精细水煤浆制备及其流变性研究

第25卷增刊辽宁工程技术大学学报2006年6月VoL 25 SupplJournal of liaoning technical UniversitJun.2006文章编号:10080562(2006)增刊1-0293-02精细水煤浆制备及其流变性研究任兰柱2,崔风禄3,赵金元2,陈艳新3,王祖纳1(1.中国矿业大学化环学院,北京10083:2.辽宁工程技术大学机楲工程学院,辽宁阜新1230003,开滦集团钱家营矿业公司,河北唐山063000摘要:针对发展以媒代油技术中燃料制备存在的问题,运用水煤浆制备与燃烧理论,根据每个煤种特点分别进行了磨矿和制备精细水煤浆实验,通过分析所制得的各煤种水煤浆的流变性能,找岀了影响煤浆表观粘度的因素,得出了煤质、添加剂、煤粉粒度是制备精细水煤浆过程中的关键因素。掌握了各煤种制备煤浆的规律,对发展以煤代油技术和缓解石油资源日益紧缺问题有重要意义。关键词:精细水煤浆;表观粘度:添加剂;粒度中图分类号:TQ5344文献标识码:AResearch on fine coal water slurry preparation and its rheological propertyREN Lan-zhu", CUI Feng-Iu', ZHAO Jin-yuan, CHEN Yan-xin, WANG ZU-na'(l. College of Chemistry and Environment, China university of Mining and Technology, Beijing100083, China; 2. College of Mechanical engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China3. Qianjiaying Mining Company of Kailuan Group, Tangshan 063000, China)Abstract: According to the existing problems of fuel preparation in developing coal-replacing-oil technology andeach coal property, physical alterations of each coal have been done by applying coal water slurry(Cws)preparation and combustion theory. Tests about the grinding and the cws preparation have been donerespectively, because of Cws of different coals needing various sizes. By analysing rheological properties ofCWS of different coals, the factors of influencing the apparent viscosity have been found out. Coal propertyditid granularity are the key elements. Grasping the rules of the Cws preparation is remarkablysignificant for coal replacing oil to release the problem of the increasing oil shortageKey words: fine coal water slurry; apparent viscosity; additive; granularity0引言实验室的技术和设备对6种不同的煤种HB(瘦煤)LL(焦煤)、DT(不粘煤)、ST(石台煤)、SM(神近年来由于石油价格不断上涨,石油进口压力木煤)、JC(晋城煤),进行制浆实验。先对各种煤逐年增大,其可获得性变得不确定。价格便宜的煤样进行工业分析和元素分析,结果如表1、表2。炭燃烧产生能量,至今易于得到。发展以煤代油技表1实验煤工业分析术或者改变燃烧系统,或者改变煤本身。精细水煤Tab.I industrial analysis of coal samples浆制备技术是以煤代油技术的一个重要方面。精细煤种 Mad vad adf Aad Ad Fcad Fcdaf Std Stdf010427604389由精细煤粉、水和一定量的添加剂组成。一般精细LL1.5927.1029807938.3463.3270010.23530.2365水煤浆灰分为1%-2%,浓度为50%-60%,粘度小DT3.3028.1331457.537.8761.3568741.10231.1018ST9.37295834805626.20554365200.14670.1619于0.3pas,粒度小于10μm,可作为内燃机、燃气SM0.7820.3723.1512211.3167.637685043130.4347透平燃料。