煤浆预处理（精选7篇）
煤浆预处理 篇1
贵州赤天化桐梓化工有限公司气化装置采用GE水煤浆气化技术,是世界上首套以无烟煤为原料的GE水煤浆气化装置。该装置配套3台3.2m、25.4m3的等径气化炉,两开一备,为30万t合成氨和30万t甲醇提供粗煤气。原料煤为桐梓县境内的无烟煤,由于桐梓县境内无大型煤矿,原料煤来源比较分散,为公司供煤的煤矿达10多家,煤质很不稳定,总体具有高硫、高灰分以及高灰熔点的特点。
由于无烟煤活性差,反应时间长,温度分布及流体分布中有部分煤未充分反应,加之原料煤灰分高达18%~25%,造成气化炉渣量达25t·h-1(干基)左右,给渣场带来巨大的压力。气化渣是煤化工生产中的固体废弃物,长期堆存既占用土地资源,又容易对周边环境造成污染。据测算,每堆存1t气化渣费用在5~20元,给本已举步维艰的企业带来沉重的经济负担。
为了降低气化渣的堆存压力,减少环境污染,桐梓化工采用蚯蚓处理混合基质(含气化渣30%~40%)的方法,实现水煤浆气化渣的综合利用,达到变废为宝、环境友好的目标。
1 技术背景
蚯蚓是一种常见的陆生环节动物,繁殖能力强,生活在土壤中,经常在地下钻洞,使土壤疏松,以腐败有机质碎屑为食,连同泥土一同吞入,也摄食植物的茎叶等碎片,具有吞食有机质并以颗粒状排出的功能。蚯蚓与微生物协同作用,可加快有机质的分解过程,促进碳、氮循环,从而提高土壤肥力。据中国科学院质检中心检测显示,蚯蚓的颗粒状排出物(蚯蚓粪)颗粒均匀,无味卫生,保水透气功能比一般土壤提高3倍,氮磷钾含量较高,含17种氨基酸,有机质含量40.2%,有益菌为20~20000万个·g-1。用蚯蚓粪生产粮、菜、棉、油、茶、药、苗木、花草,不仅肥效高,抑制有害菌和病害的能力强,还可提高土温,保水保肥。
施蚯蚓粪的农田土质松软,农作物根系发达,蚯蚓粪经过微生物发酵,能形成高档生物肥,给农民节省大量农药、化肥,生产的农产品符合绿色标准。利用蚯蚓处理水煤浆气化渣、农业有机废弃物、生活和厨余垃圾堆腐处理后的混合基质,其最大优势是整个处理过程能达到零污染,而且混合基质中的一些杂质、细菌等经过蚯蚓活动后会被消除,混合基质的臭味也会随之消失,处理后的蚯蚓粪无味,基本上和农田中的土壤相差不大。蚯蚓还可以从混合基质中吸取一定量的重金属,对重金属Mn、Cu、Zn等有一定的吸收作用。
2 技术方案
为了综合利用水煤浆气化渣,最大限度地减少渣场的堆存压力和固体废弃物造成的环境污染,桐梓化工采用在斜坡上用蚯蚓处理混合基质的方法,以克服现有技术的不足。
2.1 混合基质的制备
将气化渣、农业有机废弃物、生活和厨余垃圾堆腐处理后的基质混合,得到混合基质。混合基质的配比为:气化渣30%~40%,农业有机废弃物40%~50%,其余为生活和厨余垃圾堆腐处理后的基质。
2.2 斜坡式养殖床铺设
斜坡式养殖床的斜坡坡度为40°~60°,斜坡式养殖床大小根据斜坡长度与待处理混合基质的多少而定,用隔板纵向分格,隔板高度为0.4~0.6m,放置混合基质的格宽为1.0~2.0m。在隔板上部安装喷水管线,斜坡式养殖床的最低处设置一污水池,收集混合基质出来的污水,其大小由待处理混合基质的量而定。此污水可返回用于混合基质含水控制。斜坡式养殖床的结构示意图见图1。
1.基质处理床;2.隔板;3.水管;4.喷嘴;5.污水收集池;6.水泵
2.3 在斜坡式养殖床上放置混合基质
将混合基质放置于斜坡式养殖床上,混合基质从高处加入,利用重力和斜坡式养殖床的斜度自动滑入底部,形成有一定厚度混合基质的斜坡式养殖床。混合基质也可以根据需要间断加入,在斜坡式养殖床四周撒有生石灰防线。
2.4 在斜坡式养殖床上放置蚯蚓
在堆好混合基质的斜坡式养殖床上投放蚯蚓,从斜坡式养殖床的底部投放,蚯蚓投放密度为1800~2000条·m-2,然后在斜坡式养殖床上覆盖遮挡物,遮挡物为废旧的毛布、聚酯网或者稻草等。
2.5 处理斜坡式养殖床
1)在隔板上部安装喷水管线,使混合基质的含水率控制在55%~80%;通过外界条件使混合基质的温度保持在10~28℃。
2)每10~15d检查一次蚯蚓密度,当超过5000条·m-2时移出超标蚯蚓,并清理斜坡式养殖床上的杂草,蚯蚓处理混合基质周期为60d。
3)待蚯蚓处理完斜坡式养殖床的混合基质后,将蚯蚓从混合基质中分离。在处理后的斜坡式养殖床上部滑入新的混合基质,揭开覆盖在处理后的斜坡式养殖床上的遮挡物,将处理后的混合基质从底部取出,蚯蚓因找新的食物会自行向上爬入新的混合基质。
4)处理后的斜坡式养殖床上的混合基质疏松深度和长度各为5~10cm,2~3h后,移走疏松混合基质,另行堆放。在处理后的混合基质堆中放置3.9mm规格的金属网,在金属网上放置蚯蚓爱吃的饵料,将入网的蚯蚓进行回收。
3 病虫害防治
3.1 毒气中毒症的病因
载体底层老化直至腐败,长时间不透气,会使大量CO2悬浮于基料之间,导致蚯蚓缺氧而涌向表面,继而厌氧性腐败菌、硫化菌等发生作用,使大量的硫化氢、甲烷等毒气不断溢出,造成蚯蚓中毒而死。因此,应注意基料的通风,注意更换基料以及清除蚯蚓粪,一旦出现病症,应迅速减薄料床,将有毒饲料撤去,疏松料床的基料,加入蚯蚓粪以吸附毒气。
3.2 萎缩症的病因
基料温度长期低于10℃或高于28℃,会造成代谢抑制。基料过薄,导致遮光性差,蚯蚓长期受光,使体内、外生化作用紊乱。平时应加强生态环境和微生态环境的良性平衡管理,将病蚯蚓分散到正常蚯蚓群中混养,使之恢复正常。萎缩症为管理失控所致,一般不会造成严重后果。
