水煤浆的制备与应用
<潘胜平>
水煤浆的制备与应用
1、水煤浆的起因 2、水煤浆的制备 3、水煤浆的应用
1 水煤浆的起因
1.1 水煤浆的技术起因 1.2 我国发展水煤浆的意义 1.3 水煤浆的优点
1 水煤浆的起因
1.1 水煤浆的技术起因 由于70年代石油危机给以石油为主要能源的西
方各国以很大冲击，人们纷纷研究以煤代油的策略。 煤炭本来就是一个重要的能源，可以直接利用，然 而煤炭直接燃烧，储存、运输以及对环境的保护不 如石油和天然气，所以急需寻找一种流体基燃料。
2.2 水煤浆制浆技术要求
（1）煤种优选与煤炭的成浆性规律 煤种不同，制浆的难易程度有很大的差异。中
外学者一致认为：煤阶越低，内在水分越高，煤中 氧碳比越高，亲水官能团越多，空隙愈发达，可磨 性指数值越小，煤中所含可溶性高价金属离子越多， 煤的制浆难度就越大。（中国水煤浆制浆技术的进 展）
张荣曾老师对不同煤阶有代表性煤样的分析数 据进行统计分析后 , 首次总结出其中的规律 , 建立 了分析煤炭成浆性的模型和评定指标（ D），成功 地用于预测煤炭制浆效果和优选制浆用煤。为适应
要获得低粘度的水煤浆，煤粉必须具有较大的 最大填充份额。均匀分布颗粒制成的浆体通常具有 较高的粘度和较低的最大填充份额，除采用添加剂 的方法外，采用合理的粒径分布或颗粒级配则是改 善水煤浆流动性和稳定性的最有效和最常用的方法。 通过优化粒径分布获得了最佳的水煤浆流变特性。
（3）制浆工艺与设备
在给定原煤的粒度特性与可磨性条件下， 如何使水煤浆最终产品的粒度分布能达到较 高的“堆积效率”就取决于所选用的磨矿设 备、磨矿设备运行工况及制浆工艺流程。
分 ,%; 〔O〕ad —煤炭分析基含氧量 ,%; D —煤炭 成浆性指标。
根据煤炭成浆性指标 D , 还可以按下式预测它 的可制浆浓度 C（% ）。
C = 77 – 1.2D
（2）级配技术
水煤浆中煤炭颗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够相互填充，尽可 能地减少煤粒间的空隙，达到较高的堆积效率。空 隙少就可以减少水的消耗，容易制成高浓度的水煤 浆。该项技术有时简称为级配技术。
②精细水煤浆，一般要经过两次选煤， 第一次是常规的选煤方法，把灰分降到９％ 左右，然后再超细粉碎，使煤中矿物质和可 燃体充分解离，再用特殊的方法使煤的灰分 降到１％左右。
③高灰水煤浆，制浆原料本身就是经 过洗选的尾煤，不用洗选。
（2）破碎与磨矿
粉碎的目的：将磨碎至水煤浆产品所要求 的细度，并使粒度分布具有较高的堆积效 率。
种磨机所适应的原料粒度与产品细度各不相 同 ,最常用的是球磨。
（4）添加剂技术
煤炭的主体是有机质, 它的表面具有强烈的疏 水性 , 煤粉又具有极大的比表面 , 很容易自发地彼 此聚结 , 这就使煤粒与水不能密切结合成为一种浆 体 , 在较高浓度时只会形成一种湿的泥团。
要使所制水煤浆能达到高浓度，低粘度并有良 好的稳定性，还必须使用一些化学药剂（简称添加 剂）。添加剂的分子作用于煤粒与水的界面，可减 少水煤浆流动时的内摩擦，降低粘度，改善煤粒在 水中的分散，提高水煤浆的稳定性。添加剂的用量 通常为煤量的1%左右。常用的添加剂有两种：分 散剂和稳定剂。
