水煤漿制備與燃燒課件

1、水煤漿的制備與燃燒目 錄緒 論水煤漿的質(zhì)量要求和制漿技術(shù)概要影響水煤漿成漿性的因素水煤漿流變性水煤漿制漿工藝精細(xì)水煤漿的制備水煤漿的燃燒 第一章 緒 論1.1 水煤漿發(fā)展歷程什么是水煤漿（CWM，CWS，CWF）（Coal Water Mixture, Coal Water Slurry, Coal Water Fuel）？70煤、30水，1添加劑，常溫下粘度10001500mPa.s，象油一樣儲存、泵送和霧化燃燒。水煤漿的優(yōu)點：a、具有良好的流動性、穩(wěn)定性、易運輸，可減少運輸途中的損失，節(jié)省儲煤場地， 特別是可以液體燃燒方式用泵和管道輸送；b、水煤漿加工簡單，并易儲存；c、燃燒供給系統(tǒng)和控制

2、系統(tǒng)遠(yuǎn)較煤粉簡單；d、不存在自然著火、粉塵飛揚等問題；e、可以實現(xiàn)100%代油，且與油一樣霧化燃燒，因此，原有的鍋爐只要簡單地改造即 可燃用水煤漿，燃燒效率高，電廠鍋爐能達(dá)到98%99%以上，與煤粉接近；f、水煤漿儲運和燃燒方式與油接近，運行操作規(guī)程相似，個運行人員帶來極大的方 便，提高了可操作性，同時鍋爐能做到既可燒水煤漿又可燒油；g、在水煤漿加工過程中，可以進(jìn)行不同程度的脫灰脫硫處理，燃燒溫度又比一般煤 粉溫度低200左右，因此燃燒時排放的SO2、NOx可以大大減少。水煤漿技術(shù)的起因： 70年代石油危機(jī)，煤代油的流體燃料，煤炭直接燃燒，儲存、運輸以及對環(huán)境的污染不如石油和天然氣，還涉及到燃

3、油設(shè)備無法直接燃煤，煤炭的液化和氣化投資大、成本高，水煤漿是一種低成本、見效快技術(shù)相對簡單的經(jīng)物理方法加工的煤基流體燃料。水煤漿發(fā)展過程： 油煤漿（COM，Coal Oil Mixture）49煤（200目占85），70粘度為17002200厘泊，65的熱值來自油，研究國家有美國（19731974）、日本（1976）、中國（1979）、韓國（1984），日本已經(jīng)商業(yè)化，1984年建成兩條70t/h生產(chǎn)線，每年供6070噸用于橫須賀電廠。油煤漿中煤含量最高只能大50，只能代油35。19791981年，瑞典的膠體碳（Cargboel）公司，美國的太西洋公司（ARC），煤漿技術(shù)集團(tuán)及西方石油公司（O

4、RC）開發(fā)水煤漿技術(shù)，1986年后, 意大利50萬t/年漿廠 ；1989年世界最大的400萬t/年；日本COM公司兩條15t/h水煤漿生產(chǎn)線，除水煤漿CWS外，還出現(xiàn)過甲醇煤漿CCS，油水煤漿COW，CCS：甲醇的水溶液與煤的混合物，（水和甲醇的比例：1.5：1）COW：油在水中的乳化液和煤的混合物1.2 我國發(fā)展水煤漿的重要性及歷程1.2.1 我國發(fā)展水煤漿的重要性我國能源結(jié)構(gòu): 富煤貧油，我國石油產(chǎn)量約為2億多噸，04年進(jìn)口石油約8000萬噸，石油在各類工業(yè)鍋爐、工業(yè)窯爐、電站鍋爐上作為燃料燒掉的每年仍有大約3000萬噸，約占我國石油產(chǎn)量的25%左右。 我國能源特征與挑戰(zhàn)煤炭的利用 能源安

5、全是涉及到我國國防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)。煤炭產(chǎn)量已達(dá)26億噸，消耗量占我國一次能源消耗量的70%左右。環(huán)境保護(hù)：散煤燃燒的缺點，除大型電站效率較高外，一般的燃煤鍋爐效率很低，其中包括燃盡率和鍋爐效率；水煤漿儲運是全密封；水煤漿燃燒溫度較低，NOx產(chǎn)生量少；1.2.2 我國發(fā)展水煤漿的歷程 始于1982年。1983年，“六五”攻關(guān)，中國礦業(yè)大學(xué)北京研究生部：水煤漿制備技術(shù)； 浙江大學(xué)：鍋爐燃燒技術(shù)；北京科技大學(xué)：窯爐燃燒技術(shù)。“七五”攻關(guān)，組建“華煤水煤漿技術(shù)中心”，吸收了煤炭部所屬兩個工程設(shè)計院，唐山分院管道所，兩個制漿廠，兩個添加劑廠，有關(guān)燃燒試驗廠。任務(wù)是擴(kuò)大水煤漿工業(yè)應(yīng)用試燒的規(guī)模和應(yīng)用范圍。“八

