水煤漿制備與應(yīng)用

1、1、水煤漿的起因2、水煤漿的制備3、水煤漿的應(yīng)用1.1 水煤漿的技術(shù)起因1.2 我國(guó)發(fā)展水煤漿的意義1.3 水煤漿的優(yōu)點(diǎn)1.1 水煤漿的技術(shù)起因水煤漿的技術(shù)起因 由于70年代石油危機(jī)給以石油為主要能源的西方各國(guó)以很大沖擊，人們紛紛研究以煤代油的策略。煤炭本來(lái)就是一個(gè)重要的能源，可以直接利用，然而煤炭直接燃燒，儲(chǔ)存、運(yùn)輸以及對(duì)環(huán)境的保護(hù)不如石油和天然氣，所以急需尋找一種流體基燃料。 煤炭的氣化與液化雖然已有成熟的技術(shù)，但是投資大，成本高，難以普遍推廣，因而人們把注意力轉(zhuǎn)向物理加工的煤漿燃料技術(shù)。水煤漿是一種低成本、見(jiàn)效快技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單的經(jīng)物理方法加工的煤基流體燃料。1.2 我國(guó)發(fā)展水煤漿的意義我國(guó)

2、發(fā)展水煤漿的意義我國(guó)能源結(jié)構(gòu): 富煤貧油，我國(guó)已探明的煤炭?jī)?chǔ)量有1000億噸，而石油則相對(duì)短缺。煤炭是我國(guó)的主要能源，目前已成為世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，能源利用以煤炭為主，在當(dāng)前以化石能源為主體的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占73.8%，石油占18.6%，天然氣占2%，其余為水電等其它資源。 在我國(guó)，石油與煤炭相比，可供開(kāi)采的數(shù)量有限，需要依靠進(jìn)口。2002年，我國(guó)進(jìn)口石油6500萬(wàn)t，占消費(fèi)量的30%，因此我國(guó)的石油資源顯得十分珍貴。我國(guó)大部分電站及工業(yè)鍋爐是以燃煤為主，但有不少工業(yè)爐窯還在燃油。針對(duì)種情況，我國(guó)制定了“以煤代油，壓縮燒油”的能源政策。環(huán)境保護(hù)：我國(guó)是用煤大國(guó)，散煤燃燒存在缺點(diǎn)，

3、儲(chǔ)運(yùn)復(fù)雜，燃燒效率低，除大型電站效率較高外，一般的燃煤鍋爐效率很低，其中包括燃盡率和鍋爐效率；水煤漿儲(chǔ)運(yùn)是全密封；水煤漿燃燒火焰中心溫度較燃油低100-200 ，有助于抑制NOx生成。 水煤漿選用洗精煤或選配低硫、低灰分煤制漿。煤炭經(jīng)過(guò)洗選，可脫除硫30%-40%（脫除黃鐵礦硫60%-80%）；脫除灰分（煤矸石等）50%-80%，原始煙塵與灰渣量減少，因而漿中硫含量與灰分較低。1.3 水煤漿的優(yōu)點(diǎn)w具有良好的流動(dòng)性、穩(wěn)定性、易運(yùn)輸，可減少運(yùn)輸途中的損失，節(jié)省儲(chǔ)煤場(chǎng)地， 特別是可以采用液體燃燒方式用泵和管道輸送。w水煤漿加工簡(jiǎn)單，并易儲(chǔ)存。w不存在自然著火、粉塵飛揚(yáng)等問(wèn)題；w可以實(shí)現(xiàn)100%代油

4、，且與油一樣霧化燃燒，因此，原有的鍋爐只要簡(jiǎn)單地改造即 可燃用水煤漿，燃燒效率高，電廠鍋爐能達(dá)到98%99%以上，與煤粉接近；w在水煤漿加工過(guò)程中，可以進(jìn)行不同程度的脫灰脫硫處理，燃燒溫度又比一般煤 粉溫度低200左右，因此燃燒時(shí)排放的SO2、NOx可以大大減少。2.1 水煤漿的質(zhì)量要求2.2 水煤漿的技術(shù)要求2.3 水煤漿制漿工藝 2.3.1 制漿的主要環(huán)節(jié)及功能 2.3.2 制漿工藝流程 水煤漿是大約70%的煤炭，30%左右的水及少量添加劑調(diào)制而成的漿體。由于它是一種燃料，所以必須具備某些便于燃燒、使用的性質(zhì)。主要有：（1）為利于燃燒，水煤漿的含煤濃度要高。通常要求在62%-70%。（2）