（1）为利于燃烧，水煤浆的含煤浓度要高。通常要求在 62%-70%。 （2）为便于泵送和雾化，粘度要低。通常要求在100S-1剪 切率及常温下，表观粘度不高于1000-1200mPas。 （3）为防止在贮、运过程中产生沉淀，应有良好的稳定性。 一般要求能静置存放一个月不产生不可恢复的硬沉淀。
（4）为提高煤炭的燃烧效率，其中煤粒应达到一定的细度。 一般要求粒度上限为300μm 的含量不少于75%。
2.3 水煤浆制浆工艺
2.3.1 制浆工艺的主要环节及功能 水煤浆制浆工艺通常包括选煤、破碎、磨矿、 搅拌与剪切，以及为剔除最终产品中的超粒 与杂物的滤浆等环节。 （1）选煤 目的：满足用户对水煤浆灰分、硫分与热值 的要求。
方法：
①普通水煤浆，是在制浆前采用一般的 选煤方法，制浆原料煤的灰分一般在９％左 右。
水煤浆加工简单，并易储存。
不存在自然着火、粉尘飞扬等问题；
可以实现100%代油，且与油一样雾化燃烧，因此，原有 的锅炉只要简单地改造即 可燃用水煤浆，燃烧效率高， 电厂锅炉能达到98%~99%以上，与煤粉接近；
在水煤浆加工过程中，可以进行不同程度的脱灰脱硫处理， 燃烧温度又比一般煤 粉温度低200℃左右，因此燃烧时排 放的SO2、NOx可以大大减少。
水煤浆选用洗精煤或选配低硫、低灰分 煤制浆。煤炭经过洗选，可脱除硫30%-40% （脱除黄铁矿硫60%-80%）；脱除灰分（煤 矸石等）50%-80%，原始烟尘与灰渣量减少， 因而浆中硫含量与灰分较低。
1.3 水煤浆的优点
具有良好的流动性、稳定性、易运输，可减少运输途中的 损失，节省储煤场地， 特别是可以采用液体燃烧方式用 泵和管道输送。
（2）干法、湿法联合制浆
该流程是在干法制浆工艺的基础上，分 出一部分干法粉碎的物料再用湿法进一步粉 碎，其特点是与干法相比，可以获得更好的 粒度分布，即获得更好的级配。但该流程仍 是以干法磨煤为主，干法制浆的不足之处依 然存在。
（3）湿法制浆
高浓度磨矿制浆工艺 中浓度磨矿制浆工艺 高、中浓度磨矿级配制浆工艺
粉碎过程：先破碎后磨煤。
方法和设备：有湿法和干法两种，磨矿回 路可以是一段磨矿，也可以由多台磨机构 成的多段磨矿。设备有雷蒙磨、中速磨、 风扇磨球磨、棒磨、振动磨和搅拌磨。
（3）捏混与搅拌
捏混的目的：使干磨所产生的煤粉或中浓 度磨矿产品经过滤机脱水所得滤饼能与水和 分散剂均匀混合，并初步形成有一定流动性 的浆体，以便于在下一步搅拌工序中进一步 混匀。
分散剂可以改变煤粒的表面形质，使煤 粒表面紧紧地为添加剂分子和水化模包围， 让煤粒均匀地分散在水中，降低水煤浆的粘 度，提高水煤浆的流动性。
稳定剂有两方面的作用，一方面使水煤 浆具有剪切变稀的流变性，即当水煤浆静置 存放时有较高的粘度，开始流动后粘度又可 迅速降下来；另一方面是使沉物具有松软的 结构，防止产生不可恢复的硬沉淀。
高、中浓度磨矿级配制浆工艺之一
在中、日合资的兖日水煤浆厂采用，粗 磨仍然采用中浓度磨矿，细磨不是像上述的 中浓度制浆工艺从粗磨中分出一部分，而是 从入料中分出一部分高浓度细磨，然后和经 脱水的中浓度粗磨后的物料加分散剂涅混成 浆。
该工艺的特点：可以获得好的级配，堆 积效率较高（74%），但仍需要过滤脱水环 节。兖日浆厂选用的细磨球磨机的磨矿效率 很低，吨煤电耗按装机容量计算高达143千 瓦小时。