对于鼠、蛇、蛙类,要在周围撒布生石灰,形成一道防线,防止鼠、蛇、蛙类侵入。对于蜈蚣、蝼蛄、黑蛞蝓,要利用它们夜间觅食的特性,于夜间人工捕捉,或在其活动处撒布高锰酸钾予以杀死。对蚂蚁,放养蚯蚓前,可在处理床四周撒布3%氯丹粉或2.5%的七氯粉。
4 结语
随着社会的进步、工农业的发展,水煤浆气化渣、农业有机废弃物、生活和厨余垃圾成为新的污染源。它们产生量大,资源利用化程度低,对环境影响大。目前对它们的处理基本上采用:1堆填的方式。该方法既浪费土地资源,又对环境造成污染。由于含水量高,还会对坝体造成安全隐患。2焚烧。该方法不仅排放废气,还会对大气环境造成污染,而且难度较大。两种处理方式都存在成本高、效率低,容易造成环境污染的缺点,不能实现变废为宝、环境友好的目标。
为实现煤化工行业固体废弃物的“减量化、再利用、资源化”目标,桐梓化工利用蚯蚓繁殖能力强,具有吞食有机质及泥土、并以颗粒状排出蚯蚓粪的功能,将水煤浆气化渣、农业有机废弃物、生活和厨余垃圾堆腐处理后得到混合基质,再由蚯蚓进行处理,可变废为宝,资源化利用程度高,成本低、效率高,而且最大限度减少了环境污染,处理后的混合基质接近零污染。符合有机肥标准,可在土壤改良、城市绿化等领域广泛应用,经济效益和社会效益显著。
摘要：水煤浆气化渣是煤化工生产中的固体废弃物,长期堆存既浪费土地资源,又容易造成环境污染。本文简要介绍了利用蚯蚓处理含气化渣30%~40%的混合基质的方法,解决了气化渣资源化利用的问题,实现了变废为宝、环境友好的目标。
关键词：蚯蚓,水煤浆,气化渣,混合基质
水煤浆气化细渣处理分析 篇2
1 工艺流程及原理简述
1.1 工艺流程
气化炉和碳洗塔底部排出的高温黑水减压后经过四级闪蒸, 再由澄清槽给料泵加压进入澄清槽。在澄清槽中, 缓慢转动的澄清槽耙料机将沉降下来的细渣刮至澄清槽底部出口。澄清槽底部出来的细渣浆经底料泵最终送至细渣过滤机。
细渣过滤机对细渣浆进行真空过滤。过滤出的滤渣送出界外处理;滤布冲洗水自流进入滤液槽, 经滤液泵加压后进入磨煤机。
1.2 工作原理
真空带式过滤机采用真空吸滤的方法对料浆进行固液分离, 在过滤介质一边形成真空, 另一边是需分离的料浆, 为常压, 因此在介质两边形成压力差, 在压力差作用下液体通过滤布流向真空一边, 固体截留在滤布上。
环形胶带由电机减速拖动连续运行, 滤布铺敷在胶带上与之同步运行。胶带与真空室滑动接触 (真空室与胶带间有环形摩擦带并通入水形成水密封) , 当真空室接通真空系统时, 在胶带上形成真空抽滤区;料浆由布料器均匀地布在滤布上, 在真空作用下, 滤液穿过滤布经胶带上的横沟槽汇总并由小孔进入真空室, 固体颗粒被截留下来形成滤饼;进入真空的液体经气水分离器排出。随着橡胶带移动已形成的滤饼依次进入滤饼洗涤区、吸干区;最后滤布与胶带分开, 在卸滤饼辊处卸出滤饼;卸除滤饼的滤布清洗后再经过一组支承辊和纠偏装置重新进入过滤区。
2 生产中出现的问题
2.1 过滤设备处理能力不足
设计为正常情况下两台气化炉运行, 过滤机一开一备, 单台处理能力约为50m3/h。但在实际中, 当两台气化炉投运时, 必须同时投运两台过滤机, 并且运行一段时间后, 由于滤布堵塞, 过滤机无法满足渣水处理需求。
2.2 滤饼脱水效果不佳
真空压滤机高负荷时滤饼含水率偏高, 见表1, 由此也造成现场环境恶化, 渣水四溢, 并给滤饼的运输和销售带来了极大的困难。
2.3 过滤机运行周期不长
在真空带式过滤机运行初期, 因设备较新, 且气化炉处于试运行阶段, 负荷较低, 单台过滤机运行周期较长。随着系统负荷的增加, 相继出现了滤布跑偏和撕裂、托锟断裂等一系列设备故障, 甚至多次出现因过滤机停运而降低气化炉负荷的情况, 造成了巨大的经济损失。
3 原因分析与应对措施
通过和采用相同工艺的装置比较, 发现造成渣水处理系统故障的根本原因在于运行中产生了过量的气化细渣, 最高每天能达到400~500t, 而其他企业每天只有几十吨。同时, 细渣量的增大还意味着气化炉转化率的降低和经济损失的增加。经过分析研究, 决定采取以下措施。
3.1 优化工艺, 降低细渣量
过滤机超负荷的直接原因在于前系统送来的渣水过多, 而根本原因在于气化炉的转化率不高, 投入气化炉的煤浆, 有相当部分未能充分反应便进入灰水处理系统。针对这些问题, 我们厂进行了各种尝试, 如提高氧煤比, 对气化用煤进行不同煤种掺配试验等。但是单纯提高氧煤比将直接造成气化炉内温度的上升, 从而对气化炉内部构件及耐火砖造成极大的损害, 同时, 也将导致水煤气中CO2含量的增加, 有效气 (CO+H2) 成分的降低 (表2) , 对提高经济效益并无明显的帮助。
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3.2 增设细渣压滤机
为解决细渣处理问题, 公司尝试采用外包的方式加设了六台板框式压滤机。压滤机的工作流程是, 混合液流经过滤介质 (滤布) , 固体停留在滤布上, 并逐渐在滤布上堆积形成过滤泥饼。而滤液部分则渗透过滤布, 成为不含固体的清液[1]。
通过运行比较, 单台压滤机的处理能力可达到15m3/h, 完全能够满足正常生产的需求, 未出现因渣无法及时处理而影响整个系统负荷的情况, 真空过滤机也只需维持低负荷, 减少了设备损耗。但是由于采用的板框式压滤机自动化程度低, 运行周期时间长, 工作量大。一个工作周期主要包括进料、压滤、卸料、复位四个过程, 分别耗时约6min, 8.25min, 7min, 1.25min, 并且现场环境恶劣, 滤饼含水率仍较高, 见表3, 对解决细渣运输、处理难题和提高经济效益并无太大帮助, 最终导致外包单位退出。
