水煤漿在石化企業(yè)的應(yīng)用與分析檢驗注意事項

(寧波金發(fā)新材料有限公司，浙江 寧波 315803)

1 石化企業(yè)鍋爐與造氣用燃料的分析檢驗情況概述

長期以來煤一直是化工生產(chǎn)鍋爐燃燒產(chǎn)蒸汽主要燃料。上個世紀(jì)八十年代一部分石化企業(yè)鍋爐燃燒產(chǎn)蒸汽和半水煤氣造氣開始用重油作為燃料，分析項目有密度、粘度、水分、閃點(diǎn)等。中控分析項目重點(diǎn)是分析水分，重油是易燃易爆危險化學(xué)品，儲存、運(yùn)輸、生產(chǎn)都非常危險。上個世紀(jì)九十年代末到二十一世紀(jì)初，隨著國際原油價格飛漲和國內(nèi)重油深加工技術(shù)和能力不斷提高，重油價格猛漲。國內(nèi)以重油為燃料的石化企業(yè)紛紛上油改煤工程，逐步改用煤作為化工原料產(chǎn)蒸汽和半水煤氣。典型代表有殼牌粉煤氣化、德士古爐造氣、型煤造氣、煙煤鍋爐產(chǎn)蒸汽。煤的主要分析項目有煤的熱值、灰分、揮發(fā)分、硫、灰熔點(diǎn)、煤粉粒度等項目[1、2]，其中熱值、灰分、揮發(fā)分、硫、灰熔點(diǎn)非常重要。生產(chǎn)過程中也會因為熱值低、灰分高、揮發(fā)分過高或過低、灰熔點(diǎn)不合格導(dǎo)致鍋爐熄火、結(jié)焦等情況。煤的儲存、運(yùn)輸、生產(chǎn)上現(xiàn)場環(huán)境惡劣，有一定的危險性[3]。

最近十年為了改善生產(chǎn)環(huán)境，兼顧流動性、熱值等各方面要求，鍋爐產(chǎn)蒸汽的燃料水煤漿和造氣生產(chǎn)半水煤氣的氣化水煤漿兩種水煤漿開始在石化企業(yè)大量應(yīng)用。水煤漿(英文縮寫CWS)是由煤、水和少量化學(xué)添加劑經(jīng)過加工制成的具有一定粒度分布、流動性和穩(wěn)定性的流體，它有油一樣的流動性，熱值大體為燃料油的二分之一。通過近十年水煤漿在石化企業(yè)大量應(yīng)用實踐證明：水煤漿與直接燃燒煤相比，它是一種高效、清潔、安全、環(huán)保、低廉的新型煤基燃料，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境大大改善，又可長距離管道輸送，生產(chǎn)設(shè)備投資低污染小，是潔凈煤技術(shù)的重要分支，值得在石化企業(yè)推廣應(yīng)用。水煤漿的這些特性決定了水煤漿應(yīng)有的質(zhì)量指標(biāo)，水煤漿的質(zhì)量指標(biāo)是檢驗水煤漿是否合格重要參數(shù)，因此水煤漿的分析檢驗工作尤為重要[4、5]。

現(xiàn)將幾種化工燃料在實際應(yīng)用中優(yōu)缺點(diǎn)匯總統(tǒng)計在表1。

表1 幾種化工燃料優(yōu)缺點(diǎn)匯總統(tǒng)計表

(續(xù)表)

從表1可得：在我國非常重視安全、環(huán)保的前提下，兼顧成本，水煤漿是一種非常好的鍋爐產(chǎn)蒸汽、造氣清潔燃料，值得應(yīng)用推廣。

2 水煤漿分析項目及操作注意事項

水煤漿的分析項目包括濃度、表觀粘度、灰分、揮發(fā)分、硫、熱值、密度、粒度、灰融性軟化溫度、穩(wěn)定性等。下面結(jié)合水煤漿的日常分析工作經(jīng)驗，主要針對燃料水煤漿濃度、表觀粘度、揮發(fā)分、硫、熱值、粒度、灰融點(diǎn)、穩(wěn)定性分析項目意義、常見問題和提高分析結(jié)果準(zhǔn)確性的相關(guān)措施和建議方面進(jìn)行探討[1-8]。

