第四章水煤漿技術(shù)

1、 一、水煤漿概述 水煤漿水煤漿是一種煤基液體燃料，一般是指由 60%70%的煤粉、40%30%的水和少量化學(xué) 添加劑組成的混合物。 水煤漿用途十分廣泛： 它可以象油一樣運(yùn)輸、儲(chǔ)存、霧化和穩(wěn)定著 火燃燒，其熱值相當(dāng)于燃料油的一半，因而 它可以直接替代燃煤、燃油作為工業(yè)鍋爐和 電站鍋爐的直接燃料； 水煤漿還是理想的氣化原料，產(chǎn)生的煤氣可 以用于煤化工或聯(lián)合循環(huán)發(fā)電； 特制精細(xì)水煤漿可以作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料。 水煤漿技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展水煤漿技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展 20世紀(jì)70-80年代：石油危機(jī)-油煤漿-水煤漿 我國(guó)，1983年“水煤漿制備與燃燒技術(shù)”六五 攻關(guān)項(xiàng)目，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)和浙江大學(xué)分別承擔(dān)， 撫順礦和

2、八一礦建簡(jiǎn)易制漿廠。 “七五”擴(kuò)大攻關(guān)隊(duì)伍，積累經(jīng)驗(yàn)和依據(jù) “八五” 發(fā)電鍋爐應(yīng)用，開發(fā)大型噴嘴和燃燒器 “九五”水煤漿技術(shù)的完善 煤泥漿 近年來(lái)：推廣應(yīng)用 廣東大型廠 二、水煤漿技術(shù)的特點(diǎn)和用途 1、水煤漿技術(shù)及產(chǎn)品分類 l水煤漿技術(shù)是上世紀(jì)70年代世界范圍內(nèi) 的石油危機(jī)中產(chǎn)生的一種以煤代油的煤 炭利用新方式。 l技術(shù)特點(diǎn)：將煤炭、水、部分添加劑加 入磨機(jī)中，經(jīng)磨碎后成為一種類似石油 一樣的可以流動(dòng)的煤基流體燃料。 二、水煤漿技術(shù)的特點(diǎn)和用途 2、水煤漿性質(zhì) 質(zhì)量濃度：水煤漿的質(zhì)量濃度一般為6570%， 它直接影響水煤漿的著火性能和熱值，濃度越 大，含水量就越小，越容易點(diǎn)燃且熱值高，但 流動(dòng)

3、性就差； 流變特性：流變特性是用于描述非均質(zhì)流體的 流動(dòng)特性，一般采用粘度來(lái)表示，它是影響水 煤漿輸送的流動(dòng)性能，儲(chǔ)存的穩(wěn)定性及燃燒效 果的重要因素，要求水煤漿能具有“剪切變稀” 的特性，受到剪切或升溫后，其粘度能迅速降 低，以便運(yùn)輸和霧化燃燒； 漿體中煤的粒度：水煤漿中煤的粒度對(duì)水煤漿的 流變性、穩(wěn)定性以及燃燒特性影響很大,漿體中最 大煤粒小于0.3mm，且小于200目（74m）的顆 粒含量不小于75%； 發(fā)熱量:（Qnet,ar）為18.820.1MJ/kg; 穩(wěn)定性:漿體的穩(wěn)定期大于3個(gè)月不發(fā)生硬沉淀。 水煤漿種類特性用途 中濃度水煤漿50%煤、50%水脫水后供燃煤鍋爐 高濃度水煤漿70

4、%煤、29%水、 1%添加劑 代油直接做鍋爐燃料 超細(xì)超低灰煤漿煤粒10m 灰分10%，濃度50% 代油做內(nèi)燃機(jī)燃料 高、中灰水煤漿灰分20%50% 濃度50%65% 供燃煤鍋爐 超純煤漿煤漿灰分0.1%0.5%供燃油或燃?xì)忮仩t 原煤煤漿原煤就地爐前制燃煤鍋爐或工業(yè)窯爐 脫硫型水煤漿加脫硫劑供燃煤鍋爐 三、水煤漿的制備 （1）水煤漿制備的基本原理 水煤漿的制備過(guò)程決定了水煤漿的特性，為了 使水煤漿能夠滿足實(shí)際應(yīng)用要求，在其制備過(guò)程中 需要考慮以下四個(gè)方面： a、制漿用煤選擇 煤化程度隨著變質(zhì)程度加深，成漿性變好； 熱值煤炭熱值高，有利于提高燃燒效率； 灰分灰分低，則熱值高； 硫分減少煙氣中SO