5、為便于泵送和霧化，粘度要低。通常要求在100S-1剪切率及常溫下，表觀粘度不高于1000-1200mPas。（3）為防止在貯、運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生沉淀，應(yīng)有良好的穩(wěn)定性。一般要求能靜置存放一個(gè)月不產(chǎn)生不可恢復(fù)的硬沉淀。（4）為提高煤炭的燃燒效率，其中煤粒應(yīng)達(dá)到一定的細(xì)度。一般要求粒度上限為300m 的含量不少于75%。（1）煤種優(yōu)選與煤炭的成漿性規(guī)律 煤種不同，制漿的難易程度有很大的差異。中外學(xué)者一致認(rèn)為：煤階越低，內(nèi)在水分越高，煤中氧碳比越高，親水官能團(tuán)越多，空隙愈發(fā)達(dá)，可磨性指數(shù)值越小，煤中所含可溶性高價(jià)金屬離子越多，煤的制漿難度就越大。（中國(guó)水煤漿制漿技術(shù)的進(jìn)展） 張榮曾老師對(duì)不同煤階有代表性煤

6、樣的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后 , 首次總結(jié)出其中的規(guī)律 , 建立了分析煤炭成漿性的模型和評(píng)定指標(biāo)（ D），成功地用于預(yù)測(cè)煤炭制漿效果和優(yōu)選制漿用煤。為適應(yīng)不同條件下使用 , 建立了 2 個(gè)計(jì)算煤炭成漿性指標(biāo)（D）的模型。式 1) 為需要含氧量數(shù)據(jù)的模型 1) D = 7.5 0.051 HGI + 0.223Mad+ 0.0257式 2 為與不需要含氧量數(shù)據(jù)的模型。 2) D = 7.5 0.05 HGI + 0.5Mad式中, HGI 哈氏可磨性指數(shù); Mad煤炭分析基水分 ,%; Oad 煤炭分析基含氧量 ,%; D 煤炭成漿性指標(biāo)。 根據(jù)煤炭成漿性指標(biāo) D , 還可以按下式預(yù)測(cè)它的可制漿濃

7、度 C（% ）。 C = 77 1.2D2()adO（2）級(jí)配技術(shù) 水煤漿中煤炭顆粒不但要有良好的粒度分布，而且希望其中不同大小的煤粒能夠相互填充，盡可能地減少煤粒間的空隙，達(dá)到較高的堆積效率?？障渡倬涂梢詼p少水的消耗，容易制成高濃度的水煤漿。該項(xiàng)技術(shù)有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為級(jí)配技術(shù)。 要獲得低粘度的水煤漿，煤粉必須具有較大的最大填充份額。均勻分布顆粒制成的漿體通常具有較高的粘度和較低的最大填充份額，除采用添加劑的方法外，采用合理的粒徑分布或顆粒級(jí)配則是改善水煤漿流動(dòng)性和穩(wěn)定性的最有效和最常用的方法。通過(guò)優(yōu)化粒徑分布獲得了最佳的水煤漿流變特性。（3）制漿工藝與設(shè)備 在給定原煤的粒度特性與可磨性條件下，如何使

