第四章水煤浆技术

1、 一、水煤浆概述 水煤浆水煤浆是一种煤基液体燃料，一般是指由 60%70%的煤粉、40%30%的水和少量化学 添加剂组成的混合物。 水煤浆用途十分广泛： 它可以象油一样运输、储存、雾化和稳定着 火燃烧，其热值相当于燃料油的一半，因而 它可以直接替代燃煤、燃油作为工业锅炉和 电站锅炉的直接燃料； 水煤浆还是理想的气化原料，产生的煤气可 以用于煤化工或联合循环发电； 特制精细水煤浆可以作为燃气轮机的燃料。 水煤浆技术的产生与发展水煤浆技术的产生与发展 20世纪70-80年代：石油危机-油煤浆-水煤浆 我国，1983年“水煤浆制备与燃烧技术”六五 攻关项目，中国矿业大学和浙江大学分别承担， 抚顺矿和

2、八一矿建简易制浆厂。 “七五”扩大攻关队伍，积累经验和依据 “八五” 发电锅炉应用，开发大型喷嘴和燃烧器 “九五”水煤浆技术的完善 煤泥浆 近年来：推广应用 广东大型厂 二、水煤浆技术的特点和用途 1、水煤浆技术及产品分类 l水煤浆技术是上世纪70年代世界范围内 的石油危机中产生的一种以煤代油的煤 炭利用新方式。 l技术特点：将煤炭、水、部分添加剂加 入磨机中，经磨碎后成为一种类似石油 一样的可以流动的煤基流体燃料。 二、水煤浆技术的特点和用途 2、水煤浆性质 质量浓度：水煤浆的质量浓度一般为6570%， 它直接影响水煤浆的着火性能和热值，浓度越 大，含水量就越小，越容易点燃且热值高，但 流动

3、性就差； 流变特性：流变特性是用于描述非均质流体的 流动特性，一般采用粘度来表示，它是影响水 煤浆输送的流动性能，储存的稳定性及燃烧效 果的重要因素，要求水煤浆能具有“剪切变稀” 的特性，受到剪切或升温后，其粘度能迅速降 低，以便运输和雾化燃烧； 浆体中煤的粒度：水煤浆中煤的粒度对水煤浆的 流变性、稳定性以及燃烧特性影响很大,浆体中最 大煤粒小于0.3mm，且小于200目（74m）的颗 粒含量不小于75%； 发热量:（Qnet,ar）为18.820.1MJ/kg; 稳定性:浆体的稳定期大于3个月不发生硬沉淀。 水煤浆种类特性用途 中浓度水煤浆50%煤、50%水脱水后供燃煤锅炉 高浓度水煤浆70

4、%煤、29%水、 1%添加剂 代油直接做锅炉燃料 超细超低灰煤浆煤粒10m 灰分10%，浓度50% 代油做内燃机燃料 高、中灰水煤浆灰分20%50% 浓度50%65% 供燃煤锅炉 超纯煤浆煤浆灰分0.1%0.5%供燃油或燃气锅炉 原煤煤浆原煤就地炉前制燃煤锅炉或工业窑炉 脱硫型水煤浆加脱硫剂供燃煤锅炉 三、水煤浆的制备 （1）水煤浆制备的基本原理 水煤浆的制备过程决定了水煤浆的特性，为了 使水煤浆能够满足实际应用要求，在其制备过程中 需要考虑以下四个方面： a、制浆用煤选择 煤化程度随着变质程度加深，成浆性变好； 热值煤炭热值高，有利于提高燃烧效率； 灰分灰分低，则热值高； 硫分减少烟气中SO

5、2的排放； 挥发分挥发分高，易于燃烧； 灰熔点如固态排渣，灰熔点要高；如液态排渣， 灰熔点要低； 水分、可磨性影响成浆特性的主要因素。 b、颗粒级配技术 水煤浆中的煤炭不仅有粒度大小的限制，还要 求有良好的粒度分布，即希望用不同粒径的煤相互 填充，减小煤粒之间的空隙，达到较好的堆积效率。 堆积效率越高，越容易制备出高浓度水煤浆。 （1）水煤浆制备的基本原理 c、制浆工艺流程。制浆工艺是指对煤炭颗粒、水 和添加剂等原料进行细选、破碎、磨矿、搅 拌、混合、过滤、调浆等工艺来制备水煤浆 的过程。通过优化制浆工艺流程，可以实现 水煤浆中颗粒的较高的堆积效率，满足使用 特性要求，同时减少能耗； d、添加