6、五”攻關(guān)，成立“國家水煤漿工程技術(shù)研究中心”，在中國礦業(yè)大學(xué)北京研究生部成立“制漿技術(shù)研究所”。2000年11月，廣東茂名熱電廠1#油爐（220t/h）改燒水煤漿成功，2001年8月，2#油爐（220t/h） 改燒成功；2001年6月，廣東汕頭熱電有限公司2#燃油設(shè)計鍋爐（220t/h）改燒水煤漿成功；1.3 水煤漿的質(zhì)量要求和制漿技術(shù)概要a、細(xì)度；b、濃度；c、流變特性；d、穩(wěn)定性。1.3.1 水煤漿的質(zhì)量要求1.3.2 制漿技術(shù)概要 a、煤炭成漿性規(guī)律；b、級配技術(shù)；c、制漿工藝與設(shè)備；d、添加劑技術(shù)。 第二章 影響水煤漿成漿性的因素2.1 煤質(zhì)特征 煤質(zhì)特征對成漿性的影響，有的煤可以制備

7、出濃度高、流變性和穩(wěn)定性好的水煤漿就稱為成漿性好的煤，否則稱為成漿性差的煤，煤的成漿性與下列因素有關(guān)：1）內(nèi)在水分。內(nèi)在水分高低有時會有幾倍至幾十倍之差，這些水分分布在煤粒的內(nèi)表面。當(dāng)煤漿的重量濃度相同時，勢必要減少流動介質(zhì)作用的水量，造成水煤漿的粘度高或難于獲得高濃度的漿。2）比表面積大，孔隙發(fā)達(dá)。比表面積的差異也有幾倍到一二十倍，比表面積能間接地反映煤的孔隙程度。發(fā)達(dá)的孔隙度是造成內(nèi)在水分高的重要原因之一。此外，高比表面積還會導(dǎo)致消耗更多的添加劑。 影響水煤漿成漿性的因數(shù)很多，其中主要的有：煤質(zhì)特征、粒度分布和添加劑種類。 3）氧碳比（%）。含氧量高及提供的含氧官能團(tuán)活性氧部分就越多，增加

8、煤表面的極性和與添加劑作用的復(fù)雜性，減少了與表面性質(zhì)相適應(yīng)的添加劑種類及增加了添加劑的消耗量。4）可磨性?？赡バ圆顚Τ蓾{性的影響主要表現(xiàn)在當(dāng)磨礦條件相同時，難以獲得超細(xì)的顆粒，從而降低了煤粒的堆積效率。難以制備出高濃度的水煤漿，或者在保證必要的充填效率的條件下，將增大磨礦的能耗和磨制工藝的復(fù)雜性。2.2 水煤漿的粒度分布 2.2.1 粒度的表示與測定方法a、篩分；b、激光；c、沉積分析；2.2.2 粒度分布1） 什么是級配技術(shù)？2）現(xiàn)有堆積理論 a、等經(jīng)顆粒的堆積 高濃度水煤的重量濃度達(dá)到65%70%，因而要求煤炭的粒度分布能達(dá)到較高的堆積效率，這就是通常所謂的煤漿的粒度分布要有良好的級配 等

9、經(jīng)球體的堆積是分析實際顆粒堆積的基礎(chǔ)。通常采用固粒物料在堆積空間中占有的體積分?jǐn)?shù)表示堆積效率，有的地方也稱容積濃度，用表示。等經(jīng)球體的堆積有兩種極端方式：正六面體堆積，最松散堆積，堆積效率=/6 = 0.5236, ?？妆龋w粒直徑與孔隙直徑之比）B=2.44正四面體堆積，最緊密堆積，堆積效率 ?？妆龋w粒直徑與孔隙直徑之比）B=0.74四種窄粒級煤的堆積效率煤炭粒度（m）45028028018018012511098堆積效率0.52550.51740.48940.5070 b、多種粒徑顆粒的堆積 c、連續(xù)分布顆粒的堆積 對Alfred粒度分布，也采用計算機(jī)模擬堆積，計算在緊密堆積下的n值與上

10、述的解析解是一致的(n0.3) ，說明對于那些無法用解析法得出最優(yōu)解的粒度分布，用計算機(jī)模擬計算同樣有效。2.3 水煤漿添加劑 質(zhì)量優(yōu)越的水煤漿應(yīng)該是高濃度、低粘度和很好的穩(wěn)定性。如果不用添加劑，只能制得濃度低于60%的水煤漿。為了制備高質(zhì)量的水煤漿，應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)不同，添加各種不同的添加劑，其中有分散劑、穩(wěn)定劑及其它的化學(xué)輔助劑。但使用最多的是分散劑和穩(wěn)定劑。2.3.1 水煤漿分散劑 1) 分散劑作用機(jī)理 a、潤濕分散作用 潤濕是指固體表面上氣體被液體取代的過程。要使水在疏水的煤顆粒中分散，使水在煤顆粒表面形成水膜，就要使水潤濕煤顆粒表面。 分散劑的作用就是使煤顆粒充分均勻地分散到水中。但是，由

