水煤浆煤气化化讲义

2013/10/13
9
4.灰分和可溶性矿物质
相同浓度时，灰分越高， 煤浆粘度越低（见左图中曲 线2），稳定性越好，流动性
好。不溶或难溶矿物质对煤
浆的流动性并无不良影响， 而可溶性矿物质则不同。特 别是高价金属阳离子，很少 量就足使煤浆失去流动性。 灰分高会造成对泵、阀、管 道及喷嘴的磨损。另外，灰 分每升高1%可燃质就相应降 低1%，降低了生产能力。
东南大学费因曼科技
煤气化方法全世界已有200余种。学术界将固定床Lurgi炉、流化床的Winkler炉及气流床 的K-T炉称为第一代煤气化技术，现在这些技术都已不再发展。为了减少环境污染提高煤炭 的利用率，增加装置的生产能力，降低氧耗和煤耗，拓宽原料煤种的使用范围，充分利用煤 炭资源，国外大公司开始竞相开发第二代先进的煤气化工艺技术。
间的空隙，达到较高的“堆积效率”。该项技术有时简称为“级配”。
3.制浆工艺与设备。 在给定原料煤的粒度特性与可磨性条件下，如何使水煤浆最终产品的粒度分布能达到较高 的“堆积效率”就需要合理选择磨矿设备与制浆工艺流程。
4.选配性能匹配的添加剂。
为提高水煤浆质量（高浓度、低粘度，具有良好的流动性与稳定性）所使用的化学药剂， 简称“添加剂”。添加剂的品种很多，配方不是一成不变的，必须通过试验研究才能确定。
二.制浆技术
三.制浆设备 四.制浆流程
2013/10/13
6
一.水煤浆的物理化学性质 作为燃料用水煤浆要求含煤浓度（干煤质量分数）高，一般为65％～70％，化学添 加剂约1％，造气用水煤浆浓度低一些，一般为62％～65％。为有利于燃烧与造气反应， 造气用水煤浆的煤炭细度略粗，粒度上限允许达到14目（1410µm）,小于74µm（200目） 含量为32％～60％。要求水煤浆具有“剪切变稀”的流变特性。也就是说，当处于流 动状态时，表现出具有较低的黏度，便于使用；停止流动处于静置状态时，又可表现 出高黏度，便于存放。 二.煤炭成浆性的影响因素
煤的成浆性是指将煤制成水煤浆的难易程度。煤炭的成浆性与煤炭本身的理化性质
有密切关系，最显著的煤质因素是煤炭分析基水分Mad、哈氏可磨性指数HGI和氧（O）。 除此之外，水煤浆的粒度分布（级配）、添加剂、助熔剂、水质、制备条件、温度等
对成浆性都有影响。
2013/10/13
7
1.内在水份 煤的内在水分越低，制成的水煤 浆粘度越小，流动性就越好，易于 制成浓度较高的水煤浆。反之，不
气化单元共有设备约92台，其中动设备65台
大化肥领域应用
2013/10/13
5
水煤浆是煤和水及少量化学添加剂调制而成的浆体。按用途，水 煤浆有高浓度水煤燃料与供德士古炉造气用水煤浆原料两种。如何才 能配制成高浓度、低粘度、稳定性好的水煤浆；掌握煤炭的成浆特性、 应用好制浆技术，选择匹配的设备、合理的流程至关重要。 一.制浆原理
2013/10/13
21
2013/10/13
22
2013/10/13
23
多元料浆制备设置两套系列，磨煤机二台；料浆制备设置的原料贮仓为二台磨机共 用，助熔剂仓为二台磨机共用，制得多元料浆进入气化系统的料浆贮槽（V1301）。料 浆制备包括原料煤准备、助溶剂、添加剂配制、PH值调节剂配制等几部分。制浆用水 由变换工段的冷凝液、低温甲醇洗的废水供给，不足部分用原水进行补充。 原料煤在磨煤机（H1201A/B）中与水、添加剂、PH值调节剂、助熔剂共磨制浆，达 到要求的粒度分布，制得料浆浓度约为60％。磨煤机溢流出的料浆经磨机出口圆筒筛
2013/10/13 12
9.添加剂
添加剂主要作用改善煤表面亲水性，降低煤水表面张力，使煤粒充分润湿均匀分散 在少量水中；提高煤浆的流动性、降低煤浆粘度。添加剂通常包括分散剂、稳定剂以 及一些辅助化学药剂。分散剂作用是降低粘度。稳定剂的作用是确保煤浆的稳定性， 保证水煤浆在储存运输过程中性态稳定均匀的特性。 10.助溶剂 助熔剂有石灰石、氢氧化钙和铁渣三种，加入石灰石或轻质碳酸钙后，对水煤浆的 质量影响不大，加入氢氧化钙或铁渣会使水煤浆的表观粘度明显增加，降低煤浆的成 浆性能。用石灰石作助熔剂不但对水煤浆的质量没有影响，还能够增加流动性，且经 济、易得。
