水煤浆的药剂、粒度级配的试验与应用

第33卷第1期煤炭科学技术05年1月水煤浆的药剂、粒度级配的试验与应用田青运,胡发亭2,樊学彬1.北京京煤集团水煤浆厂,北京102300;2.煤炭科学研究总院煤化工分院,北京100043)摘要:介绍了DF-02、DF-03分散剂与纳米稳定剂在水煤浆生产中的试验与应用情况,实践证明,较为合理的水煤浆粒度级配对产品质量和生产成本起着重要的作用,采用新型的分散剂和稳定剂,使水煤浆添加剂的用量比以前大幅降低,经济效益显著。关键词:水煤浆;药剂;粒度级配中图分类号:TQ53文献标识码:B文章编号:0253-2336(2005)01-0044-04Development and application of additives and particleclassification for coal water mixtureTIAN Qing-yun, HU Fa-ting, FAN Xue-bin(L. Coal Water Mixture Mill, Beijing Jingmei Group, Beijing 102300, China2. Beijing Branch of Coal Chemistry, China Coal Research institute, Beijing 100013, China水煤浆是20世纪0年代石油危机中发展起来稳定着火燃烧。约2t水煤浆可代1t油。由于水的一种新型燃料。水煤浆一般由63%~68%不同煤浆与燃油在相同热值下相比,其价格仅为重油的粒度分布的煤,31%~36%的水和约1%的添加剂1/2左右,燃用水煤浆与直接烧煤相比,具有燃烧制成,具有油一样的流动性和稳定性,被称为液态效率髙、负荷易调控、节能和环境效益好等显著优环保型代油产品。水煤浆可以泵送、雾化、储存与点。因此,将煤炭转化为水煤浆使用,可使煤炭资处于压缩状态。同时底板3m以内裂隙发育,6m以下局部出现裂隙,但与浅部不沟通,破裂区范围参考文献主要集中在煤柱边缘及采空区下方。底板破坏区为[I]王作宇,刘鸿泉.承压水上采煤[M]北京:煤炭工业出分别在煤柱边缘及采空区內部,最大破坏深度达版社,199392m。通过对该区模拟试验,长壁法破坏底板深[2]彭苏萍,王金安.承压水体上安全采煤[M]北京:煤炭工业出版社,2001度是8~12m,条带法是9.2m左右,虽然破坏深[3]张金才,刘天泉.论煤层底板采动裂隙带的深度及分布特度改变不大,但底板受力状态、位移特征、裂隙贯征[J]煤炭学报,1990(2)通性等仍有一定的特点。但这种方法对底板改善仍[4]徐星宽.矿井充水机理、水害成因与治理[M]山东科技需要进一步研究。大学学报,2003(4)该试验应用说明,底板突水既是地质问题又是[5]薛禹群.地下水动力学[M]北京:地质出版社,1997[6]胡宽瑢.采掘工作面底板突水和防治原则的基本理论研究个采矿问题,五阳矿在这方面的做法说明治理突水[M].太原:山西科学技术出版社,1999不单纯研究底板突水机理,更应该重点研究开采方法的改革,只有这样才能使其由被动治理变为主动作者简介:熊崇山(1961-),男,内蒙古商都人,副教授,在防治。以上各种方法都是关于承压水的理论研究在山西中国煤化工大学(北京)博士研究生防治其水害方面的具体应用,是科学转化为技术的从事CNMHG的教学和研究与科研工作。典型实例,对五阳矿进行优化设计是很有必要的mall, ran1 2345678(@ tom. ce优化设计对矿井安全生产有利,在技术上可行,所取得直接经济效益是客观的。稿日期:2004-10-08;责任编辑:曾康生第33卷第1期煤炭科学技术05年1月源得到更洁净、更有效地利用。置溶解、搅拌和泵送条件。1添加剂的试验与应用表3使用NDF-03二次加药制备水煤浆的性能1.1作用机理取样时间种类煤浆浓度/%煤浆黏度/mPa·s分散剂吸附到煤粒表面后,在煤粒表面形成很24日13时出料薄一层添加剂分子和水化膜,能显著地降低溶液的24日14时出料表面张力,提高煤粒表面的润湿性。根据静电斥力24日16时出料作用和空间位阻作用认为,降低固、液间的界面张24日17时出料力,可使体系的表面自由能降低,体系将会趋于更24日18时出料66.0724日19时出料65.0y9414稳定。水煤浆稳定剂的作用是形成空间结构,对颗粒沉淀产生机械阻力,它使水煤浆中的颗粒相互交添加剂平均添加率为4.7g/kg,前段加药3.7g/kg,后段联,从而有效地阻止颗粒沉淀,防止固、液间的分加药为1.0g/k离。