11、于煤炭屬于疏水性比較好的物質(zhì)，所以少量的水在煤顆粒體系中由于水具有比較大的表面張力在煤顆粒的縫隙中結(jié)成水珠，無法展開，起不到潤滑作用，所以顆粒之間的內(nèi)摩擦力增加，漿體無法流動或流動阻力很大。另一方面，細(xì)粒煤顆粒具有很大的比表面積，在水中有聚團(tuán)的趨勢，也增加了煤水混合物的內(nèi)摩擦力，使?jié){體無法流動或流動阻力很大。分散劑可以增加煤顆粒的親水性，減小水的表面張力，使加入的少量的水在煤顆粒表面形成水膜，起到潤滑作用，使水煤漿粘度降低，分散劑的作用機(jī)理可從三個方面論述。即潤濕分散作用、靜電斥力分散作用和空間位阻與熵斥力分散作用。 但是，水是極性物質(zhì)，在空氣中和疏水性比較強(qiáng)的煤顆粒體系中具有較強(qiáng)的表面張力，

12、因此，水在煤顆粒體系中是難以鋪展開的。 煤炭是一種結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的物質(zhì)，其主體部分是芳烴，并通過烷烴鏈或雜原子彼此相連成為大分子結(jié)構(gòu)。這些芳烴與烷烴屬疏水性物質(zhì)，雜原子或雜原子團(tuán)屬親水性物質(zhì)。雜原子主要是氧、氮和硫等。其中含氧官能團(tuán)主要有羥基（OH）、羰基（C=O）、 羧基（COOH）及甲氧基（-O-CH3）和醚基（-O-等）。其中羥基和羧基在含氧官能團(tuán)中親水性最強(qiáng)，單羧基隨煤化程度加深明顯減少，煤中的芳烴隨煤化程度的加深而增加。所以煤炭的疏水性隨煤化程度加深而增加。b、靜電斥力分散作用c、空間位阻和熵斥力分散作用2.3.2 分散劑的種類a、萘系（非離子型）b、木質(zhì)素系列c、腐殖酸系列 添加劑的

13、種類有非離子型、陰離子型和陽離子型三種。非離子型添加劑主要通過表面活性降低煤顆粒之間水的表面張力，使煤漿中煤粒表面潤濕，來改變煤漿的性能。離子性的添加劑通過含極性基添加劑的靜電吸附在煤顆粒上，降低煤顆粒表面的疏水性，控制煤顆粒表面的荷電性來改變煤漿的性能。2.3.3 水煤漿穩(wěn)定劑2.3.4 水煤漿其它輔助劑穩(wěn)定劑作用機(jī)理穩(wěn)定劑使煤漿形成結(jié)構(gòu)化，阻止高荷電的顆粒沉淀，防止煤漿在儲存和運輸過程中發(fā)生硬沉淀。穩(wěn)定劑的種類無機(jī)鹽、高分子有機(jī)化合物等 第三章 水煤漿流變性3.1 流體的流變性3.1.1 牛頓流體3.1.2 非牛頓流體式中：剪切應(yīng)力粘度 剪切率式中：稠度，流動特性指數(shù)賓漢流體的流變方程：表

14、觀粘度：屈服冪定律模型： 第四章 水煤漿制漿工藝4.1 制漿工藝的主要環(huán)節(jié)及功能1) 選煤a、目的：降灰。b、方法：普通水煤漿，是在制漿前采用一般的選煤方法，制漿原料煤的灰分一般 在左右。 精細(xì)水煤漿，一般要經(jīng)過兩次選煤，第一次是常規(guī)的選煤方法，把灰分 降到左右，然后再超細(xì)粉碎，使煤中礦物質(zhì)和可燃體充分解離，再 用特殊的方法使煤的灰分降到左右。 高灰水煤漿，制漿原料本身就是經(jīng)過洗選的尾煤，不用洗選。2)破碎與磨煤a、粉碎的目的：滿足細(xì)度要求；滿足級配要求。b、粉碎過程：先破碎后磨煤。c、方法和設(shè)備：有濕法和干法兩種，設(shè)備有雷蒙磨、中速 磨、風(fēng)扇磨球磨、棒磨、振動磨和攪拌磨。3)捏混和攪拌a、捏

15、混的目的：使干磨的干煤粉、藥劑與濕磨的煤漿或經(jīng)過脫水的過濾機(jī)濾餅充分 混合。b、捏混設(shè)備：捏混機(jī)。c、攪拌的目的：使水煤漿均勻，加強(qiáng)藥劑與煤顆粒之間的作用。d、攪拌設(shè)備：單軸或雙軸攪拌筒。4)濾漿a、濾漿的目的：除雜質(zhì)b、濾漿設(shè)備：在線篩網(wǎng)濾漿器。4.2 制漿工藝1)干法制漿工藝 主要是在水煤漿開發(fā)的初期，借用現(xiàn)有的粉碎設(shè)備。目前的水煤漿廠不采用。不足之處：a、對一般的干法磨機(jī)，要求入料煤的水分小于5%，洗精煤的水分都比較高，難以滿 足該要求。電廠有熱風(fēng)分級和干燥；b、能耗比濕法磨高，在同樣的細(xì)度下，干法磨機(jī)的能耗比濕法磨機(jī)約高30%；c、干法磨礦的安全和環(huán)境不如濕法磨礦；d、粒度分布不如濕法