8、水煤漿最終產(chǎn)品的粒度分布能達(dá)到較高的“堆積效率”就取決于所選用的磨礦設(shè)備、磨礦設(shè)備運(yùn)行工況及制漿工藝流程。 磨礦是水煤漿制備過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié), 與其他工業(yè)中磨礦不同的是 , 不但要求產(chǎn)品達(dá)到一定的細(xì)度 , 更重要的是產(chǎn)品應(yīng)有較好的粒度分布。這一點(diǎn)在選擇磨礦設(shè)備、磨機(jī)結(jié)構(gòu)、磨機(jī)運(yùn)行工況及磨礦流程時(shí)都必須充分注意。 磨礦可用干法 , 亦可用濕法。但干法磨礦制漿存在許多缺點(diǎn) , 制漿廠很難滿(mǎn)足干磨時(shí)入料水分不高于 5%的要求 , 磨礦功耗大約比濕法高 30%, 干磨時(shí)新生表面容易被氧化 , 增加制漿的難度 , 安全與環(huán)境條件也不及濕法磨礦 , 所以主張采用濕法。原則上各種類(lèi)型的磨機(jī)都可用于制漿 ,

9、但就濕法磨礦而言 , 主要是球（棒）磨、振動(dòng)磨與攪拌磨。這3 種磨機(jī)所適應(yīng)的原料粒度與產(chǎn)品細(xì)度各不相同 ,最常用的是球磨。（4）添加劑技術(shù) 煤炭的主體是有機(jī)質(zhì), 它的表面具有強(qiáng)烈的疏水性 , 煤粉又具有極大的比表面 , 很容易自發(fā)地彼此聚結(jié) , 這就使煤粒與水不能密切結(jié)合成為一種漿體 , 在較高濃度時(shí)只會(huì)形成一種濕的泥團(tuán)。 要使所制水煤漿能達(dá)到高濃度，低粘度并有良好的穩(wěn)定性，還必須使用一些化學(xué)藥劑（簡(jiǎn)稱(chēng)添加劑）。添加劑的分子作用于煤粒與水的界面，可減少水煤漿流動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦，降低粘度，改善煤粒在水中的分散，提高水煤漿的穩(wěn)定性。添加劑的用量通常為煤量的1%左右。常用的添加劑有兩種：分散劑和穩(wěn)定劑。

10、 分散劑可以改變煤粒的表面形質(zhì)，使煤粒表面緊緊地為添加劑分子和水化模包圍，讓煤粒均勻地分散在水中，降低水煤漿的粘度，提高水煤漿的流動(dòng)性。 穩(wěn)定劑有兩方面的作用，一方面使水煤漿具有剪切變稀的流變性，即當(dāng)水煤漿靜置存放時(shí)有較高的粘度，開(kāi)始流動(dòng)后粘度又可迅速降下來(lái)；另一方面是使沉物具有松軟的結(jié)構(gòu)，防止產(chǎn)生不可恢復(fù)的硬沉淀。2.3.1 制漿工藝的主要環(huán)節(jié)及功能水煤漿制漿工藝通常包括選煤、破碎、磨礦、攪拌與剪切，以及為剔除最終產(chǎn)品中的超粒與雜物的濾漿等環(huán)節(jié)。（1）選煤目的目的：滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)水煤漿灰分、硫分與熱值的要求。方法： 普通水煤漿，是在制漿前采用一般的選煤方法，制漿原料煤的灰分一般在左右。 精細(xì)水煤

11、漿，一般要經(jīng)過(guò)兩次選煤，第一次是常規(guī)的選煤方法，把灰分降到左右，然后再超細(xì)粉碎，使煤中礦物質(zhì)和可燃體充分解離，再用特殊的方法使煤的灰分降到左右。 高灰水煤漿，制漿原料本身就是經(jīng)過(guò)洗選的尾煤，不用洗選。（2）破碎與磨礦w粉碎的目的：將磨碎至水煤漿產(chǎn)品所要求的細(xì)度，并使粒度分布具有較高的堆積效率。w粉碎過(guò)程：先破碎后磨煤。w方法和設(shè)備：有濕法和干法兩種，磨礦回路可以是一段磨礦，也可以由多臺(tái)磨機(jī)構(gòu)成的多段磨礦。設(shè)備有雷蒙磨、中速磨、風(fēng)扇磨球磨、棒磨、振動(dòng)磨和攪拌磨。（3）捏混與攪拌l捏混的目的：使干磨所產(chǎn)生的煤粉或中濃度磨礦產(chǎn)品經(jīng)過(guò)濾機(jī)脫水所得濾餅?zāi)芘c水和分散劑均勻混合，并初步形成有一定流動(dòng)性的漿體

