水煤浆技术讲座

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1、高浓度水煤浆制备技术 徐志强 教授 中国矿业大学 北京 国家水煤浆中心制浆技术研究所 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 水煤浆是由约70 的干煤 30 水及少量化学添加剂制成 的浆体燃料 应具备下列性质 1 含煤浓度要高 通常为62 70 2 煤粒应达到一定的细度 一般要求 粒度上限为300微米 其中 75 3 有良好的稳定性 储运中不产生不可恢 复的硬沉淀 一般要求存放期超过一个月 4 流动性要好 并应具有良好的流变特性 一 水煤浆的性质与用途 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 剪切变稀的流变图 剪切变稠的流变图 左图是我们所希望的一种剪切变稀的非

2、牛顿流体 流动时 粘度低 有利于泵送和雾化 静止时粘度高 可防止颗粒沉淀 而不应该做成如右图那种剪切变稠的流体 通常要求在剪切速率为100 S 1时 表观黏度 28 灰 分 硫份 灰熔点 与热值应符合用户的需求 按照 D 值可将煤炭成浆性难易分成四档 l 国外只研究了部分煤质因素各自对制浆的影响 无法综 合 评定成浆性 更不能预测可制浆浓度 三 水煤浆制备技术 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 3 粒度级配 三 水煤浆制备技术 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 3 粒度级配 只有大颗粒充填了细颗粒再充填了更细颗粒 l 粒度分布中各粒级的搭配称 级配

3、只有级配 合理 大 小颗粒能相互充填 减少空隙率 提高固体容积浓度 即堆积率 才能少用水 制出流动性好的高浓度水煤浆 l 如何分析和掌握级配的优劣 是制备高浓度水煤浆的一项 关键技术 三 水煤浆制备技术 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 l国外只研究了少数几种等径颗粒相互堆积的规律 水煤浆是 连续粒度分布 所以难以分析它的充填规律 国外是通过实验 总结某些典型粒度分布的最优模型参数值来指导实验 l 我们认为 按模型参数来判断级配的优劣 有很 大的局限 性 因为实际物料不可能完全符合某种典型分布 l 我们建立了隔层堆积理论和计算机模拟算法 可计算任 一粒 群的堆积率 并预测

4、可制浆浓度 也就是先对连续分布作离散 处理 按粒径与孔径比分成若干窄级别 再进行随机隔层堆积 计算 三 水煤浆制备技术 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 l 将这项技术与成浆性评价方法结合起来 成为我们独有的评价 诊断与改进制浆工艺的有效手段 l 如果制浆浓度达不到成浆性预测值 首先应分析粒度分布 若堆 积率低于70 应改进磨矿 否则应改进添加剂配方 l 该项技术用于指导试验研究与工业生产 取得显著成效 l 在瑞典与Fluidcarbon公司合作中 用他们的工艺和中国添加剂 制浆浓度只有62 达不到要求的66 瑞方认为中国添加剂不 行 我方诊断出是产品的堆积率不高 只有6

5、3 指出是瑞典的 磨矿工艺问题 通过优化磨矿工艺 使堆积率提高到71 用中 国的添加剂做出了浓度67 的水煤浆 三 水煤浆制备技术 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 为此 他们称这是中国高磨矿技术 请我们帮助改进浆厂设计 三 水煤浆制备技术 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 4 化学添加剂 l煤浆流动时 要求黏度低 静止时 又要能转变成高黏度 阻止颗粒沉淀 为此 添加少量 1 左右 化学添加剂 是必要的 l 我们按照对添加剂作用机理的新认识 开发出三种系列的分 散剂和有机与无机两种系列的稳定剂 结合级配技术优势 使吨浆添加剂费用降为国外的1 3 1

6、5 日本吨浆添加剂费 用14美元 其他国家更高 我们只需要 3 5美元 l 美国专利是按胶体稳定性DLVO理论 认为添加剂的作用是 提高煤粒 电位 达到分散和降粘 并认为 只要分散就可 提高稳定性 三 水煤浆制备技术 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 DLVO理论对胶体无疑是正确的 但对水煤浆这种高浓度粗分 散体系 我们认为并不适用 l 我们的研究结果表明 阴离子添加剂确实提高了 电位 非离子 添加剂对 电位并没有影响 却有很好的降 粘效果 所以 提高 电位不是使水煤浆分散的必 要条件 单纯改变溶液的pH可以提高 电位 却没有降粘效果 三 水煤浆制备技术 中国矿业大学 北