5、2的排放； 揮發(fā)分揮發(fā)分高，易于燃燒； 灰熔點(diǎn)如固態(tài)排渣，灰熔點(diǎn)要高；如液態(tài)排渣， 灰熔點(diǎn)要低； 水分、可磨性影響成漿特性的主要因素。 b、顆粒級(jí)配技術(shù) 水煤漿中的煤炭不僅有粒度大小的限制，還要 求有良好的粒度分布，即希望用不同粒徑的煤相互 填充，減小煤粒之間的空隙，達(dá)到較好的堆積效率。 堆積效率越高，越容易制備出高濃度水煤漿。 （1）水煤漿制備的基本原理 c、制漿工藝流程。制漿工藝是指對(duì)煤炭顆粒、水 和添加劑等原料進(jìn)行細(xì)選、破碎、磨礦、攪 拌、混合、過(guò)濾、調(diào)漿等工藝來(lái)制備水煤漿 的過(guò)程。通過(guò)優(yōu)化制漿工藝流程，可以實(shí)現(xiàn) 水煤漿中顆粒的較高的堆積效率，滿足使用 特性要求，同時(shí)減少能耗； d、添加

6、劑。要使水煤漿達(dá)到高濃度、高穩(wěn)定性以 及良好的流變性，必須添加化學(xué)藥劑。一般 分為分散劑和穩(wěn)定劑兩類。 （1）水煤漿制備的基本原理 l水煤漿添加劑，按其功能不同，有分散劑、穩(wěn) 定劑及其他一些輔助化學(xué)藥劑，如消泡劑、 pH調(diào)整劑、防酶劑、表面改性劑及促進(jìn)劑等 多種。其中不可缺少的是分散劑與穩(wěn)定劑。 l添加劑與原煤和水的性質(zhì)密切相關(guān)。合理的添 加劑配方必須根據(jù)制漿用煤的性質(zhì)和用戶對(duì)水 煤漿產(chǎn)品質(zhì)量的要求，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后方可確定。 （1）水煤漿制備的基本原理 分散劑的作用機(jī)理 提高煤表面的親水性。分散劑是一種可促進(jìn)分 散相（水煤漿中的煤粒）在分散介質(zhì)（水煤漿中的 水）中均勻分散的化學(xué)藥劑。煤炭主體是非極

7、性的 碳?xì)浠衔铮瑢偈杷晕镔|(zhì)。煤炭的潤(rùn)濕性可按水 在其表面的接觸角大小分成四等。按觸角為零者， 稱強(qiáng)親水性煤炭；小于 40者稱弱水性煤炭； 4090者，稱疏水性煤炭；超過(guò)90者稱強(qiáng)疏 水性煤炭。各種煤炭的表面均顯疏水性。 （1）水煤漿制備的基本原理 分散劑的作用機(jī)理 提高煤表面的親水性。制漿用分散劑都是一些 兩親的表面活性劑，一端是由碳?xì)浠衔飿?gòu)成的非 極性的親油基，另一端是親水的極性基，非極性的 疏水端極易與碳?xì)浠衔锏拿禾勘砻娼Y(jié)合，吸附在 煤粒表面上，將另一端親水基朝外引入水中。極性 基的強(qiáng)親水性使煤粒的表面由疏水轉(zhuǎn)化為親水，可 形成一層水化膜。有效降低水的表面張力和提高煤 粒表面的表面

8、張力，使?jié)櫇窠佑|角降至50度以下。 借水化膜將煤粒隔離開，減少煤粒間的阻力，從而 達(dá)到降低黏度的作用。 （1）水煤漿制備的基本原理 分散劑的作用機(jī)理 增強(qiáng)煤粒間的靜電斥力。著名的DLVO理論認(rèn)為， 膠體顆粒穩(wěn)定分散的先決條件是顆粒間的靜電斥力 超過(guò)顆粒間的范氏引力。離子型分散劑除能改善煤 表面的親水性外，還能增強(qiáng)其靜電斥力，進(jìn)一步促 使煤粒分散于水介質(zhì)中。 （1）水煤漿制備的基本原理 分散劑的作用機(jī)理 空間隔離位阻效應(yīng)。水化膜中的水與體系中的 “自由水”不同，它因受到表面電場(chǎng)的吸引而呈定 向排列。當(dāng)顆粒相互靠近時(shí)，水化膜受擠壓變形， 引力則力圖恢復(fù)原來(lái)的定向，這樣就使水化膜表現(xiàn) 出一定的彈性，

