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1、 水煤浆的制备与应用 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 煤炭的气化与液化虽然已有成熟的技术 但是投资大 成本高 难以普遍推广 因而人们把注意力转向物理加工的煤浆燃料技术 水煤浆是一种低成本 见效快技术相对简单的经物理方法加
2、工的煤基流体燃料 1 2我国发展水煤浆的意义我国能源结构 富煤贫油 我国已探明的煤炭储量有1000亿吨 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
3、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 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 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
4、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 2水煤浆的制备 2 1水煤浆的质量要求2 2水煤浆的技术要求2 3水煤浆制浆工艺2 3 1制浆的主要环节及功能2 3 2制浆工艺流程 2 1水煤浆的质量要求 水煤浆是大约70 的煤炭 30 左右的水及少量添加剂调制而成的浆体 由于它是一种燃料 所以必须具备某些便于燃烧 使用的性质 主要有 1 为利于燃烧 水煤浆的含煤浓度要高 通常要求在62 70 2
5、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300 m的含量不少于75 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
6、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 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 051HGI 0 223Mad 0 0257式2为与不需要含氧量数据的模型 2 D 7 5 0 05HGI 0 5Mad式中 HGI 哈氏可磨性指数 Mad 煤炭分析基水分 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
7、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 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
8、 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
9、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 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
10、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 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 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 左右 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 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 左右 高灰水煤浆 制浆原料本身就是经过
11、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 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 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
12、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 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
13、艺中浓度磨矿制浆工艺高 中浓度磨矿级配制浆工艺 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 该工艺的缺点 a 对变化的煤种适应性差 b 对磨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影响磨矿的功效 再者为了达到好的级配 中浓度磨矿制浆工艺 前一种单段球磨制浆 难以获得好
14、的级配 一般是一段粗磨 再分出一部分粗磨的物料细磨 目的是获得好的级配 但是 因为采用50 左右的中浓度磨煤 细磨后的细粒物料再与粗磨的物料混合后还需要过滤 滤饼再加分散剂涅混 呈流体状后给入搅拌 瑞典设计的北京浆厂 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 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