7、京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 在高浓度条件下 反而需要使颗粒絮凝 形成空间结构 才能有效阻止沉淀 即使沉淀 也是一种可恢复的松软 沉淀 l 实践表明 仅靠分散不足以防止沉淀 水煤浆最大粒度达300 m 是动力上非常不稳定的粗分 散系 不管分散已否 总要发生沉淀 l 为降粘 要使颗粒分散 为提高稳定性 又要使颗粒絮凝 这 是两种对立的作用 为了使它们能够共存 我们提出了 浆粒 的 概念 三 水煤浆制备技术 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 先使煤粒表面吸附表面活性剂 并形成水化膜 构成浆粒 靠空间位阻实现分散与降粘 再用稳定剂使浆粒絮凝形成空间结构体 以阻止颗粒沉

8、淀 储存时 靠结构体保持稳定 流 动时 结构体被破坏 又恢复降粘 效果 既满足了流动性的要求 又具 有良好的稳定性 三 水煤浆制备技术 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 l 制浆工业生产中 最重要的是磨矿技术 选矿中的磨矿 通常只要求达到一定的细度 而制浆中的磨矿 除细度要求外 更重要的是要获得高堆积率产品 l 瑞典 意大利 俄罗斯和日本为此需要用2 4台磨机分别磨矿 配合制浆 l 我们通过对磨矿过程的研究 掌握了产生优良级配的磨矿技术 包括磨机结构与运行工况的优化设计 合理配球 所研制的专 用磨机 一次磨矿就能得到较高的堆积效率 从而提高了水煤浆 质量 并可简化工艺和减

9、少添加剂费用 5 磨矿技术 三 水煤浆制备技术 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 l 在此基础上 研制出单系统制浆能力从3 50万吨 年 的制浆专用系列磨机 球 磨 机 振动磨机 搅拌磨机 三 水煤浆制备技术 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 磨矿预测与实际技术指标对比磨矿预测与实际技术指标对比 l 从而简化了制浆工艺 并节省能耗 功耗仅相当引进日本 设备的 62 l 实践表明 所研制磨机的处理能力 产品质量 与设计中的预测值 非常接近 一次磨矿就得到堆积率超过70 的产品 三 水煤浆制备技术 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所

10、特别是 产品的粒度分布与设定的十分一致 下图是大 同制浆厂设计与实际产品的粒度分布间关系 图中 曲线 为设计 点 为实际产品 三 水煤浆制备技术 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 已有7台50MW电站锅炉 24台中小油炉以及陶瓷 烧结等烧油窑炉 改烧水煤浆 改造中的还有100MW与200MW电站锅炉 汕头电厂50MW改烧水煤浆锅炉 胜利油田改烧水煤浆的10吨油炉 四 水煤浆代油的效益 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 l 取得显著的节油与经济效益 约2 2吨水煤浆可替代1吨油 节省燃料费1 3 燕山石化燃用 46 8万吨水煤浆 节省燃料费1 27亿元

11、 汕头万丰电厂燃用水煤浆 29万吨 节省燃料费8700万元 以水煤浆代油的经济效益与油价关系密切 按目前浆价及汇 率 折算与燃油费用持平的到厂油价 如下表 四 水煤浆代油的效益 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 2 水煤浆燃烧时 火焰中心温度比 烧油约低100 0C 150 0C 炉内含水蒸 气 可显著减少NOx排放 在20t h锅炉上 对NOx排放实测数 据为 烧油为282 ppm 烧水煤浆为 102 ppm l 代油也取得较好的环境效益 燃油与燃浆火焰温度的对比 1 燃用水煤浆SO2排放量相当低硫油 燕山石化为209mg m3 白杨河电厂为627 4mg m3 汕头万