3.3 利用现有设备回用细渣
将气化渣水直接送入洗煤厂, 利用已有的洗煤厂设备, 进行处理和回收利用。
一是将渣水送往浮选装置, 利用重介和悬浮分离技术得到精矿和尾矿, 将精矿直接作为原料煤供气化装置使用, 但通过表4可知, 浮选效果并不理想, 同时浮选药剂消耗较高, 也无法体现这种处理方式的经济性, 所以在试行一段时间后放弃了这种措施。
二是洗煤厂压滤机压滤后直接送热电锅炉使用, 此种方法既能提高细渣利用率又可以通过调整掺配比例来降低入炉煤含硫量, 进而达到稳定烟气脱硫装置运行的效果。
三是将洗煤厂压滤后的细渣与其他煤种以不同比例混合, 重新送往气化装置使用。
目前, 生产中产生的气化细渣全部采用压滤的方式处理, 得到含水率50%左右的滤后细渣。其中100~200t与其他燃料煤掺配送热电锅炉使用, 其余滤后细渣全部与烟煤、无烟煤掺配送气化炉使用。
3.4 加强巡检, 提前检修
一是严格按照要求, 认真巡检, 及时发现问题。如滤布属易损件, 容易损伤, 但往往都是从裂口开始的, 若及时发现就可以立即停运进行缝补。否则, 最终整块滤布都会被撕裂。
二是积累经验, 对设备故障要能提前预判, 并相应提前处理, 即做到预见性和计划性。
4 结语
水煤浆及水煤浆锅炉的研究 篇3
从工业化利用的角度看,我国的能源结构不甚合理,在已探明的储量中,煤炭占92.94%,石油占5.35%,天然气占1.71%,是典型的富煤、贫油、少气的国家。水煤浆作为一种代油燃料便深得国家有关部门的支持并强调:“对水煤浆的重要性,要提高到战略高度来认识”。水煤浆技术开发和产业被明确列入国家重点鼓励发展的技术和产业。因而,水煤浆锅炉应运而生。
二十世纪九十年代我公司开展了水煤浆锅炉的研发工作,由我公司设计制造的北京燕山石化三电站的220t/h高压锅炉,于2000年成功投入运行,该锅炉采用前墙布置旋流式燃烧器燃烧水煤浆,在系统运行、严格的环保要求等方面积累了丰富的设计及制造方面的经验,为之后的产品起到了宝贵的示范作用。
2 水煤浆的特性
标准水煤浆是通过制浆技术,在制浆厂把精洗过的固态煤燃料和一定比例的水(33%～35%),在特制的研磨机中研磨成浆,搅拌均匀后加工成可用泵输送的流态的煤燃料。表1为水煤浆的技术指标及对使用的影响。
3 水煤浆锅炉的燃烧特性
水煤浆锅炉燃烧方式和煤粉锅炉一样,采用空间燃烧或室式燃烧。空间燃烧中按锅炉容量的大小不同采用的燃烧器型式也不一样。炉膛内有四角切向布置直流式燃烧器和单面炉墙布置或双面炉墙对冲布置燃烧器两大类。对冲布置可以克服后期混合差的缺点。
水煤浆雾化的难度比油大,需采用多级混合式蒸汽机械雾化喷嘴。雾化蒸汽温度不小于300℃,第一级雾化用多层蒸汽流冲击煤浆流,;第二级雾化是混合物在混合室及喷头内强烈扰动并多次冲击壁面使混合进一步均匀;三级雾化是混合物在压差的作用下喷出,混合物体积迅速膨胀同时与炉膛气体强烈摩擦,最终得到的颗粒团约80～100um。
水煤浆锅炉普遍存在结渣和沾污现象,主要的解决方法如下:
1)选用高挥发份及高灰熔点的煤或混合煤制浆。对低灰熔点的应掺入高灰熔点的煤,使其熔点不至过低,至少应高于1250℃。
2)在高挥发份的前提下,选用低的断面热负荷和容积热负荷,使炉内最高温度低于1250℃,炉膛出口温度不高于1000℃。
3)组织良好的炉内流场,确保燃烧器煤浆射流在最高温度区且不扫到炉壁,确保炉壁附近为氧化性气氛。
4)炉膛布置吹灰器(蒸汽),适当装设打焦孔。
5)对流烟道取用较高的烟速,并装设吹灰器。
称水煤浆为清洁能源是相对的,与油燃料相比还是要差一些。因而水煤浆锅炉在多数情况下应配置脱硫和除尘等设备。
水煤浆锅炉在一定程度上带有煤粉炉的属性,但也有因水煤浆的特点所带来的特殊性,无论如何,提高水煤浆锅炉燃烧的稳定性和燃烧设备的安全可靠性是设计者的首要任务和必须优先考虑的问题。
提高稳定性的措施有:
1)提高进入炉膛的空气温度;2)减少燃烧区域的冷却吸热面以提高燃烧区域的温度;3)选用适合于水煤浆燃烧的喷燃器。
4 水煤浆锅炉的整体布置
下面就以220t/h高温、高压水煤浆锅炉的设计做一个简单的说明。该锅炉为单锅筒、自然循环、采用集中下降管、∏型布置的固态排渣水煤浆锅炉,其整体布置如图1所示。
4.1 炉膛和燃烧器布置
制浆煤种的不同,直接影响炉膛蒸发受热面的布置。喷入炉内的水煤浆颗粒因结团现象而大于原浆中的煤粒,燃烬过程会长些,因此,采用较高的断面热负荷和较低的容积热负荷,即瘦长型的炉型。锅炉前部为炉膛,深度和宽度均为7570mm。炉膛四周均布了φ60x5,节距为80mm的膜式水冷壁,形成一个完全封闭的炉膛,为了更有效的脱硫需求,炉膛内不敷设卫燃带,水冷壁采用过渡管接头单排引入上、下集箱。在炉膛前、后和两侧的水冷墙中,每面墙各有上升管94根。前墙和两侧各有φ133x10mm的引出管10根,后墙引出管为φ108x8mm,共16根。每面水冷墙沿宽度分成四个回路。
图中锅炉的燃烧器为前墙布置,分为五层共10只燃烧器。当专烧水煤浆或水煤浆和重油混烧时,采用下面四层燃烧器,当专烧重油时,需上层2只重油燃烧器和下层3只水煤浆燃烧器中的重油枪同时投入,以确保额定负荷下的气温要求。
4.2 过热器的布置
锅炉过热器采用辐射和对流相结合,多次交叉混合的典型过热器系统。由屏式辐射过热器和两级对流过热器组成。屏式过热器位于炉膛折焰角前上部,两级对流过热器均布置在水平烟道中。蒸汽由二级过热器入口集箱以逆流方式通过第二级对流过热器,从第二级对流过热器出口集箱后弯头进入一级减温器(冷段),蒸汽经减温后进入屏式过热器。从屏式过热器出来的蒸汽进入第一级过热器,之后蒸汽逆流进入二级减温器。在二级减温器中经过交叉混合后顺流进入一级减温器(热段),使蒸汽达到额定温度后进入出口集箱。
