制备高浓度水煤浆的影响因素探讨
水煤浆性能的影响因素及技术进展
㊀第２５卷第６期洁净煤技术Ｖｏｌ ２５㊀Ｎｏ ６㊀㊀２０１９年１１月ＣｌｅａｎＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏｖ.㊀２０１９㊀水煤浆性能的影响因素及技术进展张孝雨１ꎬ２ꎬ何国锋２ꎬ李㊀磊１ꎬ２ꎬ陈㊀浩２(１.煤炭科学研究总院ꎬ北京㊀１０００１３ꎻ２.中煤科工清洁能源股份有限公司ꎬ北京㊀１０００１３)摘㊀要:水煤浆技术是我国洁净煤技术发展中的重要分支ꎬ对提高我国煤炭资源的利用效率㊁减少煤炭利用过程中产生的污染㊁实现煤炭的高价值利用具有重要意义ꎬ是我国能源长效稳定发展的必然选择ꎬ符合国家政策导向和环保要求ꎮ随着水煤浆尤其是气化浆用量的扩大和节能环保要求的提高ꎬ化工厂对水煤浆质量的要求越来越高ꎮ但目前国内气化水煤浆普遍存在浓度偏低㊁流变性差㊁气化效果不理想等问题ꎬ降低了水煤浆气化炉效率ꎬ不利于企业降本增效和稳定生产ꎮ笔者基于水煤浆性能的评定指标ꎬ介绍了水煤浆性能指标的测定方法ꎬ并简要说明了水煤浆的浓度㊁黏度㊁稳定性㊁流态及流变性对实际生产的意义ꎻ重点介绍了煤质㊁添加剂㊁级配方式以及颗粒形态等因素对水煤浆性能的影响ꎬ为改善水煤浆性能指明了方向ꎬ强调了粒度级配对水煤浆浓度㊁流态及流动度改善的重要意义ꎻ总结了近年来水煤浆制浆领域的研究进展ꎬ包括对成浆用煤的复配㊁新型水煤浆添加剂的研发以及 以破代磨 新型制浆工艺的介绍ꎬ并对水煤浆技术的发展趋势进行了展望ꎬ包括新制浆工艺的开发和核心设备的研制㊁高效经济低阶煤水煤浆添加剂的研制㊁化工污泥和气化细渣等废弃物的处理以及水煤浆颗粒间作用规律和颗粒形态研究等ꎮ关键词:水煤浆ꎻ性能ꎻ影响因素ꎻ技术进展ꎻ颗粒形态中图分类号:ＴＱ５４６㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００６－６７７２(２０１９)０６－００９６－０９移动阅读收稿日期:２０１９－１０－１１ꎻ责任编辑:张晓宁㊀㊀ＤＯＩ:１０.１３２２６/ｊ.ｉｓｓｎ.１００６－６７７２.１９１０１１０２基金项目:中国煤炭科工集团有限公司科技创新创业资金专项青年基金资助项目(２０１８－ＴＤ－ＱＮ０３０)作者简介:张孝雨(１９９４ )ꎬ男ꎬ安徽宿州人ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为高浓度水煤浆制备ꎮＥ－ｍａｉｌ:１４５５０９７０７６＠ｑｑ.ｃｏｍ引用格式:张孝雨ꎬ何国锋ꎬ李磊ꎬ等.水煤浆性能的影响因素及技术进展[Ｊ].洁净煤技术ꎬ２０１９ꎬ２５(６):９６－１０４.ＺＨＡＮＧＸｉａｏｙｕꎬＨＥＧｕｏｆｅｎｇꎬＬＩＬｅｉꎬｅｔａｌ.ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆＣＷＳｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ[Ｊ].ＣｌｅａｎＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ２５(６):９６－１０４.ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆＣＷＳｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＺＨＡＮＧＸｉａｏｙｕ１ꎬ２ꎬＨＥＧｕｏｆｅｎｇ２ꎬＬＩＬｅｉ１ꎬ２ꎬＣＨＥＮＨａｏ２(１.ＣｈｉｎａＣｏａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１３ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｈｉｎａＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＣｌｅａｎＥｎｅｒｇｙＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄＤｅｐａｒｔｍｅｎｔꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＣｏａｌｗａｔｅｒｓｌｕｒｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｂｒａｎｃｈｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｌｅａｎｃｏａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａ.Ｉｔｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉ￣ｃａｎｃｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｃｏａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎＣｈｉｎａꎬｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏａｌｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎꎬａｎｄｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｈｉｇｈｖａｌｕｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌ.Ｉｔｉｓｔｈｅｉｎｅｖｉｔａｂｌｅｃｈｏｉｃｅｆｏｒｔｈｅｌｏｎｇ－ｔｅｒｍａｎｄｓｔａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｈｉｎａ'ｓｅｎｅｒｇｙꎬｗｈｉｃｈｃｏｎ￣ｆｏｒｍｓｔｏｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｐｏｌｉｃｙｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ.Ｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｏｆｃｏａｌｗａｔｅｒｓｌｕｒｒｙꎬｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｇａｓｉｆｉ￣ｃａｔｉｏｎｓｌｕｒｒｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓꎬｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｃｏａｌｗａｔｅｒｓｌｕｒｒｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｒｅｈｉｇｈｅｒａｎｄｈｉｇｈｅｒｉｎｃｈｅｍｉｃａｌｐｌａｎｔｓ.ＨｏｗｅｖｅｒꎬｔｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｃｏｍｍｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｌｏｗｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎꎬｐｏｏｒｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｕｎｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｉｎｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＣＷＳｉｎＣｈｉｎａꎬｗｈｉｃｈｒｅｄｕｃｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＣＷＳｇａｓｉｆｉｅｒａｎｄａｒｅｎｏｔｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｒｅｄｕｃｉｎｇｃｏｓｔꎬｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ.ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｏｆＣＷＳｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆＣＷＳｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｅｘｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄꎬａｎｄｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆＣＷＳｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎꎬｖｉｓｃｏｓｉｔｙꎬｓｔａｂｉｌｉｔｙꎬｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎａｎｄｒｈｅｏｌｏｇｙｔｏａｃｔｕａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗｅｒｅｅｘｐｌａｉｎｅｄ.ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｏａｌｑｕａｌｉｔｙꎬａｄｄｉｔｉｖｅｓꎬｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣＷＳｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣＷＳｗａｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔꎬａｎｄｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉ￣ｃａｎｃｅｏｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎꎬｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎａｎｄｆｌｕｉｄｉｔｙｏｆＣＷＳｗｉｔｈｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｇｒａｄａｔｉｏｎｗａｓｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｃｏａｌｗａｔｅｒｓｌｕｒｒｙｐｕｌｐｉｎｇｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｗａｓｌｉｓｔｅｄꎬｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｏｕｎｄｏｆｃｏａｌｕｓｅｄｆｏｒｐｕｌｐｉｎｇꎬｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐ￣ｍｅｎｔｏｆｎｅｗｃｏａｌｗａｔｅｒｓｌｕｒｒｙａｄｄｉｔｉｖｅｓꎬａｎｄｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｅｗｐｕｌｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆ"ｂｒｅａｋｉｎｇｆｏｒｇｒｉｎｄｉｎｇ".ＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆＣＷＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄꎬｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎｅｗｐｕｌｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｃｏｒｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔꎬｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈ－ｅｆｆｉ￣ｃｉｅｎｃｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｌｏｗ－ｏｒｄｅｒＣＷＳａｄｄｉｔｉｖｅｓꎬｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｓｌｕｄｇｅａｎｄｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｌａｇａｎｄｏｔｈｅｒｗａｓｔｅｓꎬａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｒｅ￣６９张孝雨等:水煤浆性能的影响因素及技术进展２０１９年第６期ｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｌａｗｏｆｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＣＷＳｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏａｌｗａｔｅｒｓｌｕｒｒｙꎻｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎻｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒꎻｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｇｒｅｓｓꎻｐａｒｔｉｃｌｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ０㊀引㊀㊀言水煤浆技术是我国洁净煤技术发展中的重要分支ꎬ对提高我国煤炭资源的利用效率㊁减少煤炭利用过程中产生的污染㊁实现煤炭的高价值利用具有重要意义ꎬ是我国能源长效稳定发展的必然选择ꎬ符合国家政策导向和环保要求ꎮ水煤浆作为一种能源替代燃料ꎬ已广泛应用于我国长三角㊁珠三角等经济发达地区ꎬ且取得了良好的经济效益和环境效益ꎮ据不完全统计ꎬ截至２０１６年底ꎬ全国燃料水煤浆使用量已达３０００万ｔ/ａꎬ范围涵盖了电力㊁石油㊁化工㊁建材等行业ꎮ水煤浆作为煤气化原料ꎬ具有生产效率高㊁持续运行时间长㊁设备国有化程度高㊁投资运行费用低等优点ꎬ在合成甲醇㊁合成氨㊁煤制烯烃等领域得到了广泛应用ꎮ截至２０１６年底ꎬ我国水煤浆气化炉达３００余台套ꎬ气化水煤浆使用量已超过１.