廣東省南海潔能燃料有限公司水煤漿制備廠的工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)及成漿性試驗(yàn)

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(shè)計(jì)特點(diǎn)及成漿性試驗(yàn)</p><p>　　內(nèi)容摘要：本文著重介紹了作為國(guó)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(shè)計(jì)特點(diǎn)，為今后我國(guó)水煤漿廠發(fā)展大型化提出了借鑒。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：水煤漿、制漿工藝、磨礦、穩(wěn)定性、成漿性、設(shè)計(jì)特點(diǎn) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TQ

2、534文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　水煤漿是二十世紀(jì)七十年代世界石油危機(jī)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(xué)添加劑，其余為水。水并不能提供熱量，在燃燒過程中還會(huì)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(diǎn)。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(jià)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(jì)效益，可以廣泛應(yīng)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?xì)獾?。燃用水煤漿與直接燒煤相比，具有燃燒效率高、負(fù)荷易調(diào)控、節(jié)能和環(huán)境效益好等顯著優(yōu)點(diǎn)，所以也是潔凈煤技術(shù)中的重要分支。水煤漿經(jīng)長(zhǎng)距離管道輸送到終端后可直

4、接燃用，儲(chǔ)運(yùn)過程全封閉，既減少損失又不污染環(huán)境，是解決我國(guó)煤炭運(yùn)力不足的重要運(yùn)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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)油價(jià)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(shì)下，南海龍光集團(tuán)南海發(fā)電一廠經(jīng)過深入調(diào)研，決定將該廠兩臺(tái)670t/h

5、燃油鍋爐改燒水煤漿，并配套建設(shè)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(tuán)地處經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的廣東省珠江三角洲，位于南海市風(fēng)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(tuán)公司江南發(fā)電廠工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)。 </p><p>　　1、本水煤漿制備廠設(shè)有原料煤破碎、轉(zhuǎn)運(yùn)

6、、磨礦制漿、調(diào)漿、水煤漿儲(chǔ)存、外運(yùn)及藥劑準(zhǔn)備等系統(tǒng)。 </p><p>　　2、本設(shè)計(jì)采用高濃度水煤漿制備工藝，設(shè)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(shí)，小時(shí)制漿能力250 t/h。24小時(shí)三班生產(chǎn)。 </p><p>　　4、工程項(xiàng)目靜態(tài)總投資：18300萬元。 </p>

7、;<p>　　三、確定制漿工藝的試驗(yàn) </p><p>　　1、原料煤的成漿性試驗(yàn) </p><p>　　經(jīng)論證確定本水煤漿廠原料煤采用兗州二號(hào)水洗精煤，針對(duì)兗州二號(hào)精煤進(jìn)行了成漿性試驗(yàn)。以評(píng)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(jià)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(biāo)，為水煤漿制備廠的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供依據(jù)。 </p>

8、<p>　　根據(jù)成漿性判別模型，可計(jì)算出兗州二號(hào)精煤的成漿性難易指標(biāo)D值： </p><p>　　D=7.5－0.05HGI＋0.5Mad＝6.15 </p><p>　　當(dāng)D＝4~7時(shí)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(hào)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(jìn)行綜合評(píng)價(jià)后，認(rèn)為兗州二號(hào)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(guó)產(chǎn)的水煤漿添加劑一直處于國(guó)際領(lǐng)先水平。因此在本試驗(yàn)中所選分散劑樣品均屬國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，共有十二種包括最先進(jìn)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(dòng)性。 </p><p>　　煤漿在相同濃度條件下，其粘度隨存放時(shí)間增長(zhǎng)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(yàn)中向靜置所需時(shí)間后的煤漿補(bǔ)充一定水量（補(bǔ)充靜置期間蒸發(fā)的水分），攪拌均勻并測(cè)量其濃度與粘度。比較靜置前后的指標(biāo)便可判斷該分散劑的抗老化性能。 </p><p>　　設(shè)計(jì)中對(duì)五種被選中的分散劑分別以