16、磨，堆積效率較低，干法磨煤顆粒表面氧化較快，影響制漿效 果。2)干、濕法聯(lián)合制漿工藝 該流程是在干法制漿工藝的基礎(chǔ)上，分出一部分干法粉碎的物料再用濕法進(jìn)一步粉碎，其特點是與干法相比，可以獲得更好的粒度分布，即獲得更好的級配。但該流程仍是以干法磨煤為主，干法制漿的不足之處依然存在。3)高濃度磨礦制漿工藝 特點：煤炭、分散劑和水同時加入磨機(jī)，磨機(jī)排出的物料就是高濃度的水煤漿，如果有必要加入穩(wěn)定劑，則加入后還要攪拌均勻，剪切，使?jié){體進(jìn)一步熟化。 這是國內(nèi)外采用的最多的一種制漿工藝，我國現(xiàn)有的水煤漿制漿廠基本上都是采用這種工藝。該工藝的優(yōu)點：a、流程簡單，可以省去涅混和強(qiáng)力攪拌環(huán)節(jié)；b、細(xì)顆粒量比較高

17、，有利于級配；c、有利于藥劑與顆粒新生表面接觸； 該工藝的缺點：a、對變化的煤種適應(yīng)性差；b、對磨機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)要求嚴(yán)格，原因是：漿體濃度過高會嚴(yán)重影響磨礦 的功效，達(dá)到好的級配；4)中濃度磨礦制漿工藝 5)高、中濃度磨礦級配制漿工藝之一 采用50%左右的濃度磨煤。如果采用單段球磨，難以獲得好的級配，一般是一段粗磨，再分出一部分粗磨的物料細(xì)磨，目的是獲得好的級配。細(xì)磨后的細(xì)粒物料再與粗磨的物料混合過濾，濾餅再加分散劑涅混，呈流體狀后給入攪拌。 在中、日合資的兗日水煤漿廠采用，粗磨仍然采用中濃度磨礦，細(xì)磨不是像上述的中濃度制漿工藝從粗磨中分出一部分，而是從入料中分出一部分高濃度細(xì)磨，然后

18、和經(jīng)脫水的中濃度粗磨后的物料加分散劑涅混成漿。該工藝的特點：可以獲得好的級配，堆積效率較高（74%），但仍需要過濾脫水環(huán)節(jié)。兗日漿廠選用的細(xì)磨球磨機(jī)的磨礦效率很低，噸煤電耗按裝機(jī)容量計算高達(dá)143千瓦小時。6)高、中濃度磨礦級配制漿工藝之二 粗磨是高濃度磨礦，細(xì)磨是中濃度磨礦，且細(xì)磨的入料是從粗磨的排料中分出一部分。該工藝的特點：a、流程簡單，沒有過濾脫水、涅混環(huán)節(jié)；高濃度中濃度b、因為細(xì)磨的原料是已經(jīng)粗磨破碎的物料，減小了細(xì)磨的破碎比，提高了細(xì)磨的磨礦效率，更主要的是改善了水煤漿的級配，7)高、中濃度磨礦級配制漿工藝之三 該工藝是俄羅斯管道輸漿系統(tǒng)制漿廠采用的制漿工藝。該廠共有七條生產(chǎn)線，每

19、條線制漿能力為50萬噸/年。該工藝與前一種不同在于中濃度細(xì)磨的來料不是從高濃度粗磨排料中分出，而是直接由破碎機(jī)而來，這可能是與破碎機(jī)的排料粒度較細(xì)有關(guān)（-3mm）。該工藝的特點與前一種相似。8)浮選精煤制漿工藝 這種制漿工藝是礦大和山東棗莊八一礦選煤廠合作開發(fā)的。其制漿原料煤來自于選煤廠的浮選精煤，經(jīng)過濾機(jī)脫水的濾餅，經(jīng)加分散劑涅混后呈現(xiàn)流動態(tài)，攪拌后給入球磨機(jī)。該工藝的特點：a、解決了選煤廠浮選精煤高水分使選煤廠總精煤水分增加的問題；b、降低了制漿廠的能耗；c、只能采用高濃度磨礦。9)煤泥水煤漿制漿工藝攪拌煤泥分散劑溶液水分散劑濾漿粗顆粒及雜物煤泥水煤漿選煤廠的煤泥分兩種：a、洗煤泥，包括原

20、煤在開采、運輸和洗選過程產(chǎn)生的煤泥，這種煤泥沒有經(jīng) 過浮選，其灰分與原煤接近；b、浮選尾煤泥，這是上述的煤泥經(jīng)過浮選，選出其中的低灰精煤后剩余的高灰煤泥。 工藝特點：a、煤泥本身含有較高的水分，在攪拌過程不用單獨加清水,只要把分散劑配成 一定的 濃度,再加到攪拌筒中；b、煤泥本身的粒度較細(xì)，特別是浮選尾煤，其粒度分布自然形成了較好的 級配，所 以一般不用磨機(jī)，因為尾煤水煤漿是替代原煤而不是替代燃油，所以制漿成本是越 低越好，所以尾煤泥水煤漿也不可能上磨機(jī)，否則經(jīng)濟(jì)上不合算；c、特別是浮選尾煤，因泥質(zhì)物含量高，微細(xì)粒特別豐富，所以有時為了降低制漿成 本，就不用分散劑，雖然漿體的濃度的一些，但對于

