气化细灰高碳组分和化工污泥与煤协同制浆研究

对气化细灰高碳组分和化工污泥与煤协同制浆进行研究,有助于气化细灰和煤化工污泥的减量化及资源化利用,可为开发煤化工固废与煤协同制备高质量气化水煤浆技术提供支撑。针对气化细灰高碳组分和化工污泥在与煤协同制浆过程中存在的煤浆质量差的关键问题,采用气化细灰高碳组分和改性化工污泥与煤掺混制浆,通过分析固废不同研磨时间和掺混比例对混合煤浆黏度、流动性、粒度分布、纳米CT技术和接触角的影响,揭示煤化工固废的掺入对煤浆性能的作用机制。结果表明,改性污泥和高碳细灰与煤直接掺混制浆,掺混量每增加1个百分点,煤浆浓度降低约0.3~0.7个百分点;通过细磨或超细磨则可改善改性污泥、高碳细灰对煤浆成浆浓度的影响,在相同条件下与不进行研磨的制浆工艺相比,细磨后的煤浆浓度提升0.3~0.4个百分点。由于细灰和污泥的加入而使制浆原料与水的接触角降低,成浆性变差,煤浆浓度降低;细磨后的细灰、污泥与煤之间形成粒度级配,超细颗粒包覆在粗颗粒表面而具有润滑的作用,从而导致研磨后的固废掺入对煤浆浓度的影响降低。

气化细灰颗粒在混合器内的沉积特性

混合器是煤气化合成气分级初步净化工艺中的关键设备之一,合成气中细灰颗粒在其内的沉积行为显著影响气化系统的长周期稳定运行。采用颗粒沉积临界速度模型对气化细灰颗粒在混合器中的沉积特性进行了数值模拟,研究了不同颗粒粒径、气体流速及混合器结构对颗粒沉积特性的影响规律。结果表明,在相同入口气速下,气化细灰在混合器内壁面的沉积率随颗粒粒径的增大总体呈下降趋势,粒径5~13μm的颗粒更是如此;粒径1μm的颗粒在Wall4壁面的单位面积沉积量最大;相同粒径颗粒的沉积率随入口气速的变化而不同,但总体上随入口气速的增大而减小;水管出口端面到渐缩套管口端面距离(H)的改变对颗粒在混合器内的沉积率无明显影响;混合器C是一种可有效避免缩口面附近发生堵塞的结构。

多喷嘴对置式水煤浆气化细灰的润湿特性影响因素研究

对五种不同粒径分布的多喷嘴对置式水煤浆气化细灰的接触角通过Washburn毛细管上升法进行测定,对无机矿物质晶体质量分数、水煤浆气化细灰表面基团以及结晶度等影响细灰润湿特性规律进行分析.结果表明:接触角会随着粒径的增大而减小,但不是单调变化,还会受到其它物理化学性质的影响.对颗粒润湿特性造成影响的主要因素除了粒径之外,还包括石英、-OH以及Si-O-Si基团,随着上述三个因素的增加,颗粒润湿性也会随之加强;-OH以及Si-O-Si基团峰面积和接触角之间呈现出线性关系.

水煤浆气化细灰碳灰分布特性及其分离试验研究

为了落实可持续发展的战略需要,促进煤化工行业的发展,需要对煤炭转化利用中的气化细灰进行有效的分离。本文以高浓度水煤浆气流床的气化细灰(三峰级配技术制备)为原料,对碳灰分布特性和分离试验进行研究,具体会通过X射线衍射、X射线荧光光谱、扫描电镜-能谱、表面及孔隙度分析对细灰的物化性能进行分析,同时采用煤中碳和氢的方法研究细灰在粒度不同下的碳含量,在了解基本的气化细灰特性及分布规律后,尝试利用粒度分级的方法对气化细灰中的碳灰进行分离。

气流床气化细灰燃烧特性及再利用探讨

针对气流床气化细灰的理化特性及常规锅炉掺烧方式无法有效利用气化细灰中的残炭的技术现状,中国科学院工程热物理研究所研发的气化残炭燃烧技术可作为气化细灰燃烧再利用的技术,该技术中试试验可将气化细粉灰含碳量从约40%降至0.88%,燃烧效率达到98.6%,工业规模燃烧效率达到99.18%;使用该技术处理气化细灰制取的蒸汽成本为55.08元/t,经济效益可达1 575.6万元/a。

