第2章水煤浆的制备与应用—中国矿大—北京，徐志强-4万字-20080215

第2章水煤浆的制备与应用—中国矿大—北京，徐志强-4万字-20080215 第二章 水煤浆的制备与应用 水煤浆作为一种浆体燃料，要求其浓度高，流动性好，又要求有较好的稳定性，避免产生硬沉淀。满足单项性能指标并不难，但要同时满足有一定困难，因为其中的一些性能间是相互制约的。例如，提高浓度就会引起粘度增大、流动性变差;粘度低，流动性好，又会使稳定性变差。因此制备合格的水煤浆产品需要掌握“制浆用原料煤的选择、级配技术、添加剂与制浆工艺与设备”等方面的技术。 第一节 制浆用煤的选择 制浆用煤炭的质量首先应满足下游用户的要求，还必需十分注意它的成浆性。性质不同的煤炭，制浆难易程度也不同。有的煤炭在常规条件下很容易制成高浓度水煤浆，另外一些煤炭，例如神府地区的某些煤炭，就很难或者需要采用较复杂的制浆工艺和以较高的成本才能制成高浓度水煤浆。制浆用煤的成浆性，对制浆厂的制浆工艺、建厂投资、生产成本以及水煤浆的质量都有很大的影响，所以应该掌握煤炭成浆性的规律，并据此根据实际需要，按照技术可行、经济合理的原则优选制浆用原料煤。 一、 对煤质的要求 制浆用煤首先应满足下游用户对煤炭质量的要求。这些要求主要是煤炭灰分、硫分、发热量、挥发份及灰熔点。用户不同，要求也各异。 德士古炉造气用水煤浆，要求煤炭活性好、灰熔点(半球温度)不高于?，以利于液态T12002 排渣。选择制备燃料用水煤浆的煤炭时，要特别注意煤炭的挥发份含量与灰熔点。挥发份太低，水煤浆在炉内不易稳定着火燃烧，制备锅炉用水煤浆的原料煤中挥发分含量应大于,，制备炉窑用25水煤浆的原料煤中挥发份含量应大于,。锅炉与炉窑一般都采用固态排渣，要求灰熔点不低于15T2 ?。至于制浆用煤炭的灰分、硫分与发热量，则主要由用户根据当地的技术与经济条件权衡确1250 定。制浆用煤炭的灰分低，煤浆的热值高、对环境效污染也少，但也必须考虑价格因素。煤炭的灰分再低，除尘、排灰及炉内清灰措施都必不可少，而低灰煤的价格要高，因此在工艺要求与当地环境条件许可的情况下，适当提高制浆用煤的灰分是合理的。 二、 煤炭成浆性 煤炭的成浆性与煤炭本身的理化性质有密切关系。煤阶越低，内在水分越高，煤中比越高， O/C亲水官能团越多，孔隙愈发达，可磨性指数值越小，煤中所含可溶性高价金属离子越多，煤炭HGI 的制浆难度会越大。 煤炭性质对成浆性的影响是多方面的，而且诸因素间又有密切的相关。中国矿业大学北京校区 张荣曾教授根据对不同煤阶有代表性煤样的工业 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、灰成份、煤岩显微组分、煤炭表面特性、红外光谱、及煤中可溶性矿物分析、表面积和孔特性、润湿接触角、吸附特性、含氧官能团、表面电性等三十四项煤质分析数据，结合制浆实验结果，采用多元非线性逐步回归分析方法进行统计分析，从诸多的因子中筛选出日常易于获得的少数显著因子，首次总结出其中的规律，建立了煤炭成浆性模型，并在此基础上提出了评定煤炭成浆性难易的综合判别指标。根据这个指标，可以初步估计D 这种煤炭的可制浆浓度C，该项成果已成功地用于预测煤炭制浆效果和优选制浆用煤。国外只研究了单个因子各自对成浆性的影响，很难难以对煤炭的成浆性作出综合评价。 为适应在不同条件下使用，建立了两个计算煤炭成浆性指标D的模型。公式(2,1)为需要含氧量数据的模型，公式(2,2)为不需要含氧量数据的模型。 