2.1 濃度分析

2.1.1 水煤漿濃度測定意義

水煤漿中的水不能產(chǎn)生熱量，燃燒中水吸熱帶來熱損失。水煤漿的熱值取決于水煤漿中煤粉含量多少，煤粉的含量簡稱濃度，濃度越大，熱值就越高。

2.1.2 水煤漿濃度分析常見問題

水煤漿濃度測定采用鼓風(fēng)干燥箱干燥法測量，常見問題有:①兩次平行測定的重復(fù)性差；②分析結(jié)果的重復(fù)性好，但準(zhǔn)確性不高；③未采取密封或密封不牢，導(dǎo)致水分散失。④水煤漿稱量過多過厚，導(dǎo)致水分難以散發(fā)等。

2.1.3 提高濃度分析準(zhǔn)確性的有效措施

①采取的水煤漿試樣應(yīng)保存在密封良好的容器內(nèi)，采樣后應(yīng)盡快測定；②水煤漿要充分?jǐn)嚢杈鶆?，稱量要迅速；③稱量瓶預(yù)先在105～110 ℃下恒重，使用長期未恒重的稱量瓶會導(dǎo)致分析結(jié)果的精密度高，但準(zhǔn)確性不高；④稱取的水煤漿量應(yīng)在(3±0.2)g，不可過多或過少；⑤進(jìn)行檢查性干燥；⑥建議做3個平行樣測定，當(dāng)兩個結(jié)果不平行時，可參考第三個。

2.2 表觀粘度測定

2.2.1 粘度測定意義

為了使水煤漿易于泵送和霧化，應(yīng)具有良好的流動性，粘度過大容易導(dǎo)致輸送阻力大、堵管等問題。還應(yīng)具有“剪切變稀”的流變特性，即當(dāng)水煤漿處于流動狀態(tài)時，粘度較低，有利于使用；靜止時又有較高的粘度，有利于穩(wěn)定，便于儲存。水煤漿的表觀粘度是指在剪切速率為100 s-1下的表觀粘度。

2.2.2 粘度分析常見問題

我公司采用成都儀器廠生產(chǎn)的NXS-4C型粘度計測定水煤漿的粘度，常見問題有:①不同季節(jié)，水煤漿的溫度過冷、過熱帶來的誤差；②當(dāng)水煤漿穩(wěn)定性不好時，水煤漿會有沉淀現(xiàn)象，導(dǎo)致上層粘度低，下層粘度高；③水煤漿測量時加入外筒的量不同導(dǎo)致的偏差；④儀器長期未校準(zhǔn)帶來的儀器誤差。

2.2.3 粘度測定注意事項

①水煤漿應(yīng)在恒溫器(20±0.1 ℃)中恒溫至少半小時；②水煤漿應(yīng)攪拌均勻，至無軟、硬沉淀，但應(yīng)避免過度攪拌，以減少剪切變稀對試驗結(jié)果的影響；③加入水煤漿的量應(yīng)以剛好淹沒整個內(nèi)筒為準(zhǔn)；④粘度計每月用標(biāo)油校準(zhǔn)一次；⑤內(nèi)外筒不可碰撞，以免變形無法測量；⑤每個水煤漿樣進(jìn)行2次重復(fù)測定，重復(fù)性應(yīng)控制在100 mPa·s-1以內(nèi)。

2.3 揮發(fā)分測定

2.3.1 分析測定意義

為了確保水煤漿容易燃燒，水煤漿中煤粉應(yīng)有較高的揮發(fā)分，揮發(fā)分太低，水煤漿在鍋爐內(nèi)不易穩(wěn)定的燃燒(要多噴柴油)。揮發(fā)分太高，可揮發(fā)有機(jī)物較多，鍋爐會發(fā)生爆燃危險(水煤漿鍋爐由于水煤漿帶入大量水，水吸熱能很好控制爐溫，發(fā)生爆燃可能性較小)，所以水煤漿揮發(fā)分一般越高越好。