21、摻燒方式，也可以穩(wěn)定燃燒， 當(dāng)然也取決于煤質(zhì)，也就說，煤的揮發(fā)分要求高一些。 煤泥制備水煤漿的意義：a、可以在本礦區(qū)內(nèi)用于燃煤鍋爐代替原煤；b、解決煤泥堆積，污染環(huán)境的問題。 第五章 精細(xì)水煤漿的制備5.1 緒論a、什么是精細(xì)水煤漿？ 精細(xì)水煤漿制漿煤的平均粒度一般小于10m，灰分一般小于2%，粘度和穩(wěn)定性都類似于普通水煤漿，是普通水煤漿的延伸。b、開發(fā)精細(xì)水煤漿的意義 消耗量最大的是柴油，而普通水煤漿無法替代柴油。普通水煤漿的粒度較粗（平均粒度約為45m，粒度上限一般在0.3mm），灰分較高（制漿煤的灰分一般約為10），只能替代重油應(yīng)用于電站的大型鍋爐，這是因為鍋爐大，燃燒空間大，可以避免霧

22、化欠佳、含灰量高的漿滴粘在爐壁上結(jié)渣；大型鍋爐用漿量大，噴嘴的過漿通道不易堵塞，噴嘴在一定的磨損范圍內(nèi)對霧化質(zhì)量影響不是很大；大型鍋爐可以配置投資較高的布袋除塵和靜電除塵器，以達(dá)到脫除較高灰分水煤漿燃后所產(chǎn)生的大量飛灰。但是，如果這種普通水煤漿用于燃燒空間較小的中小型鍋爐或中央空調(diào)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了不少問題，這些問題包括燃燒不是很充分；爐堂結(jié)渣嚴(yán)重；除塵設(shè)備投資大；煙氣難以達(dá)到環(huán)保要求等。這些問題的出現(xiàn)，主要是由于普通水煤漿的粒度較粗、含灰量高所導(dǎo)致。當(dāng)然，這種普通水煤漿更無法用于對灰份和粒度要求特別嚴(yán)格的柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等動力設(shè)備，因為其高的灰分和粗的粒度將嚴(yán)重堵塞、磨損噴咀。也無法用于對灰分

23、要求特別嚴(yán)格的玻璃窯爐、陶瓷窯爐等窯爐，因為灰分會影響產(chǎn)品質(zhì)量。 精細(xì)水煤漿是礦大在開發(fā)替代重油的常規(guī)水煤漿取得成功的基礎(chǔ)上，用了近十年的時間開發(fā)的技術(shù)含量更高的煤基流體燃料，是普通水煤漿技術(shù)的延伸，具有像普通水煤漿一樣的流動性、穩(wěn)定性和可霧化性。其制漿煤的粒度特別細(xì)（一般小于10m），灰分特別低（一般在12，對有些煤種可小于1），濃度可達(dá)到5060。因此，可以用于上述的中小型油鍋爐、中央空調(diào)、對灰分要求特別嚴(yán)格的窯爐以及柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等使用柴油的熱工設(shè)備。因為各種中小型燃油鍋爐、對灰分要求較高的窯爐遍布全國，其用油量遠(yuǎn)大于目前燃油電廠的用油量，而且柴油的用量比重油也要大得多。從經(jīng)濟(jì)效益上看

24、，不僅遠(yuǎn)優(yōu)于柴油，也優(yōu)于天然氣。所以，其使用十分廣泛，使煤代油技術(shù)向前邁進(jìn)了一大步。為煤代油開拓了一個巨大的市場，為煤炭的高附加值利用開拓了一條新途徑，有著十分明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。5.2 國外精細(xì)水煤漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 美國在八十年代為應(yīng)付石油價危機(jī)，著手開發(fā)超凈煤分選技術(shù)，分選出的超凈煤制備成精細(xì)水煤漿，作為內(nèi)燃機(jī)的燃料。其超凈煤的獲得主要有化學(xué)方法和物理方法兩種，化學(xué)方法采用氫氟酸或苛性鈉溶解煤中的無機(jī)礦物質(zhì)，該方法可使大部分煤種的灰分降到1%以下，但該方法成本高，對環(huán)境污染嚴(yán)重，難以工業(yè)化。物理方法是采用油團(tuán)聚的方法，美國曾用正戊烷作為團(tuán)聚劑分選出灰分低于1%的超凈煤，但該方法用團(tuán)聚劑