由于它既能保持煤的物理化学性能,又能JC1.1589210451945197271078955066470.6742表2实验煤元素分析像石油一样具有良好的流动性和稳定性;低污染、Tab 2 ulitimate analysis of coal samples燃烧效率高,因此,成为应对石油资源危机,诚少煤种 Cad Cadf Had Hdaf Nad Ndaf Oad Adf对石油依赖的重要对策之一。HB80.1091.523.584.02LL78.1387.124384.791.34143602660DT76.2385.594.344.830.941.046.567.321精细水煤浆的制备及其流变性分析T68,1980.214.565.361021.2011,091305SM78.1688823.964.501321.504.13469中国矿业大学世界合作实验室经过多年研究精细水煤浆的制备与燃烧已通过小试和中试。利用将制浆所用的煤样先破碎到40目以下,然后用于磨矿的入料,采用不锈钢滚筒球蘑机进行破收稿日期本文编校:焦丽294辽宁工程技术大学学报增刊碎,每个煤样都通过磨矿实验得到粒度与时间的变化曲线,然后再根据制浆用煤的粒度要求,控制磨矿时间得到符合制浆粒度要求的煤样。在优化不同出800煤种的制浆工艺的条件下制备水煤浆,并对样品质量、成分、结构和粒度特性进行分析。各种制浆用煤粒度分析是采用英国 Malvern公司生产的图3DT浮选精煤所制得水煤浆粘度图Mastersizer激光粒度分析仪来进行Fig 3 viscosity of coal water slurry made byfloatation clean coa将以上各制浆煤样分别加入一定量的水,再加实验所用添加剂为磺酸盐分散剂,加入量分别入一定比例的添加剂,搅拌20min后制得水煤浆,为煤浆量的0.5%。由于煤的芳香核结构中所含的羟制浆完毕后用旋转粘度计测其流体粘度。用DT、基、羧基官能团具有强亲水性。对含氧量较小的煤LL、HB三种煤样进行添加剂和灰分实验。种来说,添加剂作用明显;而对含氧量较多的煤种表3各种实验煤的粒度分析添加剂作用不明显;对含氧量4%以上的各煤种加Tab3 size analysis of different coal samples煤种D(O.DmD05)D09)mD431mD32m入添加剂后虽有一定的增浓作用,但使煤浆疏松结010.2023.418.93构破坏,产生硬沉淀。因此,要使这些煤能制得合l1.26格的煤浆必须加入分散剂的同时再增添稳定剂,以JC29913.9917.57保持煤浆疏松、稳定的结构。ST50.1910.56灰分对稳定性的影响,灰分较高(在11%20%)表4制浆用煤样的产率及其灰分的煤种本身煤浆结构疏松、稳定,加入添加剂都对Tab4: yield and ash of CWS coal samples煤样名称y%原煤浆结构影响较小;而灰分较低(在4%~7%)46.2453.76的煤种,加入添加剂后不能保持原煤浆结构性能LI5683.1744.32产生了硬沉淀,必须加入稳定剂以改变煤浆结构性3.95379421.71能。因此,选择灰分适中的煤种制浆,有利于保持由表4可见只有D煤样的浮选精煤灰分<2%,煤浆结构性能,不产生硬沉淀。制得超低灰精煤,但是在保证一定意义的产率前提4结论下,灰分有所升高,达到了3.17%,HB煤样的产由上述分析得到如下结论:①添加剂影响煤浆率最髙,灰分也最髙,三个煤样的浮选尾煤可以制的流变特性和表观粘度,表观粘度随剪切速率的增成中煤水煤浆。对上述三种煤样用旋转粘度计测试加而降低。②灰分高的煤样容易制得固体浓度较高岀的数据输入计算机拟合得到的曲线可知在剪切的水煤浆,灰分中等的煤成浆性能较好,灰分低的速率由低至高时的流体类型,在剪切速率为100/s煤,应在加入分散剂的同时加入稳定剂,才能保持时的表观粘度图为图1、图2、图3煤浆疏松结构。③煤粉的粒度分布关系到煤浆的质量分数、流变性、稳定性及燃烧特性。如果煤粒的1800颗粒过大则虽然易成浆,但稳定性较差。如果过细,由于比表面积增大成浆性则会变差。④煤浆的粘度随温度的升高而降低,选择适宜温度对于煤浆的储存和应用是一个重要问题。⑤水煤比高的浆体虽然图1Dr浮选精煤所制得水煤浆粘度图成浆性较好,但由于煤粉的质量分数低而使浆体的Fig. I viscosity of coal water slurry made byfloatation clean coal稳定性不好,而且作为燃料其燃烧值也会下降参考文献:[』孙成功,李保庆水煤浆技术研究开发现状及面临的问题[]煤炭转化,1995,18(3):1[2]吉登高水煤浆燃烧特性的研究[D北京中国矿业大学,2005[3]万玲娟煤的超细粉碎及超净煤的制备[D北京:中国矿业大2D浮选料规南制得水煤浆粘度图[4]顾全荣,胡宏纹,王诅讷,等金属离子在煤界面吸附对煤成浆性的影响[J].燃料化学学报,1995,23(4):435Fig 2 viscosity of coal water slurry made by[5]寿崇崎水煤浆添加剂及水煤浆稳定性研究[M,日用化学工业,2003floatation clean coal