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工业水煤浆详解

发布时间:2022-07-07 17:36人气:

水煤浆定义

水煤浆是一种新型、高效、清洁的煤基液态燃料。(Coal Water Fuel,简称CWF)由65%-70%煤粉与30-34%水和1%的添加剂混合而成。

它外观像油,既具有煤的燃烧特性,又具有油的流动物理特性,2T水煤浆约等于1T的石油热值。CWF具有燃烧效率高、污染排放低的优点,是洁净煤技术的重要组成部分。

水煤浆特点

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节能作用

热效率83%以上,对比燃煤提高15%(一般燃煤锅炉是65%)。

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环保效果

国家环保总局A类推广技术;综合排放指标优于重油锅炉与燃煤锅炉。工作环境清洁无气味。

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减排指标

98%燃料燃尽率。对比燃煤锅炉直接减少60-70%的各种粉尘、硫化物与环境污染,对比燃油锅炉减少70-80%硫化物排放与氮氧化物废气量。水煤浆锅炉SO2排放约为50mg/Nm3,国标为900 mg/Nm3。

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循环降污

煤基的水煤浆燃料可以兼容多种污水废水,直接在锅炉中燃烧处理,变废为宝,减少外排。

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经济运行

类似燃油锅炉运行管理,但成本是燃油的50%-55%;相似燃煤锅炉经济成本,但环保政策成本远低于燃煤,投资性价比为最优。

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土地利用

使用水煤浆为燃料,减少了大面积的堆场,提高园区土地利用,减少堆场建设投资。

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安全生产

水煤浆取代原有的制煤生产系统,减少了粉尘污染及制煤工序易出现的安全隐患,满足园区安全生产需求。

水煤浆制备工艺

制浆是水煤浆技术的核心技术之一,完善的制浆工艺对于提高水煤浆的质量和降低水煤浆成本起着至关重要的作用。水煤浆的制备工艺可分干法和湿法两大类:

干法制备水煤浆

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主要工艺

图1 干法制备水煤浆典型工艺流程

图2 干法制备水煤浆实际工艺流程

原煤破碎后进行干燥,干燥水分不大于5%,干燥后进行捏混,以使煤粉与水和分散剂混合均匀,并初步形成有一定流动性的浆体,以便在下一步搅拌工序中进一步混匀调浆。如果需要进一步提高浆体的稳定性,还需要加入适量的稳定剂,然后进行搅拌混匀、剪切,使浆体进一步熟化。进入储罐前还必须经过滤浆去除杂质,才能得到产品。

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主要特点

(1)干法磨矿的能耗比湿法的高。在产品细度相同的条件下,干法球磨机的能耗约比湿法球磨机高30%。

(2)一般情况下,干法磨矿的效果不及湿法。这是因为,根据干法磨煤粉的粒度分布资料,其堆积效率远不及湿法产品高,而且干法磨煤时新生表面积很快被氧化,从而降低了它的成浆性。

(3)干法磨矿的安全与环境条件较湿法磨矿差。

(4)干法制备工艺对原料煤水分有严格限制,选后精煤或低阶原煤必须先经干燥,把水分降至2%以下才能再加工。

湿法制备水煤浆

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主要工艺

湿法磨制工艺按磨矿浓度可分高浓度磨矿和中浓度磨矿以及混合型三种。

高浓度湿法制浆工艺

高浓度磨矿工艺简单,但灵活性差,生产难度大,因而要求操作技术高。

图3 高浓度一段湿磨分段分室球磨机示意图

图4 三种典型的制浆工艺流程

图4所示是三种典型的高浓度制浆流程。其中(a)为一段磨矿流程,适合于原料粒度组成即自然级配有较高堆积率和入料或质量浓度较低的情况。

一段磨矿时,要求磨机长径比(长度L/直径D)较大。可磨性好的煤,L/D值选2~3,可磨性差的煤,L/D值选3~4(管式磨机),而且磨机内分段装入不同直径的球,如图3所示。

图4中的(b)是一种通用流程,它即可调整反馈量,改善给料级配,也可以改善产品粒度组成,但需用两段磨矿。

图4中的(c)是在(b)的基础上增加煤浆强化环节——强力剪切搅拌调浆器。此工艺复杂,生产成本也较高,但可制出高浓度、高质量的水煤浆。

中浓度湿法制浆工艺

中浓度(50%左右)磨矿工艺,磨机效率高,但磨矿产品必须脱水,再调浆,工艺复杂,然而其生产过程容易控制。

图5 中浓度(一段)制浆系统图

图6 中浓度(二段)制浆系统图

该工艺由一段(或二段)磨矿、分级、脱灰、过滤、调浆系统组成。中浓度磨制工艺所用的主要设备是球磨机、浮选机、真空中楼阁这滤机、分级筛等,它和选矿厂使用的球磨机及选煤厂使用的煤泥精选、分级、过滤设备基本相同。

混合型湿法制浆工艺

所谓混合型就是在同一制浆厂内同时有高浓度和中浓度磨矿。如图7所示。该工艺的优缺点介于前两者之间。

图7 混合型湿法制浆工艺

1-笼式粗粉碎机;2-低浓度微粉碎机;3-分级机;4-真空脱水机;5-高浓度超微粉碎机;6-捏混机;7-高速搅拌机;8-粗粒分离机;9-调整罐;10-贮罐;11-排放泵;12-排放阀

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主要特点

(1)工艺流程比较简单,可以省去一部分操作环节。

(2)细颗粒量比较高,有利于级配。

(3)有利于药剂与颗粒新生表面的接触。

(4)湿法工艺对变化的煤种适应性较差,对磨机的结构参数和运行参数要求较严格。

水煤浆添加剂

水煤浆添加剂,按其功能不同,有分散剂、稳定剂及其它一些辅助添加剂,如消泡剂、杀菌剂、乳化剂等。其中不可缺少的是分散剂与稳定剂,一般是表面活性剂、无机电解质和高分子聚合物等。

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分散剂的分类

水煤浆分散剂根据其性质与原料来源的不同,可分为合成和天然高分子改性两大类。合成水煤浆分散剂根据其分子链上所带电荷的性质,可分为非离子型、阴离子型和阳离子型等。阳离子型合成分散剂,一方面因其成本高,另一方面,由于煤表面负电性,少量阳离子分散剂不足以改善煤表面润湿性,故并不常用。因此,常用的合成分散剂有阴离子型和非离子型两大类。

非离子型分散剂主要有聚氧乙烯系列和聚氧乙烷系列等。阴离子型分散剂可分为合成有机高分子分散剂和天然高分子改性分散剂两大类,其中天然高分子改性分散剂主要有木质素系分散剂和腐殖酸系分散剂等;合成有机高分子分散剂主要有煤焦油系、三聚氰胺系、氨基磺酸盐系、聚烯烃磺酸系、聚羧酸盐系和脂肪族系分散剂等。

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稳定剂的分类

水煤浆稳定剂大多数是有机高分子聚合物,如Guar胶、黄原胶、阿拉伯胶、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇(PVA)、羟甲基纤维素(CMC)等。高聚物的特点是线性长度长,而且每个分子都有许多极性基团通过氢键或其它键合作用(如共价键),在煤粒间架桥,形成结构。结构形成后,水被包裹在结构的空隙内,浆的黏度升高,尤其有高的剪切应力,有利于稳定。由于水煤浆为粗粒悬浮体,属动力不稳定体系,要设法使它成为假塑性触变体。稳定剂的用量随煤种、稳定剂类型、要求的稳定期而异。

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