4.3 省煤器的布置
采用省煤器是弥补锅炉炉膛蒸发吸热量不足的可靠和有效的途径。该炉在尾部竖井烟道中布置省煤器。因为水煤浆的飞灰量多于纯燃油锅炉,要考虑飞灰对管子的磨损。为了减轻灰对省煤器管子的磨损,在高温省煤器、低温省煤器两级省煤器管组上面和两侧靠炉墙的管子上均装设有防磨盖板,管端的弯头处也装置了防磨罩。在尾部竖井烟道中的省煤器双级分布,水与烟气呈逆向流动,上、下两级省煤器均采用顺列布置。
4.4 空气预热器的布置
采用空气预热器能有效提高锅炉所需的空气温度,降低排烟损失,是强化燃烧的首选措施。图中锅炉的空气预热器采用立式管箱结构,分两级布置,上部为高温空气预热器一个行程,下部为低温空气预热器有三个行程。出于结构和系统的考虑,空气预热器在水平截面上烟道分成前后两部分,空气从低温空气预热器的前、后墙引入,经高温空气预热器的前、后墙引出。考虑到维修的方便,将最下面的一个行程设计成单独管箱,第二、三两个行程构成一个管箱。在各个行程之间由连通箱连接,构成一个连续的密封的空气通道。预热器烟风道中均装有膨胀接头,用以吸收热膨胀。
4.5 除渣、吹灰
水煤浆锅炉积灰较多,必要时,可在炉膛部位预留备用蒸汽吹灰器安装孔。为了能及时清理炉内的结焦,在燃烧区、冷灰斗的喉部都应设置打焦孔。在炉膛冷灰斗的下方应装有灰斗运行平台和刮板出渣机,方便清除灰渣。
图示的锅炉布置有吹灰装置,在屏式过热器与一级过热器及一级过热器与二级过热器之间,各布置32只长伸缩式吹灰器,在尾部共布置了10只固定旋转式吹灰器,其中上级省煤器2只,下级省煤器8只,吹灰介质为蒸汽,压力为0.78～1.96MPa,温度≤350℃,总用气量1600kg/分。在空气预热器上部还布置有水冲洗装置,以便冲洗空气预热器管内的积灰。
5 结语
1)制浆煤种的不同,直接影响炉膛蒸发受热面的布置。喷入炉内的水煤浆颗粒因结团现象而大于原浆中的煤粒,燃烬的过程会长些,因此,采用较为高的断面热负荷和较低的容积热负荷,即瘦长型的炉型。
2)采用省煤器是弥补锅炉炉膛蒸发吸热量不足的可靠和有效的途径。
3)采用空气预热器以提高入炉空气温度,是强化燃烧的有效措施。
水煤浆特性及其计量 篇4
企业能源计量主要涉及3个方面:一是合理配置能源计量器具, 二是保证其准确性, 三是充分运用能源计量基础数据。水煤浆作为新型清洁的二次能源, 使用范围越来越广。本文就水煤浆的特性及其计量做一介绍。
水煤浆概述
水煤浆是一种新型、高效、清洁的煤基燃料, 是燃料家庭的新成员, 它是由66%～69%不同分布的煤, 30%左右的水和约1%的化学添加剂制成的液固混合物, 经过多道严密工序, 层层筛选煤炭中燃烧不充分成分及产生污染的SA等杂质, 仅将碳本质保留下来, 成为水煤浆的精华。它具有石油一样的流动性和稳定性, 可以像石油产品一样储存、运输, 并且具有不易燃、不污染的优良特性, 是目前比较经济和实际的清洁煤代油燃料。热值相当于石油的一半, 被称为液态煤炭产品。由于水煤浆是采用洗煤精制备, 其灰分、硫分较低 (干基灰分小于10%、硫分小于0.5%) , 在燃烧过程中, 由于水分的存在降低了燃烧火焰中心温度, 抑制了氮氧化物的产生量。水煤浆技术包括水煤浆制备、储运、燃烧、添加剂等关键技术, 是一项涉及多门学科的系统技术。水煤浆具有燃烧效率高、污染物排放低等特点, 可用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉代油代气、代煤燃烧, 是当今洁净煤技术的重要组成部分。
水煤浆的品种及特性
根据水煤浆性质和用途划分, 主要有精煤水煤浆、精细水煤浆、经济型水煤浆 (中灰煤水煤浆、中高灰煤泥水煤浆) 、气化用水煤浆、环保型水煤浆等, 各种水煤浆品种及特性见表1。
由于水煤浆的测量特性, 它具有石油一样的流动性和稳定性, 可以像石油产品一样储存、运输, 并且具有不易燃、不污染的优良特性, 给测量计量带来方便, 可以按重油、渣油的测量方法对待。
水煤浆计量器具选型
水煤浆尽管是液固两相混合物, 因它混合均匀, 具有石油一样的流动性和稳定性, 可以像石油产品一样储存、运输, 故凡适用重油、渣油类计量的计量器具, 如型差压式流量计、汽车衡等均适用;因它是水的均匀混合物, 也可用电磁流量计进行计量。目前, 大都是采用轨道衡或汽车衡计量。
1.电子汽车衡
(1) 工作原理:利用应变片电测原理称重, 当弹性体受载荷时, 输出电信号, 即可测出外加载荷的大小。
(2) 结构:主要由承重台、称重显示仪表、称重传感器、基础4部分组成。
(3) 技术要求:允许误差符合下表。
注:表中e为检定分度值
2.电子轨道衡
电子轨道衡可对行进中的铁路车辆及其货物进行自动称重。
(1) 工作原理:当列车通过秤台面时, 台面完成力的传递, 称重传感器将重量信号转换成电信号, 送入主机。
(2) 计量方式分为3类:轴计量、转向架计量、整车计量, 轨道衡与电子汽车衡最大允许误差相同。
煤泥水煤浆技术研究进展 篇5
煤泥是由微细粒煤、粉化矸石和水组成的粘稠物,具有粒度细、微粒含量多、水分和灰分高、热值低、粘结性较强、内聚力大等特点。随着选煤技术的进步,副产品煤泥的发热量越来越低,大部分作为废料遗弃,占用土地资源。有的矿区缺乏对煤泥的综合治理,导致煤泥泛滥,选煤生产受到制约,甚至影响矿井生产,合理利用煤泥资源对选煤企业意义重大[1]。煤泥水煤浆技术利用煤泥作为原料,是在水煤浆技术基础上发展起来的一种新的制浆工艺,减少了浓缩、浮选以及真空过滤等环节,生产成本低,简化了选煤厂的煤泥水处理系统,是国家鼓励发展的资源综合利用项目[2]。