9、使煤粒均勻分散且顆粒表面的分散 劑且有一定的厚度，當(dāng)兩個(gè)帶吸附層的顆粒相互重 疊時(shí)，由于吸附層分散劑分子運(yùn)動(dòng)的自由度受到阻 礙，吸附分子的熵減少，因?yàn)轶w系的熵總是自發(fā)地 向增加方向發(fā)展，所以顆粒有再次分開的傾向，避 免顆粒聚集。 （1）水煤漿制備的基本原理 分散劑的作用機(jī)理 空間隔離位阻效應(yīng)。當(dāng)分散劑為大分子時(shí)，被 吸附分子有長(zhǎng)的親水鏈，在煤表面形成三維水化膜， 當(dāng)顆粒相互接近時(shí)，產(chǎn)生較強(qiáng)的排斥力，導(dǎo)致煤粒 分散懸浮。該斥力即為空間隔離位阻或立體障礙。 總之，高效水煤漿分散劑的特點(diǎn)是有效地吸附 在煤表面，提高煤的親水性，并能在煤表面形成雙 電層和立體障礙。 （1）水煤漿制備的基本原理 常用分散

10、劑 分散劑按離解與否可分為離子型與非 離子型兩大類。離子型又可按電荷的屬性分 為陰離子型、陽(yáng)離子型和兩性型三類。兩性 型是指當(dāng)溶液呈堿性時(shí)顯示陰離子特性，呈 酸性時(shí)顯示陽(yáng)離子特性。陰離子、非離子、 陽(yáng)離子、及兩性分散劑的國(guó)際價(jià)格比為 1:2:3:4。制漿分散劑多選擇陰離子型。陰 離子型分散劑主要有萘磺酸鹽、木質(zhì)素磺酸 鹽、磺化腐值酸鹽等。 水煤漿的穩(wěn)定性是指煤漿在儲(chǔ)存與運(yùn)輸期間 保持性態(tài)均勻的特性。水煤漿穩(wěn)定性的破壞 來(lái)源于固體顆粒的沉淀。由于水煤漿為粗粒 懸浮體，屬動(dòng)力不穩(wěn)定體系，使其穩(wěn)定的主 要方法是使它成為觸變體。即煤漿靜置時(shí)產(chǎn) 生結(jié)構(gòu)化，具有高的剪切應(yīng)力，應(yīng)用時(shí)，一 經(jīng)外力作用，黏度能

11、迅速降低，有良好的流 動(dòng)性，再靜止時(shí)又能恢復(fù)原來(lái)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)， 流變學(xué)上稱這種流體為觸變體或與時(shí)間有關(guān) 的流體。 水煤漿的穩(wěn)定劑應(yīng)具有使煤漿中已分散的煤 粒能與周圍其他煤粒及水結(jié)合成一種較弱但 又有一定強(qiáng)度的三維空間結(jié)構(gòu)的作用。穩(wěn)定 劑的加入，能使已分散的固體顆粒相互交聯(lián)， 形成空間結(jié)構(gòu)，從而有效地阻止顆粒沉淀， 防止固液間的分離。 能起這種作用的穩(wěn)定劑有無(wú)機(jī)鹽、高分子有 機(jī)化合物，如常見的聚丙烯酰胺絮凝劑、羧 甲基纖維素以及一些微細(xì)膠體粒子（如有機(jī) 膨潤(rùn)土）等。 （2）水煤漿的制備工藝 水煤漿的制備工藝一般分為干法、 干濕法和濕法三大類。由于干法和干 濕法能耗高，制漿效果均不如濕法。 總的來(lái)說(shuō)