2013/10/13
14
一.搅拌器 高浓度水煤浆具有 较高的粘度，为了方 便煤浆泵的吸入，除 了维持一定的吸入静 压外，还在煤浆槽设 置搅拌器，通过搅拌 作用，破坏煤浆的结 构黏度。如左图所示 搅拌器结构简图。搅 拌器由桨叶、搅拌轴、 机座、电机及传动装 置等构成。桨叶表面 包以氧丁橡胶，以作 耐磨防腐用。
2013/10/13
15
搅拌器有下列几种：
1.旋桨式搅拌器
2.涡轮式搅拌器 3.桨式搅拌器 4.锚式搅拌器 制浆工段有两台搅 拌器：添加剂制备 槽搅拌器、磨机出 口槽搅拌器均为浆 式。磨机出口槽搅 拌器为两层，每层 三片桨叶。添加剂 制备槽搅拌器三片 桨叶。
2013/10/13
16
2013/10/13
2013/10/13
13
具有高浓度，流动性好，较强稳定性，良好的剪切稀化效应、没有硬沉淀的高质量的水煤 浆。是依靠以下技术制成的。 1.正确选用原料煤。 制浆用煤炭的质量除了应满足下游用户的要求外，还应考虑煤的成浆性，水煤浆气化适用 烟煤无烟煤。内水小于8℅，灰分13℅灰熔点低于1300 ℃ 。可磨性好，灰渣年限长煤层厚。 2.级配技术。 水煤浆要求具有良好的粒度分布，使其中不同大小的煤粒能够相互充填，尽可能减少煤粒
2013/10/13
8
3.含氧极性官能团 煤表面的极性官能团越多， 煤的亲水性越强、增大煤的 内在水分含量。极性官能团 还导致表面活性剂分子在煤 表面的反吸附。煤表面极性 官能团含量多，会降低添加 剂的药效而增大用量。煤中
含氧极性官能团越多，煤浆
中自由流动水则越少，煤浆 的粘度越大(见右图中曲线 1)。
2013/10/13
11
Leabharlann Baidu 6.煤岩显微组分
煤中极性官能团主要分布在镜质组分中，因此，镜质组分高的煤成浆性差。丝质组 分含碳高，哈氏可磨性指数减小不易成浆。 7.煤化程度 煤阶越低，孔隙率和比表面积越大，内在水分越高、哈氏可磨性指数HGI值越小、煤 中可溶性高价金属离子越多，煤的成浆性越差。随着煤化程度的增加，煤的成浆性逐 渐提高。但达到一定的煤化程度后,内表面积又逐渐增多、内在水分提高、哈氏可磨性 指数HGI降低，煤的成浆性变差。 8.煤粒配比 水煤浆是煤粒分散于水中形成的悬浮体系，是不均匀的动力不稳定系统。如果在制 浆中，粗粒比例较多沉降速度就会加快、煤水极易分层、致使煤浆的稳定性变差；细 粒比例增高，沉降速度降低，稳定性进一步提高。但另一方面，煤粉粘度减少，煤浆 的表观粘度值就会增大，流动性会变差。
17
二.磨煤机 煤磨机的功用是为得到指定煤浆浓度和粒度的水煤浆成品。本工艺采用湿式溢流型 棒磨机和无返料的开式流程。棒磨机由异步电机、减速机、气动离合器、小齿轮、大 齿轮和回转部组成。 异步电机通过联轴器、减速机、气动离合器、小齿轮、大齿轮带动回转部以一定速 度旋转，回转部筒体内煤和钢棒在离心力和磨擦力的作用下，被提升到一定高度，呈 泻落状态运动，从进料口进入磨机内的物料在钢棒的冲击和研磨作用下而粉碎，煤粉 从出料口溢出，经过筛分，粒度合格的产品由筛下排出，完成粉磨作业。 筒体是棒磨机回转部中重要部件，在棒磨机中属于大型结构件。大齿轮是传动部中 大型部件,一般采用两半齿轮连接形式。大小齿轮组成的开式齿轮传动，适应了磨机低 速、重载、连续工作的特点。磨机是低速、重载的机械设备，传动装置根据这个特点 配置气动离合器，可以实现电机、主机分段起动，磨机主电机零负荷启动。 磨煤机结构简图、水煤浆磨机外形见下图。
陷。 Texaco气化炉的运行经验和已商业化的台数最多，用于IGCC发电，气化炉的可用率也可达到80％以上，但
它的喷嘴和耐火衬里的寿命较短，冷煤气效率和组成IGCC的效率目前还较低。(国产自主知识产权)
大化肥领域应用
2013/10/13
3
大化肥领域应用
2013/10/13
4
3.多原料浆气化 拿内蒙天润举例：化肥采用多元料浆气化技术，是西北化工研究院自主开发的一种气流 床加压气化专利技术。本工艺技术主要有料浆制备、气化及灰水处理三部分组成。