1 煤泥水煤浆工艺研究进展
传统的煤泥制浆工艺优势是集成了煤泥制浆、污水处理、型煤型焦生产及煤浆气化、高浓度煤浆管道远距离输送等技术,是在现有资源和技术前提下的创新。缺陷是选用设备数量多、项目投资大,制约了产业化进程,没有专用制浆设备,代用设备效率低、能耗大,影响经济效益和市场推广。近年来,依托水煤浆技术开发出的煤泥水煤浆工艺主要包括湿法制浆工艺和干法制浆工艺,合理的制浆工艺有利于提高质量和降低成本,煤泥水煤浆工艺有待于进一步研究。
1.1 干法制浆工艺
煤泥干法制浆工艺是将烘干的煤泥用输送机运至制浆桶后加水搅拌,经泵送到筛子上去除粗粒和杂物,筛下物进储浆桶供锅炉燃烧,筛上大颗粒及杂物外排。优点是浓度较易控制,制浆能力较大;缺点是如果干煤粉量太大就很难被水迅速润湿,要求入料浓度不能变动太大,对入料中的大颗粒及杂物较难控制,环境污染严重。
兖州矿业集团根据经验将煤泥干燥后筛分后确定级配方案制浆,通过煤质分析和煤浆稳定性试验,选出了效果好、价格便宜、使用方便的添加剂,还找出了不同时间取样的煤泥试样的最佳制浆条件。
1.2 湿法制浆工艺
煤泥湿法制浆工艺是将煤泥直接磨浆,磨后产品经过滤、搅拌调浆。优点是不需增加太多的设备,工艺简单、操作方便,不改变原煤泥粒度分布,可制得性能良好的浆体,环境污染小;缺点是难以制得较高浓度的水煤浆,对入料中的大颗粒及杂物也较难控制。
开滦吕家沱矿采用旋流器组湿法制浆系统,浓缩机底流受压力作用从而给入旋流器。底流和溢流分别给入制浆桶和煤泥沉淀池,制浆桶中浆体泵送至筛子去除大颗粒和杂物,之后给入储浆桶,制得的煤泥水煤浆由曲杆泵送到炉前;邢台矿务局东庞煤矿采用浓缩机湿法制浆系统,选煤厂浓缩机底流经过泵进入二次浓缩机中,二次浓缩机溢流给入煤泥沉淀池,底流去除杂物之后给入搅拌池,搅拌池中的物料泵送到锅炉[3]。
1.3 煤泥水煤浆工艺最新进展
枣庄矿业集团高庄煤矿建成7 Mt/a的中灰煤泥水煤浆生产线,利用煤泥制备高浓度水煤浆技术把中灰煤泥制备成水煤浆。工艺为煤泥经浓缩过滤脱水后,经运输系统运至搅拌机,同时加入活化剂和少量水,煤饼经双轴搅拌机的搅拌捏混,形成具有一定流动性的水煤浆。经搅拌后,小部分水煤浆返回搅拌机,大部分水煤浆送至球磨机,产品经滤浆器过滤后,加入稳定剂并搅拌均匀泵送至胶体磨,经剪切、乳化作用形成成品。
兖矿集团八一水煤浆公司用1台400 mm×8 500 mm的球磨机,并应用徐州矿源浓浆泵供料系统,将高庄煤矿煤泥直接制浆供给八一热电厂,生产能力15 000 t/月。系统至今运行正常,产品质量稳定。另外,在高庄矿工业广场范围内建设煤泥水煤浆制备厂,许多设施和选煤厂共用,节约了大量资金。
兖州矿业集团对煤泥制水煤浆、煤泥水煤浆加压气化制合成气的试验表明,煤泥制浆作为水煤浆加压气化的原料是可行的。通过对煤泥水煤浆制浆工艺、级配技术、添加剂等试验,找到了最佳制浆条件和加压气化的较优操作条件和工艺指标,发现加入钙系助熔剂解决了高灰熔点煤泥的气化技术难题。
以煤泥为原料采用雾化造粒和热力干燥工艺加工得到颗粒状固态浆已经问世。该产品具水溶性,使用时既可经加水搅拌、过滤得到液态煤浆供燃烧,也可直接喷吹燃用。贮存时像固态散料一样简易袋装即可,运输时可采用固态产品常规模式[4]。
2 煤泥水煤浆添加剂研究进展
分散剂:是一种表面活性剂,可降低浆体粘度,提高流动性。分散剂按离解程度分为离子型、非离子型。不同类型分散剂对成浆性有不同程度的影响。
稳定剂:具有使煤浆中已分散的颗粒能与周围的其他颗粒及水结合成为一种较弱但又有一定强度的三维空间结构的作用,对颗粒沉淀产生的机械阻力可起到阻止颗粒沉淀并提高水煤浆稳定性的。
其它辅助添加剂:包括消泡剂、杀菌剂、促进剂、乳化剂以及p H调整剂等。其中杀菌剂破坏菌类的细胞结构、线粒体、核内代谢等,起到杀菌作用。p H调整剂可调节煤泥水煤浆的酸碱度,维持制浆时的弱碱性环境和稳定体系的p H值[5]。
3 煤泥水煤浆特性研究进展
燃烧性:与煤阶、灰分、浓度等有关,煤阶越高灰分越低,热值就越大。煤浆的燃点主要取决于挥发分含量,挥发分越高越容易点燃,火焰稳定性越好。从燃烧角度来看,制浆用煤的挥发分含量不能太低,通常锅炉要求>25%,炉窑要求>15%。从泵送和雾化的角度来看,要保证浆体在常温和剪切率为100 s-1时粘度不高于1.0~1.2 Pa·s。
稳定性:表示颗粒抗沉降的能力,决定能否稳定存放、输送。影响稳定性的因素有煤的变质程度、矿物组成、煤浆浓度、添加剂等。低变质程度的煤浆稳定性通常比高变质程度的好;矿物质吸水降低了浆体中水分,同时煤中的高价金属离子溶出后吸附在煤表面使亲水性增强,稳定性提高;煤浆浓度越高稳定性越好,因为固体含量增加使煤粒间作用力增大,空隙的减少降低了颗粒沉降速度。
流变特性:即粘性,表示受剪切力作用的浆体产生的变形与所受剪切力之间的关系。流变特性对稳定性、流动性、可雾化性及可燃性等有影响,因而对水煤浆的喷射、管道运输、锅炉燃烧等产生影响。
4 煤泥水煤浆发展前景
4.1 煤泥水煤浆技术发展的意义
战略意义:我国煤炭资源丰富而石油资源短缺,发展以煤为原料的煤泥水煤浆技术对应对石油危机具有战略意义。目前我国铁路运输能力有限,影响了煤泥的流通和应用,因而就地处理煤泥,是一条合理发展途径。
