水煤浆浓度变化对煤气化工艺的能耗影响

水煤浆浓度变化对煤气化工艺的能耗影
响
摘要：通过对水煤浆的气化反应进行了简化，根据 AspenPUS的理论计算和
统计分析结果表明，水煤浆浓度变化对气化装置的能源消耗有一定的影响。

研究
结果显示，通过增加水煤浆的气化浓度，可以减少能源消耗，为能源节约提供依据。

关键词：水煤浆浓度变化；煤气化工艺；能耗
水煤浆煤气化是一种气流床气化技术，许多因素都会对其设备的操作产生一
定的影响。

在气化工艺中，通常采用气化效率、碳转化率、冷气效率、单位耗氧、煤耗、天然气成分、有效气体产量等。

水煤浆是一种重要的气化反应原料，它直
接关系到水煤浆的成浆特性。

对碳氢化合物的特性影响最大的是其内部原因。

但是，煤浆的粒径分布与其高度的堆积效率有很大关系。

因此，碳氢化合物的颗粒
大小对其浓度有很大的影响。

1水煤浆气化反应的概述
在气化炉中，水煤浆是一种十分重要的原材料。

由于水煤浆的生产工艺受多
种不可控因素的影响，因此，水煤浆的质量问题将会对其品质产生直接的影响。

在这些因素中，碳氢化合物的粒度分布对运行时的堆积效果有很大的影响。

另外，在其它工况条件较好的情况下，煤粉的粒度分布与煤粉的合理程度不能达到理想
的煤粉浓度，而煤粉的质量含量与预设的偏差在5%左右时，则煤粉的质量会受到
影响。

部分气化炉采用了双磨装置进行反应。

由于双磨工艺相对于传统的单磨工艺，可以使煤泥的质量比例合理地增加2%~5%，但双磨设备的制造费用也比较高，因而在运输和使用上也有一定的局限性。

2水煤浆制备的技术要点
2.1正确选择制浆
原煤制浆时，应优先满足下游客户对煤质的需求。

煤质指标包括固体碳，水分，挥发性物质，灰分，灰熔点，热值，元素分析，可磨性指数，化学活性等。

煤炭的水分总量包含了外在的水分和内在的水分。

煤中的水分是煤的束缚水，其
在煤中的吸附和结合是决定其成浆特性的重要因素。

HGI是一种常用的描述煤的
耐磨性指标。

这是一种折射率，是用100折射率的煤炭试样和标准的100折光率
的对比得到的。

越是高的指数，就越是容易被碾碎。

随着煤种等级的降低，内部
含水量的增加，煤中氧/碳含量增加，增加了亲水性官能团，增加了孔隙率，降
低了耐磨性，降低了熔融的难度；高含量的可溶性金属离子在煤炭中的含量越高，生产起来就会变得更加困难。

煤粉的灰分、灰熔点是影响煤质质量的主要因素。

煤层气技术要求煤中的有效成分碳、氢含量尽可能高，其它成分的含量尽可能少。

煤的化学活性愈高，其气化反应能力愈强，对提高煤气品质也是有益的。

2.2粒度级配技术
粒径分级是将两种以上的不同粒径的煤按照一定的比例进行混合，从而得到
较好的粒径分布。

煤泥中的不同粒径煤颗粒之间的充填可以减小煤泥的孔隙（减
少了制备污泥所需的水量），从而达到了较高的堆存效率和空间利用率，同时也
有利于制备高粘度、高浓度、高稳定性的煤浆。