2.3.2 揮發(fā)分測定常見問題

①測量結(jié)果偏高；②分析結(jié)果重復(fù)性差；③實驗人員操作手法過慢導(dǎo)致試驗作廢。

2.3.3 揮發(fā)分測定注意事項

①瓷坩堝應(yīng)配有嚴(yán)密的坩堝蓋，使用前應(yīng)檢查是否有裂紋，并且在900 ℃下灼燒至質(zhì)量恒定；②煤樣需準(zhǔn)確稱取0.9900～1.0100 g，要輕輕震動坩堝，使試樣攤平；③將放有坩堝的坩堝架送入恒溫區(qū)的速度要快，以保證爐溫在3 min內(nèi)恢復(fù)至(900±10 ℃)；④在試驗進(jìn)行6分58秒時，迅速打開爐門，確保在7 min到達(dá)的那一刻取出坩堝；⑤做平行樣測定，但同一坩堝架放入盛有物料的瓷坩堝數(shù)量不能過多，否則會使?fàn)t溫過高導(dǎo)致分析不準(zhǔn)確；⑥分析用馬弗爐等溫度要定期校準(zhǔn)。

2.4 全硫含量測定

2.4.1 硫測定意義

水煤漿中硫含量是重要環(huán)保控制指標(biāo)。水煤漿中硫在鍋爐與氧燃燒后最終生成二氧化硫隨鍋爐煙氣排出。含硫量的高低直接影響到鍋爐煙氣中二氧化硫含量，而且會腐蝕鍋爐，所以必須保證硫含量在允許的范圍內(nèi)。

2.4.2 庫侖滴定法

煤中全硫含量測定方法有艾士卡法、庫侖滴定法和高溫燃燒中合法，我公司采用庫侖滴定法測定水煤漿中的硫含量，使用的是長沙開元儀器生產(chǎn)的5E-S3200電腦測硫儀，分析過程中常見問題有分析結(jié)果偏低，爐溫升溫過慢及其他儀器故障。

2.4.3 硫含量測定注意事項

①檢查氣密性，開動電磁泵，調(diào)節(jié)流速至1 000 mL/min，夾緊煙塵過濾器前端的軟管，觀察流量計的浮子是否下降，如浮子下降至100 mL/min以下，則說明連接電解池的凈化系統(tǒng)氣密性好。否則應(yīng)檢查過濾器、電解池及凈化管是否漏氣；②檢查氣流量，調(diào)節(jié)流量計流量旋鈕，使氣流穩(wěn)定在1 000 mL/min，如果達(dá)不到，則檢查氣路是否有打折現(xiàn)象或氣泵皮碗是否老化，試驗過程中必須保證流量計在1 000 mL/min；③在試驗中的攪拌速度最控制在攪拌子跳起的臨界狀態(tài)，但不能使攪拌子跳起。攪拌子保持較高速度是因為攪拌速度太慢電解生成的碘得不到擴(kuò)散，會使終點(diǎn)控制失靈，無法得到準(zhǔn)確的全硫測值。合適的轉(zhuǎn)速是以攪拌時電解液中有大量的氣泡生成，而又不使攪拌子跳起串擊到電極上；④電解液應(yīng)定期更換，這是因為隨著電解液使用次數(shù)的增加，酸度不斷增加，當(dāng)電解液呈酸性后，I和Br的光敏反應(yīng)增強(qiáng)而額外生成I2和Br2，這些I2和Br2是非電解產(chǎn)生的，將導(dǎo)致測硫值偏低；⑤一般每個實驗時間為3～6 min，時間過長，屬于不正常，此時應(yīng)觀察電解曲線情況，如果到某一高度后，呈一平行直線，有時甚至電解液變成暗紅，應(yīng)立即停機(jī)，檢查指示線路或控制面板等是否有故障；⑥每月用標(biāo)煤對儀器進(jìn)行校標(biāo)定，注意觀察標(biāo)煤實驗結(jié)果校正前一般都在標(biāo)煤值附近，若結(jié)果重復(fù)性很差或比標(biāo)煤值偏小很多時應(yīng)檢查儀器是否氣密性差等原因后重做實驗，不能盲目的進(jìn)行校正。

