影响煤成浆性的影响因素

影响煤成浆性的影响因素分析

摘要：水煤浆是20世纪70年代兴起的煤基液态燃料，具有燃烧效率高、负荷易调控、节能和环境效益好等显著优点。本文通过对水煤浆的成浆性评定的讨论，得出水煤浆成浆性能的影响因素。又介绍了几种提高成浆性的途径。

关键词：水煤浆；成浆性；

Abstract:Thewater-coal-slurryiscoalbasefueloilemergedinthe1970s，whichhassomeremarkablemerits,ofhighcombustionefficiency,loadeasytoregulate,energyconservationandthegoodenvironmentbenefitandsoon.Thisarticleobtainsthefactorsofinfluencingthewater-coal-slurryformingpropertiesthroughthediscussionontheslurryabilityevaluationonwater-coal-slurryofinallyintroducesitsimprovedway.Keywords:coal-waterslurry；slurryability

0引言

水煤浆是用一定级配细度的煤粉与水混合而成的，具有一定稳定性和流动性，可长距离泵送的浆状煤炭产品。燃用水煤浆与直接烧煤相比，具有燃烧效率高、负荷易调控、节能和环境效益好等显著优点。水煤浆经长距离管道输送到终端后可直接燃用，储运过程全封闭，既减少损失又不污染环境，是解决我国煤炭运力不足的重要运输方式之一。本文通过对水煤浆的成浆性评定的讨论，得出水煤浆成浆性能的影响因素。最后介绍了成浆性的提高途径。

1成浆性的评定

煤的成浆性是指将煤制备成水煤浆的难易程度。煤的成浆性一般可以用所制煤浆在常温下，剪切速度为100/s表观粘度达l000Pa.s时的煤浆浓度来衡量，成浆性好，说明该煤种易制成水煤浆，反之，说明煤种难制成水煤浆。近几十年来，经过我国对煤种成浆性规律的探索研究，在大量煤质和成浆性试验基础上，采用回归分析方法，就影响成浆性的煤炭诸因素，像分析基水分Mad，十基灰分Ad，可燃基挥发分Vdaf，哈氏可磨性指数HGI，分析基C、H、0、N、等进行筛选（已有软件），逐步剔除其中不显著的因素，建立了制浆浓度C（%）与煤的Mad、HGI、O（有含氧量数据时）最优回归方程。综合提出了评定煤成浆性难易分类等级。评

定烟煤成浆性难度指标D的计算回归式为:

无氧模型为：D=7.5+O.5Mad-0.05HGI

有氧模型为：D=7.5-0.015HGI+0.223Mad+0.0257XQ2

D值愈大，表明成浆性愈差。在适量添加剂与合适级配条件下，可制浆浓度C（%）与。间有下列经验关系

C=77-1.2D,式中C（%）是指水煤浆表现粘度为1000mPa.s（剪切速度为100/s）时的重量百分浓度。根据上述关系，烟煤成浆性难易可按成浆性难易指标D分为四个等级。见表l。

表1煤炭成蔬性分类

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必须指出，上述关系是建立在煤粒紧密堆积以及添加剂效能较好基础上的，而实际制浆要受很多因素控制，所得结果肯定和上述关系存在偏差。但上述关系在比较不同煤种成浆性的差异，选择制浆用煤，确定制浆方案和预测可制浆浓度等方面具有一定的指导作用。

2影响成浆性的煤质因素

2.1煤化程度

煤化程度与煤浆定粘浓度之问有着规律性的变化，朱书全等研究了具有代表性的17个煤样（从褐煤至无烟煤）的成浆性，结果表明，定粘浓度与煤中的氧含量之间有如下关系

CFV=76.36-1.063（Qd0f），（1）

式中：CFV为煤浆定粘浓度，％；3（Qd0f）为氧的质量分数。

即定粘浓度随煤化程度加深而降低。其实，煤性质的差异不仅是氧含量与煤化程度有关，而且其它的煤质因素诸如内在水分、可磨性指数等均与煤化程度相关。

2.2煤的亲水性、孔隙度及最高内在水分

根据煤大分子结构的表征，以含氧官能团为主体的亲水性基团是镶嵌式结构分布在煤的芳核骨架上的，这些活性基团在介质中的水化和离解使煤具有亲水性，而煤表面烷基侧链等又使其具有疏水性。根据研究，含氧官能团越多、亲水性越强的煤，制得的水煤浆普遍都有较高的表观粘度和较低的流动性，或者较低的煤浆浓度。