25、量達(dá)30%-50%，為了降低成本要采用加熱回收團(tuán)聚劑，因正戊烷沸點低，揮發(fā)性強(qiáng)，整個系統(tǒng)全密封，用惰性氣體保護(hù)，存在爆炸的危險，加上制備出的精細(xì)水煤漿的成本與柴油接近，雖然其規(guī)模達(dá)到中試水平，但停止了進(jìn)一步的商業(yè)開發(fā)，作為儲備技術(shù)保存下來。礦大也進(jìn)行了相同的研究工作，結(jié)果與美國的類似。 美國，瑞士，澳大利亞，日本等對內(nèi)燃機(jī)燃用精細(xì)水煤漿進(jìn)行了實驗室規(guī)模或工業(yè)示范研究。美國G E公司根據(jù)美國能源部的戰(zhàn)略布置，已研究開發(fā)了精細(xì)水煤漿代替柴油用于內(nèi)燃機(jī)車，并將該技術(shù)完善、封存，一旦戰(zhàn)略需要，隨時可以啟用。美國阿拉斯加大學(xué)也在開發(fā)精細(xì)水煤漿用于柴油發(fā)電機(jī)技術(shù)。美國能源部曾計劃用精細(xì)水煤漿代替柴油作居室

26、、辦公室取暖鍋爐的代用燃料，目前尚未見成功的報道。較早開展煤漿用于內(nèi)燃機(jī)研究的澳大利亞早在1981年就制定了煤和柴油的混合物作為柴油機(jī)燃料的研究計劃，專題包括：超細(xì)粉碎，精選，單個煤油混合物微滴在大氣中的燃燒等，他們的研究表明煤和柴油的混合物在柴油機(jī)上燃燒在技術(shù)上可行，但制備成本偏高，在內(nèi)燃機(jī)運轉(zhuǎn)過程中燃料霧化系統(tǒng)及燃燒系統(tǒng)的泵與噴嘴的磨損較為嚴(yán)重。更詳細(xì)的技術(shù)資料未見報道。 5. 國內(nèi)精細(xì)水煤漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 礦大是國家技術(shù)攻關(guān)項目普通水煤漿制備技術(shù)的承擔(dān)單位，也是我國水煤漿的發(fā)源地。經(jīng)過國家“六五”、“七五”和“八五”技術(shù)攻關(guān)，在制漿各項關(guān)鍵技術(shù)上都有創(chuàng)新，研制了專用設(shè)備，取得了發(fā)明專利，并

27、多次獲得國家和省部級獎勵。2000年科技部把礦大 礦大是國內(nèi)開發(fā)精細(xì)水煤漿制備和燃用技術(shù)的單位。無論從經(jīng)濟(jì)性還是技術(shù)可靠性都處于國內(nèi)、國際領(lǐng)先水平。 礦大的精細(xì)水煤漿項目起始于1990年，歷年的技術(shù)攻關(guān)，凝結(jié)了許多碩士和博士研究生的大量的辛勤勞動，的水煤漿技術(shù)列為“國家科技成果重點推廣計劃”，2001年水煤漿被原國家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)為“國家重點新產(chǎn)品”。 目前，已經(jīng)形成了一支開發(fā)精細(xì)水煤漿制備與燃用的技術(shù)隊伍：包括超純煤分選、精細(xì)水煤漿制備、熱能工程、機(jī)械設(shè)計、電氣工程、除塵等。江澤民主席在1996年1月19日考察礦大的水煤漿技術(shù)，對開發(fā)這種可以代替柴油的精細(xì)水煤漿技術(shù)給予極大的關(guān)注。 該項目先后獲

28、得以下多種途徑的資助，資金總額達(dá)到600多萬元：、兩項博士點基金項目：9229013“煤炭深度物理加工技術(shù)的研究”和95290060“超低灰潔凈煤技術(shù)與工藝的研究”；、國家“九五”技術(shù)攻關(guān)子課題“煤炭深度物理加工生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)的研究”；、第一和第二期“211工程”重點資助項目“精細(xì)水煤漿制備與燃用”。、國家國外專家局“科教之光”資助項目；、世界實驗室“環(huán)境友好型水煤漿的制備與燃用”。 目前，超純煤的分選與精細(xì)水煤漿的制備技術(shù)已達(dá)到中試水平，已經(jīng)建成的一條200kg/h精細(xì)水煤漿的生產(chǎn)線，可以為試燒批量提供精細(xì)水煤漿，并建立了專門的“精細(xì)水煤漿制備與燃用實驗室”。 由于開發(fā)了一種低成本、高效的超凈

29、煤分選技術(shù)，使等熱值的精細(xì)水煤漿的價格約為柴油的50。制備的精細(xì)水煤漿濃度為5060，對應(yīng)剪切率100s-1的粘度小于1000mPa.s，不發(fā)生硬沉淀的穩(wěn)定期不少于3個月。其中兩項關(guān)鍵技術(shù)獲得國家發(fā)明專利：、可以連續(xù)生產(chǎn)的、能力為5t/h的超細(xì)磨工業(yè)樣機(jī)，見下圖，當(dāng)入料原料煤平均粒度為2mm、排料平均粒度小于10m時，噸煤電耗低于55度。該磨機(jī)還可用于其它非金屬礦的超細(xì)粉碎，應(yīng)用前景十分廣闊。礦大開發(fā)的超細(xì)磨機(jī)： 、精細(xì)水煤漿在0.058Mw小型油鍋爐上進(jìn)行了試燒，燃燒工況穩(wěn)定，爐膛無積灰；開發(fā)了一種機(jī)械霧化的精細(xì)水煤漿燃燒器，省去了高壓空氣系統(tǒng)，特別適合于1噸以下的小型燃油鍋爐； 、與小型燃