2.5 熱值分析

2.5.1 熱值分析的意義

水煤漿主要利用煤粉與空氣中氧燃燒放熱產(chǎn)蒸汽，發(fā)熱量越高，經(jīng)濟(jì)價值就越大。

2.5.2 熱值分析常見問題

我公司水煤漿熱值分析采用長沙開元公司生產(chǎn)的5E-AC/PL型自動量熱儀，熱值分析常見問題一般是儀器點(diǎn)火失敗，氧彈漏氣，分析結(jié)果偏低，重復(fù)性差等。

2.5.3 熱值分析注意事項

①氧彈充氧后，應(yīng)檢查是否漏氣，置入水中浸沒數(shù)分鐘，觀察是否有氣泡往上冒。若有漏氣，則應(yīng)更換密封圈；②點(diǎn)火絲不得與坩堝接觸，不得插入試樣中，以防止點(diǎn)火時試樣彈出，應(yīng)彎成圓弧形靠近煤樣表面；③氧氣瓶的壓力低于5 MPa，應(yīng)更換新氧氣。充氧的壓力為2.8～3.0 MPa，嚴(yán)禁超壓充氧，應(yīng)定期檢查充氧器上的壓力表與減壓閥上的壓力表知識值是否一致；④從內(nèi)桶中取出氧彈時，必須小心，防止因碰撞或跌落損壞內(nèi)桶；⑤實驗完畢，應(yīng)檢查鎳坩堝和彈筒內(nèi)殘留水面上是否有試樣，以保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確；⑥充氧器嚴(yán)禁與各種油脂接觸；⑦每三個月用苯甲酸標(biāo)定一次熱容量，標(biāo)定熱容量時，要求5次測定結(jié)果的平均值與標(biāo)準(zhǔn)熱值相差不超過50 J/g；⑧發(fā)熱量測定室內(nèi)溫度相對穩(wěn)定，每次測定室溫變化不因超過1 ℃；⑨應(yīng)定期更換水箱中的水，防止綠藻的生成。

2.6 灰熔點(diǎn)測定

2.6.1 灰熔點(diǎn)測定的意義

為了讓燃料水煤漿在鍋爐燃燒后，渣能在高溫下全部呈固態(tài)順利排出，不會因為灰熔點(diǎn)低于爐膛溫度，渣在爐內(nèi)呈熔融狀態(tài)粘爐、結(jié)焦，堵爐，大焦塊突然掉落砸壞鍋爐水冷壁導(dǎo)致嚴(yán)重事故發(fā)生。要求水煤漿的灰熔點(diǎn)高于爐膛正常燃燒溫度。

2.6.2 灰熔點(diǎn)常見問題

灰熔點(diǎn)采用鶴壁天宇ZDHR-3型灰熔點(diǎn)儀分析。常見問題是灰錐放置位置距離測溫探頭超過規(guī)定范圍，導(dǎo)致灰熔點(diǎn)儀結(jié)果偏高。還有測溫元件溫度誤差，儀器和人工識別軟化溫度DT、變形溫度ST(T1)、半球溫度HT(T2)、流動溫度FT(T3)都存在誤差。

2.6.3 灰熔點(diǎn)分析注意事項

①灰錐一定要放置在測溫探頭附近±3 cm范圍內(nèi)，確保測溫探頭測得的溫度與灰錐實際穩(wěn)定相符合；②加強(qiáng)儀器維護(hù)，做樣前將攝像頭鏡片、觀察孔石英片擦拭干凈，確保視頻圖像清晰，不影響人或儀器判斷；③定期用標(biāo)準(zhǔn)灰熔點(diǎn)樣品做對照，發(fā)現(xiàn)超過誤差及時查找原因糾正。

2.7 粒度測定

2.7.1 粒度測定的意義

為了檢驗煤碾磨成煤粉制成水煤漿后顆粒大小，確保生產(chǎn)的水煤漿能穩(wěn)定儲存、運(yùn)輸，煤粉順利通過各種篩網(wǎng)，噴入鍋爐燃燒時煤顆粒不堵漿槍，必須精確測定水煤漿中煤粉顆粒大小。

2.7.2 粒度分析常見問題

水煤漿中煤粉粒度采用丹東市百特儀器有限公司生產(chǎn)的BT-2002型激光粒度分析儀分析。常見問題是分散劑添加量不恰當(dāng)、樣品混合不均勻、最后一點(diǎn)粗煤粉樣品沒有倒入，激光鏡片污染模糊、儀器設(shè)置不對、激光光源發(fā)光強(qiáng)度衰減等導(dǎo)致粒度分析誤差較大。

