廣東省南海潔能燃料有限公司水煤漿制備廠的工藝設計特點及成漿性試驗

1、<p>　　廣東省南海潔能燃料有限公司水煤漿制備廠的工藝設計特點及成漿性試驗</p><p>　　內(nèi)容摘要：本文著重介紹了作為國內(nèi)目前最大的水煤漿廠——南海水煤漿制備廠的制漿工藝、成漿性及設計特點，為今后我國水煤漿廠發(fā)展大型化提出了借鑒。 </p><p>　　關鍵詞：水煤漿、制漿工藝、磨礦、穩(wěn)定性、成漿性、設計特點 </p><p>　　中圖分類號：TQ

2、534文獻標識碼： A </p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　水煤漿是二十世紀七十年代世界石油危機后興起的一種以煤代油的新型煤基流體燃料，它含70％左右的煤，1％左右的化學添加劑，其余為水。水并不能提供熱量，在燃燒過程中還會蒸發(fā)造成熱損失，不過這種損失并不大，約占水煤漿熱值的4％。然而水卻可提高煤炭的燃燒活性，并使煤炭從傳統(tǒng)的固體燃料轉(zhuǎn)

3、化為一種流體燃料，從而帶來很多優(yōu)點。水煤漿像油一樣，可以泵送、霧化、貯存與穩(wěn)定著火燃燒。約兩噸水煤漿可代一噸油。由于水煤漿與燃油在相同熱值下相比，其價格僅為重油的1/2左右，因此，以水煤漿代油具有顯著的經(jīng)濟效益，可以廣泛應用于工業(yè)與民用鍋爐、工業(yè)窯爐、鍛造加熱爐、電站鍋爐等代替燃油、燃氣等。燃用水煤漿與直接燒煤相比，具有燃燒效率高、負荷易調(diào)控、節(jié)能和環(huán)境效益好等顯著優(yōu)點，所以也是潔凈煤技術中的重要分支。水煤漿經(jīng)長距離管道輸送到終端后可直

4、接燃用，儲運過程全封閉，既減少損失又不污染環(huán)境，是解決我國煤炭運力不足的重要運輸方式之一。因此，將煤炭轉(zhuǎn)換為水煤漿使用，可使煤炭資源得到更潔凈、有效的利用。 </p><p>　　近年來，由于國內(nèi)外市場油價飚升，燃油電廠面臨發(fā)電成本大幅度提高的困境，為了降低成本，一些燃油電廠開始改燒水煤漿。 </p><p>　　在此形勢下，南海龍光集團南海發(fā)電一廠經(jīng)過深入調(diào)研，決定將該廠兩臺670t/h

5、燃油鍋爐改燒水煤漿，并配套建設年產(chǎn)150~200萬噸的水煤漿制備廠。 </p><p><b>　　二、概況 </b></p><p>　　南海龍光集團地處經(jīng)濟發(fā)達的廣東省珠江三角洲，位于南海市風景秀麗的西樵山下， 南海潔能燃料有限公司水煤漿廠擬建于龍光集團公司江南發(fā)電廠工業(yè)廣場內(nèi)。 </p><p>　　1、本水煤漿制備廠設有原料煤破碎、轉(zhuǎn)運

6、、磨礦制漿、調(diào)漿、水煤漿儲存、外運及藥劑準備等系統(tǒng)。 </p><p>　　2、本設計采用高濃度水煤漿制備工藝，設四條水煤漿生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線制漿能力0.375~0.5 Mt/a， </p><p>　　3、工作制度：年生產(chǎn)6000小時，小時制漿能力250 t/h。24小時三班生產(chǎn)。 </p><p>　　4、工程項目靜態(tài)總投資：18300萬元。 </p>

7、;<p>　　三、確定制漿工藝的試驗 </p><p>　　1、原料煤的成漿性試驗 </p><p>　　經(jīng)論證確定本水煤漿廠原料煤采用兗州二號水洗精煤，針對兗州二號精煤進行了成漿性試驗。以評定該煤樣制備高濃度水煤漿的難易程度；研究并選擇與上述精煤性質(zhì)相匹配、性價比最優(yōu)的添加劑配方，確定可行、合理的水煤漿質(zhì)量指標，為水煤漿制備廠的設計和生產(chǎn)提供依據(jù)。 </p>

8、<p>　　根據(jù)成漿性判別模型，可計算出兗州二號精煤的成漿性難易指標D值： </p><p>　　D=7.5－0.05HGI＋0.5Mad＝6.15 </p><p>　　當D＝4~7時成漿性屬中等。該精煤制備高濃度水煤漿的難易程度屬于中等偏難。它的可制漿濃度（P）的期望值為：P=77－1.2D＝69.62%。 </p><p>　　因此，從兗州二號精煤的