6、剂。要使水煤浆达到高浓度、高稳定性以 及良好的流变性，必须添加化学药剂。一般 分为分散剂和稳定剂两类。 （1）水煤浆制备的基本原理 l水煤浆添加剂，按其功能不同，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、防酶剂、表面改性剂及促进剂等 多种。其中不可缺少的是分散剂与稳定剂。 l添加剂与原煤和水的性质密切相关。合理的添 加剂配方必须根据制浆用煤的性质和用户对水 煤浆产品质量的要求，经过试验后方可确定。 （1）水煤浆制备的基本原理 分散剂的作用机理 提高煤表面的亲水性。分散剂是一种可促进分 散相（水煤浆中的煤粒）在分散介质（水煤浆中的 水）中均匀分散的化学药剂。煤炭主体是非极

7、性的 碳氢化合物，属疏水性物质。煤炭的润湿性可按水 在其表面的接触角大小分成四等。按触角为零者， 称强亲水性煤炭；小于 40者称弱水性煤炭； 4090者，称疏水性煤炭；超过90者称强疏 水性煤炭。各种煤炭的表面均显疏水性。 （1）水煤浆制备的基本原理 分散剂的作用机理 提高煤表面的亲水性。制浆用分散剂都是一些 两亲的表面活性剂，一端是由碳氢化合物构成的非 极性的亲油基，另一端是亲水的极性基，非极性的 疏水端极易与碳氢化合物的煤炭表面结合，吸附在 煤粒表面上，将另一端亲水基朝外引入水中。极性 基的强亲水性使煤粒的表面由疏水转化为亲水，可 形成一层水化膜。有效降低水的表面张力和提高煤 粒表面的表面

8、张力，使润湿接触角降至50度以下。 借水化膜将煤粒隔离开，减少煤粒间的阻力，从而 达到降低黏度的作用。 （1）水煤浆制备的基本原理 分散剂的作用机理 增强煤粒间的静电斥力。著名的DLVO理论认为， 胶体颗粒稳定分散的先决条件是颗粒间的静电斥力 超过颗粒间的范氏引力。离子型分散剂除能改善煤 表面的亲水性外，还能增强其静电斥力，进一步促 使煤粒分散于水介质中。 （1）水煤浆制备的基本原理 分散剂的作用机理 空间隔离位阻效应。水化膜中的水与体系中的 “自由水”不同，它因受到表面电场的吸引而呈定 向排列。当颗粒相互靠近时，水化膜受挤压变形， 引力则力图恢复原来的定向，这样就使水化膜表现 出一定的弹性，

9、使煤粒均匀分散且颗粒表面的分散 剂且有一定的厚度，当两个带吸附层的颗粒相互重 叠时，由于吸附层分散剂分子运动的自由度受到阻 碍，吸附分子的熵减少，因为体系的熵总是自发地 向增加方向发展，所以颗粒有再次分开的倾向，避 免颗粒聚集。 （1）水煤浆制备的基本原理 分散剂的作用机理 空间隔离位阻效应。当分散剂为大分子时，被 吸附分子有长的亲水链，在煤表面形成三维水化膜， 当颗粒相互接近时，产生较强的排斥力，导致煤粒 分散悬浮。该斥力即为空间隔离位阻或立体障碍。 总之，高效水煤浆分散剂的特点是有效地吸附 在煤表面，提高煤的亲水性，并能在煤表面形成双 电层和立体障碍。 （1）水煤浆制备的基本原理 常用分散