粉体的粒径分布技术是水煤浆气
化工艺中的一项重要技术。

2.3合理选择制浆工艺与设备
磨矿的特性直接影响到磨矿的粒径及处理载荷。

常用的破碎设备有球磨机和
棒磨机两种。

球磨机容易磨成细粉，但棒磨机的产品粒径上限比球磨机要大得多，这对提高堆垛效率很有帮助。

在一定的煤质状况下，需要对粉煤粉的选型、粉体
的配制、粉体的配比等进行优化，从而使粉体的颗粒尺寸分布达到较高的粉体利
用率。

2.4选择性能匹配的制浆添加剂
碳粒是一种疏水的材料，不容易被水浸透，也不能在水里彻底的分散。

因此，少量的化学药剂（称作添加剂）被用于配制烃类淤渣。

污泥中的分子通过在炭粒
子与水的界面上产生水化膜，使其粘度下降，分散性能得到改善，从而使其稳定。

CWS添加剂按其化学结构可划分为阴离子型、阳离子型、两性型、非离子型。

目前，阴离子型助剂已广泛应用于工业领域，如萘磺酸、腐殖酸磺酸盐、木质素磺
酸盐等。

在制浆助剂的选用上，应从单纯的追查效果入手，从追求最佳的经济效
益出发；依据颗粒大小和相辅相成的原理，选择合适的、经济实用的添加剂。

3水煤浆浓度对气化工艺能耗的影响分析
3.1基于水分变化对氧耗、煤耗的数据分析
CWS的浓度随含水量的改变而变化｡分析结果显示,在全负荷条件下,汽化过程
中的水量大约为14.8吨/小时｡因此,提高 CWS浓度对耗氧和比煤耗的影响主要体
现在吸收热量上｡假定1摩尔的水分在6.3 MPa时由38摄氏度(311.15 K)升高至1300摄氏度(1573.15 K),那么需要的热就是暂时的(6.3 MPa时,对应的水具有278.75°C (551.9 K)的沸点和1551.5 kJ/kg的蒸发热(H1);在第二步6.3 MPa
时,551.9 K的水变为6.3 MPa,气体553.9 K,蒸发热量1551.5 kJ/kg,吸收热量
为H2;在3:6.3 MPa时,551.9 K的气体变成6.3 MPa,气体1573.15 K,H3的吸热｡
在6.3 MPa时,其平均摩尔热容为311.15 K~551.9 K.80焦耳/(摩尔. K);在
551.9 K水中,其相变焓为27.9焦耳/摩尔;在278.75~1300℃时,其平均热容为5
焦耳/(摩尔. K);水具有18克/摩尔的分子量｡这样,在6.3 MPa下,将1摩尔的水
从38℃加热至1300℃,吸收热量为52.1 kJ/mol｡
3.2基于Aspenplus模拟的氧耗、煤耗分析
Aspenplus化学仿真软件对化油器中不同浓度的煤浆进行了模拟｡由于气化反
应所生成的大部分成分都是轻成分,所以利用RK-Soave公式对其进行了数值模拟,并将其分解成瑞尔德-叶尔德反应器和吉布斯自由能源反应器｡在加入一定比例的
煤和水后,利用 MIXER模组对混合工艺进行模拟,然后用 PUMP泵对其进行增压,
然后送入Ryild模式｡将非常规组分原煤按质量平衡分解成普通组分,再用
RGibbs反应器进行汽化反应,得到反应平衡的产品｡通过 Aspenplus仿真软件,研
究了提高碳氢化合物的浓度对耗氧和比煤耗的影响｡计算结果显示,在煤浆质量分数提高1%后,活性气体消耗降低4.4m3/1000m3,而活性气体降低3.4Kg/1000m3｡Aspenplus模拟流程示意图见图1｡
图1水煤浆气化模拟流程示意图
3.3基于实际生产数据的氧耗、煤耗分析
在无产量变动情况下，由60.3%增至62.5%的碳氢化合物淤渣，并对其生产及操作费用的影响进行了分析。

由于汽化出口流量计的测量精度不高，采用 PSA 产生的H2，冷却器产生的 CO，甲醇合成产生的活性气体，以及其它产物气体的累积数值。

在计算单位耗电量时，采用了与单位耗氧相似的计算方式。

但是，为防止在计算时不精确地测定煤的重量，把气化反应需要的水煤浆流量平均值、水煤污泥密度、水煤浆浓度等转化成干煤的用量。

4结语
从三个方面分析了煤浆的含水量变化、 Aspenplus软件的仿真以及实际生产数据分析，结果显示，煤浆的含水量对煤浆的能量消耗具有显著的影响。

水煤浆煤在气化反应中的含水量，对气化反应和产物的成分有很大的影响。

在同一煤种条件下，煤浆浓度较高，对比耗氧和比煤耗效果更好。

因此，在保证其稳定性和流动性的情况下，必须尽量增加其浓度。

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