2D,7.5,0.051HGI，0.223M，0.0257O (2,1) addaf D,7.5,0.05HGI，0.5M (2,2) ad C,77,1.2D (2,3) 式中 HGI ? 哈氏可磨性指数; M ? 煤炭分析基水分，,; ad O ? 煤炭可燃基含氧量，,; daf D ? 煤炭成浆性指标; C ? 预测的可制浆浓度，,。 模型从众多的煤质因素中虽然只选入了,个因素，但并不等于说其他因素就没有影响，只是23 由于因素间的相关，其他因素的影响可由这三个因素所囊括。需要指出的是，(2-3)模型的可制浆浓度预测值是在粒度分布与添加剂基本适用的条件下可制浆浓度的期望值。实际制浆时的粒度分 1 布与添加剂配方仍会有差异，因此模型的估计值有一定的误差。 按照煤炭成浆性指标D，可将煤炭成浆性难易分成四档，如表(2-1)。 表2-1 煤炭成浆性分类 成浆性指标成浆性难易可制浆浓度,D < 4 易> 72 ,中等,47 7268 ,难,710 6865 > 10 很难< 65 根据组实测数据计算表明:两种模型的平均绝对误差分别为与，含氧模型比不741.403%1.308%含氧模型精度高，标准误差从下降至。因此，当有煤炭中的含氧量数据时，应用含氧2.116%1.706% 模型;缺乏含氧量数据时可用不含氧模型，它们都可以对煤炭的成浆性作出有一定精度的评价。 这个模型除了可用于帮助选择制浆用煤外，还可以用来分析判断制浆结果的好坏及问题所在。如果实际制浆浓度低于上述模型标准差的两倍时，就应考虑煤浆的粒度分布或添加剂配方是否有必要改进。如果粒度分布也没有问题，就需要重新研究添加剂配方。 第二节 水煤浆的级配技术 水煤浆不但要求煤炭粒度达到规定的细度，还要求具有良好的粒度分布，使不同大小的煤粒能够相互充填，尽可能减少煤粒间的空隙，达到较高的“堆积效率”。空隙少就可以减少水的用量，容易制成高浓度。该项技术简称为“级配”。 高浓度水煤浆不但要求应将煤炭磨至一定的细度，又要浓度高且流动性好。这就要求煤浆中的粒度分布合理，使大小颗粒能相互充填，减少空隙，从而使固体占有率既堆积效率提高，如图1-1所示。使堆积效率高的技术称“级配”。掌握好水煤浆的粒度分布是制备水煤浆燃料的关键技术之一。 (a)只有大颗粒 (b)充填了细颗粒 (c)充填了更细的颗粒 图2-1 煤浆中颗粒充填示意图 一、 堆积效率与粒度分布间的关系 堆积效率λ(固体体积占有率)与粒度分布的关系，是水煤浆制备技术的基础理论之一。颗粒的堆积性能不只是水煤浆制备中关心的问题，在建材、化工、粉体工程、涂料等工业及农业中的土壤等学科领域也十分重要。这方面已有的研究成果很多，最简单的是单一粒径颗粒的堆积，其次是多种离散粒径颗粒的堆积，最复杂也是最实用的是连续分布颗粒的堆积。 等径球体的堆积是分析实际颗粒堆积的基础。紧密堆积时堆积效率最高的是呈正四面体堆积，此时的堆积效率λ为0.74(孔隙率ε,0.26)，“粒孔比”B( 颗粒直径与孔隙直径之比)为6.46;堆积效率最低的是呈正六面体的堆积，此时λ为0.52，ε,0.48，B为2.44。Scott 与 Ridgway等人实验研究表明，等径球体随机紧密堆积时的堆积效率约0.64,0.56，平均为 0.60，ε,0.4，接近以上两种典型堆积的平均值，所以B也应接近其平均值4.45。实际颗粒为非球体，堆积效率低于球体。对于呈多角形的煤粒，Brown的研究与张荣曾的实验都表明，窄级别煤粒自然紧密堆积时的堆积效率更接近等径球体呈正六面体紧密堆积时的λ为0.52, ε,0.48，所以B也应接近2.44。