经济意义:成本较高的煤炭气化、液化产品由于多种因素制约目前较难大规模应用,重油直接燃烧导致了重油深加工效益的损失。而以成本较低的煤泥水煤浆作为燃料燃烧具有较好的经济效益,再加上煤泥水煤浆粘度低,与重油相比燃烧负荷更易调节,具有明显节能效果,经济效益显著。
环保意义:煤泥水煤浆技术的发展,解决了选煤厂煤泥堆积污染问题,减少了工业废水的排放,体现了煤泥的洁净利用及其下游能源产品的多样性,增加了我国经济结构的弹性,对进一步开发煤炭洁净的研究有参考价值。
4.2 煤泥水煤浆发展前景及方向
煤泥水煤浆技术提高了锅炉对水煤浆燃料的适应性,拓宽了燃料可选范围,对水煤浆燃料向更深更宽层次发展具有明显促进作用,促进了水煤浆制浆技术、燃烧发电技术的发展和提高。煤泥水煤浆技术和煤泥干燥燃烧、成型(下转第103页)(上接第99页)燃烧技术相比,经济、环境效益等综合指标更好。
另外,煤泥水煤浆技术还促进了锅炉制造、耐磨材料、环保产业、流体机械、分析化学、自动化控制等相关产业和学科发展。
今后,煤泥水煤浆技术应向以下方向发展:(1)研究煤泥与分散剂的匹配性,开发适合多种煤泥制浆、性价比高的分散剂。煤泥水煤浆的稳定性偏低,粘度偏大,而适宜的分散剂可改善其性质,目前存在分散剂与煤泥匹配性差的问题。(2)寻求尽量提高其浓度的制浆工艺。目前的煤泥制浆工艺较难制得高浓度的水煤浆,要在保持煤泥浆适当流动性的前提下改进工艺。(3)研究提高煤泥水煤浆利用效率的方法。由于煤泥水煤浆浓度低,热值低,水分、灰分含量高,燃烧温度相对较低,容易影响锅炉的燃烧效率,对燃烧设备和燃烧条件等有特殊要求,因而要改进煤泥水煤浆锅炉的结构参数和操作参数提高其利用效率。(4)研究如何减小煤泥水煤浆利用时所造成环境污染。由于有些锅炉排烟量增加,飞灰含量也相应增加,容易造成环境污染,需完善和充分利用锅炉除尘设备能力[6]。
5 结语
对煤泥水煤浆的制备工艺、添加剂和成浆特性的研究进展以及应用现状进行了介绍,分析了目前煤泥水煤浆浆技术的优缺点,探讨了其发展意义,并展望了发展前景,提出了发展方向的建议。采用水煤浆技术加工的煤泥水煤浆的利用不仅提高了资源的利用率,还提高了资源的利用量,煤泥水煤浆技术为我国煤炭综合利用开拓出了一条新的道路。
摘要：随着选煤技术的发展,煤泥产量日益上升。选煤厂煤泥粒度细、灰分高、含水量大,不经适当处理难以有效利用。煤泥水煤浆是一种高灰水煤浆,是依托水煤浆技术而发展的一种新型燃料,有广泛的应用前景。针对煤泥水煤浆工艺、添加剂和成浆特性进行阐述,分析了发展煤泥水煤浆技术的意义,展望了发展前景和发展方向。
关键词：煤泥,水煤浆,添加剂,成浆特性,发展前景
参考文献
[1]曲剑午.煤泥水煤浆的制备和应用[J].选煤技术,2003(1):34-36
[2]卢安民.煤泥水煤浆的制备与燃烧技术[J].选煤技术,2008(4):20-23
[3]赵鸣,刘炯天.煤泥水煤浆的制备和应用[J].能源环境保护,2003(3):54-56
[4]阎爱珍,郑化安.煤泥水煤浆制浆工艺研究[J].煤化工,1992(4):8-12
[5]刘晓霞,屈睿,黄文红,等.水煤浆添加剂的研究进展[J].2008,37(1):101-103
水煤浆气流层加压气化技术简介 篇6
1 气化炉内的反应
德士古水煤浆加压气化属气流床气化。浓度为60%~70%的水煤浆和99.6%的氧气, 通过德士古烧嘴混合后喷射雾化进入气化炉发生部分氧化反应, 生成以CO和H2为有效组分的粗合成气。在气化炉内的反应一般认为是由煤的裂解和挥发份的燃烧及气化反应三部分组成。
煤的裂解反应如下:
挥发分与高浓度的氧完全燃烧后, 煤气中只含有少量的甲烷 (一般在0.1%以下) , 而不含焦油、酚、高级烃等可凝聚产物。
煤裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧气发生燃烧反应, 生成CO、CO2等气体, 放出反应热;另一方面, 煤焦、又和水蒸汽、CO2等发生化学反应, 生成CO、H2。
煤的燃烧反应:
气化过程的基本反应即部分氧化反应的代表式是:
经过前面所述的反应, 气化炉中的氧气已完全消耗, 这时主要进行的是煤焦、甲烷等与水蒸汽、二氧化碳发生的气化反应, 生成CO和H2。
2 主要影响因素及生产工艺条件的选择
2.1 煤质
煤的性质对气化过程有很大的影响。随着气化工艺选取的不同, 煤品质的要求也不尽相同。主要从煤中的总水分、煤中的固定炭、煤中的挥发物、煤中的灰分以及煤的热值等方面进行分析。
煤的总水分包括外水和内水。外水对德士古煤气化没有影响, 但如果波动太大对煤浆浓度有一定影响, 而且会增加运输成本, 应尽量降低。而煤的内水是煤的结合水, 以吸附态和化合态形式存在于煤中。内水是影响成浆性能的关键因素, 内水越高成浆性能越差, 制备的煤浆浓度越低, 对气化时的有效气体含量、氧气的消耗和高负荷运行均不利。
煤的固定碳与可挥发物之比称为燃料比。当煤化程度增加时它也显著增加。煤中的挥发分高有利于煤的气化和碳转化率的提高, 但是挥发分太高的煤种容易自燃, 给储煤带来一定麻烦。
煤中的灰分由于升温、熔化及转化要消耗煤在氧化反应中所产生的反应热, 所以灰分含有率越高, 煤的总发热量就越低, 煤化特性也较差。同时, 灰分含量的增高, 不仅会增加废渣的外运量, 而且会增加渣对耐火砖的侵蚀与磨损, 还会使生产系统黑水中的固体含量增高, 加重黑水对管道、阀门、设备的磨损, 也容易造成结垢堵塞现象, 因此应尽量选用低灰分的煤种, 以保证气化运行的经济性。
典型的灰渣组成见表1, 在日常煤灰及典型的灰渣中, 其Si O2、Al2O3、Ca O和Fe2O3的组成约占灰分组成的90%~95%, 它们的含量的相对变化对灰熔点影响极大, 因此许多学者常用四元体系Si O2-Al2O3-Ca O-Fe2O3来研究灰的黏温特性。