10、剂 分散剂按离解与否可分为离子型与非 离子型两大类。离子型又可按电荷的属性分 为阴离子型、阳离子型和两性型三类。两性 型是指当溶液呈碱性时显示阴离子特性，呈 酸性时显示阳离子特性。阴离子、非离子、 阳离子、及两性分散剂的国际价格比为 1:2:3:4。制浆分散剂多选择阴离子型。阴 离子型分散剂主要有萘磺酸盐、木质素磺酸 盐、磺化腐值酸盐等。 水煤浆的稳定性是指煤浆在储存与运输期间 保持性态均匀的特性。水煤浆稳定性的破坏 来源于固体颗粒的沉淀。由于水煤浆为粗粒 悬浮体，属动力不稳定体系，使其稳定的主 要方法是使它成为触变体。即煤浆静置时产 生结构化，具有高的剪切应力，应用时，一 经外力作用，黏度能

11、迅速降低，有良好的流 动性，再静止时又能恢复原来的结构状态， 流变学上称这种流体为触变体或与时间有关 的流体。 水煤浆的稳定剂应具有使煤浆中已分散的煤 粒能与周围其他煤粒及水结合成一种较弱但 又有一定强度的三维空间结构的作用。稳定 剂的加入，能使已分散的固体颗粒相互交联， 形成空间结构，从而有效地阻止颗粒沉淀， 防止固液间的分离。 能起这种作用的稳定剂有无机盐、高分子有 机化合物，如常见的聚丙烯酰胺絮凝剂、羧 甲基纤维素以及一些微细胶体粒子（如有机 膨润土）等。 （2）水煤浆的制备工艺 水煤浆的制备工艺一般分为干法、 干湿法和湿法三大类。由于干法和干 湿法能耗高，制浆效果均不如湿法。 总的来说

12、水煤浆制备包括洗选、破 碎和磨矿、混合和搅拌、过滤加工等 环节。 图4-1 水煤浆典型生产工艺 四、水煤浆燃烧特性 水煤浆作为一种代油燃料，可以代替重油 和原油用于锅炉和各种窑炉燃烧，其主要 优点在于： 燃烧效果好。燃烧效率达96%99%，锅炉 效率在90%左右。 环保效果明显。由于精煤水煤浆本身的硫 分和灰分较低（一般灰分小于10%，硫分 小于0.5%），燃烧后SO2和NOx排放浓度 较低，在制备过程中加入脱硫剂，可达到 较好的脱硫效果。 四、水煤浆燃烧特性 工艺上有许多优越性。在制浆过程中采用 湿式球磨机，磨浆温度低（5060C）， 安全可靠；精煤水分浆灰分低，锅炉受热 面磨损低于燃煤，维

13、修费用低；不需炉前 备煤系统和储煤场，排灰场占地也小。 燃油锅炉改烧水煤浆投资低于改烧粉煤。 水煤浆代油可充分利用原有设备，生产流 程简化，投资省。 图4-2 水煤浆的雾炬形燃烧 五、国内水煤浆技术发展现状 l水煤浆作为一种新型煤基流体燃料，在我国经过20 多年的发展，生产与应用技术基本成熟，已推广到 大部分省、区、市。据调查，目前全国水煤浆年生 产能力1500万吨以上，在20多台电站燃油锅炉、 300多台工业锅炉及数百台工业窖炉上替代燃油、 燃气和燃煤，预计水煤浆在工业锅炉（2-150吨小 时）及工业窖炉（陶瓷业的喷雾干燥塔、油田的盘 管式燃油炉、导热油路等）上的应用将以较快的速 度发展。

14、l2001年始先后投建大同汇海、广东茂名、胜利油田 等3个大型浆厂。目前，全国已建成水煤浆厂大约 30多座，其中50万吨/年以上规模有20余家。 五、国内水煤浆技术发展现状 （1）水煤浆制浆总体技术已趋于成熟 制浆工艺包含了世界各国的技术：比如八一、株 洲浆厂采用了浮选精煤高浓度制浆工艺；胜利油 田、大同汇海浆厂采用水洗精煤高浓度磨矿制浆 工艺；兖州浆厂采用日本水洗精煤中高浓度联合 制浆工艺。其中利用浮精制浆工艺简单、投资少、 成本低等优点。 添加剂技术与国际水平相近：根据我国煤质特点 所开发的腐植酸类、木质素和焦油系列添加剂， 可以替代进口产品。 五、国内水煤浆技术发展现状 （2）水煤浆应用

