掺加细煤粉提高气化煤浆浓度研究

潘俊

上海华谊能源化工有限公司（上海 200241）

工作研究

掺加细煤粉提高气化煤浆浓度研究

潘俊

上海华谊能源化工有限公司（上海 200241）

通过调整200目（75 μm）以下细煤粉的比例研究煤浆成浆特性，发现采用合理的粒度级配不但可使煤浆颗粒达到较高堆积密度（即提高煤浆浓度），同时也可保证浆体具有良好的流动性。随着掺加细粉比例的提高，表观黏度呈现一定规律性的变化，掺加细粉量占总量的20%时，在确保煤浆浓度高的同时水煤浆表观黏度最低，说明此时粒度分布相对合理；继续增加细粉比例，表观黏度反而增大。

煤浆浓度 煤粉 粒度

中国分类号 TQ546.8

在水煤浆气化工艺中，水煤浆浓度（一定量的水煤浆试样去除全水分后的质量占试样原有质量的百分数）是一个非常重要的指标。如何提高该指标是水煤浆制备中需要考虑的关键问题。研究表明，采用合理的粒度级配不但可使煤浆颗粒达到较高的堆积密度（高浓度），同时也可保证浆体具有良好的流动性。

通过分析生产车间水煤浆，发现其粒度分布具有改善的空间（即水煤浆浓度有提高的可能性）。通过马尔文公司MasterSize 2000激光粒度仪，发现水煤浆颗粒粒度分布在10 μm以下的含量较少，影响了其堆积效率（即水煤浆成浆浓度）。实验在原煤粉中添加不同比例的10 μm以下超细粉，改善煤粉的粒度分布，提高成浆浓度。

1 实验方法

以标准筛200目（75 μm）为基准，200目上为粗颗粒，200目下为细颗粒。生产车间水煤浆200目上煤粉的质量分数为55%左右，200目下为45%左右。添加超细粉（10 μm左右）取代部分粒度在200目以下的煤粉，使煤粉粒度分布更加合理，从而提高成浆浓度，改善煤浆性能。实验采用车间神府煤，表1（a）数据为煤种的工业分析及元素分析结果。

细粉由气流粉碎机粉碎（工作压力为0.8 MPa）所得。表1（b）为不同气流粉碎空间下所得细粉的粒度分布，可知，细粉粒径大小顺序依次为（d）＜（c）＜（b）＜（a）。

表1 （a）煤种的工业分析和元素分析结果%

表1 （b）不同气流粉碎空间破碎的细粉的粒度分布%

2 掺加细粉的成浆性实验

2.1 掺加不同气流空间粉碎细粉的煤粉成浆性能

取相同的总煤量、加水量、添加剂及其添加量、不同气流空间所得的超细粉量制成煤浆。由表2（a）可得，掺加量一定时，破碎次数越多煤粉越细，煤浆表观黏度越低、流动性越好。从表2（b）可见，200目以下煤粉质量的22%被取代（45 g中取代10 g）时，煤粉粒度越小，越有利于提高成浆浓度，改善流动性。

2.2 掺加不同比例超细粉（气流空间2圈1次）的煤粉成浆性能

掺加不同比例超细粉的实验结果如表3（a）所示。随着掺加细粉比例的提高，成浆浓度变化不大，但比原煤粉增加了约0.6%；而从表观黏度看，随着掺加比例的提高，存在一个最佳值，比例低时作用不大，比例过高时，黏度反而升高。在掺加比例为煤粉总量的20%时，表观黏度最低，性能相对最好。从表3（b）看，随着掺加比例的提高，粒度小于15 μm的煤粉占比增加。

表2 （a）掺加不同气流空间粉碎的细粉的煤粉成浆性能

表2 （b）掺加10%各种细粉的煤浆粒度分布%

2.3 掺加不同比例细粉（气流空间2圈2次）的煤粉成浆性能

在相同的煤量、加水量、添加剂量前提下，随着掺加细粉比例的提高，成浆浓度上升趋势较为明显，如表4（a）所示，原图是粉碎后煤粉水分流失。结合表4（b），在掺加比例为20%时，表观黏度降到了866 Pa·s，不但低于原煤粉的表观黏度，还比2圈1次粉碎的细粉小，说明煤粉越细效果越好。但添加量同样是20%时效果最好，说明煤浆粒度分布存在一定的合理区间。