单位:% (质量分数)
一般认为, 灰分中Fe2O3、Ca O、Mg O的含量越多, 灰熔点越低;Si O2、Al2O3含量越高, 灰熔点越高。
对于灰熔点高于1400℃的煤则需要使用助溶剂, 以降低煤的灰熔点。助溶剂的种类及用量要根据煤种的特性确定, 一般选用氧化钙 (石灰石) 或氧化铁作为助溶剂。加入助溶剂后气化温度的降低将使单位产气量和冷煤气效率提高、氧耗明显降低, 但同时也会使碳转化率稍有降低, 排渣量加大, 过量加入石灰石还会使系统结垢加剧。
除了以上影响因素外, 煤的发热量即热值, 也是煤的主要性能指标之一, 其值与煤的可燃组分有关, 热值越高每千克煤生产有效气量就越大。
2.2 水煤浆的性质及浓度
煤浆浓度是德士古气化法极为重要的工艺参数。对煤浆的输送来说, 因为煤浆泵的启动对煤浆的临界黏度有一定的要求, 一般水煤浆黏度控制在1Pa·s左右。煤浆的流变性质, 是选用输送煤浆管径的重要依据, 同时煤浆的流变性能又与煤种、煤粉的细度、含固量、添加剂种类及浓度等参数有关。
在水煤浆制备过程中, 通过加入木质素磺酸钠、腐植酸钠、硅酸钠或造纸废液等添加剂来调节水煤浆的粘度、流动性和稳定性。因为所加入的添加剂具有提高煤粒的亲水性作用, 使煤粒表面形成一层水膜, 从而容易引起相对运动, 提高煤浆的流动性。但是添加剂的加入往往会影响煤浆的稳定性, 在实际制备过程中, 有时添加两种添加剂, 能同时兼顾降低粘度和保持稳定性的双重目的。由于水煤浆粘度及各种流变特性与煤种有密切的关系, 在确定选用何种添加剂前, 必须根据具体煤种通过试验方可选定。
在较低的气化温度下, 增加煤浆浓度, 可以提高气化效率。一般煤粒度愈细, 煤浆浓度愈高, 碳转化率或气化效率愈高, 但是也会引起煤浆黏度剧增, 给气化炉加料带来困难。因此, 不同的煤种都有一个最佳粒度和浓度, 需预先进行实验选择。
综合以上各种因素, 当添加剂选择为木质素磺酸铵时, 水煤浆浓度一般控制在60%~65%。
2.3 氧煤比
氧煤比即气化1kg干煤所用氧气的标准立方米数, 单位为Nm3/kg干煤。氧煤比对碳转化率、冷煤气效率、煤气中CO2含量, 产气率均有影响。
随着氧煤比增加, 燃烧反应所产生的热量成为吸热反应所必需的热量, 碳转化率显著上升, 当氧煤比增加到一定值后, 曲线转化率趋于平缓, 冷煤气效率增加。冷煤气效率是指煤气化后煤气中可燃烧的含碳气体中的碳与煤气中总碳量之比, 当氧煤比高到一定值时, 冷煤气效率反而下降, 这是因为氧煤比过高, 一部分碳完全氧化生成二氧化碳, 使煤气中的有效成份降低。同时煤气中氢气被燃烧成水后产气率也开始下降。
从氧煤比与比煤耗之间的关系考虑, 两者之间有一个先降后升的过程。这是因为氧煤比越大, 产生有效气就越多, 但到一定值后, 反而将有效气氧化成无用的组分, 因此需要用来生成有效气的氧气和原料煤就越多, 于是氧煤比和比煤耗都增加。
根据水煤浆部分氧化反应可知, 理论上氧原子数等于碳原子数即氧碳比应该为1.0。因此, 实际生产中的氧煤比为1.0左右较为合适。
2.4 气化压力
水煤浆气化反应是体积增大的反应, 提高压力对化学反应的平衡不利, 但是, 目前工业上普遍采用加压操作, 其原因是:
提高压力, 可以增加反应物浓度, 加快反应速度, 从而降低生成气中甲烷的含量, 提高气化效率。采用加压气化, 喷嘴雾化效果好, 有利于降低气体中甲烷的含量和提高碳的转化率, 提高有效的气产率。由于加压气化, 气体体积缩小, 气化炉容积不变时气化炉生产强度提高, 同时生产出的煤气压力高, 大大减小压缩煤气时的动力消耗。
需要说明的是虽然加压气化对碳与水蒸汽、碳与二氧化碳、甲烷水蒸汽转化等体积增大反应的化学平衡均不利, 但对气化影响最大的逆变换反应则无影响。
由于气化压力的提高, 对设备的材料及制造要求更严格, 因此选择气化压力需从生产的技术经济效果进行综合考虑。目前, 水煤浆加压气化依据其不同的工艺流程, 所选择的压力范围为2.7~8.5MPa。
2.5 气化温度
煤、甲烷、碳与水蒸气、二氧化碳的气化反应均为吸热反应, 气化反应温度高, 有利于这些反应的进行。若维持高炉温, 则须提高氧煤比。氧用量增加, 氧耗增大, 冷煤气效率下降。因而, 气化反应温度不能过高。气化反应温度过低, 则影响液态排渣。气化温度选择的原则是保证液态排渣的前提下, 尽可能维持较低的操作温度。最适宜的操作温度是使液态灰渣的黏度低于250MPa·S的温度。由于煤灰的熔点和灰渣黏温特性不同, 操作温度也不相同, 工业生产中, 气化温度一般控制在1300~1500℃。
2.6 气化时间
固体的气化速率要比油气化慢的多, 因此, 煤气化所需时间要比油气化长, 一般为油气化时间的1.5~2倍。水煤浆在德士古炉内的气化时间一般为3~10s之间, 它取决于煤的颗粒度、活性以及气化温度和压力。
摘要：随着中国煤炭工业产业结构调整和对循环经济及环境保护的日益重视, 开展煤化工提高煤炭资源洁净高效利用, 是煤炭工业延伸产业链的主要方向和途径。煤气化是重要的煤化工基础技术, 广泛应用于甲醇、氮肥等化工生产中。对水煤浆气流层加压气化技术、生产原理及工艺条件的选择进行了充分的论证。
关键词：水煤浆,德士古,气化过程,影响因素,氧煤比,气化效率
参考文献
[1]陈五平.无机化工工艺上册[M].北京:化学工业出版社, 2000.
[2]田铁牛.化学工艺[M].北京:化学工业出版社, 2002.