12、丰电厂1台50MW油炉改烧水煤浆 后 每年减排SO2约3000吨 四 水煤浆代油的效益 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 已有100多台中 小燃煤锅炉改烧水煤浆 取得较好的节煤与环境效 益 水煤浆的洁净煤特性表现在下述三方面 水煤浆的制备 储运全封闭 避免了煤 炭在装 储 运中损失带给环境的污染 燃用水煤浆热效率高 中小锅炉热效率 可达83 以上 燃煤的锅炉效率平均为50 60 实践表明 用于中小锅炉代 煤可节煤1 3 因而也减少了对环境的污 染 燃用水煤浆明显地减少了燃煤NOx的排 放 因为水煤浆的燃烧温度比煤粉低约 100 可减少NOx生成 煤粉与水煤浆炉温比较 四

13、水煤浆代油的效益 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 部分锅炉燃用水煤浆环境监测数据 l 我国中 小燃煤锅炉有49万多台 为控制燃煤污染 改 烧水煤浆 是现实可行的途径 改烧油或天然气当然污染会更少 但不可能都 具备这种资源与经济条件 五 水煤浆代煤的效益 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 l 中 小燃煤锅炉改烧水煤浆也有经济效益 由表中可以看出 烧水煤浆可节煤40 燃料费与电耗比烧煤高 维修与人员费用比烧煤低 两者相抵后 烧水煤浆的总费用仍然 低于烧煤 五 水煤浆代煤的效益 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 六 水煤浆技术的新进

14、展 单线一磨机50万吨 年水煤浆技术装备研究开发的目的在于 降低制浆生产的能耗 由单线25万吨 年扩大到50万吨 年 制 浆生产的综合能耗可以降低10 20 节省建厂投资 单线制浆生产能力提高一倍 可以减少制浆工 艺设备台数和厂房面积约50 从而减少制浆厂的建设投资约 35 左右 降低制浆生产成本 由于降低了制浆能耗 减少了生产岗位定 员和折旧费 制浆生产成本约可降低10 以上 国家发改委2004年 节能和新能源关键技术装备开发专项 发改办高技2004 753将 单线50万吨水煤浆技术装备的开发 列 入研制开发计划 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 2 低阶煤制浆及燃烧技

15、术的研究与开发 现在已建成的水煤浆厂大多利用成浆性较好的气煤 1 3焦 煤等制浆 一方面在一定程度上与冶金用煤 争口粮 造成煤炭 资源的不合理利用 同时也加大了制浆生产成本 我国的低阶动力用煤 不包括褐煤 约占我国煤炭总储量 的42 4 而且煤质优良 价格相对低廉 约为一般炼焦煤种价 格的1 2至1 3 但由于其成浆性差 如神木煤 而没能被充分 利用 开发低阶煤制浆技术不仅可以优化我国煤炭资源的合理利 用 扩大水煤浆制浆原料煤的来源 同时还可有效的降低水煤浆 的生产成本 六 水煤浆技术的新进展 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 低阶烟煤的主要特点是 内在水分高 煤的内孔隙

16、发达 及比表面积大 富含极性官能团及含氧量高 丝质组含 量多导致煤的可磨性差等等 这些特性使低阶煤的成浆性属于较难 如大同煤 或 极难成浆性 如多数神木煤 等级 同时低阶煤 如多数神木煤 一般灰熔点较低 给燃 烧带来一系列问题 低阶煤水煤浆的燃烧技术也是一个 重要研究方向 六 水煤浆技术的新进展 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 低阶煤制浆也列入2004年国家发改委 节能和新能源关键技术装 备开发专项 的研制开发计划 六 水煤浆技术的新进展 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 3 大型水煤浆专用锅炉与高效燃 烧器的研制与开发 随着水煤浆应用规模的扩大 水煤浆专用锅炉也向更大吨位 发展 广东南海龙光集团发电一厂原 有两台670蒸吨的燃油锅炉 目 前正将一台改为水煤浆锅炉 这 是目前国内最大的水煤浆锅炉 大型水煤浆专用锅炉与高效燃 烧器的研制与开发是水煤浆一个 重要研究方向 六 水煤浆技术的新进展 中国矿业大学 北京校区 国家水煤浆中心 制浆技术研究所 4 中小燃煤 燃油锅炉改烧水煤浆 水煤浆代煤燃烧 具有显著的节能效益 中小燃煤锅炉 改烧水煤浆可