9、成漿性難易程度、制成水煤漿后的燃燒性能及環(huán)保等諸方面進行綜合評價后，認為兗州二號精煤是制備高濃度水煤漿燃料比較好的原料煤。 </p><p><b>　　2、分散劑的確定 </b></p><p>　　國產(chǎn)的水煤漿添加劑一直處于國際領先水平。因此在本試驗中所選分散劑樣品均屬國內(nèi)產(chǎn)品，共有十二種包括最先進和最便宜的各類型。 </p><p>　　

10、分散劑的主要作用是降低水煤漿的粘度，使其具有良好的流動性。 </p><p>　　煤漿在相同濃度條件下，其粘度隨存放時間增長而提高的現(xiàn)象，稱為水煤漿的老化。老化程度主要取決煤質(zhì)和分散劑的性能。試驗中向靜置所需時間后的煤漿補充一定水量（補充靜置期間蒸發(fā)的水分），攪拌均勻并測量其濃度與粘度。比較靜置前后的指標便可判斷該分散劑的抗老化性能。 </p><p>　　設計中對五種被選中的分散劑分別以

11、不同用量進行成漿速度、降粘效果與抗剪切性能試驗。其中MND、DND和DT有三種用量，所需分散劑費用（元/噸煤）分別與KL前三種用量（0.4～0.6）相當。而MKL用量在0.5～0.8％時比KL用量0.4～0.7％時更便宜些。制漿試驗結(jié)果見表3-2-1。 </p><p>　　比較表3-2-1的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)MND無論那一種性能都最差。于是就其它四個系列統(tǒng)一在69％濃度條件下，對粘度數(shù)據(jù)進行調(diào)整這樣能更方便地比較不

12、同分散劑的特點。 </p><p>　　五種分散劑的成漿速度、降粘效果與抗剪切性能試驗結(jié)果表3-2-1 </p><p>　　從試驗資料可看出：就成漿速度而言，從快到慢的排序為：DT、KL、MKL、DND。降粘效果就比較復雜。DT在所有用量范圍內(nèi)均最好；DND在較低用量（0.4％）效果居第二，其降粘作用與用量有明顯關系，這種敏感性不利于生產(chǎn)調(diào)控；KL的作用也隨用量增加而改善，但變化比較平緩

13、有利于生產(chǎn)調(diào)控，效果居第三；MKL當用量小于0.55％時效果不如其它三種，當高于0.55%后與KL相近。 </p><p>　　抗剪切性能與降粘效果相似。DT依然居首位；DND當用量>0.4%后居第二；當用量高于 0.5%后MKL并不亞于KL。 </p><p>　　自然穩(wěn)定性（未加穩(wěn)定劑）從好到差的排序：KL、MKL、DND、DT，前兩者相近。 </p><p&

14、gt;　　就單價而言，從貴到便宜的排序為：DND、KL、DT、MKL。 </p><p><b>　　3.抗老化性能： </b></p><p>　　試驗證明兗州2號精煤屬于空隙不太發(fā)達的煤種，表3-3-1所顯示的結(jié)果以及15～20天穩(wěn)定期的要求三點看，KL等四種分散劑的抗老化性能均可滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。 </p><p>　　不同分散劑抗老化性

15、能一覽表 表3-3-1 </p><p><b>　　由上表可知： </b></p><p>　?、?KL用量在0.45～0.6％的范圍時，煤漿濃度可達67.18～67.29％，而對應的表觀粘度大約為801~890mPa.S（剪切率100 S－1）。 </p><p>　　② MKL用量在0.65～0.45％的范圍、煤漿濃度67.14～67.4

16、7％，對應的表觀粘度為762～954 mPa.S（剪切率100 S－1）。其中藥量最大者（0.65％）的指標并不理想，為屈服脹塑性流體，說明0.65％的加量過高或濃度偏低。從用量0.45％對應的指標看，表觀粘度雖有所升高（濃度也較高），但明顯增高的是屈服應力（Ty值）。 </p><p>　?、?上述兩種分散劑在試驗用量的范圍內(nèi)，最大有0.15％和0.2％的間隔，但煤漿的濃度與粘度指標還比較平穩(wěn)，該現(xiàn)象與前述基本