12、水煤漿制備包括洗選、破 碎和磨礦、混合和攪拌、過(guò)濾加工等 環(huán)節(jié)。 圖4-1 水煤漿典型生產(chǎn)工藝 四、水煤漿燃燒特性 水煤漿作為一種代油燃料，可以代替重油 和原油用于鍋爐和各種窯爐燃燒，其主要 優(yōu)點(diǎn)在于： 燃燒效果好。燃燒效率達(dá)96%99%，鍋爐 效率在90%左右。 環(huán)保效果明顯。由于精煤水煤漿本身的硫 分和灰分較低（一般灰分小于10%，硫分 小于0.5%），燃燒后SO2和NOx排放濃度 較低，在制備過(guò)程中加入脫硫劑，可達(dá)到 較好的脫硫效果。 四、水煤漿燃燒特性 工藝上有許多優(yōu)越性。在制漿過(guò)程中采用 濕式球磨機(jī)，磨漿溫度低（5060C）， 安全可靠；精煤水分漿灰分低，鍋爐受熱 面磨損低于燃煤，維

13、修費(fèi)用低；不需爐前 備煤系統(tǒng)和儲(chǔ)煤場(chǎng)，排灰場(chǎng)占地也小。 燃油鍋爐改燒水煤漿投資低于改燒粉煤。 水煤漿代油可充分利用原有設(shè)備，生產(chǎn)流 程簡(jiǎn)化，投資省。 圖4-2 水煤漿的霧炬形燃燒 五、國(guó)內(nèi)水煤漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 l水煤漿作為一種新型煤基流體燃料，在我國(guó)經(jīng)過(guò)20 多年的發(fā)展，生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)基本成熟，已推廣到 大部分省、區(qū)、市。據(jù)調(diào)查，目前全國(guó)水煤漿年生 產(chǎn)能力1500萬(wàn)噸以上，在20多臺(tái)電站燃油鍋爐、 300多臺(tái)工業(yè)鍋爐及數(shù)百臺(tái)工業(yè)窖爐上替代燃油、 燃?xì)夂腿济?，預(yù)計(jì)水煤漿在工業(yè)鍋爐（2-150噸小 時(shí)）及工業(yè)窖爐（陶瓷業(yè)的噴霧干燥塔、油田的盤 管式燃油爐、導(dǎo)熱油路等）上的應(yīng)用將以較快的速 度發(fā)展。

14、l2001年始先后投建大同匯海、廣東茂名、勝利油田 等3個(gè)大型漿廠。目前，全國(guó)已建成水煤漿廠大約 30多座，其中50萬(wàn)噸/年以上規(guī)模有20余家。 五、國(guó)內(nèi)水煤漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 （1）水煤漿制漿總體技術(shù)已趨于成熟 制漿工藝包含了世界各國(guó)的技術(shù)：比如八一、株 洲漿廠采用了浮選精煤高濃度制漿工藝；勝利油 田、大同匯海漿廠采用水洗精煤高濃度磨礦制漿 工藝；兗州漿廠采用日本水洗精煤中高濃度聯(lián)合 制漿工藝。其中利用浮精制漿工藝簡(jiǎn)單、投資少、 成本低等優(yōu)點(diǎn)。 添加劑技術(shù)與國(guó)際水平相近：根據(jù)我國(guó)煤質(zhì)特點(diǎn) 所開發(fā)的腐植酸類、木質(zhì)素和焦油系列添加劑， 可以替代進(jìn)口產(chǎn)品。 五、國(guó)內(nèi)水煤漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 （2）水煤漿應(yīng)用

15、技術(shù)已經(jīng)成熟 擁有多種專用鍋爐的生產(chǎn)技術(shù)：已擁有小 于35t/h工業(yè)鍋爐、230t/h電站鍋爐和窯爐 等的改燒水煤漿技術(shù)。 德士古加壓氣化鍋爐以水煤漿為原料，生 產(chǎn)合成氨，已在魯南化肥廠和陜西渭河化 肥廠等企業(yè)運(yùn)行應(yīng)用，水煤漿的氣化裝置 已通過(guò)國(guó)家技術(shù)鑒定。 燃燒技術(shù)較為成熟 五、國(guó)內(nèi)水煤漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 （3）神華集團(tuán)水煤漿生產(chǎn)狀況 一直以來(lái)，神華煤被認(rèn)為是很難制漿煤種，用常 規(guī)制漿工藝只能制取濃度為60%左右的水煤漿。 國(guó)家水煤漿工程技術(shù)研究中心受神華能源股份有 限公司委托，經(jīng)過(guò)二年的技術(shù)攻關(guān)，終于取得了 突破性成果，開發(fā)了用神華煤制取高質(zhì)量水煤漿 產(chǎn)品（濃度65，粘度（25，100S-1）