表3 （a）掺加不同比例细粉（气流空间2圈1次）的煤粉成浆性能

表3 （b）掺加不同比例细粉（气流空间2圈1次）的煤浆粒度分布%

表4 （a）掺加不同比例细粉（气流空间2圈2次）的煤粉成浆性能

2.4 掺加不同比例气流空间（2圈3次）粉碎的细粉的煤粉成浆性能

在以上实验的基础上，继续减小细粉的粒度，掺加不同比例气流空间2圈3次粉碎的细粉，实验结果如表5（a）所示。掺加相同比例超细粉的前提下，与经过2次粉碎的煤粉相比，在黏度接近的情况下部分煤浆浓度反而变低。

表4 （b）掺加不同比例细粉（气流空间2圈2次）的煤浆粒度分布%

表5 （a）掺加气流空间（2圈3次）粉碎的细粉的煤粉成浆性能

表5 （b）掺加不同比例细粉（气流空间2圈3次）的煤浆粒度分布%

2.5 不同200目上下煤粉比例，再掺加细粉的煤粉成浆性能

增加200目下煤粉比例，有利于煤粉平均粒径的减小和气化效率的提高；同时用细粉替代200目以下的煤粉，能使之达到合理的粒度分布。从表6（a）实验结果看，效果并不好，200目下煤粉质量分数为60%和55%时，添加的超细粉（气流空间2圈2次）为总量的20%，煤浆的表观黏度变得很高，表6（b）表明，粒度分布不规律，影响颗粒间堆积效率的提高。

表6 （a）调节200目上下煤粉比例并掺加气流空间（2圈2次）粉碎的细粉的成浆性能

表6 （b）调节200目上下比例后再加细粉的煤浆粒度分布%

2.6 重复性实验（气流空间2圈2次）

从重复性实验看，成浆浓度和表观黏度的变化趋势与2.3的实验基本相同，表观黏度在细粉掺加量为20%时达到最低，数值也较为接近（见表7）。

表7 掺加不同比例细粉（气流空间2圈2次）的成浆性能

2.7 在20 %超细粉的添加量下，表观黏度与煤浆浓度的关系

根据以上掺加细粉（气流空间2圈2次）的两组实验可以看出，在相同加煤量、加水量和添加剂条件下，在细粉掺加量为20%时，水煤浆的表观黏度最低，说明此时煤浆的性能最好，达到了相对较为合理的粒度分布，提高了成浆浓度。因而在此基础上，考察了表观黏度与成浆浓度的对应关系，随着表观黏度的增加，成浆浓度缓慢上升，如图1所示。

图1 煤浆表观黏度与成浆浓度的对应关系

从表8可以看出，当成浆浓度为61.70%时，表观黏度约为1170 Pa·s。为了再次证明浓度与表观黏度的关系，在同样条件下进行了重复实验，结果是成浆浓度为61.69%，表观黏度为1078 Pa·s，24 h析水率为0.77%。这主要有两方面的原因，一是所加细粉粉碎时失去水分，二是煤浆粒度分布得到改善。

3 结论

（1）气流粉碎机压力为0.8 MPa时，所得细粉的粒度基本上小于10 μm，且煤粉的水分会随着气流空间的变大、粉碎次数的增加而减少，有利于水煤浆浓度的提高；在一定的掺加比例下（保持其他条件不变），所掺加细粉粒度越小，越有利于降低水煤浆的表观黏度。

表8 掺加20%细粉（气流空间2圈2次）的成浆性能

（2）多次实验表明，在同一细粉粒度下，200目下细粉被取代的量越多（即掺加细粉比例越高），表观黏度呈现一定规律性的变化。当掺加细粉量占总量的20%时，水煤浆表观黏度最低，说明此时粒度分布相对合理；细粉过量，反而会使表观黏度增加。

（3）一定气流空间（2圈2次）粉碎得到的细粉掺量占总量的20%时，粒度分布得到改善，成浆浓度随表观黏度的增加缓慢升高。表观黏度为1 078 Pa·s时，成浆浓度为61.69%，比原煤粉的成浆浓度（59.59%）约高2%，浆体的流动性也得到改善。

Study on Improving the Concentration of Coal Water Slurry by Adding Fine Pulverized Coal

Pan Jun

The characteristics of coal slurry were studied by adjusting the proportion of fine coal below 200 mesh(75 μm),it was found that the reasonable particle size distribution could not only achieve a higher bulk density to improve the concentration of coal slurry,but also ensure the good fluidity.With the increase of the proportion of fine powder,the apparent viscosity showed a regular change.When the fine powder accounted for 20%of the total amount,the apparent viscosity of coal slurry was the lowest and the concentration was high,indicating that the particle size distribution was relatively reasonable at this point.Thereafter,increasing the proportion of fine coal would lead to an increase in apparent viscosity.

Coal slurry concentration;Pulverized coal;Particle size

2017年4月

潘俊男1977年生工程硕士工程师从事煤化工领域生产运行、科研等工作