17、一致，這樣有利于生產(chǎn)調(diào)控。藥劑用量變化的影響主要反應在屈服應力（Ty值）上，它隨藥量的減少而增大，從而使自然穩(wěn)定性也隨之提高。 </p><p>　?、?DT的表現(xiàn)和前述也很一致，分散性能極佳，只可惜用它制成的漿的自然穩(wěn)定性很差，有待進一步改性。 </p><p>　　因此，綜觀以上試驗結(jié)果，推薦于生產(chǎn)中使用的分散劑應是KL和MKL，從性價比看MKL更具有優(yōu)勢。 </p>&

18、lt;p><b>　　5、抗溫變試驗 </b></p><p>　　在高濃度磨礦制漿、調(diào)漿、泵送和儲存的工業(yè)生產(chǎn)過程中，水煤漿要經(jīng)受溫度自低到高（磨礦過程）再到低（調(diào)漿、泵送和儲漿過程）的溫變作用。生產(chǎn)過程中水煤漿的溫度變化范圍與制漿工藝、環(huán)境溫度等因素有關，一般的變化范圍在室溫～80℃左右。伴隨溫度的變化，一方面煤漿的粘度會隨溫度的升高而降低；另一方面煤漿中的水在分散劑的作用下，可能

19、會進一步被吸附到煤粒的內(nèi)表面（裂隙）中去，促使煤漿的粘度升高（但前者的作用遠大于后者）。因此，當煤漿的溫度回落到起始值時，粘度一般也可能會高于其初始值。其變化程度主要取決于煤的表面性質(zhì)與分散劑的性能。因此，具備工業(yè)實用價值的分散劑，除要求具備以上提到的各種性能外，還必須具有良好的抗溫變性能。 </p><p>　　兩種分散劑抗溫變的試驗資料表3-5-1 </p><p>　　本試驗用臺架Y

20、-1和Y-2漿。分散劑及用量分別KL0.6％、MKL0.65％。分散劑用量雖屬上限，比較受熱作用前后兩個室溫時的煤漿指標可看出分散劑KL或MKL 的抗溫變性能都很好。 </p><p>　　6、穩(wěn)定劑與煤漿穩(wěn)定性考察 </p><p>　　考慮到供發(fā)電一廠用的水煤漿只需15~20天的穩(wěn)定期，因而次此試驗僅選用5020#穩(wěn)定劑。它是一種易溶于水的無機化合物，不僅價格便宜、使用方便，而且對調(diào)節(jié)

21、煤漿流變性效果顯著等優(yōu)點。實驗室試驗的結(jié)果見表3-6-1 </p><p>　　臺架漿穩(wěn)定性考察結(jié)果表3-1-8 </p><p>　　注：表中粘度均為剪切率100 s-1時的數(shù)值。 </p><p><b>　　四、制漿工藝流程 </b></p><p>　　制漿原料來自碼頭卸船抓斗~受煤斗~轉(zhuǎn)載點~干煤棚~破碎機~緩

22、沖倉~定量給料機~球磨機~篩分除渣~調(diào)漿緩沖槽~室外廢漿池。 </p><p>　　調(diào)漿緩沖槽~不合格漿攪拌桶~濾漿~穩(wěn)定性處理~高剪切處理~均質(zhì)熟化~儲漿罐~裝船去電廠。 </p><p>　　五、制漿工藝的特點 </p><p>　　水煤漿制漿工藝的選擇，取決于制漿原料煤的成漿性難易、水煤漿產(chǎn)品用戶對水煤漿的質(zhì)量要求依據(jù)水煤漿產(chǎn)品的儲運方式等。 </p&g

23、t;<p>　　根據(jù)上述對兗州二號精煤成漿性試驗的結(jié)果，確定采用一磨機高濃度磨礦制漿工藝。 </p><p>　　按照這一原則并結(jié)合電廠用戶對水煤漿產(chǎn)品的具體要求，確定的制漿工藝的特點如下： </p><p>　　&#8226;在高濃度磨礦制漿工藝中，為了提高制漿效果和減少磨礦功耗，對給入磨機的原料煤，不僅要求將其破碎到小于某一粒度，而且希望破碎后粉煤的粒度分布具有較

24、高的堆積效率，以利于從磨礦一開始就能使物料在高濃度條件下就具有較好的流動性。本設計將原料煤破碎至粒度上限6mm，并設置足夠容量的原料煤倉。 </p><p>　　&#8226;為了按設定的水煤漿產(chǎn)量和質(zhì)量（濃度、粘度、粒度等），連續(xù)均勻向磨機給入設定的煤量、水量和分散劑量，進行高濃度磨礦。磨機的排料就是水煤漿的初級產(chǎn)品。為了獲得穩(wěn)定的水煤漿產(chǎn)品質(zhì)量，設有控制磨機的運行工況和上述給料量的設施。 </p