多种离散粒径颗粒混合堆积时，小颗粒有可能充填到大颗粒堆积形成的空隙中去，有利于提高粒群的堆积效率，Hudson曾经指出，要使小颗粒能完全充填在大颗粒空隙中，所需要的粒孔比应达到5 。 实际工作中遇见的多属连续分布的颗粒。研究连续分布颗粒体系的堆积特性必须先建立描述这种粒度分布的数学模型。最常用的粒度分布模型主要有:—，—及RosinRammlerGaudinSchuhmann 分布模型。模型是由—模型改进而来，如下式，它克服了当时无定义Alfred Alfred Funk GS d=0 的问题。 nnd,dsy,(,) 24 nnd,dLs 2 式中:??某粒度的粒径; d ??大于粒度的粒级含量; y d ??颗粒体系中的最大颗粒粒度; d L ??颗粒体系中的最小颗粒粒度; d S ??模型参数。 n 对于连续粒度分布的颗粒体系的堆积效率，用解析法是很难求解的，故多采用物理实验或在计算机上模拟堆积实验方法求解。对于服从—粒度分布模型的颗粒体系，用实验方法 GS Andreason 确定，模型参数在,时堆积效率最高。等人将多种离散粒径颗粒堆积的计算方法 n 0.30.5 Suzuki 推广到连续粒度分布，得出模型参数在,时堆积效率最高。大学的在计算机 n 0.50.8 Alfred Funk上进行模拟堆积实验后认为，按粒度分布时,时堆积效率最高，并于年取得 Alfred n 0.37 1979美国专利，在国际上有很大的影响。虽然等人的专利很有效，但是水煤浆产品很少符合这种 Funk 典型的粒度分布模型，用它也无法判断一种实际粒度分布堆积效率的高低，更不适用于水煤浆制备中常遇到的多峰粒度分布。 中国矿业大学(北京)的张荣曾教授发展了一种“隔层堆积理论”。它既可用于多粒径离散颗粒体系，亦可用于单峰与多峰的连续分布颗粒体系的堆积效率计算。它是将任何一种粒度分布，在计算机上按前述“粒孔比”的等比级数划分为许多窄粒级，然后隔层进行充填计算堆积效率。所B 以要按“粒孔比”划分成窄粒级，是因为只有这样才可以假定在每个窄粒级内不会相互充填。所B 以要隔层充填，是因为相邻两层间上层的最小粒度与下层的最大粒度相差无几，无法保证下层粒级都能充填到上层的孔隙中去。此外，采用隔层充填，可使两层的的粒度比(的平方)能满足B Hudson 指出的要使小颗粒能完全充填在大颗粒孔隙中，所需要的粒孔比应达到要求。 5 按照“隔层堆积理论”，可用解析方法求出—与分布堆积效率最优时的模型参数n 值。GS Alfred 所谓最优，就像指出的那样，粗粒级的空隙恰能为细粒级所充满。 Furnas 设某个第i d，则粒度下限为d粒级的粒度上限为 / 。它的下隔层，即第i层的粒度上 B +2 23限为d/，粒度下限为d /。取ε为窄粒级的空隙率，ρ为颗粒的密度。 B B 对于粒度分布有: Alfred 第i 个粗粒级中空隙的体积为: dnn,d()nnSd,dεBS (2-5) V,,[]0nnnn,d,dd,d(1ε)ρLSLS 第个细粒级中颗粒空间占有的体积(包括空隙)为: i +2 ddnnnn,d,d()()SS231BB()2-6 V,,[](nnnn,d,dd,d(1ε) ρLSLS 令()与()相等即得出最优解: 1-51-6 故最优的模型参数n 为: 1 (2-7) ε,2nB ln(1/ε) (2-8) n,2lnB 对于粒度分布，也有同样的结果。 