超细神府煤应用于水煤浆提浓技术的研究

第21卷第3期洁净煤技术Vol 21 No. 32015年5月Clean Coal Technology爆度转世超细神府煤应用于水煤浆提浓技术的研究曲建林,宋成建,周安宁,宫铭,于伟(西安科技大学化学与化工学院,陕西西安710054)摘要:神府煤属于低变质的不黏结煤,低灰、低硫、髙内水,煤质特性致使其难以制备成高浓度、低黏度的水煤浆。为了提高神府煤水煤浆浓度,基于粒度级配理论,在神府煤水煤浆制备中加入超细煤粉,通过干法成浆筛选不冋粒径煤粉的最佳配比以及2种添加剂的复配比例,探讨了不同粒径的超细神府煤粉对水煤浆黏度和稳定性的影响。结果表明:添加剂TJ与们J!的质量比为4:1时对水煤浆具有较好的分散效果,当3种粒径煤粉的质量分数比例为W1-2m0:(W0=1m:W6065m)=40(60:40)时,制备的神府煤水煤浆浓度接近70%,黏度低于1200mPa·s,稳定性为B级,水煤浆可满足工业使用要求。关键词:神府煤;超细煤粉;水煤浆;提浓中图分类号:TQ536;TD849文献标志码:A文章编号:1006-6772(2015)03-0065-04Influence of ultra-fine Shenfu coal fines on viscosity andstability of coal water slurryQU Jianlin, SONG Chengjian, ZHOU Anning, GONG Ming, YU Weollege of Chemistry and Chemical Engineering, Xi an University of Science and Technology, Xi'an 710054, ChinaAbstract: In order to improve Shenfu coal water slurry( Cws )concentration and overcome the preparation problems due to the bad coalproperties such as low ash and sulfur content, high internal water, the ultra-fine Shenfu coal fines was added to the Cws according to theparticle gradation theory. The optimum proportion of different particle size and ratio of two additives were optimized via dry Cws prepara-tion process. The influence of different size ultra-fine Shenfu coal fines on viscosity and stability of CWs was researched. The resultsat,when the mass ratio of T JI and TJ.J2 was 4: 1, the dispersity of Cws was the best, When theWaosl2um and Waso=6.sam was 40: 60: 40, the concentration of Cws was about 70%, the viscosity was belowmPa.s, the stabilitywas B which met the industrial requirementsKey words: Shenfu coal; ultral-fine coal fines; coal water slurry; upgrading力,提高企业经济效益至关重要11。神府煤品质优良,储量丰富,达3000亿t以上,已经成为国内外水水煤浆浓度高低会影响水煤浆气化过程中的氧煤浆气化的优质原料。