第6期煤質技術2010年11月高內水煤種的水煤漿制漿技術概述李玲莉(西北化工研究院,陜西西安710600)摘要:從配煤、煤的預處理、煤漿制備、粒度制備、粒度級配及水煤漿添加劑等方面,概述了高內水煤種的水煤漿制備關鍵技術,并根據工業(yè)實施的難易程度及成本提出了相應的制漿工藝順序關鍵詞:水煤漿;制漿技術;粒度級配中圖分類號:TQ534.4文獻標識碼:A文章編號:1007-7677(2010)06-0044-04The summary of pulping technology of coal-water slurry with high internal moistureLI Ling-liChemical Engineering Research Institute of Northwest, Xi'an 710600, China)Abstract: The author summarized key technologies of coal-water slurry with high internal water coal, from the aspects of coalblending, coal pretreatment, coal- water slurry preparation, particle preparation, particle gradation and additives of coal-waterslurry etc. The pulping technology was put forward according to difficult degree of industrial performance and costsKey words: coal-water slurry: pulping technology; particle gradation隨著現代煤轉化技術的發(fā)展,水煤漿制備及應表1已分類各煤種儲量比例和特性用技術在我國的應用越來越廣泛,高內水煤種的制煤種比例/%燃燒性成漿性漿技術也逐步為人們所關注。在我國煤炭品種中,無煙煤難成漿的煤種占到總儲量的70%,尤以不黏煤和貧煤長焰煤為主,且主要集中在華北和西北地區(qū),其中瘦煤以神府-東勝煤田儲量最為集中,達3000億t以焦煤上。故難成漿的煤種的制漿技術是我國水煤漿技肥煤5.71好術開發(fā)所必須解決的關鍵之一。煤隨著國內新建煤化工項目的發(fā)展需求,研究者弱黏煤3.37良好對難成漿煤種的制漿技術做了一些實驗、研究工不黏煤29.98不好作,但尚未形成成熟的制漿技術,特別是在設備、長焰媒工藝的選配方面,仍需要做大量的工業(yè)試驗研究。7.73很不好該文對難成漿高內水煤種(不黏煤、長焰煤)的制漿技術進行了分析和討論,以圖能為工業(yè)應用不黏煤是一種在成煤初期已經受到相當程度氧及進一步的研究工作提供參考?；饔玫牡妥冑|到中等變質程度的非煉焦用煙煤。煤質特點煤的水分大,M1在14%~18%;含氧量高,多在10%~15%;發(fā)熱量僅高于一般褐煤。有些品種還在我國煤炭資源中,難成漿煤種的儲量遠大于含有一定量的再生腐植酸,但具有低灰、低硫、低易成漿煤種的儲量(見表1)。磷、低氯、高揮發(fā)分、易燃、收到基低位發(fā)熱量高相對于易成漿煤種,難成漿煤種的原料價格也的優(yōu)點,可做為配煤制漿的煤種有很大優(yōu)勢,一些新建或在建的煤化工項目,很多長焰煤是變質程度最低的髙揮發(fā)分煙煤,其煤是采用難成漿的高內水煤種(不黏煤、長焰煤)作化程度僅髙于褐煤而低于其他各類煙煤,煤的燃點為制漿原料。