根据前人的研究结果⑴，表明煤孔结构特征要比任何其它性质更直接影响煤的化学和物理行为，孔隙度高的煤，其相应的水煤浆通常具有较高的表观粘度和较差的流动性，而且煤孔隙度对煤浆性质的影响还表现在不同的孔分布特征有不同程度的影响，中孔的影响远比微孔显著。有些研究者发现，尽管煤孔隙度是通过影响煤的吸水量来影响煤性质的，但煤孔体积本身不仅与煤吸水量无直接相关系，而且与煤浆性质亦不直接相关，这表明煤孔隙度对煤浆性质的影响并非独立地发挥作用，也就是说煤浆性质的评价应将煤孔隙度与表面亲水性紧密结合起来，孙成功⑵采用“有效孔体积”来表征煤浆浓度的关系，结果发现，最高煤浆浓度分别与大孔、中孔的“有效孔体积”呈线性相关，而与微孔的“有效孔体积”呈近似抛物线规律变化。

煤表面亲水性（润湿性）的强弱可以由其吸水量的大小来得以体现，碳含量为90%（质量分数，下同）左右的煤种恰恰具有最高的相对疏水性或最低的相对亲水性。煤表面亲水性对煤成浆性的不利影响主要表现在影响该分散体系自由水和非自由水或“死水”的相对含量。非自由水与煤表面亲水状态密切相关，并通过多层表面吸附和毛细管凝聚效应被牢固束缚在煤表面及丰富的煤孔结构中而丧失流动性。与此相反，自由水则可以自由流动于煤粒间隙中充作润滑介质。RyuichiKaji[3]研究了褐煤全无烟煤12个煤种的煤的吸水量与它们的含氧量、孔结构的关系，而含氧量体现着煤中含氧官能团的多少，决定着煤表面亲水质点的多少及亲水性的强弱，结果表明吸附水量与单独的孔体积没有较好的相关性，但与亲水质点的数量之问有相当好的线性关系，而亲水质点数量又正比于含氧量与表面积的乘积。

2.3可磨性

目前国际上广泛采用哈特葛罗夫可磨性指数（HGI）来表征煤的可磨性，煤的可磨性指数随煤化程度的加深呈抛物线变化，并在碳含量为90%处出现最大值，煤浆浓度与哈氏可磨性指数呈正相关。HGI越高，煤在磨碎过程中产生的细粒级或胶态颗粒越多，煤粒度分布宽，堆积效率高，因而煤浆浓度高。

2.4煤岩组分

煤岩组分与煤化程度都是煤化学内容的重要组成部分，但研究煤岩组分对煤炭成浆性的影响却还很少，而且结论还有争议，这主要是还不能得出像煤化程度与成浆性之间具有规律性的相关关系。吴家珊等⑷认为，由于丝质组富含多孔结构而对制浆不利.而从表面性质看，镜质组和半镜质组富含更多的含氧官能团而对制浆不利⑸。此外，丝质组和镜质组之间的性质差异还表现在可磨性指数上.一般说来，镜质组的HGI指数较小，显微脆度较小，不容易粉碎，所以常常富集于粗粒级物料中，而丝质组恰恰相反。综合以上分析，在考察煤岩组分对煤成浆性能的影响时，不能孤立地分析各种组分的固有特性诸如孔结构、孔隙度、含氧官能团（表面亲水性）及可磨性指数，而必须将它们紧密而有机地结合起来，综合评判煤岩组分对成浆性的影响。

2.5煤的表面性质

煤表面为非均相结构，其中无机物与有机物非常复杂的结合在一起，共同影响着煤的润湿性。煤表面的有机质内具有不同极性官能团的小的成簇状的芳香单元组成，它们难以被水润湿而易被油润湿。接触角是煤表面各表面位上性质的宏观平均值，煤的临界界面张力增加，容易被一些低极性的有机液体润湿［拓，而煤表面的含氧官能团一般存在于煤表面上，它们易形成氢键而亲水。

3难制浆煤种成浆性的提高途径

针对低阶煤高内在水分、孔隙率发达、比表面积大、富含极性官能团、可磨性差、可溶性矿物质含量高的特点，可以从配煤、改善级配、利用压力、热力和物理化学表面处理以及复用用药等方法，来提高其制浆性能⑻。

3.1配煤制浆

煤种成浆性能与煤质特征密切相关，实验室煤种成浆性能评价实验及工业化应用实践结果表明，变质程度较浅的煤种属较难成浆煤种，较难制备高浓度水煤浆，而变质程度较深的煤种属易成浆煤种，可制备出较高浓度的水煤浆，因此对于难成浆煤种，改善其成浆性能的途径，除了从原料煤种粒度级配、制浆工艺及添加剂技术等方面加以解决外，还可通过配入一定比例的易成浆煤种，达到改善其成浆性能的目的。目前国内运行的几套水煤浆加压气化制合成气装置,受原料煤质的限制，为了提高生产能力，降低气化过程中的能耗、氧耗和煤耗,大都采用配煤技术，来改善原料煤种的成浆性能，提高制浆浓度，实现水煤浆加压气化装置的长周期安全稳定、经济运行⑼。因此，配煤技术的实施既可扩大原料煤种的使用范围，实现原料多样化，又能达到改善水煤浆成浆性能和提高制浆浓度的目的。

单一煤种成浆性能实验结果见表4.

表4单--爆神般浆性能实翳结果

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结果表明，1#煤和2#煤样制浆浓度较低，3#煤和4#煤成浆性能较好。

鉴于1#煤、2#煤、3#煤和4#煤成浆性能之间的差异性，4种原料煤间配煤后的成浆性能实验结果见第32页表5,配煤对成浆性能的影响分别见第32页图2和图3。

由表5、图2和图3可知，1#煤样分别与3#和4#煤样混配后，实验室能制备出浓度为59%〜60%的煤浆，在煤浆表观黏度为1000mPa.s时，通过配煤将1#煤制浆浓度提高了约3%〜4%；2#煤样分别与3#和4#煤样混配后，实验室能制备出浓度为59.5%〜60.5%的煤浆，在煤浆表观黏度为1000mPa.s时，通过配煤将2#煤制浆浓度提高了约3.2%〜4.5%.

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图2『配煤对成浆性能的影响

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图3尸配煤对成浆性能的影响

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根据煤质特性及其成浆性能的不同，通过合理的配煤技术，可有效改善难成浆煤种的成浆性能，提高制浆浓度，这为难成浆煤种的合理高效利用提供了一条途径；同时配煤技术对于气化装置而言也具有重要的实际意义，通过配煤不仅降低了原料煤灰熔点，而且使成浆性能也得到改善，从而拓宽了装置原料煤适用范围，可有效扩大生产能力，降低气化过程中的能耗、氧耗和煤耗，提高经济效益.

3.2分散剂

根据不同的浓黏关系（图1）可得到不同分散剂与煤成浆的定黏浓度（1000mPa.s）浓度（表3）：10J结果表明：

（1） 不同分散剂对同种煤或同种分散剂对不同种煤成浆，CWS表观黏度随煤浓度增加的速率都存在着程度不同的差别，而且在煤浓度相对较低时，浆体表观黏度增加缓慢，在煤浓度相对较高时，浆体表观黏度增加较快。

（2） 不同分散剂对不同煤成浆的定黏浓度是不同的。仅从分散性能看，定黏浓度越高，说明分散剂与煤的匹配性越好。成浆性很差的煤，可以通过适宜的分散剂明显提高其成浆性，却很难通过分散剂的作用使其达到很易成浆煤的成浆性水平。但是成浆性能差别不是很大的煤，其成浆性水平的高低，与所用分散剂和它相匹配的程度直接相关。成浆性差一些但与分散剂很匹配的煤，和成浆性好一些但分散剂不是很匹配的煤相比，往往前者表现出的成浆性更好。以上这些既反映出煤质因素对其成浆性能的主控地位，又说明分散剂对煤的成浆性能产生重要的影响。

（3） 在一定范围内，随着变质程度的增加，煤的成浆性增加，这只是一般的总体规律，而具体描述研究用煤成浆性随变质程度的变化规律时，应指明所用的添加剂。很多情况下，随变质程度的增加，煤的成浆性因添加剂的不同而互相发生交错。这进一步说明，一种添加剂性能再优良也难以与所有煤种都达到最佳匹配。

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4结语

（1） 通过对水煤浆技术及对成浆性评定的讨论，得出水煤浆成浆性能的影响因素。

（2） 不同变质程度的煤混配，可相应改善煤种的成浆性能，提高制浆浓度,而煤样的反应活性并不会受大的影响，将会改善水煤浆加压气化工艺指标。

（3） 成浆性很差的煤种可以通过适宜的分散剂明显提高其成浆性，但很难通过分散剂的作用，使其达到易成浆煤种的成浆性水平。成浆性能差别不是很大的煤种，其成浆性水平的高低与所用分散剂和它相匹配的程度直接相关。

参考文献

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