高内水煤种的水煤浆制浆技术概述

第6期煤质技术2010年11月高内水煤种的水煤浆制浆技术概述李玲莉(西北化工研究院,陕西西安710600)摘要:从配煤、煤的预处理、煤浆制备、粒度制备、粒度级配及水煤浆添加剂等方面,概述了高内水煤种的水煤浆制备关键技术,并根据工业实施的难易程度及成本提出了相应的制浆工艺顺序关键词:水煤浆;制浆技术;粒度级配中图分类号:TQ534.4文献标识码:A文章编号:1007-7677(2010)06-0044-04The summary of pulping technology of coal-water slurry with high internal moistureLI Ling-liChemical Engineering Research Institute of Northwest, Xi'an 710600, China)Abstract: The author summarized key technologies of coal-water slurry with high internal water coal, from the aspects of coalblending, coal pretreatment, coal- water slurry preparation, particle preparation, particle gradation and additives of coal-waterslurry etc. The pulping technology was put forward according to difficult degree of industrial performance and costsKey words: coal-water slurry: pulping technology; particle gradation随着现代煤转化技术的发展,水煤浆制备及应表1已分类各煤种储量比例和特性用技术在我国的应用越来越广泛,高内水煤种的制煤种比例/%燃烧性成浆性浆技术也逐步为人们所关注。在我国煤炭品种中,无烟煤难成浆的煤种占到总储量的70%,尤以不黏煤和贫煤长焰煤为主,且主要集中在华北和西北地区,其中瘦煤以神府-东胜煤田储量最为集中,达3000亿t以焦煤上。故难成浆的煤种的制浆技术是我国水煤浆技肥煤5.71好术开发所必须解决的关键之一。煤随着国内新建煤化工项目的发展需求,研究者弱黏煤3.37良好对难成浆煤种的制浆技术做了一些实验、研究工不黏煤29.98不好作,但尚未形成成熟的制浆技术,特别是在设备、长焰媒工艺的选配方面,仍需要做大量的工业试验研究。7.73很不好该文对难成浆高内水煤种(不黏煤、长焰煤)的制浆技术进行了分析和讨论,以图能为工业应用不黏煤是一种在成煤初期已经受到相当程度氧及进一步的研究工作提供参考。化作用的低变质到中等变质程度的非炼焦用烟煤。煤质特点煤的水分大,M1在14%~18%;含氧量高,多在10%~15%;发热量仅高于一般褐煤。有些品种还在我国煤炭资源中,难成浆煤种的储量远大于含有一定量的再生腐植酸,但具有低灰、低硫、低易成浆煤种的储量(见表1)。磷、低氯、高挥发分、易燃、收到基低位发热量高相对于易成浆煤种,难成浆煤种的原料价格也的优点,可做为配煤制浆的煤种有很大优势,一些新建或在建的煤化工项目,很多长焰煤是变质程度最低的髙挥发分烟煤,其煤是采用难成浆的高内水煤种(不黏煤、长焰煤)作化程度仅髙于褐煤而低于其他各类烟煤,煤的燃点为制浆原料。低,发热量也不高,有的含有一定量腐植酸,其成第6期煤质技术2010年11月浆性能较差。典型高内水煤种的煤质分析数据见表22。表2典型高内水煤种的煤质分析数据工业分析元素分析煤种HGIM/%And/%Vod/% FCm/%M·kg1鸟沙山29.0750.7466.100.448.9627.79上湾28.0254.13.14祁连塔6.239.110.3914.9786625.892改善高内水煤成浆性能的途径磨机的优点在于:设备可靠性高、生产能力大、操作简便,是制浆的主力设备。但其缺点也很明显煤质特点是影响成浆性能的主要内因,由于难由于产品粒度分布差,影响堆积效率,进而影响成成浆煤种所具有的高内水、高氧含量、低可磨指数浆性能。考虑到难成浆煤种的特点及粒度级配的需的特点,决定了其成浆特性较差。改善高内水煤的要,宜采用搅拌磨湿法进行细磨,细磨比例达到成浆性能,在制浆工艺过程中优化,是首选的技术10%~20%,细磨的浆料可返回棒磨机进而降低磨方案,其成本也最为低廉料黏度提高磨机效率,也可直接混入产品煤浆,针对难成浆煤种的煤质特点,考虑现有的工业实现粗度级配优化,提高成浆性能。