高浓度磨矿制浆工艺
特点：煤炭、分散剂和水同时加入磨机，磨机排出的物料就 是高浓度的水煤浆，如果有必要加入稳定剂，则加入后还要 搅拌均匀，剪切，使浆体进一步熟化。
这是国内外采用的最多的一种制浆工艺，我国现有的水煤浆 制浆厂基本上都是采用这种工艺。
该工艺的优点： a、流程简单，可以省去涅混和强力搅拌环节； b、细颗粒量比较高，有利于级配； c、有利于药剂与颗粒新生表面接触；
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t，占消费量的30%，因此我国的石油资源显得十 分珍贵。我国大部分电站及工业锅炉是以燃煤为主， 但有不少工业炉窑还在燃油。针对种情况，我国制 定了“以煤代油，压缩烧油”的能源政策。
环境保护：我国是用煤大国，散煤燃烧存在 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；水煤浆储运是全 密封；水煤浆燃烧火焰中心温度较燃油低 100-200℃ ，有助于抑制NOx生成。
磨矿是水煤浆制备过程中的关键环节, 与 其他工业中磨矿不同的是 , 不但要求产品达 到一定的细度 , 更重要的是产品应有较好的 粒度分布。这一点在选择磨矿设备、磨机结 构、磨机运行工况及磨矿流程时都必须充分 注意。
磨矿可用干法 , 亦可用湿法。但干法磨 矿制浆存在许多缺点 , 制浆厂很难满足干磨 时入料水分不高于 5%的要求 , 磨矿功耗大约 比湿法高 30%, 干磨时新生表面容易被氧化 , 增加制浆的难度 , 安全与环境条件也不及湿 法磨矿 , 所以主张采用湿法。原则上各种类 型的磨机都可用于制浆 , 但就湿法磨矿而言 , 主要是球（棒）磨、振动磨与搅拌磨。这3
捏混设备：捏混机
搅拌的目的：使浆体混匀，加强药剂与煤 颗粒之间的作用。
搅拌设备：搅拌桶
（4）滤浆
目的：在产品装入贮罐前剔除杂物，以免 影响贮运和燃烧。
设备：筛网滤浆器
2.3.2 制浆工艺流程
（1）干法制浆
不足之处： a、对一般的干法磨机，要求入料煤的水分小于5%，洗精 煤的水分都比较高，难以满 足该要求。电厂有热风分级和干燥； b、能耗比湿法磨高，在同样的细度下，干法磨机的能耗 比湿法磨机约高30%； c、干法磨矿的安全和环境不如湿法磨矿； d、粒度分布不如湿法磨，堆积效率较低，干法磨煤颗粒 表面氧化较快，影响制浆效 果。
不同条件下使用 , 建立了 2 个计算煤炭成浆性指标
（D）的模型。式 1) 为需要含氧量数据的模型
1)
D
=
7.5
–
0.051
HGI
+
0.223Mad+0.0257(O
)
2 ad
式 2 为与不需要含氧量数据的模型。
2) D = 7.5 – 0.05 HGI + 0.5Mad
式中, HGI —哈氏可磨性指数; Mad—煤炭分析基水
3 水煤浆的应用
水煤浆作为一种液体燃料，具有石油一样的 流动性和稳定性，可以像油一样泵送、雾化， 储存和稳定燃烧，燃烧效率高达98%以上， 且负荷调节范围大，并具有节能、污染排放 低、储存运输方便等特点。可广泛应用于工 业锅炉、电站锅炉、工业窑炉等作为燃料代 煤，代油、代气燃烧，其应用范围可涉及宾 馆、医院学校、工矿企业、电厂、集中供热 站等需要燃料的各行各业。