11、不同用量進(jìn)行成漿速度、降粘效果與抗剪切性能試驗(yàn)。其中MND、DND和DT有三種用量，所需分散劑費(fèi)用（元/噸煤）分別與KL前三種用量（0.4～0.6）相當(dāng)。而MKL用量在0.5～0.8％時(shí)比KL用量0.4～0.7％時(shí)更便宜些。制漿試驗(yàn)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(gè)系列統(tǒng)一在69％濃度條件下，對(duì)粘度數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整這樣能更方便地比較不

12、同分散劑的特點(diǎn)。 </p><p>　　五種分散劑的成漿速度、降粘效果與抗剪切性能試驗(yàn)結(jié)果表3-2-1 </p><p>　　從試驗(yàn)資料可看出：就成漿速度而言，從快到慢的排序?yàn)椋篋T、KL、MKL、DND。降粘效果就比較復(fù)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(guān)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(dāng)用量小于0.55％時(shí)效果不如其它三種，當(dāng)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(dāng)用量>0.4%后居第二；當(dāng)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(jià)而言，從貴到便宜的排序?yàn)椋篋ND、KL、DT、MKL。 </p><p><b>　　3.抗老化性能： </b></p><p>　　試驗(yàn)證明兗州2號(hào)精煤屬于空隙不太發(fā)達(dá)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(diǎn)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(shí)，煤漿濃度可達(dá)67.18～67.29％，而對(duì)應(yīng)的表觀粘度大約為801~890mPa.S（剪切率100 S－1）。 </p><p>　?、?MKL用量在0.65～0.45％的范圍、煤漿濃度67.14～67.4

16、7％，對(duì)應(yīng)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(biāo)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(duì)應(yīng)的指標(biāo)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(yīng)力（Ty值）。 </p><p>　?、?上述兩種分散劑在試驗(yàn)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(biāo)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(yīng)在屈服應(yīng)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(jìn)一步改性。 </p><p>　　因此，綜觀以上試驗(yàn)結(jié)果，推薦于生產(chǎn)中使用的分散劑應(yīng)是KL和MKL，從性價(jià)比看MKL更具有優(yōu)勢(shì)。 </p>&

18、lt;p><b>　　5、抗溫變?cè)囼?yàn) </b></p><p>　　在高濃度磨礦制漿、調(diào)漿、泵送和儲(chǔ)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(chǔ)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(guān)，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(huì)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(huì)進(jìn)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(yuǎn)大于后者）。因此，當(dāng)煤漿的溫度回落到起始值時(shí)，粘度一般也可能會(huì)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(shí)用價(jià)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(yàn)資料表3-5-1 </p><p>　　本試驗(yàn)用臺(tái)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(gè)室溫時(shí)的煤漿指標(biāo)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(yàn)僅選用5020#穩(wěn)定劑。它是一種易溶于水的無機(jī)化合物，不僅價(jià)格便宜、使用方便，而且對(duì)調(diào)節(jié)

21、煤漿流變性效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的結(jié)果見表3-6-1 </p><p>　　臺(tái)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(shí)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(diǎn)~干煤棚~破碎機(jī)~緩

22、沖倉(cāng)~定量給料機(jī)~球磨機(jī)~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(chǔ)漿罐~裝船去電廠。 </p><p>　　五、制漿工藝的特點(diǎn) </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(duì)水煤漿的質(zhì)量要求依據(jù)水煤漿產(chǎn)品的儲(chǔ)運(yùn)方式等。 </p&g