旋液分离器对煤气化细灰的分离特性研究

以煤气化细灰为固相颗粒物料,研究了旋液分离器对含一定细灰黑水的液固分离特性,考察了不同操作参数对不同粒径细灰颗粒分离效率的影响规律。研究结果表明,对10μm以下的细灰颗粒,入口流速、分流比和入口颗粒浓度对不同粒径细灰颗粒的分离效率均有较大影响。对5.012μm以下颗粒,随入口流速的增加,分离效率先减小后略有增大,粒径越小、分流比越大,该趋势越显著;当粒径介于5.012-10μm之间,分离效率随入口流速逐渐增大。10μm以下的细灰颗粒,随分流比的增加,分离效率近乎呈线性增加趋势,并无最佳分流比出现;随入口颗粒浓度的增加,分离效率略有增加。对10μm以上的细灰颗粒,随颗粒粒径的增加受入口流速、分流比和入口颗粒浓度影响逐渐显著。在旋液分离器内,存在明显的小颗粒团聚现象,表现为当颗粒粒径〉30.2μm时,分离效率已出现超过100%的情况。利用实验结果拟合出旋液分离器对煤气化细灰分离粒度的预测公式,该公式预测值与实验值吻合良好。

多喷嘴对置式水煤浆气化细灰的润湿特性

采用Washburn毛细管上升法测定了5种不同粒径分布的多喷嘴对置式水煤浆气化细灰的接触角,分析了水煤浆气化细灰的表面基团、无机矿物质晶体质量分数和结晶度等物理化学性质对细灰润湿特性的影响规律。结果表明:多喷嘴对置式水煤浆气化细灰的接触角整体上随着细灰颗粒粒径的增大而减小,但不严格随粒径单调变化,除粒径之外接触角还受其他物理化学性质的影响;以Si-O-Si和-OH为主的表面基团、以石英为主的无机矿物质和粒径是影响颗粒润湿特性的主要因素,三者含量的增加均有利于颗粒润湿性的增强;红外光谱图中Si-O-Si和-OH表面基团峰面积与煤气化细灰接触角之间存在较好的线性关系。

水煤浆气化细灰碳灰分布特性及其分离试验研究

以三峰级配技术制备的高浓度水煤浆气流床气化细灰为原料,进行碳灰分布特性及其分离试验研究,通过SEM-EDS(扫描电镜-能谱)、XRF(X射线荧光光谱)、XRD(X射线衍射)和BET(表面及孔隙度分析)对细灰的物化性能进行分析,采用煤中碳和氢的测定方法对不同粒度细灰的碳含量进行测试并对结果进行分析,得出气化细灰基本特征、碳-灰分布规律,使用实验室常规浮选试验方法探索气化细灰的碳灰分离方式。结果表明,在常规浮选条件下,灰分为47.98%的细灰,可获得产率为14.95%灰分为45.53%的精矿产品,常规浮选效果较差,主要原因为:原煤经过气化后,大部分的有机质转变成气体产物,一些不具可燃性的矿物质在细灰中得到熔融、富集和转化,捕收剂为容易与矿物表面接触的常规药剂,在相互作用时仅产生物理吸附作用,细灰表面的矿物颗粒会与捕收剂紧密贴合,导致矿物表面亲水性增强,捕收效果变差,且细灰孔隙结构发达,比表面积、孔容积均较大,会吸入大量水分和浮选药剂,不仅使颗粒表面亲水不易上浮,同时消耗大量药剂;细灰的碳-灰分布特性表现为灰含量随其颗粒尺寸的减小逐渐升高,可通过粒度分级的方法对中煤榆林细灰进行碳灰分离,当分级尺寸在0.1 mm时,可获得碳含量为79.78%,产率为54.20%的高碳细灰产品。