G-S 上式表明，ε及取值不同时，最优的模型参数n 也会不同。现将前面提及的几种已知堆积 B 模型的λε及值，按式求出的最优n 值列于表。表中数据表明，对于服从与, B 1-8 2-2 G-S 粒度分布的物料，按隔层堆积理论，堆积效率最高的n 值的解析解与前述国外学者的实验Alfred 结果是相近的。这就间接地证明了按隔层堆积理论来计算堆积效率是可行的。 对于服从Rosin—Rammler粒度分布的物料，按隔层堆积理论得出的堆积效率最高的模型参数 n 值(有别于G-S分布中的n)为0.7,0.8。对于任意粒度分布的堆积效率，可按隔层堆积理论编制的软件，在计算机上求得。在计算堆积效率的软件中加入堆积效率与制浆浓度及煤浆粘度间的经验关 3 系的数学模型后，就可预测在有适用添加剂条件下的可制浆浓度。预测值的标准误差为2.77%. 该项技术已成功地用于指导制浆试验研究、分析与改进制浆效果、优化工艺及工业生产调试。 表 2,2 服从G-S与Alfred 粒度分布等径球体堆积的最佳模型参数 n 选用的堆积模型λB n ε 等径球体正四面体堆积0.74 0.26 6.46 0.36 1. 等径球体正六面体堆积0.52 0.48 2.44 0.41 2. 等径球体随机堆积0.60 0.40 4.45 0.31 3. 在掌握水煤浆粒度分布方面，国外还有两种建立在“粒度分布范围愈宽，越有利颗粒间充填”这个简单概念上的评价方法。瑞典公司采用一个称为参数来评定粒度分布的好坏。Fluidcarbon FCI 他们认为这个参数小于为佳。10 D100，SV() 4-9 FCI,D,D80SV 式中:,?筛下含量为的粒度; 80% 80 ,?表面、体积平均粒度。 sv 日本日挥公司()采用,式中的参数来控制和评价粒度分布。认为大好，JGC 210 C CJGC JGC 并建议制备水煤浆时参数应控制在,左右。 C 0.20.3 JGC S() 2-10 C,JGC(lnD)M 式中:??按粒度对数分布的标准差; S ()??以粒度对数计算的平均粒度。 lnD M 日挥公司采用的这个参数实际上是数理统计中评价分布离散程度的一种指标，称为变易系数。 这两种评价方法都出自“粒度分布愈宽，越有利颗粒间充填”这个简单的概念，所以并不完全正确。因为粒度分布宽并不等于各粒级的细度与数量的搭配恰能满足相互充填的需要。此外，由这些参数也无法估算出所能达到的堆积效率与预测可制浆浓度。 二、 水煤浆粒度分布的测试方法 粒度分析的方法很多，常用的粒度分析方法有筛分、激光粒度分析及沉积分析等法。由于水煤 浆有较宽的粒度分布，其粒度上限为μ甚至μ，而粒度下限往往比微米级还细，很难用一300m500m 种方法有效进行粒度分析。因此，水煤浆的粒度分析通常都应将粗、细两部分分别进行。大于200(μ)目者用湿法筛分，小于目者用沉积分析或激光粒度分析方法，再将两者综合为完整的74m200 粒度分布。虽然许多激光粒度分析仪允许的粒度上限可以大到μ，但是由于它规定的测试用1000m 试料量太少，仅,，用它做水煤浆全粒级分析时试样的代表性不足，因此建议有激光粒度分0.30.5g 析仪的单位，也应仅用它作小于目部分的粒度分析，大于目部分则采用筛分分析方法，然后200200 将两者合并给出结果。 筛分试验用标准筛的孔径必须事先进行标定，因为国内外标准筛的实际孔宽与标称值都有差 异。例如，英国标准()中目的标称孔宽为μ，实际孔宽在μ,μ之间，BS410196220075m45m108m而且每个筛网都不一致。