15、技术已经成熟 拥有多种专用锅炉的生产技术：已拥有小 于35t/h工业锅炉、230t/h电站锅炉和窑炉 等的改烧水煤浆技术。 德士古加压气化锅炉以水煤浆为原料，生 产合成氨，已在鲁南化肥厂和陕西渭河化 肥厂等企业运行应用，水煤浆的气化装置 已通过国家技术鉴定。 燃烧技术较为成熟 五、国内水煤浆技术发展现状 （3）神华集团水煤浆生产状况 一直以来，神华煤被认为是很难制浆煤种，用常 规制浆工艺只能制取浓度为60%左右的水煤浆。 国家水煤浆工程技术研究中心受神华能源股份有 限公司委托，经过二年的技术攻关，终于取得了 突破性成果，开发了用神华煤制取高质量水煤浆 产品（浓度65，粘度（25，100S-1）

16、 1000mPa.s）及先进的工艺技术，该项技术被 鉴定为国内领先水平和国际先进水平，并申请了 发明专利。 五、国内水煤浆技术发展现状 （3）神华集团水煤浆生产状况 该工艺的主要创新点在于引入“多破少 磨”、“分级研磨”和“优化粒度级配” 的技术思想，明显和有效地提高了制浆工 艺对煤种的适应性，并已实现神华煤制取 高浓度水煤浆。并大幅地降低了工艺系统 电耗，从而提高神华水煤浆在市场中的竞 争力。 五、国内水煤浆技术发展现状 （3）神华集团水煤浆生产状况 目前该项技术已经成功的应用于汕头桂宇 水煤浆厂的生产线改造，生产能力由原来 的20万吨/年提升至25万吨/年以上，水煤 浆 质 量 为 ： 浓

17、 度 6 4 1 ， 粘 度 1200200mPas，热值4200kcal/kg。 生产的水煤浆产品在万丰电厂锅炉上进行 了试烧，情况良好。 五、国内水煤浆技术发展现状 （3）神华集团水煤浆生产状况 东莞电力燃料公司水煤浆厂是首家按该项新 工艺技术设计的。总设计规划为500万吨/年， 一期设计能力100万吨/年，由2条25万吨/年 和1条50万吨/年水煤浆生产线构成。2008年 下半年已经投产。 六、水煤浆的经济、社会效益 （1）发展水煤浆代油不仅仅是市场的需要， 还是国民经济发展和经济安全的需要。石油 是一种关乎国家经济安全的战略物资。目前， 国际石油价格日趋升高，我国每年约一半的 石油要进

18、口，耗资200多亿美元，到2020年左 右，石油缺口将超过消费总量的50，能源 安全问题日趋突出。而我国煤资源每年出口 也在几千万吨，卖出的是原煤，价低利小。 如果把煤加工成水煤浆出口赚外汇，利润将 成倍增长。 六、经济、社会效益显著。 据有关资料显示，水煤浆的热值相当于柴 油的一半，每吨水煤浆的市场价格为1000 1200元，其价格仅为柴油的13，大大低于 液化气、天然气、煤气和重油，运行成本仅 占燃油的14，十分符合我国石油紧缺、煤 炭资源丰富的国情，具有良好的经济效益。 六、经济、社会效益显著。 （2）据有关资料显示，我国现有10吨以 下锅炉65万多台，其中因运行费用过高或不 符合环保要求而将停用或更换的锅炉达50 以上。若在现有锅炉本体不变的情况下，改 燃水煤浆，可为国家节约数百亿元的固定资 产投资。 六、经济、社会效益显著。 （3）水煤浆储运方便，可以利用现有的 油罐车、储油罐进行长距离、大数量的运输， 还可以修建输浆管道。而且，建设一座年产 100万吨水煤浆的生产厂约需投资1亿元左右， 其附加值比原煤高出一倍。 六、经济、社会效益显著。 （4）水煤浆添加脱硫剂后，大气中的二氧化 硫大大减少。水煤浆燃烧效率达99，达到 了燃油的同等水平，而污染程度比燃油还低，