内蒙古霍林河褐煤热力初步改质研究.doc

内蒙古霍林河褐煤热力初步改质研究内蒙古霍林河褐煤热力初步改质研究巩志坚,冯立君,蔡涛,续文振,张兰(山东科技大学化学与环境工程学院,山东青岛266510)摘要:针对褐煤水分高,易风化破碎,氧化自燃,利用率低等问题,采用热力脱水方法对内蒙古霍林河褐煤进行了实验室改质研究,分析了改质温度,停留时间,原煤粒径对褐煤改质效果的影响.结果表明:改质温度,停留时间对褐煤改质效果影响显着,原煤粒径对褐煤改质影响不明显,当处理温度为300oC,停留时间为20min时,褐煤改质效果最好;此时,褐煤降低了79.75%,H含量增加了153%,0含量降低了62.47%,C含量提高了72.46%,N含量增加了26.09%,Qd增加了108.50%,Q,M增加了161.86%;褐煤改质过程明显降低了煤中Md和O含量,并使C含量和发热量大幅提高,改质效果明显,这将为褐煤热力改质的应用奠定基础.关键词:褐煤;热力改质;脱水;发热量;水分;灰分中图分类号:TD849.2;TQ530文献标识码:A文章编号:10066772(2012)01003404StudyonprimarythermalupgradingofInnerMongoliaHuolinheligniteGONGZhijian,FENGLijun,CAITao,XUWenzhen,ZHANGLan(CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266510,China)Abstract:InnerMongolialignitehassomeshortcomingssuchashighmoisture,easyweatheringdisintegrationandoxidation,spontaneouscombustion,lowutilizationrate.Inordertoupgradethequalityofliginite,doexperimentalstudywiththermaldehydrationmethod.Investigatetheinfluenceofupgradingtemperature,residencetime,particlesizeofrawcoalonupgradingeffect.Theresultsshowthatfirsttwofactorshaveobviouseffect,whilethelastoneisopposite.Whentheresidencetimeis20minutesandtheupgradingtemperatureis300clC.theupgradingeffectshowsbest.Thecontentofhydrogen,carbon,nitrogenhasbeenimprovedrespectivelyby153%,72.46%,26.09%,whilethecontentofmoistureandoxygenhasbeenreducedrespectivelyby79.75%and62.47%.Thegrosscalorificvalueandlowcalorificvaluehasbeenincreasedrespectivelyby108.50%and161.86%.Upgradingprocesssignificantlyreducesthemoisturecontentandoxygencontentofcoal,thecarboncontentandcalorificvaluealsohasbeengreatlyimproved,whichisthebasisforthermalupgradingoflignite.Keywords:lignite;thermalupgrading;dehydration;calorificvalue;moisture;ashcontent中国低阶煤资源丰富,占中国已探明煤炭储量的50%以上,褐煤保有储量约1303亿t,占全国煤炭资源总量的13%.褐煤煤化程度低,水分含量高,一般为25%40%,晚第三纪昭通褐煤水分甚至高达50%以上.褐煤易风化破碎,氧化自燃,不适于远途运输,且褐煤脱水后强度降低,甚至粉化,造成巨大的经济损失.