低,發(fā)熱量也不高,有的含有一定量腐植酸,其成第6期煤質技術2010年11月漿性能較差。典型高內水煤種的煤質分析數據見表22。表2典型高內水煤種的煤質分析數據工業(yè)分析元素分析煤種HGIM/%And/%Vod/% FCm/%M·kg1鳥沙山29.0750.7466.100.448.9627.79上灣28.0254.13.14祁連塔6.239.110.3914.9786625.892改善高內水煤成漿性能的途徑磨機的優(yōu)點在于:設備可靠性高、生產能力大、操作簡便,是制漿的主力設備。但其缺點也很明顯煤質特點是影響成漿性能的主要內因,由于難由于產品粒度分布差,影響堆積效率,進而影響成成漿煤種所具有的高內水、高氧含量、低可磨指數漿性能?？紤]到難成漿煤種的特點及粒度級配的需的特點,決定了其成漿特性較差。改善高內水煤的要,宜采用攪拌磨濕法進行細磨,細磨比例達到成漿性能,在制漿工藝過程中優(yōu)化,是首選的技術10%~20%,細磨的漿料可返回棒磨機進而降低磨方案,其成本也最為低廉料黏度提高磨機效率,也可直接混入產品煤漿,針對難成漿煤種的煤質特點,考慮現有的工業(yè)實現粗度級配優(yōu)化,提高成漿性能。技術及生產成本,對高內水煤的制漿工藝建議從如4)添加劑。選用綜合性能與煤種匹配的復合下幾個方面考慮添加劑,一般說來以磺化腐植酸鹽為基礎的復合水(1)配煤。在難成漿煤種制漿工藝中,配入一煤漿添加劑,在性能和成本上應是較好的選擇。如定比例的易成漿煤種,是成本最低(視配煤運輸距仍不能滿足工藝要求則可采取進一步的辦法,優(yōu)選離而定)、最易實現的方法,應首先予以考慮。適宜的煤漿添加劑。(2)煤的預處理。采用物理改性手段,特別是能因地制宜利用廢熱回收對制漿用煤進行低溫熱處3配煤理是工業(yè)制漿應考慮的一個主要手段。另外,視煤高內水煤(低階煤)成漿性差,水分高、發(fā)熱種情況及工藝需求,還可采用微波、超聲、磁化等量低,但揮發(fā)分高、易點燃。高階煤則相反。為獲手段。考慮到制漿量一般規(guī)模都比較大,處理技術得濃度高、黏度低、穩(wěn)定性好、易點燃的優(yōu)質水煤在噸漿成本上相對于使用更好的添加劑,其經濟性漿,將兩種煤按一定比例混合制漿不失為一種好方要好得多。法。表3是兩種高低階煤配煤制漿的數據1,如能(3)制漿設備、工藝及粒度級配。棒磨機作為因地制宜,利用不同煤種、精煤、煤泥混合制漿,制漿的主要設備,已經得到大多數廠家的釆用。棒既可高煤漿性能,又可降低生產成本,當為首選。表3高低階煤配煤制漿實驗結果煤種成漿性燃燒性水分/%灰分/%揮發(fā)分/%哈氏可磨性指數HGⅠ煤漿濃度/%煤漿黏度(100s-1)/mPa·s神木煤極難很好10.103.851000路安煤易差5117,7872.321000配煤中等29.0068.57煤的預處理采用低溫加熱改善煤的成漿性研究表明,400℃前熱解對煤的孔結構改變不大,然而比表面積下降較4.1低溫熱處理多。可能是400℃時析出物將表面小孔堵塞,通過在煤的熱解過程中,最初的低溫段主要是煤的含氧基團分解和小孔的封閉,減少了親水質點的數干燥脫水和表面含氧官能團的斷裂脫除過程,只有量,從而使煤表面疏水性提高;在400℃~500℃超出特定溫度,才會發(fā)生煤分子結構的實質性變化。進一步脫揮發(fā)分,增加了孔體積,打開小孔露出其第6期煤質技術2010年11月表面,抵消了含氧基團分解表面親水點減少的影對比不同破碎機出料的堆積效率數據發(fā)現:輥響,使顆粒表面親水性略有增加。變質程度越低的壓式破碎機最佳、反擊式破碎機次之、錘碎機也適煤,對熱處理越敏感,成漿性的變化越大。大同煤用。