２亿ｔ/ａꎬ并随着我国煤制油㊁煤制烯烃等大型煤化工产业的迅猛发展ꎬ我国气化煤浆用量仍将保持高速增长态势[１]ꎮ目前国内气化水煤浆普遍存在浓度偏低㊁流变性差㊁气化效果不理想等不足ꎬ降低了水煤浆气化炉效率ꎬ不利于企业降本增效和稳定生产ꎮ水煤浆性能的改善ꎬ尤其是煤浆浓度和流动性的提升ꎬ不仅可提高煤浆的雾化性能和气化效率ꎬ还可有效降低气化的比煤耗和比氧耗ꎬ同时可减少因煤浆质量问题导致的设备㊁系统停车ꎬ对煤气化产业的发展具有重要意义[２]ꎮ１㊀水煤浆性能评定指标水煤浆是煤与水的非均相固液悬浮液ꎬ属于典型的非牛顿流体ꎬ既保持了煤炭原有的物理性质ꎬ如发热量㊁灰熔融温度㊁水分㊁灰分㊁挥发分㊁硫分等ꎬ又具有像流体一样的性能特征ꎬ如浓度㊁黏度㊁粒度及磨蚀性㊁稳定性等ꎮ工业上常用的水煤浆性能特征指标主要有水煤浆的浓度㊁表观黏度和流变性㊁稳定性㊁流态和流动度[３]ꎮ１ １㊀水煤浆浓度水煤浆浓度即水煤浆中固体煤含量ꎬ通常用质量分数表示[４]ꎮ在一定范围内ꎬ浓度越大ꎬ水煤浆热值越大ꎬ对燃烧和气化越有利ꎮ但是浓度升高使浆体黏度升高ꎬ通常浓度每升高１％ꎬ黏度提高数百ｍＰａ ｓꎬ黏度过大ꎬ不利于水煤浆雾化㊁充分燃烧㊁泵送和运输[５]ꎮ浓度是水煤浆性能的主要考察指标ꎬ也是实际生产中水煤浆的主要控制指标ꎮ崔意华等[６]通过对比不同煤浆浓度和气化温度下的气化效率ꎬ研究了煤浆浓度对气化效率的影响ꎬ研究表明ꎬ在相同的气化温度下ꎬ水煤浆气化效率随煤浆浓度的升高而升高ꎬ当煤浆浓度高于７０％时ꎬ气化效率的提升趋缓ꎻ气化温度为１３５０ħ时的气化效率比同浓度下１５００ħ的气化效率高ꎮ水煤浆在气化炉中先发生水的汽化ꎬ产生的水蒸气中很小部分参与反应ꎬ大部分都随产生的粗煤气一起进入下一工段ꎮ水分蒸发所需的气化潜热和显热完全由煤部分或完全燃烧提供ꎬ同时产生了对合成无效的ＣＯ２ꎬ增大了比煤耗和比氧耗[７－８]ꎮ工业实践证明ꎬ水煤浆浓度的提高可显著提高气化效率ꎬ减少因煤浆自身水分蒸发引起的能源消耗ꎬ扩大原料煤的选择范围ꎬ降低气化比煤耗㊁比氧耗ꎬ可为企业带可观的经济效益ꎮ因此在满足气化正常运行的条件下ꎬ浓度越高ꎬ气化能耗越低ꎬ有效气比例越高[９－１２]ꎮ１ ２㊀水煤浆的表观黏度和流变性水煤浆属于固液两相流体ꎬ是一种包括宾汉塑性体㊁胀塑性体等多重性的非牛顿流体ꎬ具有 剪切变稀 性质ꎬ即具备了一定的流变性ꎮ水煤浆的流变性受煤粉粒度分布㊁煤表面性质及所使用的添加剂等因素影响ꎮ水煤浆黏度与温度㊁剪切速率有关ꎬ一般要求在常温下(２５ħ)ꎬ水煤浆在低剪切速率下具有较高的黏度ꎬ以保证浆体的稳定性ꎬ在较高的剪切速率下浆体黏度应尽可能低ꎬ以便于煤浆泵送和雾化ꎮ工业上一般用表观黏度ηａ来评定煤浆黏度[４]ꎬ一般要求水煤浆在常温及１００ｓ－１剪切速率下表观黏度在((１０００~１２００)ʃ２００)ｍＰａ ｓꎮ水煤浆黏度过低ꎬ易导致煤浆分层㊁不稳定ꎻ黏度过高ꎬ会引起磨机跑浆ꎬ煤浆管道阻力大ꎬ煤浆泵打量受限ꎬ造成跳车ꎬ影响生产的正常运行[１３]ꎮ１ ３㊀水煤浆稳定性水煤浆属于粗分散体系ꎬ在静置和外界扰动情况下易产生固液分离ꎮ水煤浆的稳定性指维持不产生 硬沉淀 所持续的时间ꎬ 硬沉淀 是指无法经过机械搅拌使浆体恢复均匀性的沉淀ꎮ水煤浆稳定性是煤颗粒抵抗沉降作用的量度ꎬ煤浆浓度低时ꎬ煤颗粒间间距较大ꎬ颗粒间的作用力较弱ꎬ在重力作用下ꎬ煤粉颗粒自由沉降速度加快ꎮ随着煤浆浓度的７９２０１９年第６期洁净煤技术第２５卷提高ꎬ煤粉颗粒在沉降过程因为相互作用形成类似 力链 的结构ꎬ保持体系的相对稳定ꎬ从而减缓沉降速度ꎮ因此ꎬ水煤浆浓度越高ꎬ稳定性越好ꎮ在大规模工业生产中ꎬ稳定性至关重要ꎬ不仅决定了煤浆是否能够存放㊁输送ꎬ而且直接关系到用户的直接生产[４]ꎮ水煤浆稳定性目前还没有统一的评价方法ꎬ常用的方法有冰冻分析法㊁静置观察法㊁插棒法㊁残留物百分比法等[１４]ꎮ由于静置观察法和插棒法不需要专门的设备ꎬ且简单有效ꎬ因此得到了广泛应用ꎮ静置观察法是煤浆放置在玻璃烧杯中静置若干小时ꎬ以煤浆的析水率作为评价标准ꎬ析水率越高ꎬ煤浆稳定性越差ꎬ一般气化浆的８ｈ析水率要低于５％ꎮ插棒法是将煤浆静置一定时间后ꎬ将玻璃棒插入水煤浆的深度或玻璃棒穿过整个浆体的时间来评价其稳定性ꎮ煤浆稳定性可分为４个等级:①Ａ级ꎮ煤浆静置后无析水ꎬ无沉淀ꎬ静置后煤浆状态如初ꎻ②Ｂ级ꎮ煤浆静置后有少量析水ꎬ略有分层ꎬ流动性良好ꎻ③Ｃ级ꎮ煤浆析水量大ꎬ底部有软沉淀ꎬ搅拌后流动如初ꎻ④Ｄ级ꎮ煤浆经沉淀后产生了硬性沉淀ꎮ１ ４㊀流动状态(流态)和流动度在实际生产和使用中发现ꎬ水煤浆的表观黏度无法充分表征煤浆的雾化和泵送性能ꎬ因此引入流动状态(以下简称流态)和流动度ꎮ水煤浆的流态和流动度与水煤浆的雾化性能密切相关[１５]ꎮ水煤浆燃烧或气化前ꎬ必须经过雾化ꎬ以降低液滴粒度ꎬ增大比表面积ꎬ保证水煤装与环境气体充分接触ꎬ提高燃烧或气化效率[１６]ꎮ水煤浆流态好时ꎬ经过喷嘴雾化后可形成均匀的小液滴ꎬ煤浆着火快ꎬ燃烧效率高ꎬ碳转化率高ꎬ气化残碳低[１７]ꎮ水煤浆流动性的检测方法有:①观察法ꎬ可直观描述浆体的流态ꎬ受主观影响较大ꎻ②数值法ꎬ测量结果准确㊁易比对ꎬ直观性较差ꎬ一般２种测量方法配合使用ꎮ１)观察法ꎮ根据其流动特性ꎬ分为Ａ㊁Ｂ㊁Ｃ㊁Ｄ四个等级ꎮＡ级:流动连续ꎬ平滑不间断ꎻＢ级:流动较连续ꎬ流体表面不光滑ꎻＣ级:借助外力才能流动ꎻＤ级:泥状不成浆ꎬ不能流动ꎮ为了表示属于某一等级范围流动性的较小差别ꎬ分别用 ＋ 和 － 加以区分ꎬ ＋ 表示某一等级中流动性较好者ꎻ － 表示某一等级中流动性较差者ꎮ２)数值法ꎮ将水煤浆注满标准截锥圆模(上口径３６ｍｍꎬ下口径６０ｍｍꎬ高６０ｍｍ)ꎬ提起截锥圆模ꎬ在流动３０ｓ后测定水煤浆在玻璃平面上自由流淌的最大直径ꎬ以此判断水煤浆的流动性ꎮ综上ꎬ水煤浆性能的４个评价指标具有相关联性ꎬ如水煤浆浓度的提高使煤浆黏度升高ꎬ流态和流动度恶化[４]ꎮ２㊀水煤浆性能影响因素影响水煤浆性能的因素很多ꎬ工业上常用的影响因素有:制浆用煤的煤质特性㊁制浆工艺(级配方式)㊁添加剂的性能和添加量[４]ꎮ实际生产中ꎬ煤质特性是最重要的影响因素ꎬ但受制于经济和区位因素ꎻ水煤浆添加剂起辅助和优化作用ꎻ级配方式是实际生产过程中可调控的关键因素ꎮ２ １㊀煤质特性的影响制浆用煤的煤质特性是影响成浆效果的首要因素ꎮ水煤浆气化前ꎬ均需对原料煤进行化验ꎬ了解其煤阶㊁工分数据㊁元素组成㊁灰熔融温度㊁可磨性指数等特性ꎬ以确定其制备水煤浆的可行性㊁制浆工艺㊁可能达到的浓度范围以及适合的气化工艺等ꎮ煤质特性较复杂ꎬ且各因素相互影响[４]ꎮ随着技术的进步和节能环保要求的提高ꎬ针对煤质特性开发了改善煤浆性能的方法ꎬ主要包括配煤制浆㊁褐煤改性制浆等ꎮ阮伟等[１８]采用多种具有代表性的煤种进行成浆性试验ꎬ研究了煤质特性对煤浆性能的影响ꎬ发现煤的内水㊁灰分㊁含氧量等都对煤的成浆性有影响ꎬ煤的内水越高ꎬ煤成浆浓度降低ꎻ灰分和煤浆浓度变化关系不明显ꎬ但整体呈正相关ꎬ即灰分越高ꎬ可制浆浓度越高ꎻ煤的含氧量越高ꎬ可制浆浓度越低ꎻ可磨性指数与可制浆浓度整体呈正相关关系ꎮ但煤是复杂的混合物ꎬ灰分㊁内在水分㊁含氧量等和可制浆浓度都呈非线性相关ꎮＹｕＣｈｉ等[１９]探讨了不同煤化程度的煤对其成浆性的影响ꎬ结果表明ꎬ随着煤阶的增加ꎬ水煤浆的定黏浓度增加ꎬ且当ＦＣｄａｆ大于８１％时ꎬ煤的定黏浓度达６８％以上ꎮ原煤变质程度与成浆性的关系见表１ꎮ煤的氧碳比越高ꎬ内部孔隙越多ꎬ煤颗粒 束缚 的水越多ꎬ水煤浆中能够自由流动的水越少ꎬ浆体黏度升高ꎬ性能变差ꎬ同时还会引起分散剂的分散效果下降ꎮ煤灰分对水煤浆性能的影响ꎬ一方面灰分比重高于可燃部分ꎬ灰分增多ꎬ成浆浓度相对增大ꎬ且灰分中的金属离子有利于水煤浆的稳定性ꎻ另一方面ꎬ灰分升高会降低水煤浆的热值和气化效率ꎬ不利于生产ꎬ一般气化厂要求水煤浆灰分低于１５％ꎮ８９张孝雨等:水煤浆性能的影响因素及技术进展２０１９年第６期表１㊀原煤变质程度与成浆性的关系Ｔａｂｌｅ１㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｃｏａｌｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｓｍａｎｄｐｕｌｐｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙ煤阶工业分析/％ＭａｄＡｄＶｄａｆ元素分析/％ＣｄａｆＨｄａｆＮｄａｆＯｄａｆＳｄａｆ成浆浓度/％流动性指数稳定性/ｄ褐煤ＨＭ１５.