水力旋流筛分组合用于气化细灰的碳灰分级试验研究

气化细灰具有较高的残碳和丰富的无机矿物组成,两者资源属性不同制约着气化细灰的大规模利用,通过对气化细灰进行碳-灰分级研究,有利于气化细灰源头减量及分质资源化利用。以GE水煤浆气化工艺产生的细灰为研究对象,研究其碳灰分布特征及水力旋流筛分组合对细灰的分级效果,并通过BET、TG测定了高碳细灰的孔隙及吸附特征和反应活性,探索气化细灰资源化利用的途径。结果表明:气化细灰的灰成分主要含有SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)和CaO,与硅酸盐水泥成分相近;气化细灰中的灰分主要以球状颗粒独立存在或黏附于残碳表面和孔隙中,可通过物理方法对碳-灰进行分级;物料浓度、入料压力和底流口径等是影响水力旋流器分选气化细灰效果的主要参数,随着入料浓度的增大,水力旋流器分选气化细灰的效率先增加后降低,旋流器底流产品的灰分随入料压力的增加先降低后增加,采用水力旋流+筛分组合工艺处理气化细灰,可进一步得到灰分较低的高碳细灰产品;高碳细灰的孔隙发达,比表面积较大约352 cm^(3)/g,反应活性良好,在小于1200℃条件下,高碳细灰中的可燃物可完全与二氧化碳反应。高碳细灰的吸附特性和与二氧化碳的反应特性的结果表明,其可作为低品质吸附材料或返回气化炉气化进行资源化利用。

气化细灰掺烧节能优化改造应用

气化细灰的合理利用一直是煤气化行业的一大难题。将气化细灰脱水后送至循环流化床锅炉掺烧成为近些年煤化工企业热议的话题,如何有效且节能始终困扰着多数煤化工企业。通过气化细灰与动力循环流化床锅炉燃料煤的均匀混合掺烧,实现节能优化改造。

煤气化细灰理化性质及其电磁波吸收性能

煤气化技术作为煤炭清洁利用的主要途径之一在中国得到快速发展,细灰是煤气化过程中不可避免产生的新型固体废物。国家对绿色、清洁生产和发展循环经济逐步推行,细灰的资源化利用和无害化处理技术成为实现煤气化技术环保效益和经济效益兼得的关键所在。以煤气化细灰为研究对象,对细灰进行干燥、球磨预处理得到中位径为2μm的样品,利用XRD、Raman、SEM、TEM和XPS等分析测试技术对其晶体结构、微观形貌、组成、分子构造和元素化学态进行表征,并测试了细灰电磁波吸收性能。结果表明:细灰中含有部分石墨化的碳和单质铁,具有较完整的孔隙结构,这为其作为电磁波吸收材料提供了可能性;细灰/石蜡吸波剂在较薄厚度下同时表现出较宽的有效吸收带宽和一定强度的反射损耗,当匹配厚度为1.7 mm时,该吸波剂在15.6 GHz时达到最小反射损耗值,为-17.6 dB,此时有效吸收带宽(反射损耗值≤-10 dB)达到4.2 GHz。此外,雷达散射截面模拟结果表明:该吸波涂层能有效降低完美导体基板的电磁波散射。

预燃室燃烧器煤气化细灰混烧特性和数值模拟研究

煤气化细灰(CGFA)通常作为固体废物填埋处理,不仅对环境有害,而且会损失大量的能量。采用SEM、拉曼、热重分析仪(TGA)研究了CGFA理化结构和着火、燃尽行为。利用激光多普勒相位测速仪器(PDA)测量工具研究了预燃室燃烧器气固流动特性,CFD数值模拟数据与PDA测量气固流动数据吻合。在0.3 MW预燃室燃烧器煤粉锅炉上,对不同掺混比的CGFA混烧进行了数值研究。CGFA为多孔结构,表面粗糙且孔隙发达。CGFA的石墨化程度低于褐煤煤焦和生物质焦。TGA结果表明CGFA与无烟煤具有相似的燃烧反应性、动力学和着火行为,因此CGFA燃烧模型采用无烟煤燃烧模型。CFD模拟结果表明,CGFA在0.3MW预燃室燃烧器煤粉炉内共燃是可行的。结合NO_(x)排放、炉温和燃尽率,CGFA掺混比例在30%最为合适。

循环流化床气化细粉灰熔融特性研究

利用灰熔融性测定仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究了温度、气氛、残炭含量对茌平、宿迁循环流化床气化细粉灰熔融特性的影响。结果表明,弱还原气氛下两种气化细粉灰的熔融温度最低。高温下莫来石的出现导致宿迁气化细粉灰灰熔点明显高于茌平气化细粉灰。两种循环流化床气化细粉灰的熔融特征温度均随着残炭含量的上升而升高,当残炭含量超过3%,温度超过1300℃时,两种气化细粉灰均会产生碳硅石。碳硅石的存在是使气化细粉灰熔融性变差的主要原因。