鉴于以上原因,褐煤目前只能就近利用,短期储存,利用效率低.褐煤液化,干收稿日期:20111009责任编辑:白娅娜基金项目:山东省自然科学基金资助项目(Y2008B09)作者简介:巩志坚(1956一),男,山西太原人,副教授,长期从事煤炭加工和煤炭转化科研与教学工作.洁净煤技术)2012年第l8卷第1期馏和气化都需要将煤中水分降至10%以下,煤粉燃烧过程中需将褐煤水分干燥至4%以下.因此,进行褐煤脱水,脱氧改性的研究以提高褐煤利用率对于缓解沿海发达地区煤炭资源短缺意义重大.褐煤改性提质技术主要有蒸发脱水技术和非蒸发(热力)脱水技术,前者是目前使用最多的技术.蒸发脱水就是将褐煤中的水通过问接或直接加热,以气态形式脱除,该法能耗较高,不能有效脱r中国科技核心期刊全国中文核心期刊矿业类核心期刊J脱水是将褐煤中的水分以液态形式脱除,且能有效脱除褐煤中的氧.因此,本文选用非蒸发脱水方法对内蒙古霍林河褐煤进行了初步改质研究,为连续褐煤非蒸发改质中试奠定基础.1实验部分1.1实验煤样选用内蒙古霍林河褐煤作为实验煤样,煤样工氧,干燥后褐煤在潮湿环境中会复吸水分;非蒸发业分析和元素分析见表1.表1煤样工业分析和元素分析1.2实验装置实验采用问歇装置,由高压反应釜,泄压阀,煤尘收集等组成.反应釜采用耐热不锈钢材质,电加热,可承受压力25MPa,温度400;泄压阀采用快开特性的球阀;煤尘收集采用旋风分离器串联过滤器,旋风分离器连接气体膨胀器.实验装置流程示意如图1所示.图1实验装置流程示意1.3实验过程选用0.15.0mm褐煤作为改质原料.称取一定量的煤与水装人反应釜中,控制液固比为2:1,温度25300,压力3.98.6MPa,停留时间020min;然后开阀快速泄压,在13S内使釜压降为0,大部分煤随蒸汽冲出反应釜,经旋风分离器和过滤器收集后进行烘干分析.实验分别考查了褐煤非蒸发改质过程中改质温度,停留时间和原煤粒径对褐煤改质效果的影响.2结果与讨论2.1改质温度采用单因素实验方法,固定粒径为一0.1mm,停留时间为20min,研究温度对褐煤改质的影响,结果见表2.由表2可知,在实验范围内,随着汽爆温度的增加,褐煤.明显下降,温度为300时最低为5.26%,降低了79.75%;随温度升高,褐煤灰分总体呈增加趋势,280时灰分最高为22.12%,增加了30.73%;随温度升高,褐煤,a总体呈增加趋势,250qC时最高为32.71%,增加了20.70%;随温度升高,褐煤体呈下降趋势,300时最低为43.37%,降低了8.62%.表2温度对褐煤改质特性的影响%褐煤中C含量和0含量变化明显,随着温度的升高,C含量逐渐增加,300cC时达到最大为61.67%,增加了72.46%;0含量总体呈降低趋势,280时巩志坚等:内蒙古霍林河褐煤热力初步改质研究最低为7.12%,降低了62.47%.随温度升高,H含量和N含量呈上升趋势,300时最高,分别为3.49%和0.87%,分别增加了153%和26.09%;随3536温度升高,S含量呈增加趋势,280时最高为0.37%,增加了23.33%,温度继续增加S含量有所下降.发热量计算公式见(1)(2)J:Q.d=80Cl+305Hd+22S.d一260d一6x(Ad一10)4.1868/1000(1)Q|】E_I(-206Hd)IO0-M-23M14.1868/1000(2)式中,代表不同的水分基,空气干燥基时,=.根据上式,分别计算出不同改质温度下褐煤的发热量,具体见表3.由表3可知,随着改质温度的升高,Q和Q.均迅速升高,Qd由原煤的11.53kJ/g增至300cC的24.04kJ/g,增幅108.50%;QM由原煤的7.84kJ/g增至300的20.53kJ/g,增幅161.86%.因此,热力处理后褐煤发热量大幅升高,改质效果很好.总体来说,当温度为300时,褐煤改质效果最好.表3改质温度对褐煤发热量的影响2.2停留时间温度为300,采用单因素实验方法,固定粒径为一0.1mm,研究停留时间对褐煤改质的影响,结果见表4.由表4可知,在饱和蒸气压下,温度300时,不同停留时间对褐煤刊,H含量,0含量,N含量和S含量影响不大;当停留时间由0rain延长到60rain时,A逐渐降低,由20.97%降至16.27%,降低了22.41%;由44.16%降至41.02%,降低了7.11%.