為山東新汶礦業(yè)集團(tuán)汶南礦的浮選精煤。按照GB212-77和GB214-83對(duì)試驗(yàn)用煤進(jìn)鎂硫比灰熔點(diǎn)7/℃粘度/10°Pa:5R/%行分析,結(jié)果見(jiàn)表1。表1試驗(yàn)用煤的分析結(jié)果1.2煤樣V。/%A/%S.d%Q/MJkg浮選精煤32.849.21.82541.2試驗(yàn)用煤和水煤漿的灰熔點(diǎn)2結(jié)果與討論按照GB219-74的規(guī)范,先測(cè)量試驗(yàn)用煤的從表2可以看出,水煤漿的灰熔點(diǎn)比原煤的灰灰熔點(diǎn),而后將其制成水煤漿。所用的添加劑是常整古占下降的原因可能是由于用價(jià)廉的CWS-1型添加劑,該添加劑的特點(diǎn)是含加中國(guó)煤化工-1)或煤的粒度大有鉀和鈉等元素。然后將水煤漿霧化干燥、燃燒,CNMH加測(cè)了未加添加劑測(cè)出其灰熔點(diǎn),結(jié)果見(jiàn)表2。在表2中,T。為渣的粒度與水煤漿一樣的煤漿的灰熔點(diǎn),其值分別為徐東耀等:水煤漿然中固硫技術(shù)研究年8月25日T=1191℃,Ts=1249℃,T=1320℃?？梢钥幢?不同金屬離子的脫硫能力出,細(xì)粒度煤漿的灰熔點(diǎn)比原煤的灰熔點(diǎn)稍低N點(diǎn)。由于添加劑中含有少量的鉀和鈉(0.06%0.007510700.12%),而鉀和鈉的存在極易引起煤的灰熔點(diǎn)的綜上所述,如果將提高渣的灰熔點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)水煤降低,這表明添加劑是導(dǎo)致水煤漿灰熔點(diǎn)下降的主漿燃中固硫統(tǒng)籌考慮,充分利用添加劑中鈉的固硫要原因。圖1給出了渣中Na2O含量與灰熔點(diǎn)的關(guān)作用,以降低固硫時(shí)鈣系化合物的添加量,從而改系曲線,圖中氧化鈉含量是指往煤中加人的氧化鈉善水煤漿的灰熔點(diǎn),也許會(huì)取得令人滿意的結(jié)果。量。從圖1可以看出,Na2O對(duì)渣的灰熔點(diǎn)影響是為此作者在實(shí)驗(yàn)室研究出 WCSFS-1型固硫劑。該很大的。當(dāng)氧化鈉量達(dá)到1.8%時(shí),渣的灰熔點(diǎn)大固硫劑由鎂系化合物和少量硅制劑混合而成。從表幅度下降,T只有996℃。有人可能會(huì)認(rèn)為,添加5可以看出,該固硫劑對(duì)水煤漿的粘度、灰熔點(diǎn)影劑中的鈉和鉀的含量很少,不到水煤漿的千分之響較小,而且有較高的固硫率。由于固硫劑能很均,對(duì)灰熔點(diǎn)的影響不應(yīng)該如此大。但是,值得注地分散在水煤漿中細(xì)小的煤粒之間,因此,鎂硫意的是在水煤漿燃燒過(guò)程中,鈉鉀元素會(huì)逐漸聚集比可以比原煤固硫時(shí)的鈣硫比大大減小。此外,由到灰渣中,其比例近百分之一。另外,氧化鈉于水煤漿燃中固硫時(shí)存在大量的水蒸氣,這也將有等容易與硅或鋁的氧化物結(jié)成低熔點(diǎn)化合物。因利于固硫。應(yīng)盡量少用固硫劑,防止因固硫劑此,為了提高水煤漿的灰熔點(diǎn),減少結(jié)渣,應(yīng)該盡加入量太大影響水煤漿的粘度和穩(wěn)定性。可能減少添加劑中的鈉和鉀等元素的含量。3結(jié)論(1)含有鈉鉀的添加劑是導(dǎo)致水煤漿灰熔點(diǎn)下降的主要原因。因此對(duì)水煤漿進(jìn)行燃燒固硫時(shí),首先應(yīng)考慮加入的固硫劑對(duì)水煤漿灰熔點(diǎn)的影響然后,再考慮它對(duì)水煤漿的粘度和穩(wěn)定性的影響。Na2O添加量/%同時(shí)考慮充分利用水煤漿添加劑中鈉等的固硫作圖INa2O添加量與渣灰熔點(diǎn)的關(guān)系用,以盡可能減少固硫劑的添加量。鈣系化合物包括氧化鈣、氫氧化鈣和碳酸鈣。(2)通常情況下,常用的鈣系化合物不適合就水煤漿固硫而言,氧化鈣與氫氧化鈣的固硫效果水煤漿固硫,宜采用鎂系化合物作為水煤漿的固硫是一樣的,因?yàn)檠趸}在水煤漿中將以氫氧化鈣形劑。式存在,它們是最廉價(jià)的燃煤固硫劑。從表3可以(3)由于在水煤漿燃燒固硫時(shí),固硫劑能與看出,加人氧化鈣將引起水煤漿的灰熔點(diǎn)下降,水煤粒均勻混合,同時(shí)又有大量水蒸汽存在,因此煤漿灰熔點(diǎn)原本就比原煤低,已經(jīng)影響了水煤漿的鎂硫比應(yīng)盡可能減小,以避免固硫劑對(duì)水煤漿的粘應(yīng)用。如果為了固硫,再加入鈣系化合物,將進(jìn)一度和穩(wěn)定性的不良影響。步降低水煤漿的灰熔點(diǎn),加劇水煤漿燃燒結(jié)渣現(xiàn)象(4)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的 WCSFS-1型固硫劑不僅的發(fā)生,從而影響它的使用。另外,從表4還可以對(duì)水煤漿的灰熔點(diǎn)、粘度和穩(wěn)定性影響較小,而且看出,加人氧化鈣將大大增加水煤漿的粘度,進(jìn)而又有良好的固硫性能。影響水煤漿霧化效果。雖然用碳酸鈣固硫?qū)λ簼{參考文獻(xiàn):的粘度影響較小,但試驗(yàn)表明,它將惡化水煤漿的[1]王起超,等,層燃爐燃煤中9種微量元素的遷移穩(wěn)定性。因此,通常情況下,鈣系化合物直接用于[冂].環(huán)境科學(xué),1996,17(4):18-202]北京鋼鐵學(xué)院高溫教研室寫(xiě)蛆.合金鋼及合金冶水煤漿燃中固硫是不宜的。煉工藝[M],北京:冶金工業(yè)出版社,1982盡管鈉和鉀等氧化物的存在會(huì)嚴(yán)重影響渣的灰熔點(diǎn),但是,它們不失為水煤漿添加劑的必要元[3]曹欣玉,等,媒燃燒過(guò)程中硫的析出規(guī)律及脫硫的素,而且也是很好的脫硫劑。設(shè)Ca2的脫硫能力中國(guó)煤化工989,11(6):2為1,鈉的脫硫能力則為Ca2的1070倍(表6)(2)。CNMHG