25、><p>　　&#8226;為了提高制漿效果，考慮在磨礦前、后分段加入分散劑。 </p><p>　　&#8226;為了除去混入水煤漿中的極少量鐵屑、粗粒物料和纖維狀物料（如碎鋼球、夾矸煤粒、塑料纖維等），需要在調(diào)漿工藝過程中，設置除渣和濾漿裝置。 </p><p>　　&#8226;為了使水煤漿具有一定的穩(wěn)定性，設置穩(wěn)定性處理環(huán)節(jié)，定量加入穩(wěn)定

26、劑，并進行適當強度的攪拌、剪切。 </p><p>　　&#8226;設置高剪切處理環(huán)節(jié)。對水煤漿進行適當?shù)母咚偌羟刑幚恚擅黠@增強水煤漿的觸變性和提高它的屈服應力，從而進一步改善水煤漿的流變性和提高水煤漿的穩(wěn)定性。 </p><p>　　&#8226;對經(jīng)過高剪切處理的煤漿還需進行均質(zhì)、熟化。適當強度和時間的攪拌、剪切，可以加速煤漿的熟化，在隨后的靜置儲存期間保持其流變性

27、的相對穩(wěn)定；同時使不同系列、不同時間生產(chǎn)的成品漿，在質(zhì)量上獲得相對的均一性。根據(jù)工藝要求，分別選用三次攪拌和調(diào)漿： </p><p>　　第一次攪拌：時間為15～20分鐘。 </p><p>　　第二次攪拌：加入穩(wěn)定劑，進行穩(wěn)定性處理。攪拌時間為1～1.5小時。選擇兩級攪拌桶 </p><p>　　第三次攪拌：對經(jīng)強化泵高剪切處理后的煤漿進行均質(zhì)熟化處理。工藝要求該

28、段作業(yè)具有較溫和的剪切作用以加速漿體的熟化過程，同時要求有較好的混均作用。在此階段對漿體攪拌1小時，約相當于靜置存放一周的熟化過程。根據(jù)本廠用戶的情況，攪拌時間確定為4～6小時。 </p><p>　　與穩(wěn)定性處理作業(yè)一樣，兩臺磨機的煤漿共用一套均質(zhì)熟化系統(tǒng)，每套系統(tǒng)采用2臺攪拌桶串聯(lián)工作。 </p><p>　　&#8226;設置適當容量的儲漿罐，以調(diào)節(jié)制漿廠與電廠及向社會銷售水

29、煤漿等供需間的平衡。本次設計采用高架式儲漿罐自流裝船的方案。罐底及支撐部采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，罐體采用鋼結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　高架式儲漿罐不僅裝卸速度快，而且省去了泵房、泵送裝置及動力、配件消耗，同時還可在儲漿罐底部開設多個卸漿口，有利于消除罐內(nèi)的流動死區(qū)，減少煤漿在罐內(nèi)產(chǎn)生軟沉淀的可能性。 </p><p>　　&#8226;設置與生產(chǎn)能力相配套的添加劑（分散劑和穩(wěn)定劑）稀釋攪

30、拌、儲存、定量泵送等裝置。 </p><p><b>　　六、.結(jié)語 </b></p><p>　　該水煤漿廠為我國自行設計、自行建造、所有大型設備均為國產(chǎn)化的特大型水煤漿制備企業(yè)，它的投產(chǎn)建設，將標志著我國水煤漿行業(yè)跨入了新的更高的領域，為今后大型水煤漿廠設計提供了豐富的經(jīng)驗。 </p><p><b>　　參考文獻 </b&

31、gt;</p><p>　　1、張榮曾;;水煤漿在中國能源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展中的地位[A];發(fā)展?jié)崈裘杭夹g，提高煤炭企業(yè)競爭力學術研討會論文集[C];2001年 </p><p>　　2、曹大東;曹欣玉;周俊虎;趙翔;劉建忠;黃鎮(zhèn)宇;岑可法;;我國水煤漿燃燒技術的現(xiàn)狀和發(fā)展[A];發(fā)展?jié)崈裘杭夹g，提高煤炭企業(yè)競爭力學術研討會論文集[C];2001年 </p><p>　

32、　3、本報記者 屈金星;國際水煤漿開發(fā)現(xiàn)狀[N];中國礦業(yè)報;2000年 </p><p>　　4、牛志剛;煤、水煤漿燃料氮析出特性和燃料型NOx生成特性研究[D];浙江大學;2004年 </p><p>　　5、周明松,邱學青,王衛(wèi)星;水煤漿分散劑的研究進展[J];化工進展;2004年08期 </p><p>　　6、付華,趙繼榮;潔凈的代油燃料———水煤漿[J]