技术及生产成本,对高内水煤的制浆工艺建议从如4)添加剂。选用综合性能与煤种匹配的复合下几个方面考虑添加剂,一般说来以磺化腐植酸盐为基础的复合水(1)配煤。在难成浆煤种制浆工艺中,配入一煤浆添加剂,在性能和成本上应是较好的选择。如定比例的易成浆煤种,是成本最低(视配煤运输距仍不能满足工艺要求则可采取进一步的办法,优选离而定)、最易实现的方法,应首先予以考虑。适宜的煤浆添加剂。(2)煤的预处理。采用物理改性手段,特别是能因地制宜利用废热回收对制浆用煤进行低温热处3配煤理是工业制浆应考虑的一个主要手段。另外,视煤高内水煤(低阶煤)成浆性差,水分高、发热种情况及工艺需求,还可采用微波、超声、磁化等量低,但挥发分高、易点燃。高阶煤则相反。为获手段。考虑到制浆量一般规模都比较大,处理技术得浓度高、黏度低、稳定性好、易点燃的优质水煤在吨浆成本上相对于使用更好的添加剂,其经济性浆,将两种煤按一定比例混合制浆不失为一种好方要好得多。法。表3是两种高低阶煤配煤制浆的数据1,如能(3)制浆设备、工艺及粒度级配。棒磨机作为因地制宜,利用不同煤种、精煤、煤泥混合制浆,制浆的主要设备,已经得到大多数厂家的釆用。棒既可高煤浆性能,又可降低生产成本,当为首选。表3高低阶煤配煤制浆实验结果煤种成浆性燃烧性水分/%灰分/%挥发分/%哈氏可磨性指数HGⅠ煤浆浓度/%煤浆黏度(100s-1)/mPa·s神木煤极难很好10.103.851000路安煤易差5117,7872.321000配煤中等29.0068.57煤的预处理采用低温加热改善煤的成浆性研究表明,400℃前热解对煤的孔结构改变不大,然而比表面积下降较4.1低温热处理多。可能是400℃时析出物将表面小孔堵塞,通过在煤的热解过程中,最初的低温段主要是煤的含氧基团分解和小孔的封闭,减少了亲水质点的数干燥脱水和表面含氧官能团的断裂脱除过程,只有量,从而使煤表面疏水性提高;在400℃~500℃超出特定温度,才会发生煤分子结构的实质性变化。进一步脱挥发分,增加了孔体积,打开小孔露出其第6期煤质技术2010年11月表面,抵消了含氧基团分解表面亲水点减少的影对比不同破碎机出料的堆积效率数据发现:辊响,使颗粒表面亲水性略有增加。变质程度越低的压式破碎机最佳、反击式破碎机次之、锤碎机也适煤,对热处理越敏感,成浆性的变化越大。大同煤用。辊压破碎机的另一特点是,辊压可使物料产生和神木煤都在400℃~480℃达到最大成浆浓度的裂纹,有利于下一步的磨矿。但辊压比反击式破碎峰值,而神武煤和羊肠湾煤达到550℃,最大成浆机价格髙,目前大部分厂家使用反击式破碎。对于浓度仍有上升趋势。余学海等“研究表明加热改性难成浆煤种,应尽量使用辊压破碎。以450℃、0.5h效果最好,较原始煤样最大成浆5.1.2球磨机的装球率质量分数提高2.98%。加热改性虽然对提高煤的试验显示,球磨机装球率50%时,功耗最大成浆性能有作用,但要考虑到处理过程中损失的可磨介运动获得的能量也最大、有利于提高磨机的处燃物质,应充分采取措施,减少损失。理量。故格子型球磨机装球率建议45%~50%4.2超声波技术溢流式球磨机装球率40%。超声波空化使水煤浆产生高频疏密变化,作用5.1.3球磨机的转速率产生剪切力。空化后释放的能量,使浆体粒度变球磨机的转速直接影响到磨介的运动方式,进细,分散改善,对水煤浆稳定性、流变特性作用明而影响磨矿效率。工业生产中球磨机的转速率通常显。具工业应用前景。李永昕等研究表明:添加取为65%~78%。对于制备高浓度水煤浆,实际剂类型与超声辐照存在相关性,超声辐照对煤浆流应用发现,转速率为70%时,磨矿功耗最低。变性的改善与添加剂类型有关,阴离子型添加剂更5.1.4磨介的选择和配球有利。并且研究了超声辐照对水煤浆燃烧性能、粒磨介的品种与配球对磨矿效率有很大影响,水度分布变化、溶岀离子变化、添加剂的吸附、成浆煤浆制备一般选用钢材,最常用钢性能等的影响。棒时称为棒磨,棒磨由于其具有选择性的特点,产4.3微波处理技术品粒度较均匀,分布较窄,不符合高堆积效率的要微波处理可以把对成浆危害较大的α硅转变为求,故对于难成浆煤种单独采用棒磨制浆不可取。危害较小的β硅,微波处理很好地增加了流动特性但若采用双峰级配的工艺,则可利用棒磨机粗磨并且减小了输送过程的腐蚀问题。李艳昌等。研究以得到较均匀的粗粒,为级配创造更有利的条件。表明微波改性以420W、60s效果最好,较原始煤5.2制细浆用振动磨机样最大成浆质量分数提高391%。振动磨机是一种新型磨矿设备,具有体积小、4.4磁化技术磨矿效率高、能耗低、比球磨机更易获得细粒度在磁场作用下,煤粒会带有一定的磁性(大多(小于10μm)产品等优点。与球磨机相比,振动数煤为抗磁性物质),煤粒成浆过程中将定向排列,磨的吨煤电耗典型数据是可降低一半以上。