从气化和燃烧效率的角度耗、煤耗,而且高性能水煤浆对于气化过程中的煤浆讲,煤浆浓度越高越好,然而,在我国煤炭品种中,难贮存、输送、喷嘴雾化也至关重要,提髙水煤浆浓度成浆的煤种占到总储量的70%。神府煤由于低灰将降低气化过程中的消耗。因此,制备高浓度水煤低硫、高水、富含极性官能团、可溶性矿物含量高,导浆对于水煤浆气化装置实现节能降耗,扩大生产能致制浆困难。在水煤浆技术的应用与推广过程中,收稿日期:2014-07-28;责任编辑:孙淑君DOI:10.13226/j.iss.1006-6772.2015.03.018作者简介:曲建林(1966-),男,山东东阿人,高级工程师,从事矿物超绌粉碎及改性,非金属矿产资源综合利用,煤化工技术及聚合物加工改性。E-mail:denghuo2017@163.com引用格式:曲建林宋成建周安宁,等超细神府煤应用于水煤浆提浓技术的硏究J].洁净煤技术,2015.21(3):65-68QU Jianlin, SONG Chengjian, ZHOU Anning, et al. Influence of ultra-fine Shenfu coal fines on viscosity and stability of coal water slurry[ J]2015年第3期洁净煤技术第21卷如何采用难制浆煤种制备高浓度、低黏度、流动性好剂与水,然后进行一定时间搅拌(速率为1000的水煤浆一直是关注的焦点2。高浓度水煤浆分r/min),制备100g水煤浆(图1)。散体系在某种意义上可看作是由各种粒度煤粉构成的粒子床,其孔隙率为0.4左右,当这些孔隙被水完车分能剂全填充时,水煤浆浓度可达65%3。颗粒级配46“好→直是水煤浆制备研究的热点与重点,有关研究表明,由于在制浆过程中采用合理的粒度级配实现合定性理的粒度分布不仅可以使煤粉顺利达到较高的堆积效率,制得高浓度水煤浆,而且可以使制得的水煤浆图1干法制备水煤浆工艺流程具有较好的流动性,并降低其表观黏度,因此试3)测试方法。制备的水煤浆检测其黏度以及验通过使用超细神府煤粉采用合理的粒度级配制备稳定性。水煤浆稳定性采用试管静置观察法来检高浓度水煤浆。测,将制备的水煤浆倒入试管中,用保鲜膜进行密1试验部分封,静置保存7d后观察其析水程度和沉淀情况。A级:水煤浆的稳定性最好,浆体均匀分布,无析水,无1)试剂与仪器。神府煤制备水煤浆所用煤粉沉淀;B级:水煤浆的稳定性较好,无沉淀或少量软粒径:工业超细神府煤粉do=12μm、d0=6.5μm沉淀,有少许析水和轻微的密度分布不均匀;C级do=8μm,实验室制备75~125、125~200μm粒径水煤浆的稳定性较差,有析水,浆体密度分布不均的煤粉。添加剂使用TJ-1与TJ-2复配分散剂匀,沉淀严重,但可被玻璃棒搅拌再生成均匀的浆们J-3,市售。仪器主要有NDJ-1B型旋转黏度计体;D级:水煤浆的稳定性最差,浆体密度明显分布101-3AB型电热鼓风干燥箱,BT-9300Z型激光粒不均勺,析水多,沉淀硬,不可再生。度分布仪,JM202T型电子天平,XPF-250圆盘粉碎4)煤质分析。原料煤的工业分析和元素分析机,XPM-l00×4型行星四筒研磨机,XSB-88型顶见表1,由表1可知,神府煤属于低灰、低硫的低变击式标准振筛机,DsⅩ-120数显搅拌机等。质不黏结煤,煤质优良,但煤中氧含量高,含氧官能2)试验方法。该试验采用干法制浆8,取一定团丰富,OC比高,是影响神府煤难以制取高浓度质量分数的不同粒径的煤粉放入烧杯中,加入添加水煤浆的因素之表1原料煤的工业分析和元素分析工业分析/%元素分析/%可磨性指FCn( o) wd H) u C) u( NO/C数HG3.8912.2933.8549.974.8879.860.2863.302结果与讨论可降低添加剂的使用成本。因此,本试验采用TJJ-1与TJ-2的复配比例为4:1,使用量为1%。2.1复配添加剂配比对水煤浆的影响表2复配添加剂对水煤浆成浆性的影响使用TJ-1与们-2进行复配,按不同的比例(a):m(b)黏度/(mPa·s)复配制备浓度58%的水煤浆100g,使用量为1%,7d后观察其稳定性,所用的煤粉为d0=8um与do=4.5μm,煤粉质量比为4:1。