常用的稳定剂有无机盐、高分子有机化合物及表4使用NDF-03二次加药,羧甲基纤维素(CMC)并调节pH值制备水煤浆的性能1.2分散剂的工业运行试验采用南京大学提供的水煤浆添加剂(NDF取样时间种类煤浆浓度/%煤浆黏度/mPaNDF-02)及CMC稳定剂、新型纳米稳定剂24日20时出料等药剂,京煤集团水煤浆厂于2002年9月23日进24日21时出24日22时行了分散剂的工业运行试验,试验结果见表1~5。25日0时料料料料料24日23时出料表1使用NDF-02制备的水煤浆性能65.09414取样时间种类煤浆浓度/%煤浆黏度/mPa添加剂平均添加率为4.7g/kg,前段加药3.7g/kg,后段23日11时出料64.44加药为1.0g/kg,加入NaOH调节水煤浆pH为8.6423日12时出料23日13时出料65.6表5使用NDF-03制备水煤浆的抗搅拌性能23日14时出料65.5123日15时出料66.3l搅拌时间/min煤浆浓度/%表观黏度/mPa·s温度/℃23日16时出料65.975766.03注:添加率为7.0g/kg表2使用NDF-03一次加药制备水煤浆的性能66.0718取样时间种类煤浆浓度/%煤浆黏度/mPa·s采用24日1时样品进行实验。23日23时出料24日1时出料(2)添加剂NDF-03对该厂选用的大同煤具24日2时66.47有良好的成浆性能,添加剂的添加率在4.5~5.024日3时g/kg(干煤)条件下,浓度可达到60%,黏度24日4时出料24日5时料为1200mPa·s,水煤浆稳定性、流动性、抗搅拌24日6时出料性能良好,管道输送平稳,运输稳定性能良好,使24日12时出料64.900用NDF-03后,添加剂用量可以减少25%,表观注:添加剂平均添加率为4.5~5.5g/kgc黏度V山中国煤化工了生产成本,提高了水煤CNMHG通过48h工业运行实验数据表明3)水煤浆添加剂NDF-03能够起到分散和1)添加剂NDF-03在常温下具有良好的溶稳定的作用,并在制浆条件上具有较宽的调节范解性能,无沉淀物,操作方便,适用于该厂现有装围,改进加药方式后(由一次加药改为二次加45第33卷第1期煤炭科学技术2005年1月药),药剂用量有效降低,再将水煤浆pH值调节影响水煤浆流变特性等特点,解决了大同煤等难成为8左右后,水煤浆的产品质量进一步提高,可以浆煤种制浆稳定性差的技术难题。满足该厂选用水煤浆添加剂技术和工艺上的要求。1.3新型纳米稳定剂工业运行试验2水煤浆粒度级配的试验与应用京煤集团水煤浆厂于2003年3月进行了新型水煤浆中煤炭的粒度不但要求达到规定的细纳米稳定剂的工业运行试验,并取得了满意的试验度,还要求具有良好的粒度分布。使不同大小的煤某效果。试验数据见表6。粒能够互相充填,尽可能地減少煤粒间的空隙,达到较高的堆积效率。首先,对沉淀的浆进行了级配表6新型纳米稳定剂制备大同煤水煤浆稳定性能方面的实验研究,在水煤浆这种固、液两相体系稳定剂添加量浓度黏度中,煤粒在堆积时,粗颗粒间缝隙多被细颗粒填7d的稳定性/%/mPa·s充,从而阻止液相的上升、粗颗粒的沉降,形成63.351530析水2mm、硬沉淀10m种稳定的结构。粗颗粒和细颗粒含量要够量,才能63.02917析水1mm、硬沉淀2得到较高的堆积效率。在实验室中,进行了提高沉2.563.081703无析水、无沉淀淀浆中细粒含量的再磨实验,实验前后粒度情况对2.562.53684无析水、无沉淀比见表7。无析水、无沉淀无析水、无沉淀表7实验前后粒度情况对比62.561761无析水、无沉淀沉淀浆/%提高细粒含量后/%无析水、无沉淀<239μm含量703无析水、无沉淀<9.52um含量62.33976无析水、无沉淀堆积效率62.81911析水3mm、硬沉淀15mm稳定性小于36h产生硬沉淀大于7d不产生硬沉淀通过84h工业运行实验,数据表明从实验中可以看出,通过对沉淀浆进行二次磨1)新型纳米稳定剂具有操作简单方便的特矿实验,增加了细粒含量,堆积效率由56%提高点,适用于该厂现有装置搅拌、泵送等生产工艺条到66%,稳定性由小于36h产生硬沉淀提高到大件于7d没产生硬沉淀。在稳定性上,水煤浆的质量(2)新型纳米稳定剂对该厂选用的大同煤具有得到了较大的改善。良好的稳定性能。