国内标准筛制造厂家很多，产品更不规范。 由于各种粒度分析方法所依据的原理不同，所以所得粒度的定义也不同。标准筛是以方形筛孔 的边长为定义;沉积分析粒度是根据自由沉降条件按公式计算的粒度激光粒度分析d Stokes d;sst是基于光的衍射原理，算出的相当于投影粒度，与我们在此定义的筛分粒度意义相同。对煤粒 dp 而言与差异不大，但的比值在,左右，因而不可直接合并。此处规定统一 , d ddd1.11.20,st s pst 转换为筛分粒度(相当投影直径)。粗粒筛分与细粒分析资料的合并工作，最好是在计算机上完成，dp 除给出综合后的粒度分布数据外，并从—，—，三种模型中 RosinRammlerGaudinSchuhmannAlfred 选择误差最小的一种，并给出模型参数和绘制粒度分布曲线。 表()为将粗、细两部分粒度分析数据综合计算方法的示例。图()为分布模型参数与粒 2-32-2度分布曲线。 4 图2-2 筛分与激光粒度分析综合分布曲线 表 2-3 粗、细两部分粒度分析数据综合计算方法的示例 粒级,μm 粗级筛分 细级分析 综合结果 小 于 大 于 占全样,, 占细级,, 占全样,, 占全样,, 负累积,, 500 364.6 1.26 0.0 0.0 1.26 100 364.6 264.8 1.27 0.0 0.0 1.27 98.74 264.8 204.5 2.53 0.0 0.0 2.53 97.47 204.5 193.2 2.53 0.0 0.0 2.53 94.94 193.2 112.2 6.33 0.0 0.0 6.33 92.41 112.2 53.0 44.6 38.39 38.39 86.08 86.08(< 112.2) 53.0 38.0 ---- 12.5 10.76 10.76 47.69 38.0 27.0 ---- 8.0, 6.89 6.89 36.93 27.0 19.0 ---- 9.1 7.83 7.83 30.04 19.0 13.0 ---- 8.2 7.06 7.06 22.21 13.0 9.4 ---- 5.5 4.73 4.73 15.15 9.4 6.6 ---- 4.5 3.87 3.87 10.42 6.6 4.7 ---- 3.9 3.36 3.36 6.54 4.7 3.3 ---- 2.1 1.81 1.81 3.18 3.3 2.4 ---- 1.1 0.95 0.95 1.38 2.4 0.0 ---- 0.5 0.43 0.43 0.43 100.0 100.0 86.08 100.0 合 计 , 第三节 水煤浆添加剂 为使所制水煤浆达到高浓度、低粘度，并有良好的流变性与稳定性，还必须使用少量化学药剂， 简称“添加剂”。添加剂的分子作用于煤粒与水的界面，可减小水煤浆流动时的内摩擦，降低粘度，改善煤粒在水中的分散，并提高水煤浆的稳定性。添加剂的用量通常为煤量的,,,。添加剂0.51的品种很多，它的有效性与所用煤炭及水的性质有密切关系，当原料煤和制浆用水变化时应通过试验调整添加剂的配方。 制浆时需要加少量化学添加剂剂，用量约为干煤量的1,，以提高水煤浆的流动性 与稳定性。添加剂可分为分散剂、稳定剂、及其他一些辅助化学药剂，如消泡、调整pH 、防霉、表面改性及促进剂等多种。在这些添加剂中，不可缺少的是分散剂与稳定剂。 一、分散剂 习惯上将这类添加剂简称为分散剂，它的主要功效是降低水煤浆的粘度，并非仅仅作分散之用。 