煤的特性对水煤浆性质的影响 篇7
一、水煤浆的性质
水煤浆和一般的煤泥水不同, 它是一种燃料, 作为均匀悬浮流体, 除了水煤浆中煤的固有特性 (发热量、灰熔点、含硫量等) 外, 还具有流体特性 (浓度、流变性、稳定性等) 。
水煤浆技术中包括制浆煤种的选择, 要求选择成浆性好的煤, 煤的成浆性是指将煤制备成水煤浆的难易程度。水煤浆的流变性十分复杂, 在低浓度时可能表现为牛顿流体或假塑性流体;浓度稍高产生絮团后, 可能表现为宾汉流体;更高的浓度下又可能出现胀塑性流体;当加入添加剂后, 煤粉和水紧密结合, 形成网状结构, 成为均一体, 表现为非牛顿流体的性质。水煤浆是一种固液两相混合物, 容易发生固液分离现象;通常要求在贮、运过程中不产生硬沉淀。水煤浆能维持不产生硬沉淀的性能, 称为水煤浆的稳定性。由于水煤浆的性质之间相互制约, 故难以满足各性能同时达到要求。例如, 水煤浆浓度较大则黏度大, 流动性差;浓度低有利于输送、雾化和燃烧, 但会使稳定性变差。结合水煤浆的性质, 因此选择制浆用煤时需要考虑以下几项影响因素。
二、水煤浆性质的影响因素
1. 煤表面性质对水煤浆性质的影响。
煤的表面性质如内在水分、含氧官能团、表面吸水特性、接触角等, 对其成浆性有重要影响, 国内外做了大量研究对此进行探讨。
煤的内在水分是指吸附或凝聚在煤颗粒内部的毛细管或孔隙中的结合水, 是影响成浆性能的关键因素, 内在水分越高, 煤浆性能越差, 浓度也越低。内在水分高, 说明煤粒表面吸附水分子的能力强, 一方面影响表面活性剂的吸附, 另一方面也反映了煤的孔隙结构易于赋存水分, 这样就会减少煤浆中作为流动介质的水量, 所以表观黏度增高, 成浆性能降低。煤中的含氧官能团主要包括羟基、羧基和羰基, 易形成氢键而亲水, 所以煤中含氧官能团越多亲水性越强, 内在水分含量越大, 成浆性越差。大量研究表明, 煤的表面吸水特性对水煤浆流变性的影响较大。接触角是润湿程度的量度, 在水煤浆的研制中, 经常用接触角来度量煤的疏水性;尉迟唯等研究煤、水接触角与煤的成浆性及煤变质程度的关系时发现, 煤的成浆性随疏水性的增加而增加。煤的表面电性可以影响煤颗粒的分散性, 表面电性越高, 煤颗粒的分散性较好, 水煤浆黏度越低, 因此人们在应用中把某些金属离子作为稳定剂, 用来降低煤颗粒的表面电性, 改善煤浆的稳定性。
由此可见, 煤的内在水分、含氧官能团、表面吸水特性和接触角等参数越大, 煤的亲水性越好, 成浆性越差;煤的表面电性降低, 可以改善煤浆的稳定性。
2. 矿物质对水煤浆性质的影响。
煤中矿物质对水煤浆的性质有较大的影响, 研究它对优化水煤浆制备工艺和完善制浆技术有重要意义。由于煤表面性质的差异, 矿物质含量和组成影响着煤的成浆性, 但关于矿物质对水煤浆特性的影响至今尚无统一结论。例如石英、方解石和黄铁矿等矿物质密度大, 在浆体中易下沉, 破坏体系的结构, 降低浆体的稳定性。矿物质表面的δ电位较高, 增加了颗粒间的静电作用, 可以使体系黏度降低。黏土矿物质因其吸水膨胀性会使煤浆的表观黏度升高, 不利于制浆;但黏土矿物颗粒间的静电斥力较强, 在浆体中易形成网状结构而使水煤浆有很好的触变性, 但在外力作用时结构易破坏, 黏度下降。另外, 一些矿物质如硫酸盐矿物可以溶出多价离子, 会降低煤颗粒表面电动电位的绝对值和活性剂的分散效能。此外, 煤中矿物质也会影响其可磨性, 可磨性好的煤可提高堆积效率, 使煤的成浆性增大。总之, 矿物质对水煤浆特性的影响很大, 人们可以根据这些规律, 优化水煤浆制备工艺, 提高水煤浆的质量。
3. 孔结构对水煤浆性质的影响。
煤是一种复杂的多孔性固体, 孔结构可以分为大孔、中孔和微孔, 并且煤的孔隙率越发达, 则煤的比表面积越大。相关研究表明, 不同变质程度的煤, 其孔结构特性对水煤浆性质的影响较为复杂。
相同变质程度的煤, 孔体积大的吸附的内在水分多, 在相同固体粉煤量的条件下, 使浆体的黏度增加, 从而制约高浓度煤浆的制备。一般来说, 煤的大孔结构对煤成浆性的影响较显著;而微孔有效孔体积的大小主要与浆体的存储性质有关, 微孔有效孔体积较大时会加速浆体软沉淀转变成硬沉淀, 从而影响浆体的长期存储性能。不同变质程度的煤, 其孔结构特性对水煤浆性质的影响较为复杂。根据煤的表面性质可知, 较小的总孔体积的煤有较高的成浆性。另外, 煤阶越低并且孔隙越发达的煤种制浆越困难。
4. 煤岩组成对水煤浆性质的影响。
煤显微组分的成煤过程不同, 其结构和性质也存在差异, 从而对水煤浆的性质造成不同影响。经过研究发现, 镜质组和惰质组对煤浆成浆性和稳定性有显著影响, 而壳质组仅影响浆体的稳定性;三种煤岩组分之间的交互作用不明显, 各自影响其制浆效果。从结构和性质方面来说, 镜质组的挥发分和H、N含量较高, C、S含量较低, 总氧含量高但含氧官能团数量低, 且芳香度、芳香氢和环缩合度较低;而惰质组的灰分、C含量较高, 总氧含量低而其含氧官能团数量高, 并且芳香度、芳香氢和环缩合度较高。此外, 不同煤岩组分中矿物质的含量、种类及赋存状态也存在差异。
惰质组是多孔结构, 使得煤的比表面积、孔体积和最高内在水分含量都很高, 故所制浆的黏度较大;而从惰质组孔隙中的矿物质溶出的金属离子会改变煤表面的双电层结构, 影响添加剂的作用, 对成浆过程造成不利影响。镜质组的密度较小, 同样质量时体积就较大, 用来起分散作用的水量相对减少, 所以制浆的黏度较大, 成浆性差。一般来说, 成浆性随惰质组含量的增加和镜质组含量的减少而先增加后减少, 所以两组分协同作用制浆时, 在惰质组和镜质组比例合适的情况下才可以制得低黏度、高浓度的水煤浆。
三、结论