７６１７.９６４２.６２７１.０９４.４６０.９０２０.２３３.２５５９.１４０.２２４２１长焰煤ＣＣＨ８.６７１０.８７３９.２５７６.２２４.８１０.９５１７.１６０.２６６５.２５１.０９３８长焰煤ＷＬ２.２８１０.５３３７.０５８１.８５.２３１.３２１０.１７１.４８６９.６３０.８７３３０不黏煤ＤＳＨ７.７７５.０８３６.３１８０.１８４.５９０.８５１３.９３０.４５６４.４４１.０７５１０不黏煤ＨＨ２.０３６.１７３３.９６８２.９６４.６４０.７５１１.５２０.１３７０.１５１.１８５０.５弱黏煤ＸＨＹ１.９０３４.７５４１.４７７８.３９５.６４１.２５１３.４９１.２３７０.３３０.５６２１５弱黏煤ＭＹＫ１.４２１３.１７２９.３４８２.１０４.７４０.９２１１.９６０.２８６９.１３１.３１６０.５气煤ＢＳ１.５４３.９５４３.７３８１.８０５.５０１.３２７.９５３.４３６８.６０１.２１６０.５气煤ＨＮ０.７７１３.３７４０.２１８３.７３５.７６１.５４８.６８０.２９７１.２８１.２０２１０１/３焦煤ＢＹ１.２６６.６７３６.１７８５.３５４.９８１.４８７.６２０.５７７２.３２１.１５００.５１/３焦煤ＫＬ３.０７６.５７３４.６０８５.７８５.２０１.４７６.９９０.５６７０.７５０.８４３６肥煤ＦＦ０.５９１３.５５３１.３３８６.２６５.３３１.６２５.８５０.９４７３.６６０.８１９１０焦煤ＳＴ１.０９１７.０８２２.５６８９.１４４.９５１.５７３.８８０.４６７６.０９１.０８８１５瘦煤ＳＧＪ０.７１２５.８４１９.５１９０.９８４.７２１.４１２.４００.４９７５.４７１.１５５７贫瘦煤ＨＢ０.８３１３.７０１７.２１８９.８０４.４８１.５７３.８４０.３１７４.８２１.１５８３无烟煤ＹＱ１.０１９.３８９.１０９２.６１３.８７１.２６１.８３０.４３７５.３３０.５９１１７㊀㊀宋成建[２０]研究了神府东胜地区部分煤种的成浆浓度与煤质参数的变化关系ꎬ发现煤料内在水分的升高会降低可制浆浓度ꎻ灰分的升高可提升制浆浓度ꎬ这主要是因为灰分比重大导致的ꎬ灰分升高会导致煤浆气化效率的降低ꎻ原煤挥发分和固定碳含量与可制浆浓度呈负相关的趋势ꎬ原煤挥发分和固定碳含量越高ꎬ可制浆浓度越低ꎮ其研究结果与前人的研究结果基本相同ꎮ２ ２㊀添加剂的影响煤炭属于天然疏水性物质ꎬ不易被水润湿ꎬ具有较大的比表面积ꎬ易自发团聚ꎬ因此煤粒与水很难自发的紧密结合成为一种浆体[２１－２２]ꎮ为了得到高浓度㊁低黏度且具备良好稳定性的水煤浆ꎬ必须添加一定量的添加剂ꎬ添加剂性能与用量对水煤浆性能的影响很大ꎮ生产中ꎬ一般添加剂用量占水煤浆质量０.１％~１.０％ꎮ分散剂的主要作用[２３]有:１)提高煤表面的亲水性ꎮ添加剂分子通过其疏水基和煤表面结合ꎬ以亲水基朝水定向排列的方式使疏水的煤粒稳定地分散到水中ꎬ并在煤粒周围形成一层添加剂和水组成的水化膜ꎮ借助水化膜ꎬ将煤粒隔开ꎬ减少煤粒间阻力ꎬ降低黏度ꎮ２)增强颗粒间静电斥力ꎮ煤颗粒在水中天然呈负电性ꎬ根据ＤＬＶＯ理论ꎬ强化煤颗粒间负电性可提高煤颗粒的分散效果ꎮ目前市场上主流的水煤浆分散剂都属于离子型分散剂ꎮ３)提高空间位阻效应ꎮ当分散剂为链状大分子时ꎬ在煤表面形成三维水化膜ꎬ当颗粒相互接近时ꎬ水化膜受到挤压变形产生变形力ꎬ阻碍煤颗粒继续靠近ꎬ从而使煤粒稳定分散悬浮在水中ꎮ水煤浆添加剂的作用原理如图１所示ꎮ在一定范围内ꎬ添加剂添加量越高ꎬ浆体的黏度越低ꎮ但添加量的提高使制浆成本加大ꎬ一般情况下ꎬ在保证浆体性能的前提下ꎬ添加剂用量最少为宜ꎮ图１㊀水煤浆添加剂的作用原理Ｆｉｇ.１㊀ＡｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＣＷＳａｄｄｉｔｉｖｅｓ２ ３㊀级配方式(制浆工艺)的影响级配ꎬ即物料各级粒径颗粒的分配情况ꎬ使堆积效率λ(固体体积占有率)提高的技术称为 级配技术 ꎮ煤浆粒度较小ꎬ比表面积增大ꎬ形成水化膜所９９２０１９年第６期洁净煤技术第２５卷需占比增大ꎬ自由水减少ꎬ无法制得高质量的煤浆ꎻ煤浆粒度较大时ꎬ虽有利于制备低黏度㊁流动性好的水煤浆ꎬ但可能导致煤浆不具有浆态特征ꎬ且颗粒过大会导致浆体稳定性变差ꎬ易堵塞泵体和管道ꎬ加速雾化喷嘴的磨损ꎬ导致气化炉频繁波动ꎬ不利于生产ꎮ要制备高浓度㊁性能优良的水煤浆ꎬ需要不同大小的颗粒相互填充ꎬ提高颗粒堆积效率ꎬ如图２所示ꎮ级配技术是水煤浆制备的关键技术之一ꎬ合理的级配方式不仅能有效提高浆体浓度ꎬ还能改善水煤浆的流动性和稳定性[２４]ꎮ图２㊀水煤浆粒度级配示意Ｆｉｇ.２㊀ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆＣＷＳ㊀㊀１)传统级配方式传统级配方式ꎬ即单棒/球磨制浆ꎬ是生产中应用最多的制浆工艺ꎮ由于棒磨机自身的限制ꎬ所制浆体的粒度分布不合理ꎬ浆体浓度较低ꎬ流变性与稳定性较差ꎬ雾化效果不理想ꎬ使煤炭转化率低ꎻ另外ꎬ由于煤浆粒度较粗易引起钢棒㊁管道㊁泵㊁阀门㊁气化炉喷嘴等磨损严重ꎬ设备检修频繁ꎮ其制浆工艺流程如图３所示ꎮ图３㊀单峰级配制浆工艺流程Ｆｉｇ.３㊀Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｐｅａｋｇｒａｄａｔｉｏｎｐｕｌｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ２)双峰级配制浆双峰级配制浆工艺ꎬ相比于单棒/球磨工艺具有更宽的煤种适应性ꎬ适合于处理弱黏煤㊁不黏煤㊁长焰煤等低阶煤ꎮ由于煤颗粒堆积效率提高ꎬ小颗粒填充在大颗粒之间ꎬ煤浆性能得到改善ꎮ同等黏度条件下所制浆体的浓度可提高２~３个百分点ꎬ投资相对较小ꎬ具有一定的经济效益ꎬ具有较大的市场应用前景ꎮ其制浆工艺流程如图４所示ꎮ图４㊀双峰级配制浆工艺流程Ｆｉｇ.４㊀Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｄｏｕｂｌｅｐｅａｋｇｒａｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ３)三峰级配制浆相比于单棒磨制浆工艺ꎬ煤种相同时ꎬ三峰级配制浆工艺可有效提高浆体浓度３~５个百分点ꎮ煤种适应范围更广ꎬ除了适用于烟煤制浆ꎬ还可用于煤泥㊁褐煤等成浆性较差的煤料ꎮ相比于双峰级配ꎬ三峰级配拥有更宽的粒度分布ꎬ堆积效率进一步提高ꎬ有利于制备高质量的水煤浆ꎮ其制浆工艺流程如图５所示ꎮ图５㊀三峰级配制浆工艺流程Ｆｉｇ.