水煤浆制备工艺的技术研究

≥业导报2014年第19期水煤浆制备工艺的技术研究口席志军张艳玲榆林职业技术学院化工系,陕西榆林719000摘要:水煤浆是代油煤基流体燃料,对煤炭产品的升级、能源結构的优化、节约石油具有重要意义。介绍了水煤浆和硏究意义,详述了水煤浆不同制备工艺的特点;简述了水煤浆的制备要求。关键词:水煤浆;制备;工艺水煤浆介绍和研究意义黄铁矿硫60‰%-80‰);脱除灰分(煤矸石等)50%-80%,原始烟尘水煤浆是八十年代初出现的一种新型煤基流体燃料,,国与灰渣量减少,因而浆中硫含量与灰分较低。际上英文称为CWM( Coal Water Mixture)或 CWF(Coal Water二、水煤浆制备工艺Fuel),它含煤约70%,化学添加剂约1%,其余为水通过物理水煤浆制浆方法有干法制浆、干法和湿法联合制浆以及湿加工得到的一种流体燃料。成品水煤浆具有一定的稳定性,静法制浆三种置一个月时间可以不沉淀、不分层。而且具有一定的流动性,可(一)干法制浆。该制备工艺的特点是对一般的干法磨机,以象燃油一样车装、船载或通过管道输送。其次是雾化性能好,要求入料煤的水分小于5%,洗精煤的水分都比较高,难以满足在一定压力下通过喷嘴形成雾状,充分燃烧。它可作为炉窑燃该要求;能耗比湿法高,在同样的细度下,干法磨机的能耗比湿料或合成气原料,具有燃烧稳定、污染排放少,具有较好的流动法磨机约高30%;干法磨矿的安全和环境不如湿法:粒度分布性和稳定性,易于储存,可雾化燃烧,是一种燃烧效率较髙较亷不如滉法,堆积效率较低,干法磨煤颗粒表面氧化较快,影响制价的洁净燃料,可代重油缓解石油短缺的能源安全问题。目前,浆效果。我国工业生产的水煤浆,一般浓度在70%左右,粘度在1000mPa·s左右,稳定性不低于1个月,燃烧效率可达到98%单位热强度和燃烧负荷都优于燃煤(1)水煤浆与油的异同。与油相同的是水煤浆可以像油稳定剂样进行管道输送和喷嘴雾化燃烧;与油不同的是,水煤浆可燃成分是煤,因此水煤浆在燃烧时的特点又与煤粉燃烧相近,会有飞灰及结渣等现象。(2)与煤的异同。与煤相同的是可燃(二)千法、湿法联合制浆。该流程是在干法制浆工艺的基础均是是煤;燃烧特点相近,会有飞灰及结渣等现象:燃尽率相上,分岀一部分干法粉碎的物料再用湿法进一步粉碎。其特点同;与煤不同的是由于水煤浆中含有30-35%的水,这么多的是与干法相比,可以获得更好的粒度分布,即获得更好的级配水分导致水煤浆着火困难:水煤浆是洁浄煤,是一种洁净燃料。但该流程仍是以干法磨煤为主,干法制浆的其他不足之处依然(3)我国能源结构是富煤贫油,我国己探明的煤炭储量有1000存在。分散剂亿吨,而石油则相对短缺。煤炭是我国的主要能源,目前已成为破一世界上最大的煤炭生产国和消费国,能源利用以煤炭为主,在当前以化石能源为主体的能源结构中,煤炭占73.8‰,石油占水—中浓度细唐18:6%,天然气占2%,其余为水电等其它资源。在我国,石油与煤炭相比,可供开采的数量有限,需要依靠进口。2002年,我国进口石油6500万吨,占消费量的30%,因此我国的石油资源显(三)湿法制浆。湿法磨矿制浆工艺有高浓度磨矿、中浓度得十分珍贵。我国大部分电站及工业锅炉是以燃煤为主,但有磨矿以及高、中浓度磨矿级配制浆工艺三种方式不少工业炉窑还在燃油。针对此种情况,我国制定了“以煤代(1)高浓度磨矿制浆工艺。煤炭、分散剂和水同时加入磨油,压缩烧油”的能源政策。(4)环境保护:我国是用煤大国,散机,磨机排岀的物料就是高浓度的水煤浆,如果有必要加入稳煤燃烧存在缺点,储运复杂,燃烧效率低,除大型电站效率较高定剂,则加入后还要搅拌均匀,剪切,使浆体进一步熟化。这是外,一般的燃煤锅炉效率很低,其中包括燃尽率和锅炉效率:水国内外采用的最多的一种制浆工艺,我国现有的水煤浆制浆厂煤浆储运是全密封:水煤浆燃烧火焰中心温度较燃油低基本上都是采用这种工艺。该工艺流程简单,可以省去捏混和l00-200℃,有助于抑制N∝x生成。水煤浆选用洗精煤或选配强力搅拌环节;细颗粒量比较高,有利于级配;有利于药剂与颗低硫、低灰分煤制浆。煤炭经过洗选,可脱除硫30%-40%〔脱除粒新生表面接触;但是该工艺对变化的煤种遹应性差;对磨煤作者简介:席志军(1983-),男,陕西榆林人,200年毕业于陕西师范大学化学与材料科学学院,硕士研究生·102水煤浆制备工艺的技术研究机的结构参数和运行参数要求严格,因为浆体浓度过高会严重低,流动性增强影响磨矿的功效(三)添加剂。