30、油鍋爐配套的、低價位的靜電除塵器作為一位博士研究生的課題已經(jīng)接近尾聲，除塵效率達(dá)99%以上； 、精細(xì)水煤漿還在一臺農(nóng)用小型12馬力單缸高速柴油機(jī)上成功運行，其中專門設(shè)計的精細(xì)漿燃用噴射霧化器已申請國家專利，申請?zhí)枺?01298275，已進(jìn)入實質(zhì)性審查階段，該專利的實現(xiàn)為今后在現(xiàn)有柴油機(jī)上只要更換噴嘴和油泵，對機(jī)體不作改動即可使用精細(xì)漿代替柴油。、煤炭深度物理降灰、脫硫工藝。經(jīng)過超細(xì)粉碎的原料煤，采用該工藝，對于我國絕大部分煤種，可獲得灰分低于3%-2%的超純煤，對部分煤種可以獲得灰分低于1%的超純煤，精煤產(chǎn)率可達(dá)50%以上。在精細(xì)水煤漿燃燒方面做的工作有： 精細(xì)水煤漿的特點如下：(1) 制備精

31、細(xì)水煤漿的原料煤是經(jīng)過超細(xì)粉碎并經(jīng)過深度分選的超凈煤，在此過程中煤中的無機(jī)礦物和有機(jī)可燃體被充分解離并得到分選，故對同一種制漿原料煤而言，精細(xì)水煤漿的灰分和硫分遠(yuǎn)低于普通水煤漿；(2) 由于精細(xì)水煤漿粒度細(xì)、灰分很低，故燃燒速度快，效率高，可以提高燃燒強(qiáng)度，即使燃燒后還殘留極少的灰，但試燒已經(jīng)證明通過一定速度的助燃風(fēng)可以把其帶出爐膛，爐堂不存在積灰結(jié)渣的情況； (3) 精細(xì)水煤漿可用于對灰分要求特別嚴(yán)格的各種工業(yè)窯爐、中小型燃油鍋爐、中央空調(diào)等，并有望用于柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，代油范圍遠(yuǎn)大于普通水煤漿，具有更廣闊的應(yīng)用前景；(4) 燃燒精細(xì)水煤漿時可配用簡單、小體積和低價位的靜電除塵器即可使排放達(dá)

32、到環(huán)保要求，特別適合用于居室、賓館的中小型取暖燃油鍋爐和中央空調(diào)等。5. 精細(xì)水煤漿的特點及制備技術(shù)(5) 采用絮團(tuán)浮選出的粒度特別細(xì)、灰分特別低的用于制備精細(xì)水煤漿的超凈煤可以作為碳粉填料、高檔活性碳或碳分子篩等碳素材料的原料，即制備精細(xì)水煤漿的超純煤本身就是一種附加值很高的產(chǎn)品。分散劑分散劑原料煤清水、抑制劑絮凝劑原料煤粗 碎調(diào) 漿超細(xì)磨絮團(tuán)發(fā)生器多次精選壓 濾制 漿精細(xì)水煤漿超精煤濃 縮壓 濾制 漿普通水煤漿 超凈煤分選以及精細(xì)水煤漿制備見上述流程圖。原料煤經(jīng)粗碎到2mm后調(diào)成濃度為30的煤漿，如果原料煤含硫高在此可加入脫硫抑制劑，以達(dá)到降低精細(xì)水煤漿硫分的目的，然后給入超細(xì)磨，在此一般

33、把煤磨碎至10m左右，使其中的無機(jī)礦物充分解離。磨碎后的煤漿給入絮團(tuán)發(fā)生器，在高剪切和絮凝劑的作用下，煤漿中低灰絮團(tuán)發(fā)生器：多次泡沫浮選：超凈煤壓濾脫水微細(xì)粒煤粒結(jié)成普通的泡沫浮選可以實現(xiàn)有效分選的絮團(tuán)，灰分比較高的尾煤懸浮于礦漿中，泡沫帶出的超凈煤經(jīng)壓濾機(jī)脫水后可以在成漿桶中制備成精細(xì)水煤漿，也可以作為超凈煤直接出售。浮選尾煤經(jīng)過脫水后可制備成常規(guī)水煤漿用于大型鍋爐。可見，該工藝流程是一種精細(xì)水煤漿、超凈煤和常規(guī)水煤漿的聯(lián)產(chǎn)工藝。大量分選試驗表明，對一般的煤種，都可使其灰分降到3以下，部分煤種可降到1以下，部分分選結(jié)果見表。部分煤樣絮團(tuán)浮選分選結(jié)果煤 種精煤灰分/精煤產(chǎn)率/尾煤灰分/入料灰分