2.7.3 粒度分析注意事項

①水煤漿做樣前一定要充分?jǐn)嚢杈鶆颍焖匐S機(jī)挖取適量水煤漿樣品倒入分散杯，要確保所有樣品全部倒入儀器；②分散劑每次定量加入；③定期擦洗粒度激光分析儀測量池鏡片；④儀器調(diào)空白用水最好固定；⑤自己自制一批標(biāo)準(zhǔn)粒度樣品烘干，長期保存，定期在儀器上做標(biāo)準(zhǔn)樣品，將分析結(jié)果與以前對照，看儀器是否穩(wěn)定，確保分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

2.8 穩(wěn)定性測定

2.8.1 穩(wěn)定性測定的意義

為了檢測水煤漿在運(yùn)輸、儲存過程中能否保持良好的分散性和穩(wěn)定性，方便正常儲存和輸送，避免在輸送、儲存過程中發(fā)生分層，導(dǎo)致部分煤粉沉降罐底和管道內(nèi)，影響生產(chǎn)，杜絕水煤漿罐“座死”、管道堵死等嚴(yán)重事故發(fā)生。

2.8.2 穩(wěn)定性分析常見問題

水煤漿生產(chǎn)廠家考慮到按國家標(biāo)準(zhǔn)分析靜態(tài)穩(wěn)定性時間長(7天)，動態(tài)穩(wěn)定性測量難度大，指導(dǎo)生產(chǎn)意義不大等因素，沒有嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)測定靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性。為了配合生產(chǎn)需要，自己結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)方法摸索出快速、簡便靜態(tài)穩(wěn)定性測定方法，采樣量也不夠，分析室恒溫難以保證，測試用玻璃棒沒有統(tǒng)一，不同分析員玻璃棒插入漿中手感不一樣，判斷穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)存在差異。這些方法雖然能測量水煤漿穩(wěn)定性，但是否完全可靠有待驗證。

2.8.3 穩(wěn)定性分析注意事項

①分析水煤漿的穩(wěn)定性，樣品量不少于1 L；②做樣前一定要充分?jǐn)嚢杈鶆?，要隨機(jī)取適量水煤漿樣品快速倒入穩(wěn)定性測試容器；③觀察沉降、分層用的尺子、玻璃棒、時間、分析室溫度一定要固定，分析員經(jīng)常培訓(xùn)交流測量經(jīng)驗，要經(jīng)驗非常豐富；④為了確?？焖贉y定方法可靠，建議定期用標(biāo)準(zhǔn)水煤漿穩(wěn)定性測定方法進(jìn)行對照實驗，確?？焖贉y定法可靠。

3 提高水煤漿分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的其他有效措施

3.1 做好人員培訓(xùn)工作

分析人員的操作規(guī)范程度直接影響了分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。要加強(qiáng)對實驗人員技能方面的培訓(xùn)，要注重試驗人員責(zé)任心的培養(yǎng)，要求實驗人員具備高度的責(zé)任感和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，分析過程要嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行。

3.2 做好儀器維護(hù)工作

儀器設(shè)備的精密度和穩(wěn)定性是影響試驗結(jié)果的重要因素。如果儀器穩(wěn)定性不好，平行誤差大，就會給分析結(jié)果帶來誤差。在平時的分析工作中對儀器設(shè)備要加以愛護(hù)，輕拿輕放，減少碰撞，分析結(jié)束后應(yīng)及時關(guān)閉儀器，要保持儀器的清潔，要定期對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，用標(biāo)準(zhǔn)煤樣對儀器進(jìn)行標(biāo)定，以提高分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

3.3 營造規(guī)范的試驗環(huán)境

良好的分析室環(huán)境是保證儀器設(shè)備正常運(yùn)行和分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提。所處的環(huán)境達(dá)不到化驗要求的環(huán)境，就會很大程度上影響分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。比如熱值的分析對環(huán)境的溫度有著較高的要求，每次測定室溫變化不因超過1 ℃，否則分析結(jié)果就會相差很大。