輥壓破碎機的另一特點是,輥壓可使物料產生和神木煤都在400℃~480℃達到最大成漿濃度的裂紋,有利于下一步的磨礦。但輥壓比反擊式破碎峰值,而神武煤和羊腸灣煤達到550℃,最大成漿機價格髙,目前大部分廠家使用反擊式破碎。對于濃度仍有上升趨勢。余學海等“研究表明加熱改性難成漿煤種,應盡量使用輥壓破碎。以450℃、0.5h效果最好,較原始煤樣最大成漿5.1.2球磨機的裝球率質量分數提高2.98%。加熱改性雖然對提高煤的試驗顯示,球磨機裝球率50%時,功耗最大成漿性能有作用,但要考慮到處理過程中損失的可磨介運動獲得的能量也最大、有利于提高磨機的處燃物質,應充分采取措施,減少損失。理量。故格子型球磨機裝球率建議45%~50%4.2超聲波技術溢流式球磨機裝球率40%。超聲波空化使水煤漿產生高頻疏密變化,作用5.1.3球磨機的轉速率產生剪切力。空化后釋放的能量,使?jié){體粒度變球磨機的轉速直接影響到磨介的運動方式,進細,分散改善,對水煤漿穩(wěn)定性、流變特性作用明而影響磨礦效率。工業(yè)生產中球磨機的轉速率通常顯。具工業(yè)應用前景。李永昕等研究表明:添加取為65%~78%。對于制備高濃度水煤漿,實際劑類型與超聲輻照存在相關性,超聲輻照對煤漿流應用發(fā)現,轉速率為70%時,磨礦功耗最低。變性的改善與添加劑類型有關,陰離子型添加劑更5.1.4磨介的選擇和配球有利。并且研究了超聲輻照對水煤漿燃燒性能、粒磨介的品種與配球對磨礦效率有很大影響,水度分布變化、溶岀離子變化、添加劑的吸附、成漿煤漿制備一般選用鋼材,最常用鋼性能等的影響。棒時稱為棒磨,棒磨由于其具有選擇性的特點,產4.3微波處理技術品粒度較均勻,分布較窄,不符合高堆積效率的要微波處理可以把對成漿危害較大的α硅轉變?yōu)榍?故對于難成漿煤種單獨采用棒磨制漿不可取。危害較小的β硅,微波處理很好地增加了流動特性但若采用雙峰級配的工藝,則可利用棒磨機粗磨并且減小了輸送過程的腐蝕問題。李艷昌等。研究以得到較均勻的粗粒,為級配創(chuàng)造更有利的條件。表明微波改性以420W、60s效果最好,較原始煤5.2制細漿用振動磨機樣最大成漿質量分數提高391%。振動磨機是一種新型磨礦設備,具有體積小、4.4磁化技術磨礦效率高、能耗低、比球磨機更易獲得細粒度在磁場作用下,煤粒會帶有一定的磁性(大多(小于10μm)產品等優(yōu)點。與球磨機相比,振動數煤為抗磁性物質),煤粒成漿過程中將定向排列,磨的噸煤電耗典型數據是可降低一半以上。但振動形成有序膠團使?jié){的流動性改善。同時膠團懸浮在磨機大型化有困難,目前國內外最大振動球磨機的煤漿中,靜電力增大,漿的穩(wěn)定性得到改善。在容積只有28m3,且大型振動磨的工業(yè)應用穩(wěn)定定時間內,對煤和水的磁化可改善水煤漿的性能性有待提高。所以振動磨只適用于作為磨制細顆粒但隨著磁化時間的延長,黏度呈上升趨勢。研究表配料的輔機。明對水的磁化,效果好于對煤的磁化。5.3制細漿用攪拌研磨設備4.5高壓熱水處理攪拌磨機由驅動(包括電機和減速機)、筒體、浙江大學研究表明,高壓熱水處理可使神華煤多級攪拌器和機架等部件組成,電機經減速機帶動的成漿濃度提高4%以上。多級攪拌器在充滿磨礦介質(瓷珠或者鋯珠)和被5制漿設備及工藝性能磨的物料在筒體內作整體的多維循環(huán)運動和自轉運動,物料在表面光滑的介質球質量壓力與旋回轉離5.1球磨機工況選擇心壓力共同產生的摩擦,擠壓,剪切,柔搓和沖擊5.1.1磨機給料的破碎力的作用下,被有效地粉碎。磨礦功耗比破碎功耗要高,所以磨礦前,物料攪拌磨機的最大給礦粒度為0.075mm需破碎至一定細度,減少功耗。