34、/陜西神木0.8389.1011.662.01焦作精煤0.8658.7215.716.99太西精煤0.9548.4020.2910.93大同精煤1.0052.0011.406.00河北東龐1.6756.6416.598.14新汶精煤2.3459.3820.149.57密魯煤2.9251.7618.5110.44采用大同煤分選的超凈煤制備的精細(xì)水煤漿的重量濃度為51.0，粒度為90的小于15.6m，低位熱值為15.28MJ/kg，若柴油的熱值按45.98MJ/kg計算, 則3噸精細(xì)水煤漿可以替代1噸柴油。該精細(xì)水煤漿的流變曲線見圖5，由該曲線可見，該精細(xì)水煤漿為脹塑性流體，但其粘度卻很低，100

35、s-1剪切率對應(yīng)的粘度為225 mPa.s，不出現(xiàn)硬沉淀的時間為1個月左右。剪切率Ds1剪切應(yīng)力Pa粘度mPa.s(max=500)為了將精細(xì)水煤漿應(yīng)用于中小型燃油鍋爐或中央空調(diào)，結(jié)合精細(xì)水煤漿的熱值比柴油低的特點，開發(fā)了專門用于精細(xì)水煤漿燃燒的燃燒器。該燃燒器由噴咀和預(yù)燃室組成，霧化的精細(xì)水煤漿從預(yù)燃室的割線方向噴入，在切線方向給入一、二次助燃風(fēng)。試驗表明，因為采用高速旋流燃燒方式，延長了漿滴的燃燒時間；在預(yù)燃器的不同旋轉(zhuǎn)半徑之間存在速度差，使?jié){滴很快脫離惰性氣體的包裹，及時與空氣中的氧接觸，提高了氧的反應(yīng)強(qiáng)度；高強(qiáng)度旋流造成大量高溫?zé)煔獾幕亓鳎瑥亩谷紵€(wěn)定，燃燒熱強(qiáng)度與柴油接近，高達(dá)8.

36、12106KJm3.h,遠(yuǎn)高于普通水煤漿的燃燒熱強(qiáng)度。由于漿體的灰分特別低，燃盡后少量的飛灰隨煙氣排出，在燃燒室中沒有積灰和結(jié)渣的情況。精細(xì)水煤漿在小型油鍋爐的燃燒器中的試燒見圖6。小型燃燒器的開發(fā)，為精細(xì)水煤漿代替柴油應(yīng)用于中小型燃油鍋爐和中央空調(diào)打下了基礎(chǔ)。5.5 精細(xì)水煤漿的應(yīng)用5.5.1 精細(xì)水煤漿燃燒器精細(xì)水煤漿在在小型油鍋爐燃燒器中試燒5.5.2 精細(xì)水煤漿在柴油機(jī)中的應(yīng)用 本試驗采用一臺S1951型單缸高速農(nóng)用柴油機(jī)，對現(xiàn)有的噴咀進(jìn)行改造，通過另設(shè)高壓油封解決了油泵和噴咀的偶件磨損和卡死問題。試驗燃料為精細(xì)水煤漿和柴油的混合物，即油水煤精細(xì)漿，其中煤的灰分為1.25%，揮發(fā)分為3

37、1.79%, 固定碳為64.84%，全硫為0.265%，粒度分布為90%小于24.5m，50%小于10.0m，平均直徑D4.3為12.2m。油水煤漿中煤柴油水為28.753.817.5，熱值為30.72MJ/kg，剪切率100s-1對應(yīng)的粘度為220mPa.s。此處采用精細(xì)油水煤漿是因為供漿仍采用柴油機(jī)上現(xiàn)有的供油泵，如果精細(xì)水煤漿中沒有柴油，則沒有潤滑效果，供油泵再供漿過程中出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，可以完全供漿的雙聯(lián)供漿泵已經(jīng)設(shè)計完畢，正在加工，不久可以實現(xiàn)柴油機(jī)完全燃用不加柴油的精細(xì)水煤漿。用CW-20型電渦流測功儀測定柴油機(jī)輸出功率，用KM900煙氣分析儀測定煙氣成份，用XMZ型數(shù)字煙溫儀測定煙氣

38、溫度。作為比較，下表分別列出了柴油機(jī)應(yīng)用柴油和油水煤精細(xì)漿的初步試驗結(jié)果。柴油機(jī)燃用油水煤精細(xì)漿的試驗結(jié)果輸出功率/kW柴 油精細(xì)油水煤漿熱效率/煙氣溫度/NOx/10-6SO2/10-6熱效率/煙氣溫度/NOx/10-6SO2/10-61.6820.216323018.81564182.5722.319832821.117363274.2129.426126426.119298155.8932.540634627.03464815高速柴油機(jī)燃用精細(xì)水煤漿 a、195-12HP農(nóng)用柴油機(jī) b、噴嘴改造 c、油泵改造由該試驗結(jié)果可見，在輸出功率和轉(zhuǎn)速相同的條件下，燃用油水煤漿的熱效率稍低于柴油，NOx的排放量卻遠(yuǎn)低于柴油，原因是油水煤精細(xì)漿的燃燒溫度低于柴油。燃用柴油時未測出SO2，而燃燒油水煤精細(xì)漿時，SO2的濃度也不高，為8ppm27ppm，原因是制漿煤的硫分很低。初步試驗表明，普通柴