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1、水煤浆技术（CWM）,本章主要讲述水煤浆的概念、产生及发展、煤的成浆性、水煤浆的制浆工艺及添加剂。 要求掌握煤的成浆性及制备技术，熟悉水煤浆添加剂。了解水煤浆的产生及发展、水煤浆管道输送和水煤浆在贵州的应用。,水煤浆的产生,水煤浆（CWM)是70年代兴起的以代油为目标的新型燃料。它是把洗选后的低灰分精煤加工研磨成微细煤粉按煤约70%水约30%的比例和适量约1.0%的化学添加剂配制而成的一种煤水混合物。这种煤水混合物又称水煤浆(CWS)或煤水燃料(CWF) 。由于水煤浆既能保持着煤的物理化学性能又能象石油一样具有良好的流动性和稳定性可以泵送又易储运和调整可以雾化燃烧又属低污染洁净燃料而且燃烧效率
2、高有着代油、节能、环保、综合利用等多种效益受到世界各国工业界的高度重视在不久的将来水煤浆将会成为煤炭深加工利用诸多技术中最具有竞争力的一项技术。,煤的成浆性,水煤浆作为均匀悬浮流体除了水煤浆中煤的固有特性发热量、灰熔点、含硫量等还有流体特性浓度、流变性、稳定性等。所谓煤的成浆性即将煤制成水煤浆的难易性包括水煤浆的流变性和稳定性。成浆性好说明该煤易制成水煤浆反之说明该煤难制成水煤浆。,水煤浆特性,水煤浆作为流体燃料煤质一定后其流体特性直接影响到它的贮存、运输及燃烧通常用以下指标描述水煤浆流体特性。 1水煤浆浓度即水煤浆中固体含量通常用重量百分数表示。水煤浆的浓度确定需根据煤质、制浆工艺及燃烧要求
3、综合考虑一般水煤浆浓度在62%70%之间。 2水煤浆流变性 = y+ r n 屈服-幂定律方程 -剪切应力 y-屈服应力 -刚性系数或塑性粘度 r-剪切速率 n-流动指数,水煤浆流变性,y=0 n=1时, =r-牛顿流体 n=1时, =y+r-宾汉塑性体 当y=0, =rn ,n1-胀性体 n1-假塑体 =y+rn -屈假塑体 制备水煤浆时,希望静态时,有较大粘度,以防止沉淀.动态时有较低粘度,便于泵送,雾化燃烧。符合此要求的有宾汉塑体,屈服假塑性体,它们均有剪切变稀效应.目前制备的水煤浆属宾汉塑性体(或屈服假性体)且具有一定的触变性浆体随着存放时间的延长粘度减小。,影响水煤浆特性因素,主要有
4、煤的煤质特性、煤粉的粒度组成、添加剂的类型及数量、水质、制备工艺磨制工艺、设备、搅拌强度、时间等、温度等对水煤浆产品总的要求是在较低粘度和较好稳定性下尽量提高其浓度。,粒度组成对成浆性影响,水煤浆中煤粉粒度组成级配技术是影响水煤浆特性的关键技术之一它要求煤颗粒的粒度分布能达到较高的堆积效率即颗粒相互堆积时大颗粒间的空隙被小颗粒充填小颗粒间的空隙又被更小的颗粒充填可使空隙量小固体容积浓度高这样减少了空隙的耗水量有更多的水参加流动提高了制浆浓度改善了流动性。,煤质对成浆性影响,变质程度 从元素分析C、H、O、N、O/C、N/C、H/C中O/C 比对成浆性影响较大O/C比增大成浆性变差煤中 O/C比
5、反映含氧官能团的多少含氧官能团羰基-C=O 羟基-OH羧基-COOH等随煤的变质程度增加煤中O/C 比极性官能团减少成浆性变好。 煤表面的孔隙特性 煤表面的孔隙特性一般有真密度、视密度、最高 内在水分、孔隙度、比表面积、平均孔径以及孔分布等 表征。,煤质对成浆性影响,最高内在水分它是煤表面的极性和孔隙度的综合体现这些水分分布在煤的内表面当浆的重量浓度相同时就要减少起流动介质的水使粒度升高因此煤的内在水分越高成浆性越差。 煤岩组分 煤中的官能团主要分布在镜质组分中因此镜质组分越高的煤越难成浆另外煤岩组分高孔隙大可磨性指数HGI减小不易成浆。,煤质对成浆性影响,矿物质灰分 煤中的矿物质包括粘土类、