16、 1000mPa.s）及先進(jìn)的工藝技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)被 鑒定為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平和國(guó)際先進(jìn)水平，并申請(qǐng)了 發(fā)明專利。 五、國(guó)內(nèi)水煤漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 （3）神華集團(tuán)水煤漿生產(chǎn)狀況 該工藝的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于引入“多破少 磨”、“分級(jí)研磨”和“優(yōu)化粒度級(jí)配” 的技術(shù)思想，明顯和有效地提高了制漿工 藝對(duì)煤種的適應(yīng)性，并已實(shí)現(xiàn)神華煤制取 高濃度水煤漿。并大幅地降低了工藝系統(tǒng) 電耗，從而提高神華水煤漿在市場(chǎng)中的競(jìng) 爭(zhēng)力。 五、國(guó)內(nèi)水煤漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 （3）神華集團(tuán)水煤漿生產(chǎn)狀況 目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用于汕頭桂宇 水煤漿廠的生產(chǎn)線改造，生產(chǎn)能力由原來(lái) 的20萬(wàn)噸/年提升至25萬(wàn)噸/年以上，水煤 漿 質(zhì) 量 為 ： 濃

17、 度 6 4 1 ， 粘 度 1200200mPas，熱值4200kcal/kg。 生產(chǎn)的水煤漿產(chǎn)品在萬(wàn)豐電廠鍋爐上進(jìn)行 了試燒，情況良好。 五、國(guó)內(nèi)水煤漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 （3）神華集團(tuán)水煤漿生產(chǎn)狀況 東莞電力燃料公司水煤漿廠是首家按該項(xiàng)新 工藝技術(shù)設(shè)計(jì)的?？傇O(shè)計(jì)規(guī)劃為500萬(wàn)噸/年， 一期設(shè)計(jì)能力100萬(wàn)噸/年，由2條25萬(wàn)噸/年 和1條50萬(wàn)噸/年水煤漿生產(chǎn)線構(gòu)成。2008年 下半年已經(jīng)投產(chǎn)。 六、水煤漿的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益 （1）發(fā)展水煤漿代油不僅僅是市場(chǎng)的需要， 還是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)安全的需要。石油 是一種關(guān)乎國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全的戰(zhàn)略物資。目前， 國(guó)際石油價(jià)格日趨升高，我國(guó)每年約一半的 石油要進(jìn)

18、口，耗資200多億美元，到2020年左 右，石油缺口將超過(guò)消費(fèi)總量的50，能源 安全問(wèn)題日趨突出。而我國(guó)煤資源每年出口 也在幾千萬(wàn)噸，賣出的是原煤，價(jià)低利小。 如果把煤加工成水煤漿出口賺外匯，利潤(rùn)將 成倍增長(zhǎng)。 六、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。 據(jù)有關(guān)資料顯示，水煤漿的熱值相當(dāng)于柴 油的一半，每噸水煤漿的市場(chǎng)價(jià)格為1000 1200元，其價(jià)格僅為柴油的13，大大低于 液化氣、天然氣、煤氣和重油，運(yùn)行成本僅 占燃油的14，十分符合我國(guó)石油緊缺、煤 炭資源豐富的國(guó)情，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。 六、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。 （2）據(jù)有關(guān)資料顯示，我國(guó)現(xiàn)有10噸以 下鍋爐65萬(wàn)多臺(tái)，其中因運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高或不 符合環(huán)保要求而將停用或更換的鍋爐達(dá)50 以上。若在現(xiàn)有鍋爐本體不變的情況下，改 燃水煤漿，可為國(guó)家節(jié)約數(shù)百億元的固定資 產(chǎn)投資。 六、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。 （3）水煤漿儲(chǔ)運(yùn)方便，可以利用現(xiàn)有的 油罐車、儲(chǔ)油罐進(jìn)行長(zhǎng)距離、大數(shù)量的運(yùn)輸， 還可以修建輸漿管道。而且，建設(shè)一座年產(chǎn) 100萬(wàn)噸水煤漿的生產(chǎn)廠約需投資1億元左右， 其附加值比原煤高出一倍。 六、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。 （4）水煤漿添加脫硫劑后，大氣中的二氧化 硫大大減少。水煤漿燃燒效率達(dá)99，達(dá)到 了燃油的同等水平，而污染程度比燃油還低，