随着停留时间的延长,褐煤C含量总体呈增加趋势,由60.35%增至64.71%,增加了7.22%.表4停留时间对霍林河褐煤改质特性的影响%发热量的计算过程见式(1)(2),得出停留时问对褐煤发热量的影响,具体见表5.表5停留时间对褐煤发热量的影响由表5可知,随着停留时间的增加,Q和Q总体呈增加趋势,但增加并不明显.当停留时间为10rain时,褐煤发热量稍有降低.总体来说,当停留时间为20rain时,褐煤改质效果最好.2.3原煤粒径温度300oC,停留时间20min,采用单因素实验方法,研究原煤粒径对褐煤改质的影响,结果见表6.表6原煤粒径对霍林河褐煤改质特性的影响%由表6可知,粒径变化对改质褐煤中A,H含量,N含量,S含量影响不大.随着粒径的增大,褐煤和0含量均呈先增加后降低再增加的趋势,M先由5.26%增至最高值7.36%,增加了39.92%,当粒径为5mm时,d为7.18%;0含量先由7.61%增至9.10%,当粒径为5mm时,0含量洁净煤技术2012年第18卷第1期增至最高,为9.35%,增加了22.86%;C含量总体呈降低趋势,最大降幅为6.57%.发热量的计算过程见式(1)一(2),得出粒径对褐煤发热量的影响,具体见表7.表7原煤粒径对褐煤发热量的影响由表7可知,随着粒径的增加,Q和Q叱总体变化不大,变化趋势不明显,原煤粒径对改质褐煤发热量影响不大.3结论内蒙古霍林河褐煤热力改质研究表明,改质过程明显降低了煤中和0含量,并使c含量和发热量得到很大程度提高,对于褐煤改质有积极作用.当停留时间为20rain,温度为300时,褐煤降低了79.75%,H含量增加了153%,0含量降低了62.47%,C含量提高了72.46%,N含量增加了26.09%,Qd增加了108.50%,QM增加了161.86%,褐煤质量得以提高.需要注意的是,随着中国科技核心期刊全国中文核心期刊矿业类核心期刊J温度的升高和停留时间的增加,水中有机物含量增加,能源损失增大,因此必须考虑废水利用问题.参考文献:1陶建红.褐煤干燥特性研究J.洁净煤技术,2010,16(4):6769.赵振新,朱书全,马名杰,等.中国褐煤的综合优化利用J.洁净煤技术,2008,14(1):2831.曾钦,李军,王慧香,等内蒙古某褐煤干燥特性的实验研究J.洁净煤技术,2011,17(2):5759.朱书全.褐煤提质技术开发现状及分析Jj.洁净煤技术,2011,17(1):14.苗文华,白中华,张旭辉.褐煤低温改质过程中的阻力特性研究J.洁净煤技术,2009,15(5):8183.李春柱.维多利亚褐煤科学进展M.余江龙,常丽萍译.北京:化学工业出版社,2009.巩志坚,房兆营,蔡涛,等.褐煤改质新方法A.第二届中国能源科学家论坛论文集C.徐州:美国科研出版社,2010:621625.周建明,巩志坚,刘文郁,等.褐煤汽爆提质新方法J.洁净煤技术,2010,16(6):5860.杨金和,陈文敏,段云龙.煤炭化验手册M.北京:煤炭工业出版社,2004.(上接第29页)由表1可知,孔庄选煤厂工艺系统改造后,重介生产系统日趋完善.2007年_2010年,选煤厂实际生产指标均高于原定目标.与2007年相比,2010年原煤实际人洗量增加38.58万t,提高了35.83%;洗精煤增加23.48万t,提高了30.09%.原煤处理量逐年增长,设计处理能力105万t/a,实际处理能力已达146.27万t/a.2009年-20l0年,精煤回收率稳定在70%左右,精煤水分均低于13%,外销精煤批合格率,批稳定率,抽查合格率均为100%.3.2经济效益按原煤价格400G/t,综合精煤价格640Yw/t,中煤价格460元/t,煤泥价格325元/t,洗煤加工费37.78元/t计算,则产能提升成本如下:原煤成本(146.27107.69)x400=15432(万元);洗煤成本(146.27107.69)x37.78=1457.55(万元);总成本15432+1457.55=16889.55(万元).巩志坚等:内蒙古霍林河褐煤热力初改质研究产能提升收益:精煤收入(74.51+27.0071.996.04)640=15027.20(万元);洗混煤收入(10.188.41)460:814.20(万元);煤泥收入(13.926.94)325=2268.50(万元);总收入15027.20+814.