但振动形成有序胶团使浆的流动性改善。同时胶团悬浮在磨机大型化有困难,目前国内外最大振动球磨机的煤浆中,静电力增大,浆的稳定性得到改善。在容积只有28m3,且大型振动磨的工业应用稳定定时间内,对煤和水的磁化可改善水煤浆的性能性有待提高。所以振动磨只适用于作为磨制细颗粒但随着磁化时间的延长,黏度呈上升趋势。研究表配料的辅机。明对水的磁化,效果好于对煤的磁化。5.3制细浆用搅拌研磨设备4.5高压热水处理搅拌磨机由驱动(包括电机和减速机)、筒体、浙江大学研究表明,高压热水处理可使神华煤多级搅拌器和机架等部件组成,电机经减速机带动的成浆浓度提高4%以上。多级搅拌器在充满磨矿介质(瓷珠或者锆珠)和被5制浆设备及工艺性能磨的物料在筒体内作整体的多维循环运动和自转运动,物料在表面光滑的介质球质量压力与旋回转离5.1球磨机工况选择心压力共同产生的摩擦,挤压,剪切,柔搓和冲击5.1.1磨机给料的破碎力的作用下,被有效地粉碎。磨矿功耗比破碎功耗要高,所以磨矿前,物料搅拌磨机的最大给矿粒度为0.075mm需破碎至一定细度,减少功耗。0.0375mm,经超细研磨后产品根据需要,粒度可第6期煤质技术2010年11月以达到微米及亚微米。中科院感光化学所。研究了针对高内水含量搅拌磨应该是目前最适于细水煤浆制浆的工业的难成浆煤种,加入表面活性剂沥青,改善煤设备,无论从研磨效率、可达到的粒度、工业应用的成浆性,在不增加水煤浆黏度的情况下,提成熟度,设备稳定性、产能等各方面考虑,应为目高成浆浓度,效果显著。沥青与煤粉的比率为前细磨设备首选(0.5~10):(99.5~90)。各种添加剂与煤的比率搅拌磨的主要技术特点:①可将物料超细研磨小于2%。一般情况下,加入2%~2.5%(煤干至2μm或更细;②与卧式球磨机相比节能50%以基)的沥青可提高水煤浆浓度2%~3%。沥青添上;③效率是卧式球磨机的10倍以上;④产品粒加剂不影响其他添加剂的正常使用。度可调节,可间歇、循环、连续生产;⑤噪声低,无振动。8结语6粒度级配煤质特点决定了高内水煤成浆特性较差。欲改善高内水煤的成浆性能,需要结合煤质特点,在配制备高浓度水煤浆的技术关键之一,是要求水煤、煤的预处理、制浆设备、制浆工艺、粒度级配煤浆的粒度分布能达到较高的堆积效率,亦即要求及添加剂选择等方面进行优化。煤粒堆积时空隙少,固体容积浓度髙。堆积效率与为提高难成浆煤种的成浆性能,结合不同煤种粒度分布的关系是水煤浆制备技术的基础理论之和不同的优化工艺方法,根据工业实施的难易程度粒度级配就是为了提高物料的堆积效率而采用特别是考虑到实施成本,提出相应的制浆工艺顺的方法,通常分双峰级配和多峰级配。序:配煤、粒度级配、物理改性、添加剂。在工业表4是一组典型双峰级配的数据,其中粗粒实施中,应综合考虑各种因素,在充分试验的基础约占77%~80%,细粒占20%~23%,2种颗粒上,合理安排制浆工艺,满足难成浆煤种的制浆技单独测量的堆积效率均约55%,级配后混合物料术要求。的堆积效率为68%,可以估算级配后的物料,较未级配制浆,成浆浓度约可提高10%以上。参考文献表4典型双峰粒度级配数据[1]陆良平,水煤浆分类利用技术与制浆新技术新工艺及粒度/pm粗粒产品/%细粒产品/%混合产品/囚家相关技术标准规范实务全书[M],北京:中国98.07知识出版社,2005[2]叶琳,神华煤水煤浆特性及改进成浆性研究[D]78.83.杭州:淅江大学,200763.6271.[3]日本科姆株式会社,高浓度煤水浆的生产方法:中11062.7171.29国,CN92104258.2[P].19939049.5061.12[4]余学海,神华煤水煤浆成浆特性的优化方法、模型预59.74测及改性机理研究[D],杭州:漸江大学,200830.3691,0630[5]李永昕,赵天生,李宝庆.超声辐照对水煤浆浆体燃22.84烧性能的影响[J].煤炭转化,2001,124(4)7.2710.85[6]李艳昌,刘剑,程军,等·改性提高神华煤威浆性能[冂],辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2008,27最佳配比/%100.0[7]张荣曾,水煤浆制浆技术[冂]·北京:科学出版社平均粒度/m109.6123.2889.75堆积效率/%68.23[8]中科院感光化学所·高浓度水煤浆:中国,ZL85100543[P].19937水煤浆添加剂作者简介:事玲莉(1963-)陕西钢川人,工程师,主要针对难成浆煤种的特点,在使用常规煤浆添加从事化工行业科技编辑工作。剂的基础上,可考虑采用更进一步的优选措施,以利于制取满足工艺要求的合格水煤浆。(收稿日期:201009-14)47