6、硫化物类、碳酸盐类、氧化物 类、硫酸盐类。灰分对成浆性的影响随煤种和添加剂而异O/C比低添加剂复杂时煤的成浆性随灰分升高而变好否则相反。当添加剂简单时因灰分升高成浆性变差。 可磨性 可磨性好的煤实际上可以得到更多的微细颗粒因而提高了堆积效率易制得高浓度得水煤浆。低变质程度强极性褐煤难以制备出高浓度低粘度的水煤浆但由于它的强极性在水中能稳定存在。高变质程度的无烟煤疏水性强虽能制备出高浓度低粘度水煤浆但稳定性较差。,煤成浆性评定张荣增模型,评定煤成浆性难易指标D分类如下表,煤成浆性评定,上述指标只供评价煤成浆性难易的相对比较而用实际制浆浓度还取决于制浆的粒度分布与添加剂配方等因素。 D=7.5+0
7、.5Mad-0.05HGI C=77-1.2D(%) 式中D煤成浆性难易指标 HGI煤炭可磨性指数 C成浆浓度,% Mad分析基水分%。,改善煤成浆性的措施,1配煤成浆 2压力处理 3热力处理 4新型添加剂的研究与应用。,水煤浆制浆工艺,水煤浆根据厂址划分可分为用户型、矿区型和中央型三种。用户型水煤浆厂建在用户附近使用外来煤就地制浆就地使用使用管理方便缺点是用户需新增一套水煤浆制备设施并需培训专门人才矿区型水煤浆厂建在选煤厂或矿区附近原料供给方便可与选煤厂某些设施中央型水煤浆厂建在矿区和用户以外的独立工业场地生产的水煤浆供给若干用户其投资最大。 根据水煤浆厂处理能力的大小又分成几种厂型小型厂1
8、0万t/a中型厂10-50万t/a大型厂50-100万t/a特大型厂100万t/a,水煤浆主要技术参数,制浆工艺即CWM制备工艺水煤浆制备的关键技术有煤种选择、级配技术和添加剂技术。,水煤浆三要素,1原料煤特性 原料煤是制浆的基础,从确定工艺的角度要掌握煤的可磨性、粒度组成、密度、成浆性等。 2级配技术 级配技术为水煤浆产品中颗粒大小的组成情况将原料煤磨成水煤浆产品要求产品的粒度组成有较高的堆积效率堆积孔隙最小大颗粒间孔隙被小颗粒充填以次减少空隙的水量提高制将浓度改善产品流动性。 3添加剂特性 CWM添加剂根据在CWM中所起作用不同分成分散剂、稳 定剂、助剂等。,水煤浆添加剂,分散剂的主要作用
9、是改变煤表面亲水性降低煤水界面张力使煤粒充分润湿和均匀分散在少量水中改善CWM的流动性降低CWM的粘度。 稳定剂的作用是使煤粒在水中保持长期均匀分散防止其中的粗粒在重力或振动力作用下发生沉淀。 不同的煤种适应的添加剂不尽相同在CWM制备中不仅与所用添加剂的类型、数量有关还与添加剂的添加方式和添加点有关。,水煤浆技术,在确定CWM制备工艺时应注意以下三点 选择满足用户要求的煤种作为流体燃料CWM。对制备CWM的原料要求:灰分30%,ST1300,成浆性 要好,易于制成高浓度CWM.(根据D,判断成浆难易)。 添加剂选择要遵循性能价格比最优原则,同时对煤种适应性要强,无毒无环境污染。 在CWM级配
10、上,CWM中煤粉的堆积效率要高。 2、制浆方法的主要环节及功能 CWM制备工艺通常包括选煤(降灰、脱硫)、破碎、磨矿、加入添加剂、捏混、搅拌于剪切以及为剔除最终产品中的超粒与杂物的滤浆等环节。,干法制浆工艺,湿法制浆工艺,湿法制浆工艺从制浆原料上分有末精煤制浆工艺和浮选精煤制浆工艺两种从制浆浓度上分有高浓度湿法制浆、中浓度湿法制浆和高、中浓度磨矿级配制浆工艺。,高浓度湿法制浆,指磨机磨矿浓度较高一般重量浓度大于62%磨机产品的粒度就是最终CWM的粒度流程如图4-2,中浓度制浆工艺,指煤在中浓度下进行磨矿磨矿浓度一般在45%-50%由于中浓度磨矿的堆积效率不高所以很少采用单一磨机中浓度磨矿工艺图