添加剂的种类和性能是影响水煤浆的黏度、可度一稳定性、含煤量、雾化、燃烧和成本等重要参数的主要因素。制浆时所用添加剂,按其功能可分为:分散剂、稳定剂及其他一些辅助化学药剂,如消泡剂、调节剂、防霉剂、表面改性剂及促进剂等。在这些添加剂中,不可缺少的是分散剂和稳定剂媒家产品水煤浆分散剂是一些表面活性剂。它是一种两亲分子,由(2)中浓度磨矿制浆工艺。一般是一段粗磨,再分出一部分疏水基和亲水基两部分构成。分散剂的作用机理可从三个方面粗磨的物料细磨,目的是获得好的级配。但是,因为采用50%左加以解释:润湿分散作用、静电斥力分散作用及空间位阻效应、右的中浓度磨煤,细磨后的细粒物料再与粗磨的物料混合后还当煤粒在水中时,分散剂分子通过其疏水基和煤表面结合,以需要过滤,滤饼再加分散剂捏混,呈流体状后进入搅拌亲水基朝水的定向排列方式把水分子吸附在煤粒表面,变疏水性为亲水性,借水化膜将煤粒隔离开,减少煤粒间的阻力,从而达到降粘的作用;著名的DLVO理论认为,胶体颗粒稳定存在细的先决条件是颗粒间的静电斥力大于颗粒间的范德华引力。煤粒在弱酸至碱性很宽的pH值范围内,表面均带负电荷,当吸附了阴离子型分散剂后,更增加了煤粒的静电斥力,煤粒之间不易接近,难以形成聚集状态,增强水煤浆的分散稳定性;煤粒表〔3)高、中浓度磨矿级配制浆工艺。粗磨仍然采用中浓度磨面吸附添加剂分子时,颗粒间就増加了一层障碍,煤粒、添加剂矿,细磨不是像上述的中浓度制浆工艺从粗磨中分岀一部分,分子的亲水链及水分子就构成了三维立体结构,当颗粒相互靠而是从入料中分出一部分高浓度细磨,然后和经脱水的中浓度近时,可机械地阻挡聚结粗磨后的物料加分散剂捏混成浆。该工艺可以获得好的级配,水煤浆的稳定性是指煤浆在存储与输送期间保持性态均堆积效率较高(74%),但仍需要过滤脱水环节匀的特性。稳定性的破坏来源于其中固体颗粒的沉淀。由于水煤浆是一种高浓度固液两相粗分散体系,无论是DLVO理论中一限度限一分剂涉及的来自分子热运动的布朗运动作用力、颗粒间的范德华引力,还是颗粒间的静电吸引力,都不足以阻止水煤浆中颗粒的定制一限一继沉淀。真正起到阻止颗粒沉淀并提高水煤浆稳定性的,是由稳定剂作用形成的空间结构对颗粒沉淀产生的机械阻力。所以,三、水煤浆制备要求水煤浆的稳定剂应具有使煤浆中已分散的颗粒能与周围的其水煤浆的制备有三个要素,炭;二是煤浆的粒度级他颗粒及水结合成为一种较弱但又有一定强度的三维空间结配;三是添加剂。构的作用。稳定剂应在加入分散剂经捏混搅拌成浆后再另行加(一)煤炭的要求。(1)煤的灰分要低。制浆用煤必须进行洗入。能起这种作用的稳定剂有无机盐、高分子有机化合物选以降低灰分。低灰分煤的表面有较为均匀的物理化学性质结论:无论选用哪种制浆工艺,都要把煤硏磨成具有一定粒易于制浆且燃烧效率高、热值高。(2)煤的挥发分高。含有较高度和合适的级配要求。煤种不同,所选择制浆工艺也应有所区挥发分的煤易于燃烧,热效率高。研究表明,挥发分小于17%?别,而且由于工艺流程与磨矿设备不同,生产过程中的能耗、制的水煤浆不易燃烧,必须添加更多的助燃剂。制备水煤浆一般浆条件、加工成本、产品质量等都有差异。水煤浆厂的建设必须采用挥发分大于25%的煤。(3)煤的内在水分低。煤的内在水分根据原料煤性质及其成浆特性,并考虑添加剂与原料煤的反应是影响制浆的重要因素,直接影响水煤浆的浓度,并在一定程特性以及制浆专用设备(磨机等)的硏磨性能,选择合适的制浆度上影响水煤浆的稳定性和可燃性。(4)煤的可硏磨性好。煤的技术工艺,才能制备岀满足客户需要的水煤浆研磨系数直接影响煤浆的粒度分布,研磨系数越高,粒度越细参考文献:小,成浆性也越好,煤的其它性质如oC(氧/碳原孑比)、表面[周俊虎水煤浆技术进展[A]第八届锅炉专业委员会第三次张力、孔隙度等也对成浆性有一定影响。学术交流会议论文集[C]2006.(二)煤浆的粒度级配。为了提高制浆浓度,必需使煤的粒凹2刘志群水煤浆技术应用现状及对策分析U环境保护科学,度分布具有较高的堆积效率,即颗粒间空隙要少。使空隙最少2006.325)的技术称“级配”’是制浆的关键技术之一。不同颗粒级配的煤阝3孙素敏,陈畅,曹佩文浅谈水煤浆技术及其应用印染,制成的浆体都存在不同的浓度临界值,超过这个临界值,浆体2093511)的黏度急剧增大,流动性恶化;相同浓度水煤浆的黏度随颗粒[4李安水煤浆技术发展现状及其新进展叩煤炭科学技术,级配不同而有较大差异,合理的颗粒级配可使水煤浆黏度降2007.35(5)103·