流体的粘度是流体质点间的内摩擦系数，反映了流体遭受剪切作用时因内摩擦产生的切应力的大小。如果水煤浆中的固体颗粒呈聚结状态，遭受剪切时剪切平面必然会通过这些聚结物，引起较大的机械阻力，并形成许多新的相界面。产生新的相界面也会导致切应力和流体粘度增高。当水煤浆中的煤炭颗粒呈良好分散状态时，颗粒间相互分离，外表还有一层牢固的分散剂分子与水化膜，剪切时不产生新的相界面，颗粒之间的摩擦力也比外表没有吸附添加剂分子和水化膜时要小。所以分散是降粘的必备条件之一。 降粘用分散剂的作用机理可从三个方面得到解释，即:润湿分散作用，静电斥力分散作用及空间位阻与熵斥力分散作用。这三种作用并不相互排斥，而是相互补充。 润湿分散作用1. 当煤炭表面能充分地为水所润湿时，煤粒表面将形成一层牢固的水化膜，有利于分散。润湿 是指固体表面上的气体被液体取代的过程。在讨论水煤浆问题时，润湿是指煤炭表面为水所润湿。 5 制备水煤浆时煤炭颗粒将完全浸没在水中，也就是说原有的固、气界面将为固、液界面所取代。煤炭表面完全被水浸湿时，浸湿前后表面自由能的差Δ为:E () 2-11 ,E,γ,γSSL 式中:γ??固体煤炭的表面张力; S γ??煤炭与水间的界面张力。 SL 实际上，固体的表面张力γ与固体与液体间的界面张力γ都无法测出。固体的表面张力可采用SSL T.C. 巴顿修正后的Young公式，即2,12式，根据煤炭的接触角与水的表面张力γ进行近似计算。L一些煤种按上式计算所得表面张力列于如表2,4中。 (γ/8)(1),θcosθ，Lγ (2-12) ,S2 表 2,4煤炭表面的表面张力 煤种表面张力，达因厘米煤种表面张力，达因厘米 / / 长焰煤,瘦煤, 47.2 49 35.6 37.5 气煤,贫煤, 41.8 46 40 42.4 41.1 肥煤,无烟煤 33.8 35 > 71 焦煤,页岩 30.8 33.2 固体与液体间的界面张力可根据Young提出的界面张力中和原则，按2-13近似计算。 () 2-13 γ,γ,γSLLS 按照热力学第二定律，过程前后自由能变化为正功者，该过程可自发地进行。Δ愈大，越易于 E分散。由,及,式可知，提高煤炭的表面张力γ，降低煤炭与水间的界面张力γ，或者说211 213SSL降低水的表面张力γ，将有利于分散。这点已为作者的试验所证实，试验了两种煤，使用添加剂后，L 煤炭的表面张力大致从达因厘米提高到达因厘米;添加剂水溶液的表面张力由水的28/ 64 / 72.75 达因厘米降至,达因厘米;固液间的界面张力从原来的,，降低至,/ 4050 / 72.7528 = 44.75 1424 达因厘米。故Δ由原来的达因厘米升高到达因厘米与达因厘米，显著地提/E -16.75 / +40 / +50 /高了煤粒表面的润湿性。 润湿分散作用是使煤粒在水中分散的必要条件，但并非改善水煤浆流动性的充分条件。所以一些有效的润湿剂，例如除尘润湿剂，在降低溶液表面张力和提高煤炭表面的润湿性方面比一些制浆用添加剂更有效，但在降粘方面却不起作用。 静电斥力分散作用 2. 静电斥力分散原理引自胶体稳定性理论中著名的理论。理论主要是讨论胶体颗粒 DLVO DLVO 在分子间范德华吸引力与颗粒所带电荷间静电力作用下，接触后发生凝结的条件。在有足够的静电斥力作用下，如果颗粒所获外加能量不足以克服能峰，胶体颗粒就不会产生聚结而处于分散状态。胶体体系本来就具有动力稳定性，所以只要胶体处于分散状态，体系自然就可保持稳定。