水煤浆浓度为64.0%,黏度为2.1粒度级配调整实验1200mPa·s,稳定剂最佳用量为2.5g/kg,水煤将大磨机岀料与入料分别按3:2,2:1,3:1的浆存放一星期无沉淀、无析水。实验室观察该稳定比例混合、搅拌,调整浆液的粒度分布,使浆液达剂质量稳定,15d内性质无任何变化到较为合理的分布状态,测调整后浆液的浓度、黏(3)新型纳米稳定剂利用最新纳米科技成果度(20℃)粒度分布,并观察浆液的稳定性,结具有性质稳定不降解、不显著增加水煤浆黏度、不果见表8。表8粒度级配调整实验数据浓度粒度分布含量/%粒径/μ项目mPas1.20μm2.39μm10.5pm50.9μm75.6μm203最大平均入料64.29223.269.098.544.82出料659.231.6中国煤化工大同63.7031.7CNMHG49331.3:164.9376.935.93第33卷第1期煤炭科学技术05年1月从表8实验数据可以看出,采取3:2配比的浆性处理环节,尤其在夏天,在生产过程中,在大磨与大同的煤浆粒度较为接近,煤浆的稳定性也比较机前均匀稳定地加入稳定剂,使新型纳米稳定剂得好。经过反复级配调整实验,并结合生产中添加剂到充分研磨,提高了浆的稳定性。用量及大罐煤浆的稳定状态,最后确定了粒度级配3)采用煤泥直接制浆,增加了水煤浆中的细数据(见表9),以便于记忆和方便现场操作。粒含量,提高了堆积效率,改善了水煤浆的质量(4)在制浆车间外加了一台3×12m大磨机表9粒度级配数据作为二段高浓度细磨。粒度分布/um入料/%出料/%3经济评价2.39μm(1)由于采用了新型的分散剂和稳定剂,使水50.9μm煤浆添加剂的用量比以前大幅降低,使得吨浆成本75.6um%可以降低18元,按年制浆6万t计算,添加剂费平均颗粒/μm用每年可以节约108万元左右Dop/um200以上100以上2)调整煤浆的粒度级配后,煤浆的稳定性提注:Do指的是累积含量达到50%时所对应的颗粒粒径;D9高,同时又促进了药剂的节省。煤泥原来作为副产指的是累积含量达到90%时所对应的颗粒粒径。品时,每吨销售价格为50元,用于制浆后,其每吨销售价格为300元,每吨净增250元。按全年生当生产中参照表9粒度级配操作时,生产稳产15万t精煤计算,产岀煤泥3855t,可净创收定,节省药剂,降低了生产成本,提高了煤浆的稳入96万元。定性。结语2.2高浓度的磨矿实验用经过一次破碎后的煤进行浓度不同的磨矿实水煤浆作为一种洁净煤燃料,具有十分广阔的验,磨矿15min,用大于175wm和小于175μm应用前景,它对于合理、高效和洁净的利用煤炭的筛网检查磨矿结果,比较磨矿产品中粒度分布情保护环境、节约能源、提高经济效益方面都具有十况。当浓度为30%时,大于175μm筛网的含量为分重要的意义。在今后的工作中,开展水煤浆技术34.3%,小于175μm筛网的含量为65.7%;当浓的研究与应用推广,从生产实践与实际应用过程中度为50%时,大于175μm筛网的含量为15.9%发现问题,解决问题,不断降低生产成本,努力提小于175μm筛网的含量为84.1%。磨矿时间相高产品质量,使水煤浆的制备与应用技术更加完同、曆矿浓度不同时,高浓度磨矿要比低浓度磨矿善、成熟。产生更多的细粒。因此,在制浆工艺中,将二段细参考文献磨变为高浓度磨矿,可以使煤浆中细粒含量增加,粒度分布改善,稳定性得到提高[I]张荣曾.水煤浆制备技术的现状与展望[M]北京:经济为了给制浆工艺调整提供充分的、可靠的实验管理出版社,1992.数据,进行了磨机高浓度再磨矿实验,用生产出来[2]张荣曾.水煤浆制备技术[M]北京:科学出版社,的浓度为63%的浆进行再磨,磨矿时间为30min[3]王祖讷,柴保明,付晓恒,等.深度物理加工与精细水煤再曆前浆液粒度分布小于25%,再磨后水煤浆中浆[J]煤炭加工与综合利用,2002(10)的粒度分布发生了明显变化,细粒含量(小于[4]支献华.水煤浆稳定性的影响因素及评定方法[J]煤炭9.52μm筛网)增加,大于35%,改善了浆的质加工与综合利用,2000(1)量。通过试验及多年的实际生产经验,该厂建立了凵中国煤化工系列相关的制度CNMHG河北深州人,工程师,现在北八事小水技术研究工作。Tel:010-(1)为降低生产成本,提高煤浆的质量,采取69842461-22971,E-mail:bjqy@263.net了在曆矿前、后分段加入分散剂。2)为使水煤浆具有一定的稳定性,设置稳定收稿日期:2004-11-26;责任编辑:刘军娥47