５㊀Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｈｒｅｅｐｅａｋｇｒａｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ级配技术的核心在于如何有效提高颗粒的堆积效率ꎬ煤颗粒在水煤浆中的堆积效率和水煤浆浓度有直接关系ꎮ２ ４㊀颗粒形态的影响制浆理论认为ꎬ在煤种一定的前提下ꎬ粒度级配和添加剂是影响水煤浆性能的主要因素ꎮ但笔者发现ꎬ硅酸盐材料和岩土工程等领域有研究表明ꎬ颗粒形状和形貌对浆体㊁粉体材料的堆积效率和性能都有显著影响ꎮ水煤浆作为浆体材料的一种ꎬ其性能同样受到颗粒形状和形貌的影响[２５－２８]ꎮ涂亚楠[２９]利用数字图像处理软件对不同粒级的颗粒形貌进行了定量表征ꎬ并利用扫描电镜观察分析了煤样经破碎㊁研磨㊁微波处理等条件下的颗粒形貌微观特性ꎬ发现颗粒破碎后颗粒形态有恶化的趋势ꎬ对于改性后的褐煤ꎬ研磨并不能改善颗粒形００１张孝雨等:水煤浆性能的影响因素及技术进展２０１９年第６期态ꎬ但微波处理后颗粒形态有所改善ꎮ高志芳[３０]以内蒙褐煤为原料ꎬ通过气流干燥管加压成型㊁气流干燥㊁和低温干馏工艺制备了３种提质褐煤ꎬ通过扫描电镜观察发现ꎬ提质褐煤的颗粒形态较提质前有了较大改善ꎬ经对比３种提质后褐煤的成浆性发现ꎬ颗粒形态与成浆性呈正相关关系ꎬ即颗粒的规则度越高ꎬ可制浆浓度越高ꎻ体系中不规则颗粒的增多会增大体系的空隙率ꎬ降低体系的堆积效率ꎬ还会增大颗粒间相对运动的阻力ꎬ导致浆体的黏度升高ꎬ流动性明显恶化ꎮ３㊀水煤浆制浆技术３ １㊀煤质方向的制浆技术随着科技水平的不断提高和经济的发展ꎬ拓宽制浆煤种以适用我国煤炭资源结构越发重要ꎮ近年来研究多从配煤㊁改性等角度来改善制浆煤质ꎬ以提高煤浆性能ꎬ拓宽制浆原料ꎬ降低制浆成本ꎮ胡亚轩等[３１]对２０多种煤质差异较大的煤进行配煤制浆ꎬ发现煤种配比对煤浆质量的影响是非线性的ꎬ实际制浆浓度和预测成浆浓度相差较大ꎬ但配煤后的煤浆稳定性得到改善ꎻ配煤中亲水性煤比例的增加会引起煤浆质量恶化ꎬ疏水性强的煤的比例增加会改善煤浆的质量ꎮ李艳昌等[３２]采用１１种煤进行配煤制浆ꎬ发现通过合理的配煤可改善单种成浆性差煤的煤浆性能ꎬ但合理的配煤方案需通过试验确定ꎬ很难通过预测得到ꎮ赵忠霞[３３]研究了无烟煤㊁烟煤和褐煤的成浆性ꎬ发现无烟煤和褐煤制备的煤浆性能均较差ꎬ但可通过配煤方式制备性能优良的配煤水煤浆ꎮ高志芳[３０]以褐煤为原料进行配煤制浆ꎬ发现配煤制浆能实现煤质互补ꎬ降低制浆过程中的能耗ꎬ促进褐煤的利用ꎮ关于褐煤改性制浆ꎬ目前研究较多的是水热改性及热解改性制浆ꎮ颜艳东[３４]采用自制低温干馏反应器对小龙潭褐煤进行热解改性提质ꎬ改性后得到的半焦可制浆浓度较改性前提高了１７个百分点ꎬ但稳定性较差ꎬ与未改性褐煤混配后ꎬ可制得浓度在６０％以上性能优良的水煤浆ꎮ刘红缨等[３５]研究了水热改性后褐煤表面官能团和碳骨架与水结合能力的强弱ꎬ发现水热改性后褐煤中的羟基和羧基官能团随热解温度升高大幅降低ꎮ赵卫东[３６]对褐煤水热改性机理及燃烧特性进行了研究ꎬ发现经水热改性后褐煤致密度提高ꎬ比表面积和官能团降低ꎬ微孔减少ꎬ疏水性变强ꎮ虞育杰[３７]采用密闭高压反应釜对褐煤进行水热脱水提质ꎬ发现改性后的褐煤羟基㊁羧基和酚羟基含量减少ꎬ褐煤亲水性降低ꎬ固水能力大幅弱化ꎬ在３２０ħ改性温度下ꎬ可制浆的定黏浓度升高ꎬ流变性得到改善ꎮ关于煤泥制浆ꎬ梁霏飞等[３８]采用３种煤泥和不同的制浆工艺进行成浆性试验ꎬ发现干法制浆工艺条件下煤泥的成浆性㊁稳定性和流动性最好ꎻ煤泥的成浆性和制浆工艺的选择与煤质关系密切ꎮ３ ２㊀添加剂方向的制浆技术目前ꎬ市场上使用最广泛的是萘磺酸盐缩合物(ＮＳＦ)系列添加剂ꎬ具有分散性能好㊁降黏作用强㊁浆体流动性好㊁适用煤种范围广等特点ꎬ但单价相对较高ꎬ且煤浆稳定性较差㊁易产生硬沉淀ꎬ生产中常使用ＮＳＦ与木质素磺酸盐按一定比例复配使用ꎮ近年来ꎬ研究者展开了腐殖酸㊁聚丙烯酸等水煤浆添加剂的开发并取得了一定的成果ꎬ同时还研究了化工废水对煤浆性能的影响ꎮ隋明炜等[３９]采用水溶液聚合方法以腐殖酸和丙烯酰胺㊁烯丙醇聚氧乙烯醚(ＡＰＥＧ－１０００)为原料合成新型腐殖酸系水煤浆添加剂ꎬ并对新型添加剂性能进行表征ꎬ发现添加量相同时ꎬ新型腐殖酸系添加剂流变性能和降黏效果较腐殖酸有很大提高ꎮ段艺萍[４０]以木质素为基础原料ꎬ经亚硫酸钠的磺化改性ꎬ制得了改性木质素ꎬ并将其作为水煤浆添加剂进行试验研究ꎬ发现经过改性后的木质素系添加剂性能具有很好的市场优势ꎬ分析认为改性木质素中含有２种具有分散作用的官能团:磺酸根基团ꎬ具有亲水性能ꎻ芳香基团ꎬ具有亲煤性能ꎮ谢欣馨[４１]对以兰炭废水为原料制备的水煤浆性能进行比较ꎬ发现废水中的酚类物质具有降黏作用ꎬ可使浆体保持良好的流动性ꎬ废水中的氨氮类物质和金属离子可提高煤浆稳定性ꎬ但会使煤浆黏度升高ꎬ废水中的油类物质可提高水煤浆的热值ꎮ吴晓华[４２]通过酯化和共聚的方式合成１３种聚丙烯酸系添加剂ꎬ与市售的萘系添加剂进行成浆性试验对比ꎬ发现合成的聚丙烯酸添加剂性能优于市售萘系添加剂ꎬ且吨浆成本较萘系低ꎬ是很好的水煤浆添加剂品种ꎮ３ ３㊀制浆工艺方向的制浆技术近年来随着水煤浆制备技术不断进步ꎬ制浆工艺也有了新的发展ꎮ蒋斌斌[４３]提出了一种以破碎机代替棒磨机的制浆工艺ꎬ即使用细碎机㊁成浆反应器和高压煤浆泵组成制浆系统ꎮ其工艺流程如图６所示ꎬ即先用粗碎机将大块煤破碎至６ｍｍ以下ꎬ再用细碎机将煤料破碎至３ｍｍ以下ꎬ细碎过程中加入分散剂和水混合后ꎬ泵送入成浆反应器ꎬ通过高压细化装置使其成浆进入剪切罐中ꎬ加入稳定剂ꎬ经滤浆得到成品浆ꎮ该工艺通过 以破代磨 的方式ꎬ降低了制浆电耗ꎬ可获得可观的经济效益ꎮ１０１。
分级研磨低阶煤高浓度水煤浆制备技术分析
分级研磨低阶煤高浓度水煤浆制备技术分析随着我国经济的快速发展，对能源的需求也在不断增加。
煤炭作为我国的主要能源资源之一，在能源结构中发挥着非常重要的作用。
目前我国煤炭资源中以低阶煤为主，其高灰、高硫、低热值等特点限制了其在发电、冶金、化工等行业的利用。
而高浓度水煤浆技术的出现为低阶煤的利用提供了新的途径。
本文将对分级研磨低阶煤高浓度水煤浆制备技术进行深入分析。
一、低阶煤高浓度水煤浆制备技术概述低阶煤高浓度水煤浆制备技术是指将低阶煤经过研磨分级后，与水混合制成高浓度水煤浆的一种技术。
其主要工艺流程包括煤样破碎、煤样研磨、煤样分级、水煤浆制备、水煤浆输送等环节。
在这一技术中，煤炭破碎和研磨工艺是制备高浓度水煤浆的关键环节，它直接影响到水煤浆的品质和稳定性。
二、低阶煤破碎技术低阶煤在研磨前首先需要进行破碎，通常采用的是锤式破碎机和颚式破碎机。
这两种破碎机各有优缺点，选择哪一种应根据实际工况条件进行综合考虑。
锤式破碎机破碎效率高，但碎煤粒中包含大量细粉；颚式破碎机破碎后的煤粒细粉较少，但能耗较高。
因此在实际生产中，通常采用锤式破碎机和颚式破碎机相结合的方式进行破碎。
为了减少煤粉的产生，还可以采用预筛分的方法，选出一部分粒度较大的煤进行研磨，以提高研磨效率。
低阶煤研磨是将煤炭颗粒粉碎成所需的尺寸，使其能够与水充分混合，并形成均匀的高浓度水煤浆。
煤炭的研磨通常采用球磨机或煤粉磨。
球磨机具有研磨效率高、能耗低、适应性强等优点，是目前较为常用的低阶煤研磨设备。
在球磨机中加入适量的研磨剂，能够有效提高研磨效率，减少能耗。
煤粉磨通常用于对煤炭进行细磨，适用于一些特殊场合的低阶煤研磨工艺。
低阶煤研磨后需要进行分级，以便控制煤粉的粒度和分布，同时把粉尘、杂质从进料中分离出来。
低阶煤分级技术通常使用分级筛和旋流器等设备。
煤粉在通过筛分设备后，可以得到两个尺寸不同的煤粉，分别用于高浓度水煤浆和低浓度水煤浆的制备。