23、t;<p>　　根據(jù)上述對(duì)兗州二號(hào)精煤成漿性試驗(yàn)的結(jié)果，確定采用一磨機(jī)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(duì)水煤漿產(chǎn)品的具體要求，確定的制漿工藝的特點(diǎn)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(duì)給入磨機(jī)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(dòng)性。本設(shè)計(jì)將原料煤破碎至粒度上限6mm，并設(shè)置足夠容量的原料煤倉(cāng)。 </p><p>　　&#8226;為了按設(shè)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(jī)給入設(shè)定的煤量、水量和分散劑量，進(jìn)行高濃度磨礦。磨機(jī)的排料就是水煤漿的初級(jí)產(chǎn)品。為了獲得穩(wěn)定的水煤漿產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)有控制磨機(jī)的運(yùn)行工況和上述給料量的設(shè)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(shè)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(shè)置穩(wěn)定性處理環(huán)節(jié)，定量加入穩(wěn)定

26、劑，并進(jìn)行適當(dāng)強(qiáng)度的攪拌、剪切。 </p><p>　　&#8226;設(shè)置高剪切處理環(huán)節(jié)。對(duì)水煤漿進(jìn)行適當(dāng)?shù)母咚偌羟刑幚?，可明顯增強(qiáng)水煤漿的觸變性和提高它的屈服應(yīng)力，從而進(jìn)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(duì)經(jīng)過高剪切處理的煤漿還需進(jìn)行均質(zhì)、熟化。適當(dāng)強(qiáng)度和時(shí)間的攪拌、剪切，可以加速煤漿的熟化，在隨后的靜置儲(chǔ)存期間保持其流變性

27、的相對(duì)穩(wěn)定；同時(shí)使不同系列、不同時(shí)間生產(chǎn)的成品漿，在質(zhì)量上獲得相對(duì)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(shí)間為15～20分鐘。 </p><p>　　第二次攪拌：加入穩(wěn)定劑，進(jìn)行穩(wěn)定性處理。攪拌時(shí)間為1～1.5小時(shí)。選擇兩級(jí)攪拌桶 </p><p>　　第三次攪拌：對(duì)經(jīng)強(qiáng)化泵高剪切處理后的煤漿進(jìn)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(shí)要求有較好的混均作用。在此階段對(duì)漿體攪拌1小時(shí)，約相當(dāng)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(shí)間確定為4～6小時(shí)。 </p><p>　　與穩(wěn)定性處理作業(yè)一樣，兩臺(tái)磨機(jī)的煤漿共用一套均質(zhì)熟化系統(tǒng)，每套系統(tǒng)采用2臺(tái)攪拌桶串聯(lián)工作。 </p><p>　　&#8226;設(shè)置適當(dāng)容量的儲(chǔ)漿罐，以調(diào)節(jié)制漿廠與電廠及向社會(huì)銷售水

29、煤漿等供需間的平衡。本次設(shè)計(jì)采用高架式儲(chǔ)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(chǔ)漿罐不僅裝卸速度快，而且省去了泵房、泵送裝置及動(dòng)力、配件消耗，同時(shí)還可在儲(chǔ)漿罐底部開設(shè)多個(gè)卸漿口，有利于消除罐內(nèi)的流動(dòng)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(shè)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(chǔ)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(guó)自行設(shè)計(jì)、自行建造、所有大型設(shè)備均為國(guó)產(chǎn)化的特大型水煤漿制備企業(yè)，它的投產(chǎn)建設(shè)，將標(biāo)志著我國(guó)水煤漿行業(yè)跨入了新的更高的領(lǐng)域，為今后大型水煤漿廠設(shè)計(jì)提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b&

31、gt;</p><p>　　1、張榮曾;;水煤漿在中國(guó)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(shù)，提高煤炭企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力學(xué)術(shù)研討會(huì)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(guó)水煤漿燃燒技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[A];發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，提高煤炭企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2001年 </p><p>　

32、　3、本報(bào)記者 屈金星;國(guó)際水煤漿開發(fā)現(xiàn)狀[N];中國(guó)礦業(yè)報(bào);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(xué);2004年 </p><p>　　5、周明松,邱學(xué)青,王衛(wèi)星;水煤漿分散劑的研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2004年08期 </p><p>　　6、付華,趙繼榮;潔凈的代油燃料———水煤漿[J]