循环流化床煤气化细粉灰硫氮转化分析

利用热重质谱联用(TG-MS)研究气化细粉灰燃烧过程SO2和NOx的生成特性,利用X射线光电子能谱仪(XPS)对比分析煤及相应气化细粉灰中硫、氮的赋存形态,考察煤在循环流化床气化转化为气化细粉灰的过程中硫、氮赋存形态及含量的变化。结果表明:与煤相比,气化细粉灰中的硫、氮元素结合能高,燃烧过程中SO2、NO释放温度升高;气化细粉灰中硫化物硫、硫酸盐硫减少,噻吩硫、亚砜硫增加;各形态氮含量均降低,不同形态氮元素析出率不同。

“气化细灰综合利用”技术及效益分析

本文介绍了四喷嘴水煤浆工艺气化工段产生的滤饼新的利用方式,从工艺、设备、经济效益方面做了阐述。该工艺在化肥行业的成功应用,有利于化肥行业节能减排目标的完成,同时降低了企业的成本。

气化细粉灰预热无焰燃烧煤氮转化与NO_(x)排放特性

为实现煤化工固废——气化细粉灰的清洁高效利用,采用先进的煤粉自预热燃烧技术,在30 kW固体碳基燃料预热无焰燃烧试验平台上,针对不同预热温度、不同预热燃烧器当量比下的烟煤经循环流化床气化后,细粉灰中氮的转化及NO_(x)排放特性进行试验研究。结果表明,气化细粉灰能在该试验系统上实现稳定的无焰燃烧。预热可明显改善气化细粉灰的燃烧特性改善具有重要作用。几乎全部挥发分氮在预热燃烧器内的强还原性气氛下提前脱除,主要向N_(2)、NH3与HCN三种含氮物质转化,焦炭氮为后续燃烧中NO_(x)的主要来源。预热温度对预热过程中煤氮向N_(2)的转化率影响显著,预热燃烧器空气当量比直接关系煤氮向N_(2)和NH3的转化率,且与焦炭氮析出情况密切相关。预热温度和预热燃烧器空气当量比对NO_(x)排放浓度及燃料氮向NOx转化率的影响效果差别明显。在预热温度为902℃、预热燃烧器空气当量比为0.45的条件下,NO_(x)排放浓度和燃料氮向NOx转化率最低,分别为83.02 mg/m^(3)(6%O_(2))和5.94%。

氧化亚铁对气化细粉灰熔融性的影响

循环流化床煤气化细粉灰残炭含量较高,对其进行资源化再利用能有效提高碳转化率。实验以一种气化细粉灰(来自循环流化床气化炉)为研究对象,利用X射线衍射(XRD)仪和扫描电子显微镜(SEM)、灰熔融仪,从矿物质转化以及灰渣微观结构2个方面,研究在高温还原性氛围下,氧化亚铁对灰熔融性的影响。结果表明,莫来石的存在导致气化细粉灰熔融温度升高;加入氧化亚铁后,钙长石和铁尖晶石等较低熔融温度的矿物质的生成,以及低温共熔现象的发生是灰熔融温度降低的主要原因。扫描电镜下拍摄的灰渣的微观结构验证了XRD的分析结果。

预热燃料在无焰燃烧模式下的NO_x排放特性

采用燃料预热燃烧工艺,在30kW煤粉无焰燃烧实验台上探索高温预热燃料的无焰燃烧可行性,及其燃烧和NOx排放特性。结果表明:高挥发分的神木烟煤和低挥发分的气化细粉灰均能在该实验系统上实现稳定的无焰燃烧;煤粉经过预热过程,部分挥发份析出,部分焦炭气化,产生高温煤气和煤焦;高温预热燃料(煤焦和煤气)经燃料喷口进入燃烧室,进行分级燃烧,有效降低燃烧温度的峰值,燃烧温度分布更均匀,燃烧温度波动均低于10%;NOx主要来源于焦炭氮,在燃烧室的下游被焦炭的异相反应所还原;对于神木烟煤和气化细粉灰,NOx排放分别为90.4、96.7mg/m3(O2体积分数为6%时,@6%O2)。