在进行煤粉分级时，需要考虑设备结构、筛孔大小、筛分效率等因素，以得到理想的煤粉产品。
浅谈提高水煤浆浓度的方法
浅谈提高水煤浆浓度的方法摘要：本文简述了煤浆制备工艺流程，分析探讨了影响水煤浆浓度的各个主要因素，通过生产中实测数据的对比，结合多年操作经验提出了相应的改进措施，为提高水煤浆浓度、创造更大的经济效益提供了帮助。
关键词：水煤浆浓度煤质粒度添加剂钢球级配煤浆制备工艺是多喷嘴对置式水煤浆气化技术的关键技术之一，据有关研究表明煤浆浓度每提高1%，有效气成分可提高1.16%，而有效气成分每提高1%，每小时可多产甲醇1.09吨左右。
提高水煤浆浓度对于提高气化效率，降低气化炉的比氧耗和比煤耗有着极为重要的作用。
实际生产过程中，不同来源的煤，煤质有很大的差异，这种差异导致制备的煤浆浓度的波动，本厂车间就曾多次出现煤浆浓度低于58%，严重影响了气化炉产气量及后系统的产品产量。
本文针对此种情况，分析探讨了影响提高水煤浆浓度的主要因素，结合实际生产列举了一些改进措施。
一、煤浆制备流程简述自贮运系统来的原料煤（粒度<10mm）进入煤贮斗，经煤称量给料机计量后，与滤液及添加剂进入磨煤机。
磨成一定浓度、粘度、有一定粒度分布的水煤浆。
水煤浆经滚筒筛出大颗粒后，自流进入磨煤机出料槽，经低压煤浆泵加压、二级滚筒筛筛分后，贮存在煤浆槽内备用。
煤浆槽内的煤浆分别经两台高压煤浆泵加压后送至气化炉的四个工艺烧嘴与来自空分的高压氧气混合进入气化炉内反应。
二、影响水煤浆浓度的主要因素影响水煤浆浓度的主要因素主要有煤质特性、粒度分布、添加剂、助熔剂等。
（一）煤质对水煤浆浓度的影响1.煤的水分。
2.煤的灰分。
灰分虽不直接参加反应，却要消耗煤在氧化反应中所产生的反应热，用于灰分的升温、融化及转化。
灰分含量越高，煤的发热量越低，成浆性能也越差。
3.煤的可磨指数。
可磨指数越高，煤越容易粉碎，易制得高浓度的水煤浆。
（二）粒度分布的影响煤浆粒度分布是水煤浆气化技术中重要的工艺指标之一，它决定了煤浆的性能、煤在气化炉内的转化率等，所以操作中应保证煤浆粒度的稳定。
水煤浆气化工艺影响制浆因素的分析
水煤浆气化工艺影响制浆因素的分析【摘要】文章介绍了水煤浆气化工艺的工艺技术现状；制备高浓度水煤浆影响因素等。
【关键词】水煤浆气化工艺；因素；分析煤炭是我国的基础能源和重要原料，在国民经济和社会发展中具有重要的战略地位。
煤气化技术是煤炭清洁转化的核心技术之一，是发展煤基化学品、煤基液体燃料、IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础。
在众多煤气化技术中，水煤浆加压气化技术作为一种先进的新型气化技术，因煤种适应范围较广、气化温度高、压力高、易于大型化，成为煤气化技术发展的主流方向在我国得到了较快的发展，自20世纪80年代至今，我国相继建设了数十套水煤浆加压气化装置，其合成气用于生产合成氨、甲醇、丁醇、二甲醚、烯烃等化工产品。
1.国内气化水煤浆制备工艺技术现状在水煤浆气化行业中，工程技术人员和用户非常重视气化工艺和合成工艺等技术，往往忽视了水煤浆气化的基础环节—水煤浆制备。
因此，气化水煤浆的质量（浓度、粒度和稳定性等）相对较差，给后续生产环节带来了诸多问题，如气化效率低、能耗（煤耗、氧耗）偏高、生产成本增加等。
目前，气化水煤浆质量及其影响具体如下：（1）水煤浆的浓度偏低（60%左右），致使单位合成气所需氧耗偏高。
（2）水煤浆的粒度偏粗，雾化性能较差，气化后灰中含炭量较高，致使单位合成气所需煤耗偏高。
（3）水煤浆粒度分布不合理，浆体的流动性较差，致使煤浆管道、泵、阀门等磨损严重。
（4）水煤浆的稳定性较差，储存期相对较短.仅为24h，给生产管理带来一定难度。
2.制备高浓度水煤浆影响因素2.1煤质特性煤质特性是影响水煤浆制备的首要因素。
一般来说，煤种制浆浓度随其内在水分含量的增大而降低，较低的内水含量有利于制备较高浓度的煤浆。
变质程度浅的煤种，其内水含量较高、含氧官能团多，制浆浓度较低；变质程度深的煤种，其内水含量较低、含氧官能团少，制浆浓度较高。
煤的内在水分含量可反映煤的内孔表面和亲水性能，其量较低时说明该煤的比表面积小或吸附水的能力差_2J。
影响煤浆浓度的因素
.影响煤浆浓度的因素：
原料煤内在水份含量、外表水份含量。
原料煤与工艺水、煤浆添加剂的添加比例。
原料煤的成浆性能。
2.煤浆浓度的控制方法：
保持原料煤煤质的稳定，确保外水含量不超标，当原料煤中水份含量高时应适当减少工艺水添加量，当原料煤中水份含量低时可适当增加工艺水加入量。
保持煤浆添加剂浓度的稳定，控制其有效成份的稳定，当添加剂中水份含量高时应适当减少工艺水添加量，当添加剂中水份含量低时可适当增加工艺水加入量。
在原料煤水分含量、添加剂浓度稳定时应尽量保持原料煤与工艺水、添加剂的添加比例的稳定；当生产负荷发生变化时，原料煤、工艺水及添加剂加入量均应作相应的调整。
操作中及时根据煤浆浓度分析结果调整工艺水添加量：其用量可按下式计算：
X=M(1-Y)/N-M-Z N=M(1-Y)/(X+Z+M)
式中：
X―工艺水的用量（m3/h）
Y―入磨机原料煤的全水含量（%）
Z―煤浆添加剂的用量（m3/h）
M―入磨机的原料煤量（t/h）
N―煤浆浓度（wt%）
从上式可以看出想要提高浓度不外乎两条：1.增大“M(1-Y)”的值，也就是说尽量增大入磨机煤量或者是减小原料煤的全水含量；2.减小“（X+Z+M）”的值，也就是说减小工艺水、添加剂和煤量。
但是这只是理论上的，实际操作中，还要考虑多方面因素，比如粘度和粒度分布等！煤浆浓度不需要太高，控制在65%左右已经不错了！。
新疆准东煤水煤浆成浆浓度探究
新疆准东煤水煤浆成浆浓度探究1 概述煤炭是我国的基础能源，占能源消费总量的70%左右，将来以煤炭为主的能源结构难以改变，随着水煤浆气化技术不断发展，人们对生产经营效益最大化要求越来越高，煤的成浆性是水煤浆气化技术的核心，完善的制浆工艺对提高水煤浆的浓度和降低水煤浆的成本起着至关重要的作用。
研究中发现影响水煤浆成浆浓度的因素较多，包括制浆用煤的煤岩组分、粒度级配、添加剂等均对水煤浆成浆浓度产生影响，下面就如何提高准东煤水煤浆浓度进行实验。
2 实验原料及添加剂采用准东煤田某露天矿B2层煤，煤质牌号为不粘结煤，B2煤层厚度为20米左右，煤层按照成因环境及煤岩组分可分为B2上和B2下，从煤岩显微组分上看，B2上惰质组组分高，镜质组组分低，B2下镜质组组分明显高于B2上，B2上及B2下煤的工业分析与元素分析及煤岩组分分别见表1：3 实验3.1 实验方法3.1.1 水煤浆浓度测定方法。
水煤浆浓度测定方法参照GB/T 18856.2-2002进行，即称取一定量的水煤桨试样，在105℃～110℃下干燥至恒定，干燥后的试样质量占原样质量的百分数作为水煤浆浓度。
3.1.2 水煤桨粘度测定方法。
水煤桨粘度测定方法参照GB/T 18856.4-2002进行，用NXS-4C型水煤浆粘度计进行测定。
3.1.3 水煤浆稳定性测定方法。
水煤浆稳定性测定方法参照GB/T 18856.5-2002采用插棒法进行测定。
3.2 常规制浆工艺成浆性实验在试验室内，模拟单磨机制浆工艺生产条件，选择木质素改性添加剂，添加量分别在0.3%、0.5%（干基/干粉）比例时，对准东B2上煤和B2下煤煤样进行成浆性实验，实验结果见表2：3.2.1 由常规制浆工艺条件下实验结果可以看出：常规制浆工艺条件下，在添加剂量为0.3%、0.5%（干基/干粉）时，准东B2上煤样的成浆浓度为55.2%、56.1%，准东B2下煤样的成浆浓度为56.3%、57.5%；同时随着添加剂量由0.3%增加到0.5%（干基/干粉），准东B2上煤和B2下煤样的浓度分别提高0.9和1.2个百分点。