12、，以便于在下一步攪拌工序中進(jìn)一步混勻。l捏混設(shè)備：捏混機(jī)l攪拌的目的：使?jié){體混勻，加強(qiáng)藥劑與煤顆粒之間的作用。l攪拌設(shè)備：攪拌桶（4）濾漿l目的：在產(chǎn)品裝入貯罐前剔除雜物，以免影響貯運(yùn)和燃燒。l設(shè)備：篩網(wǎng)濾漿器（1）干法制漿不足之處：a、對(duì)一般的干法磨機(jī)，要求入料煤的水分小于5%，洗精煤的水分都比較高，難以滿(mǎn) 足該要求。電廠有熱風(fēng)分級(jí)和干燥；b、能耗比濕法磨高，在同樣的細(xì)度下，干法磨機(jī)的能耗比濕法磨機(jī)約高30%；c、干法磨礦的安全和環(huán)境不如濕法磨礦；d、粒度分布不如濕法磨，堆積效率較低，干法磨煤顆粒表面氧化較快，影響制漿效 果。（2）干法、濕法聯(lián)合制漿 該流程是在干法制漿工藝的基礎(chǔ)上，分出一部

13、分干法粉碎的物料再用濕法進(jìn)一步粉碎，其特點(diǎn)是與干法相比，可以獲得更好的粒度分布，即獲得更好的級(jí)配。但該流程仍是以干法磨煤為主，干法制漿的不足之處依然存在。w高濃度磨礦制漿工藝 w中濃度磨礦制漿工藝w高、中濃度磨礦級(jí)配制漿工藝w高濃度磨礦制漿工藝特點(diǎn)：煤炭、分散劑和水同時(shí)加入磨機(jī)，磨機(jī)排出的物料就是高濃度的水煤漿，如果有必要加入穩(wěn)定劑，則加入后還要攪拌均勻，剪切，使?jié){體進(jìn)一步熟化。這是國(guó)內(nèi)外采用的最多的一種制漿工藝，我國(guó)現(xiàn)有的水煤漿制漿廠基本上都是采用這種工藝。 該工藝的優(yōu)點(diǎn)：a、流程簡(jiǎn)單，可以省去涅混和強(qiáng)力攪拌環(huán)節(jié)；b、細(xì)顆粒量比較高，有利于級(jí)配；c、有利于藥劑與顆粒新生表面接觸； 該工藝的缺

14、點(diǎn)：a、對(duì)變化的煤種適應(yīng)性差；b、對(duì)磨機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)要求嚴(yán)格，因?yàn)闈{體濃度過(guò)高會(huì)嚴(yán)重影響磨礦的功效，再者為了達(dá)到好的級(jí)配；中濃度磨礦制漿工藝中濃度磨礦制漿工藝前一種單段球磨制漿，難以獲得好的級(jí)配，一般是一段粗磨，再分出一部分粗磨的物料細(xì)磨，目的是獲得好的級(jí)配。但是，因?yàn)椴捎?0%左右的中濃度磨煤，細(xì)磨后的細(xì)粒物料再與粗磨的物料混合后還需要過(guò)濾，濾餅再加分散劑涅混，呈流體狀后給入攪拌。瑞典設(shè)計(jì)的北京漿廠。高、中濃度磨礦級(jí)配制漿工藝之一高、中濃度磨礦級(jí)配制漿工藝之一 在中、日合資的兗日水煤漿廠采用，粗磨仍然采用中濃度磨礦，細(xì)磨不是像上述的中濃度制漿工藝從粗磨中分出一部分，而是從入料中分出一部分高濃度細(xì)磨，然后和經(jīng)脫水的中濃度粗磨后的物料加分散劑涅混成漿。 該工藝的特點(diǎn)：可以獲得好的級(jí)配，堆積效率較高