m(a)代表TJ-1BBBBB的质量,m(b)代表TJ-2的质量,试验结果见表2。343由表2可知,TJ-1与T-2的复配比例在41时黏度最低,T-2既可单独作为分散剂,又具有2.2双峰级配试验增强稳定性的效果,在复配中加入一定比例的TJJ从d30=12μm、do=6.5μm,do=8μm三种粒曲建林等:超细神府煤应用于水煤浆提浓技术的研究2015年第3期数w(a),do=6.5μm的质量分数为v(b),do=8相比最低,说明在该比例下,2种粒径煤粉的堆积效μm的质量分数为u(c)制备浓度为58%的水煤浆率较好;12与8μm的煤粉在质量比为60:40时成试验结果见表3浆黏度与其他比例相比最低,说明在该比例下,2种粒度级配是控制水煤浆性能指标重要的参数之粒径煤粉的堆积效率较好;粗颗粒和细颗粒含量要硏究粒度级配对提高水煤浆性能具有重要意够量,不仅提高了堆积效率,而且粗颗粒间缝隙多被义90。由表3中的数据可以看到,12与6.5μm细颗粒填充,从而阻止液相的上升、粗颗粒的沉降的煤粉在质量比为60:40时配比成浆与其他比例形成一种稳定的结构11表32种不同粒径制备水煤浆u(b): u( c)项目80:2060:4040:6020:8080:2060:4040:6020:8080:2060:4040:6020:80黏度/mPa·s)620816稳定性CCD2.3水煤浆提浓试验不同质量比成浆黏度相差不大,但是由于大颗粒含2.3.1双峰级配提浓试验量的增多,会导致稳定性变差。在质量比为20:80该部分试验使用的煤粉粒径为12与6.5μm、时,浆体具有较好的稳定性,因此,选用该比例进行12与8μm,其质量比均为60:40,提浓的水煤浆浓煤粉配比成浆。度依次为60%、62%、64%,直到成浆黏度过高或不表53种粒径的煤粉级配成浆试验成浆,结果见表4u(d):a(e)黏度/(mPa·s)稳定性表4不同浓度下2种粒径煤粉制备的水煤浆的黏度煤粉的粒黏度(mPa·s)稳定性158.7径/μn62%64%60%62%4%162DDDB12与6.5268250612与8287523不成浆B2)选用75~125与12和6.5m的质量比由表4可以看到,12与6.5μm、12与8m制20:80,其中12和6.5μm的质量比为60:40,添备的水煤浆的黏度随着浓度的增大而增加,这是由加剂使用复配添加剂,使用量为1%,从60%开始提于随着浓度的增大,浆体中起流动介质的水分减少浓制备水煤浆,试验结果见表6。导致流动性变差甚至难以成浆。12与6.5μm的最表63种粒径煤粉的提浓试验结果高可以提浓到64%,说明12与6.5μm的煤粉在质成浆浓度/%黏度/(mPa·s)量比60:40下的堆积效率相对较好,因此选用12与6.5μm的煤粉进行三峰成浆提浓试验。2.3.2三峰级配提浓试验1)从前面的2种粒径提浓试验中,可以得出BBBBB仅使用超细煤粉制备水煤浆是难以制得高浓度的水1533.3煤浆,因此,使用75~125和12与6.5μm进行配比制备水煤浆,其中12与6.5μm作为整体,其质量比从表6可以看到,加入75~125μm的煤粉后为60:40,设75~125μm的质量分数为w(d),12明显提高了煤粉的成浆浓度,并且浆体稳定性都较与6.5μm的质量分数为w(e),使用TJJ-3,使用量好,达到B级,对于浆体储存是有利的。为1%,制备浓度为58%的水煤浆,确定w(d)与3)优化试验因素,提高成浆浓度。为进一步提(e)的最佳值,试验结果见表5。高神府煤水煤浆的浓度,125~200μm代替75~1252015年第3期洁净煤技术第21卷的质量分数为(e),以下试验通过改变添加剂使用2)双峰级配试验中,2种粒径的煤粉在不同的量、煤粉的质量比进行小范围调整,试验结果见表质量分数比例时,对水煤浆的黏度与稳定性具有明7。