水煤浆浓度影响因素研究
添加 剂 种类 ， 发现 调整后 的工业 煤浆 的平 均 浓度 由 ５ ９ ． ０ ３ ％提 高到 ６ ０ ． ９ ７ ％， 提 高了 １ ． ９ ４ ％。 关键 词 ： 水煤 浆 ； 影 响 因素 ； 添加 剂 ； 粒 度级 配 ； 成 浆性
ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｙ １ ． ９ ４ ｐ ｅ ｒ ｃ ｅ ｎ ｔ ， ｆ ｒ ｏ ｍ ５ ９． ０３ ｐ ｅ ｒ ｃ ｅ ｎ ｔ ｔ ｏ ６０ ． ９ ７ ｐ ｅ ｒ ｃ ｅ ｎ ｔ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ： ｃ ｏ ａ ｌ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ； ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ； ａ ｄｄ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ； ｓ ｉ ｚ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｓ ｌ ｕ ｒ ｒ ｙ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ
ｓ ｉ ｚ ｅ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｏ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｅ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ａ ｓ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ， ｗ ｈ ｏ ｓ ｅ ａ ｎ ｎ ｕ ａ ｌ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ａ ｒ ｅ ６ Ｘ １ ０ ｔ ｏ ｎ ｓ ｃ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ ｏ １ ． Ｂ ｙ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ， ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ａ ｌ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ
分级研磨低阶煤高浓度水煤浆制备技术分析
分级研磨低阶煤高浓度水煤浆制备技术分析分级研磨是指将原料煤炭按照粒度大小进行破碎和分级，以提高浆化性能和提高煤的利用率。
研磨过程中，会产生大量细粉，如果不进行分级处理，会导致细粉堵塞水煤浆管道、增加能耗和损耗等问题。
分级研磨是水煤浆制备中的重要环节。
分级研磨低阶煤的关键技术是选择合适的分级设备。
常用的分级设备有气流分级器、旋流分离器、离心分级器等。
气流分级器通过气流的力量将破碎的颗粒按照粒度大小进行分级，适用于颗粒粒度较小且要求较高的分级。
旋流分离器是利用涡流的力量对颗粒进行分离，适用于颗粒较大的分级。
离心分级器是利用离心力对颗粒进行分离，适用于颗粒大小和粒度分布范围较大的分级。
在分级研磨低阶煤过程中，还应注意破碎和分级的顺序。
一般来说，先进行破碎，再进行分级。
因为破碎后的颗粒大小不均匀，需要进行分级，以便获取符合要求的粒度范围。
分级研磨低阶煤之后，可以进行高浓度水煤浆的制备。
高浓度水煤浆制备技术的关键是选择合适的浆化剂和浆化过程。
常用的浆化剂有聚合物、表面活性剂等。
浆化过程包括浆化时间、浆化温度、浆化剂用量等方面的控制。
浆化剂的选择和浆化过程的控制对水煤浆的稳定性和流动性影响较大。
高浓度水煤浆的优点是煤炭资源利用率高、燃烧效率高、燃烧产生的有害气体排放量较少等。
高浓度水煤浆的制备工艺相对复杂，需要综合考虑研磨、分级、浆化等环节的影响因素，以获得稳定性好、流动性好的高浓度水煤浆。
分级研磨低阶煤高浓度水煤浆制备技术是一项技术复杂、投资大、风险较高的工艺。
通过合理选择分级设备、控制好破碎和分级顺序、选择合适的浆化剂和控制浆化过程，可以实现低阶煤高浓度水煤浆的制备，从而实现煤炭资源的高效利用。
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由图 1可知 ,对于同一浓度下的同一煤种 ,粒度 < 200目含量较多的煤粉 ,其成浆性较粒度 < 200目 含量较少煤粉的成浆性要差 ,表观粘度要高 ,即粒度 较粗的煤粉粒子之间大小搭配合理 ,填充效率较高 , 欲使表观粘度相同 ,则制备的煤浆浓度较高 。
表 2 神木煤堆积效率与制浆结果 Table 2 D eposition eff ic iency and results of slurry2mak ing
6# 1. 03 25. 00 13. 17 65. 15 3. 17 4. 32 76. 0
表 1中 6#煤内水含量低 、O /C 小 ,制备的煤浆 浓度高 ; 2#煤与 5#煤内水相差不大 ,但 5#煤氧含量 高 、O /C较大 ,制备的煤浆浓度低 ,说明含氧官能团 影响较大 。从煤质角度考虑 ,要制备高浓度的水煤 浆 ,选择内水含量和含氧量少的煤种为宜 。
Abstract: Effect of the characteristics of coal p roperty, the particle distribution of pulverized coal, addi2 tives for coal2water slurry and slurry2m aking p rocess etc. on high concentration coal2water slurry for gasifi2 cation is discussed. For high concentration coal2water slurry p reparation, suitable particle distribution, ad2 ditives, slurry2making p rocess or coal blending are selected in according to the different coal kinds, so the high perform ance coal2water slurry for industrial app lication is p repared. Key words: coal2water slurry; p reparation; high concentration; affecting factors
围 ,以降低其表观粘度 ,提高浆体的流动性 ;另一方
面 ,添加剂加入量对成浆性的影响也较为显著 。当
添加剂加量太少时 ,添加剂未能同煤粒充分作用 ,起 不到良好的分散效果 ,制浆浓度较低 ;当添加剂加量
过多时 ,添加剂分子之间会形成胶束 ,反而使其有效