这就是关于胶体分散和稳定的原理。 利用理论来解释水煤浆添加剂的作用机理在国外颇为盛行，有的学者甚至认为添加剂的 DLVO 作用就在于提高颗粒的ζ电位，并认为应使ζ电位提高到毫伏。作者认为利用理论来解 -50DLVO析水煤浆添加剂的作用机理是片面的，因为双电层对外加离子特别敏感，只要溶液中有少量的外加金属离子，就足以大幅度地降低ζ电位，破坏它的分散效应。工业用水及煤炭中可溶性盐类都会使 水煤浆中不可避免地含有相当数量的钙、镁离子，所以即使受添加剂的作用，水煤浆中煤粒表面也不可能维持较高的ζ电位。实验证明，调整溶液的值，也可使煤粒表面的ζ电位提高到毫 PH -50 伏左右，但根本收不到降粘效果。此外，非离子添加剂本身并不电离，它在煤炭表面吸附后当然不会改变表面的ζ电位，但对水煤浆却有很好的分散与降粘效果。所以提高水煤浆中煤粒表面的ζ电 位既不是使水煤浆分散和降粘的充分条件，也不是必要条件。 空间位阻与熵斥力分散作用 3. 所谓空间位阻分散作用，是指使煤粒表面吸附了一层物质后，在颗粒间增加了一层障碍，当颗 粒相互接近时，可机械地阻档聚结。颗粒表面的吸附层具有一定的厚度，当两个带吸附层的颗粒相互接近时，若尚未重迭，相互间不发生作用。当彼此重合时，由于吸附层中的物质运动的自由度受到防碍，吸附分子的熵减少，因为体系的熵总是自发地向增加方向发展，所以颗粒有再次分开的倾向，这就是熵斥力的作用原理。 6 通过以上三种作用机理的分析，张荣曾认为按胶体稳定性的理论来解释水煤浆添加剂的DLVO 作用机理是一种误导。理论认为，分散作用是依靠提高颗粒的ζ电位，只要ζ电位提高到 DLVO 一定程度(例如毫伏)就行。还进一步认为，分散好了，体系就可自然保持稳定。但是，双电层-50 对外加离子特别敏感，只要溶液中有少量的外加高价金属离子，就足以大幅度地降低ζ电位，破坏 它的分散效应，朱书全的试验数据就证明了这一点。水煤浆中的水与煤炭都会使溶液中含有相当数量的钙、镁离子，所以即使添加了这类添加剂，煤粒表面也不可能维持较高的ζ电位。作者试验过，调整溶液的值，也可使煤粒表面的ζ电位提高到，但根本收不到降粘效果。所以决不 PH -50 mv 可按这种思路去开发水煤浆添加剂。 张荣曾认为，水煤浆主要是靠空间位阻与熵斥力作用进行分散。分散剂都是一些表面活性剂，它是两亲分子，一端是由碳氢化合物构成的非极性的亲油基，另一端是亲水的极性基。非极性的疏水端极易与碳氢化合物的煤炭表面结合，而吸附在煤粒表面上，将另一端亲水基朝外伸入水中，使煤粒的疏水表面转化为亲水，并形成水化膜，如图。水化膜中的水与体系中的“自由水”不同，2-3 它因受到表面电场的吸引而呈定向排列。当颗粒相互靠近时，水化膜受挤压变形，引力则力图恢复原来的定向，这样就使水化膜表现出有一定弹性。煤粒表面吸附的添加剂分子与水化膜可产生空间位阻与熵斥力效应，使煤粒分散。如果是离子型分散剂，同时还可以使周围聚集更多的离子，这些离子和水分子结合也能形成水化膜，增强分散作用。所以，正确的路线是依靠润湿分散与空间位阻效应来开发水煤浆添加剂。 水化膜非极性基 大.A吸分..子附..吸煤粒层B附 物 极性基 ACB 图 2-3 颗粒表面吸附添加剂示意图 表面活性剂溶于水后，按离解与不离解可分为离子型与非离子型两大类。离子型又可按电荷的属性分为阴离子型与阳离子型及两性型三类，所谓两性型是指当溶液偏碱性时显示出阴离子特性，偏酸性时又能显示出阳离子特性。 