从表7可知,添加剂使用量降低后,对煤粉的分显影响,水煤浆浓度一定时,当2种粒径的煤粉达到散效果反而提高了,这个可能是大颗粒煤粉的增多较好的堆积效率时,可降低浆体黏度,改善浆体的稳降低了水煤浆体系中煤粉的总比表面积,从而降低定性了分散剂的使用量。如果添加剂使用量过多,反而3)使用125~200、12和6.5μm的煤粉,12对煤粉表面的分散性起到了反作用,影响煤粉的分200与12和6.5μm煤粉的质量比为40:60,其中散性,并且添加剂使用量的减少,也降低了制浆成12与6.5μm的质量比为60:40,添加剂使用复配本。由于原料水煤浆中的细颗粒含量对气化效率有添加剂,使用量为0.8%,制备浓度接近70%的很大影响,一般要求小于0.074mm细颗粒含量要水煤浆。在40%以上,才有利于气化,因此考虑到稳定性及气化效率,选择粗颗粒的质量分数为20%~40%。参考文随着大颗粒煤粉质量分数的提高,浆体黏度降低,因[1]袁善录,戴爱军制备高浓度水煤浆的影响因素探讨J].应用此选用较好的质量比为40:60进行再提浓。化工,2007,3612):1242-1244[2]朱全书.煤的性质对其成浆性影响的研究综述J].煤炭加工表7优化成浆(68%的水煤浆浓度)试验因素与综合利用,1996(2):5-8水煤浆浆体添加剂的使用量u(f):ud e)3]吉文欣,王丽琼改善粒度级配提高宁东水煤浆的研究J].化性能指标%0.8%20:8030:7040:60学工程师,2010(11):57-5黏度(mPa·s)15231489.31489.3894.3528.34]黄柏宗.紧密堆积模型的微观机理及模型设计[J].石油钻探技术,2007,35(1):5-1稳定性B[5]周建新.水煤浆颗粒级配的研究[J].煤炭学报,2001.26(5):主:*改变煤粉的质量比(添加剂使用量为0.8%)。4)70%浓度的水煤浆浆体特性。使用125~[6]叶向荣,刘定平,陈其中,等.粒度级配对水煤浆浓度与黏度200、12和6.5μm的煤粉,125~200与12和6.5影响J].煤炭转化,2008,31(2):28-307]陈松,李寒旭,王群英,粒度级配对淮南煤成浆性能影响的μm煤粉的质量比为40:60,其中12与6.5m的质量比为60:40,添加剂使用复配添加剂,使用量研究[J].安徽理工大学学报:自然科学报,2003,13(3):58为0.8%,制备浓度为70%的水煤浆,其浆体黏度见[8]张荣曾.水煤浆制备技术M].北京:科学出版社,1996表8。从表8的试验结果可看出,制备的浆体黏度9]张省现,夏德宏,吴祥宇.水煤浆粒度分布的分形学研究[J]低于1200mPa·s,稳定性为B级,并且浆体流变特热科学与技术,2004,3(4):348-349性呈假塑性流体,随着剪切速率的增大,黏度降低。[10 Son S Y, Kihm K D. Effect of coal particle size on coal-water该浆体无论从黏度还是稳定性上,都满足工业使用slurry( CWS )atomization, atomization and sprays J I.Journal ofthe International Institutions for Liquid Atomization and要求Spray Systems,1998,8(5):515-516表8浓度为70%的神府煤水煤浆黏度11]田青运,胡发亭,樊学彬.水煤浆的药剂、粒度级配的试验与研究J].煤炭科学技术,2005,331):44-47转子转速(r·min-1)黏度/mPa·s)稳定性(上接第59页)[8]褚良银,罗茜.磁力水力旋流器[J].中国矿业,1993,2(4)B[9]褚良银.磁力水力旋流器J].中国矿业,1993,2(4):72-74[10] Richer a g.磁力水力旋流器J.国外金属矿选矿,1987,25(3):32-383结语11]申G,芬奇JA,吴文达.多极磁力水力旋流器的理论分析J].国外金属矿山,1991(3):53-571)TJ-1与们-2质量比为4:1时对神府煤[12]刘世超,三产品重介旋流器二段密度在线调控机理研究与初