浓度相应降低 ,也会影响到分散效果 。因此 ,在一般
收稿日期 : 2007209213 作者简介 :袁善录 (1976 - ) ,男 ,青海乐都人 ,西北化工研究院工程师 ,从事气化煤种评价 、料浆制备及煤气化技术研究工
作 。电话 : 029 - 83870244, E - mail: yuanslu@163. com
第 12期
袁善录等 :制备高浓度水煤浆的影响因素探讨
水煤浆加压气化技术作为一种先进的新型气化 技术 ,在我国得到了较快的发展 ,自 20世纪 80年代 至今 ,我国相继建设了数套水煤浆加压气化装置 ,其 合成气用于生产合成氨 、甲醇 、二甲醚 、烯烃等化工 产品 。当前 ,多数生产企业生产的水煤浆浓度不高 , 能量消耗大 ,生产成本较高 ,不能满负荷生产 。高浓 度水煤浆具有含水量少 、有效固含量高 、发热量高 、 泵送性能好等诸多优点 ,水煤浆浓度高低将会影响 水煤浆气化过程中的氧耗 、煤耗 ,而且高性能水煤浆 对于气化过程中的煤浆贮存 、输送 、喷嘴雾化也至关 重要 ,提高水煤浆浓度 ,将会使气化过程中的消耗降 低 。因此 ,制备高浓度水煤浆对于水煤浆气化装置 实现节能降耗 、扩大生产能力 、提高企业经济效益是 至关重要的 ,也是势在必行的 。
情况下 ,添加剂加量存在一个最佳值 。而对于变质 程度浅的煤种 ,由于其比表面大 、内孔多 、含氧官能 团多 ,添加剂的最佳加入量将会很大 ,在此情况下 ,
就结合制浆经济性和成浆性来确定出适宜的添加剂
加量 。因此 ,对于实际生产过程 ,应在兼顾成浆性及
经济性的基础上 ,确定出适宜的添加剂加量 。 表 3列出了 1#煤和 6#煤在 4 种不同添加剂作
第 36卷第 12期 2007年 12月
应 用 化 工 App lied Chem ical Industry
Vol. 36 No. 12 Dec. 2007
制备高浓度水煤浆的影响因素探讨
袁善录 ,戴爱军
(西北化工研究院 ,陕西 西安 710600)
摘 要 :综述了煤质特性 、粒度分布 、添加剂及制浆工艺等因素对气化用高浓度水煤浆制备的影响 。制备高浓度水 煤浆时 ,应根据不同煤种 ,选择适宜的粒度分布 、添加剂 、制浆工艺或配煤技术 ,才能制备出适合工业化应用的高性 能水煤浆 。 关键词 :水煤浆 ;制备 ;高浓度 ;影响因素 中图分类号 : TQ 536. 9 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 3206 (2007) 12 - 1242 - 03
D iscussion on the affecting factors of h igh concen tra tion coa l2wa ter slurry prepara tion
YUAN S han2lu, DA I A i2jun
(Northwest Research Institute of Chem ical Industry, Xi’an 710600, China)
2# 7. 68 11. 24 40. 84 63. 41 4. 86 10. 26 61. 0
3# 6. 62 7. 30 32. 37 70. 40 4. 65 9. 78 63. 0
4# 1. 56 9. 00 32. 97 76. 83 5. 03 5. 75 69. 0
5# 7. 17 13. 87 33. 13 58. 80 3. 81 13. 58 54. 0
煤的内在水分含量可反映煤的内孔表面和亲水 性能 ,其量较低时说明该煤的比表面积小或吸附水 的能力差 [ 2 ] 。因 此 , 制 浆时 煤粒 上能 吸附 的 水 量 少 ,形成的水化膜也较薄 ,致使占用的水量较少 ,所 以在水煤浆浓度相同的情况下 ,固定于煤粒上的水 量就相对较少了 ,从而导致悬浮体的自由流动相增 多 ;也就是说 ,欲使水煤浆具有同样的流动性 ,其浓 度必然会增高 。总之 ,煤质特性是制备高浓度水煤 浆的决定因素 ,而煤的内在水分含量又对这一决定 因素起着明显的支配作用 。因此 ,煤的内在水分含
型表面活性剂 ; ③非离子型表面活性剂 ; ④高分子化 合物和无机盐 [ 627 ] 。
由于煤的表面具有强烈的疏水性 ,不易被水浸 润 ,与水不能密切结合为一种浆体 ,尽管强力搅拌后
可制备煤浆 ,但其浓度仍然很低 。当浓度较高时 ,煤 粒之间由于范得华力而凝聚成一种湿的浆团 ,造成
ห้องสมุดไป่ตู้
体系粘度急剧增大 ,故需要在其中加入分散剂以改 变煤的表面性质 ,使煤粒被添加剂分子和水分子包
水煤浆制备技术是水煤浆加压气化的关键技术 之一 。本文主要从煤的性质 、粒度分布 、添加剂及制 浆工艺等方面对气化用高浓度水煤浆制备的影响进 行探讨 。
1 制备高浓度水煤浆影响因素
1. 1 煤质特性 煤质特性是影响水煤浆制备的首要因素 。一般
来说 ,煤种制浆浓度随其内在水分含量的增大而降 低 ,较低的内水含量有利于制备较高浓度的煤浆 。 变质程度浅的煤种 ,其内水含量较高 、含氧官能团 多 [ 1 ] ,制浆浓度较低 ;变质程度深的煤种 ,其内水含 量较低 、含氧官能团少 ,制浆浓度较高 。
粒度级配越好 ,堆积率越高 ,煤浆浓度越高 。通 过优化研磨体级配等工艺参数获得良好的粒度分 布 ,使大颗粒间的空隙能被小颗粒填充 ,是提高水煤 浆浓度的重要措施 。图 1为 3个煤样不同粒度的成 浆性能实验曲线 ;表 2 为神木煤在不同粒度级配条 件下的制浆结果 [ 5 ] 。
图 1 粒度分布对成浆性能的影响 Fig. 1 Effect of particle size distribution on p roperty
1243
量可以作为初步判断其能否制备成高浓度水煤浆的
依据 。
煤中的含氧极性官能团多 ,对水煤浆的浓度也 有很大影响 。水是典型的极性物质 ,含氧极性官能 团多 ,则其亲水性越强 ,就会吸附大量的水分子 ,增 大内水含量 ,导致在煤粒表面形成坚固的水化膜 ,减 少自由流动水量 ,降低水煤浆浓度 ;另外 ,极性官能 团含量多时 ,分散剂的亲水基与煤粒表面吸附 ,而将 亲油基朝外引入水中 ,将会降低添加剂的作用效果 , 导致添加剂用量增大 [ 3 ] 。表 1列出了几个不同煤样 的分析数据及制浆结果 。
表 1 煤种分析数据及制浆结果 Table 1 Ana lytica l da ta and results of slurry2mak ing
of coa l k inds
煤种 Mad Aad Vad Cad Had Oad 制浆浓度
/% /% /% /% /% /%
/%
1# 1. 77 6. 36 40. 64 76. 83 5. 13 6. 15 68. 0
of Shenm u coa l
堆积率 / %
水煤浆粘度 / (mPa·s)
水煤浆浓度 / %
65. 86
1 272. 0
58. 67
68. 69
1 285. 0
62. 12
79. 00
820. 0
65. 08
由表 2 可知 ,随着堆积率的增大 ,制浆浓度上 升 ,成浆性能好转 。 在实际生产过程中 ,要直接通过磨机磨出符合 上述各种粒度分布式的煤粉 ,几乎难以达到 ;而通过 筛分分出各粒级的粉煤后再配制煤浆 ,又会加大生 产成本 。因此 ,在实际制备过程中 ,只能控制最大粒 度和最小粒度以及它们的粗略比例 。除此之外 ,为 了获得高浓度的水煤浆 ,更多采用的技术方法是添 加水煤浆添加剂 。 1. 3 水煤浆添加剂