11、4-3为二段中浓度磨矿制浆工艺。,高中浓度磨矿级配制浆工艺之一,中高浓度磨矿级配制浆之二,这种工艺只有在处理难制浆煤种并要求生产高质量水煤浆产品时才有优势,中高浓度磨矿级配制浆之三,结合选煤的制浆工艺,结合选煤厂建制浆厂时应尽可能利用其中的细粒煤炭。最有前途的是利用选煤厂或矿区粒度小于1-0.5mm的浮选精煤或煤泥制浆。,水煤浆添加剂,化学添加剂主要作用在于(1) 改变煤颗粒间的表面性质提高煤炭表面的亲水性降低煤水界面间的张力(2) 促使煤粒表面能更容易被水润湿,使煤颗粒均匀地分散在水中防止颗粒团聚(3)借助于添加剂调节煤浆的酸碱度、消除浆体中的气泡和有害成分等不利因素。 制浆时所用添加剂按其
12、功能不同有分散剂、 稳定剂、及其他一些辅助化学药剂如消泡剂、PH 调整剂、防霉剂、表面改性剂及促进剂等多种。在 这些添加剂中不可缺少的是分散剂与稳定剂。,分散剂的作用机理,分散剂是一种可促进分散相如水煤浆中的煤粒在分散介质如水煤浆中的水中均匀分散的化学药剂。 在水煤浆制备中分散剂的主要作用是降粘。分散剂的作用机理可从三个方面即润湿分散作用、静电斥力分散作用和空间位阻力与熵斥力分散作用得到解释。,润湿分散作用,润湿是指固体表面上的气体被液体取代的过程在讨论水煤浆问题时润湿是指煤炭表面为水所润湿。 水是一种极性物质具有较高的表面张力煤炭是非极性碳氢化合物具有较低的表面能被称为疏水性物质。但也存在容
13、易为水所润湿的亲水部分主体是芳烃并通过烷烃链或原子彼此相连成为大分子结构。这些芳烃与烷烃属疏水性物质杂原子或杂原子团属亲水性物质。杂原子主要是氧、氮和硫等其中含氧官能团有羟基-OH、羰基=C=O、羧基-COOH。羟基和羧基的亲水性最强但羧基随煤化程度加深而减少所以煤炭对水的亲疏程度与煤中芳烃及烷烃与羟基含量比有关。,润湿分散作用,煤中的芳环数随煤化程度的加深而增加所以煤炭表面的润湿性也大体上是随煤化程度的加深而增强各类煤炭表面接触角见表4-3。此外煤炭中的矿物质也属亲水性。,静电斥力分散作用,当颗粒相互接触时如果没有其他力量的阻挡聚结是不可避免的。微小粒子的热运动为颗粒间相互碰撞、接触创造了机
14、会。 颗粒间的吸引力来源于分子间的范德华作用力它是由相互作用粒子内部偶极矩产生的属电磁力。这种电磁力引起的吸力效果通常用吸引位能VA表示。 VA/kT=A(d/s） kT 动能与颗粒直径立方成正比 VA与颗粒直径四次方成正比。,静电斥力分散作用,颗粒间还存在静电的斥（吸）力。固体颗粒在水中由于表面物质电离晶格取代或从溶液中吸附离子而表面带电。煤粒通常带负电。带电粒子总是要从周围溶液中吸引极性与它相反的离子构成“双电层”。紧靠颗粒表面有一层溶液和反离子与颗粒实际上似为连成一体可随颗粒一起运动。滑动面与溶液内部间的电位差称电动电位。 两相同电荷的颗粒之间静电排斥电位VR与kT之比为VR/KT=0.01 2ln（1+e-s/） 对静电排斥力影响最大。,双电层,两个颗粒最终是吸引还是排斥取决于范德华吸力与静电排斥力两者的综合效应VT。在相距较远时吸引力占优势随着颗粒相互靠拢达到彼此的扩散层重合后静电斥力开始起作用且在某处达到最高值。由于吸引位能随距离减小增长比斥力位能快越过能峰后总位能迅速变成负值进入净吸引区。由此可知在有足够的静电斥力作用下如果颗粒所获外加能量不足以克服能峰就不会产生聚结。这就是依靠静电斥力的分散原理。 一般外界因素不会对范德华引力产生影响但颗粒间的静电斥力却受溶液环境影响很大。如溶液中离子浓度特别是高价离子浓度