第二代煤气化技术从进料方式来看，有干法、湿法两大流派。Texaco公司放弃了干法加
料这一传统做法，成功地开发出水煤浆湿法气化工艺，因而独树一帜，最先实现了加压非 固定床连续气化的工业化，在80年代开始推广。目前，气流床气化炉中，采用湿法气化的 Texaco和采用干法气化的Shell气化炉的单炉出力都达到了2000t/d～2500t/d等级，并都建 立了250MW～300MW等级的IGCC示范厂。 1.干法气化技术 干法气化技术主要包括荷兰壳牌Shell气化技术和德国科林GSP气化技术（现西门子收购）。 干法气化工艺是以干煤粉进料，纯氧作气化剂，液态排渣操作。Shell气化技术是一种多喷 嘴下置对喷的干法气化工艺，该技术具有技术指标好、消耗低的优点，但同湿法气化技术相 比存在设备投资费用高（比湿法气化高30～50%）、设备加工无法实现国产化、建设周期长，
且无工业化化
在大化肥应该用 2013/10/13 2
大化肥
工装置运行的经验。 GSP工艺是一种单喷嘴下喷干煤粉进料的干法气化技术，同Shell气化技术相比，技术及工 艺优势明显，是一种具有潜力、有待开发的气化技术，该技术无工业化运行经验。 国产自主知识产权的干粉气化技术有： 航天研究院研发的航天炉。 华东理工大学单喷嘴粉煤气化，四喷嘴。 清华大洁净煤研究所、清华盈德 2.湿法气化工艺 德士古气化技术是湿法气化工艺的代表。德士古气化技术是由美国德士古公司在其油气化技术的基础上研究 开发的一种煤气化技术。到目前为止该技术已在鲁南化肥厂、上海焦化厂、渭河化肥厂、淮南化肥厂等多家实 现工业化运行。工业装置压力等级从2.6～6.5MPa不等，气化温度依据煤质灰熔点而定，一般控制在1300～ 1450℃，大多采用激冷流程，工艺技术和设备较为成熟，设备基本可实现国产化。但该技术属国外专利技术， 技术引进费用高，受制于人，同时存在着原料适应性较差、灰水处理系统复杂、操作稳定性有待改善等技术缺
除去料浆中的大颗粒后，依靠重力流入磨机出口槽（V1207A），磨煤机出口槽搅拌器
（A1202A/B）使料浆均化并保持悬浮状态。料浆再通过低压料浆泵（P1205A/B）加压 后送至气化系统的料浆贮槽（V1301）供气化用。制浆系统流程见下图。
2013/10/13
10
5.哈氏可磨性指数（HGI） 煤的可磨性直接反映磨 煤的难易程度，中国目前
较普遍采用的是哈特葛罗
夫法简称哈氏法 HGI。可 磨性指数越高，表示煤越 易破碎。可磨性好的煤可 以得到更多的微细颗粒， 因而提高了堆积效率，易 制得高浓度的水煤浆。由 图中曲线“1” 可知，当 可磨性指数低于60时，煤 浆浓度急剧下降。
2013/10/13 18
2013/10/13
19
内蒙古天润化肥股份有限公司
2013/10/13
20
三.低压煤浆泵
低压煤浆泵(P1205) 采用三缸
单作用往复式液压隔膜泵。往复式
液压隔膜泵机组由变频电机、减速 机、往复式液压隔膜泵、进口缓冲 器、出口缓冲器、联轴器、润滑系 统和监测控制系统组成，通过变频 器调节活塞的往复次数来改变泵输 出流量。泵与减速机和电机与减速 机通过联轴器联接，减速机和电机 组装在公共底座上，润滑系统组装 在另一底座上，液力端有独立的底 座；泵头部件设有冲洗接口。
易制成高浓度的水煤浆。煤内水分
与煤浆浓度关系见左图曲线“2” 2.孔隙率及比表面积 煤的孔隙率发达，则煤的比表面 积大。高比表面积会导致添加剂消 耗增大。发达的孔隙会储存大量的 气体。成浆后水要慢慢渗入其中， 出现煤浆“鼓包”、“发干”等现 象，加剧煤浆的“老化”。给水煤 浆的制备、存储、运输等带来困难。
气化装置的作用：
气化装置的设置： 气化装置主要包括煤浆制备工序，气化工序，灰水处理工序。
料浆制备工序按两套系列设置,正常运行两套。
气化工序按三套系列设置。正常运行两套。 灰水处理主要包括高压闪蒸单元、低压闪蒸单元、真空闪蒸单元和黑水沉降澄清单元、
细渣过滤单元，其中闪蒸单元为三套；灰水沉降、过滤、灰水除氧为一套。