0.0375mm,經超細研磨后產品根據需要,粒度可第6期煤質技術2010年11月以達到微米及亞微米。中科院感光化學所。研究了針對高內水含量攪拌磨應該是目前最適于細水煤漿制漿的工業(yè)的難成漿煤種,加入表面活性劑瀝青,改善煤設備,無論從研磨效率、可達到的粒度、工業(yè)應用的成漿性,在不增加水煤漿黏度的情況下,提成熟度,設備穩(wěn)定性、產能等各方面考慮,應為目高成漿濃度,效果顯著。瀝青與煤粉的比率為前細磨設備首選(0.5~10):(99.5~90)。各種添加劑與煤的比率攪拌磨的主要技術特點:①可將物料超細研磨小于2%。一般情況下,加入2%~2.5%(煤干至2μm或更細;②與臥式球磨機相比節(jié)能50%以基)的瀝青可提高水煤漿濃度2%~3%。瀝青添上;③效率是臥式球磨機的10倍以上;④產品粒加劑不影響其他添加劑的正常使用。度可調節(jié),可間歇、循環(huán)、連續(xù)生產;⑤噪聲低,無振動。8結語6粒度級配煤質特點決定了高內水煤成漿特性較差。欲改善高內水煤的成漿性能,需要結合煤質特點,在配制備高濃度水煤漿的技術關鍵之一,是要求水煤、煤的預處理、制漿設備、制漿工藝、粒度級配煤漿的粒度分布能達到較高的堆積效率,亦即要求及添加劑選擇等方面進行優(yōu)化。煤粒堆積時空隙少,固體容積濃度髙。堆積效率與為提高難成漿煤種的成漿性能,結合不同煤種粒度分布的關系是水煤漿制備技術的基礎理論之和不同的優(yōu)化工藝方法,根據工業(yè)實施的難易程度粒度級配就是為了提高物料的堆積效率而采用特別是考慮到實施成本,提出相應的制漿工藝順的方法,通常分雙峰級配和多峰級配。序:配煤、粒度級配、物理改性、添加劑。在工業(yè)表4是一組典型雙峰級配的數據,其中粗粒實施中,應綜合考慮各種因素,在充分試驗的基礎約占77%~80%,細粒占20%~23%,2種顆粒上,合理安排制漿工藝,滿足難成漿煤種的制漿技單獨測量的堆積效率均約55%,級配后混合物料術要求。的堆積效率為68%,可以估算級配后的物料,較未級配制漿,成漿濃度約可提高10%以上。參考文獻表4典型雙峰粒度級配數據[1]陸良平,水煤漿分類利用技術與制漿新技術新工藝及粒度/pm粗粒產品/%細粒產品/%混合產品/囚家相關技術標準規(guī)范實務全書[M],北京:中國98.07知識出版社,2005[2]葉琳,神華煤水煤漿特性及改進成漿性研究[D]78.83.杭州:淅江大學,200763.6271.[3]日本科姆株式會社,高濃度煤水漿的生產方法:中11062.7171.29國,CN92104258.2[P].19939049.5061.12[4]余學海,神華煤水煤漿成漿特性的優(yōu)化方法、模型預59.74測及改性機理研究[D],杭州:漸江大學,200830.3691,0630[5]李永昕,趙天生,李寶慶.超聲輻照對水煤漿漿體燃22.84燒性能的影響[J].煤炭轉化,2001,124(4)7.2710.85[6]李艷昌,劉劍,程軍,等·改性提高神華煤威漿性能[冂],遼寧工程技術大學學報(自然科學版),2008,27最佳配比/%100.0[7]張榮曾,水煤漿制漿技術[冂]·北京:科學出版社平均粒度/m109.6123.2889.75堆積效率/%68.23[8]中科院感光化學所·高濃度水煤漿:中國,ZL85100543[P].19937水煤漿添加劑作者簡介:事玲莉(1963-)陜西鋼川人,工程師,主要針對難成漿煤種的特點,在使用常規(guī)煤漿添加從事化工行業(yè)科技編輯工作。劑的基礎上,可考慮采用更進一步的優(yōu)選措施,以利于制取滿足工藝要求的合格水煤漿。(收稿日期:201009-14)47