据曾凡研究，非离子型添加剂的润湿效果及提高表面ζ电位的效果虽然远不及离子型，但它的 制浆效果最好，主要原因是它的吸附膜厚度大大地超过阴离子型，前者为，后者不足。按200Å40 Å价格，阴离子型最便宜，它与非离子，阳离子及两性表面活性剂的国际价格比为。所以制浆 1:2:3:4添加剂多选择阴离子表面活性剂。 水煤浆添加剂中的疏水基应选择与制浆用煤表面亲和力强的物质，这样可以更好地在煤炭表面吸附，它们都是烃类，多为烷烃与芳烃。亲水基有羟基()，羧基()，磺酸基()，氧OHCOOHSO3乙烯基()等。品种繁多，结构复杂，应按它的用途和被作用的对象不同进行选择。OCHCH 22 我国在选用添加剂时，遵守两条的原则。一是以性能价格比最优为原则，不单一追求添加剂的效能最高;二是按照级配与添加剂互补原则确定适用的添加剂。我国开发的添加剂适用性强，吨浆添加剂费用只相当国外的,。1/21/3 二、稳定剂 稳定剂的作用是防止产生硬沉淀，并使水煤浆具有剪切变稀的流变特性。分散剂可防止粒子间聚结加速沉淀的作用，从这个意义讲，分散剂也兼有稳定作用。DLVO理论所以从分散作用出发研究胶体的稳定性理论就是这个道理。但是同样不能按DLVO理论来开发水煤浆的稳定剂，因为胶体体系本来就具有动力稳定性，只要胶体处于分散状态，体系自然就可保持稳定。水煤浆则是不具有动力稳定性的高浓度的粗分散系，在重力或其他外加质量力作用下，必然要发生沉淀。真正能起到阻止颗粒沉淀的是由稳定剂作用形成的空间结构对颗粒沉淀产生的机械阻力。所以，与DLVO 理论的结论恰恰相反，为提高水煤浆稳定性，在高浓度条件下，不是防止而是应该使水煤浆中的颗粒聚结并和周围的水相互交联，形成一种脆弱但又有一定强度的三维空间结构。这样在静置时可有效地阻止颗粒沉淀，即使沉淀也是松软的可恢复的软沉淀;一旦受外力剪切作用，结构受到破坏，粘度又可迅速降下来。能起这种作用的稳定剂有无机盐，一些高分子有机化合物，如聚丙烯酰胺(PAM)、 7 羧甲基纤维素(CMC)以及一些微细胶体粒子有机膨润土等。稳定剂的用量视煤炭性质及所需稳定期长短而定，一般为煤量的万分之几至千分之几。 第四节 水煤浆制浆工艺 在给定原料煤的粒度特性与可磨性条件下，如何使水煤浆最终产品的粒度分布能达到较高的“堆积效率”就需要合理选择磨矿设备、磨机的运行工况与制浆工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 。 一、制浆工艺主要环节 水煤浆制备工艺通常包括选煤、破碎、磨矿、加入添加剂、捏混、搅拌与剪切以及为剔除最终 产品中的超粒与杂物的滤浆等环节。制备工艺取决于原料煤的性质与用户对水煤浆质量的要求。 (一) 选煤 当原料煤的质量满足不了用户对水煤浆灰分、硫分与热值的要求时，制浆工艺中应设有选煤环 节。除制备超低灰灰分精细水煤浆外，制浆用煤的洗选均采用常规的选煤方法。大多数情况( < 1%) 下选煤应设在磨矿前，只有当煤中矿物杂质嵌布很细，需经磨细方可解离杂质选出合格制浆用煤时，才考虑采用磨矿后再选煤的工艺。 (二)破碎与磨矿 在制浆工艺中的破碎与磨矿是为了将煤炭磨碎至水煤浆产品所要求的细度，并使粒度分布具有 较高的堆积效率。它是制浆厂中能耗最高的环节。为了减少磨矿功耗，除特殊情况外(如利用粉煤或煤泥制浆)，磨矿前必须先经破碎。磨矿可用干法，亦可用湿法。磨矿回路可以是一段磨矿，也可以是由多台磨机构成的多段磨矿。原则上各种类型的磨机，例如雷蒙磨、中速磨、风扇磨、球磨、棒磨、振动磨与搅拌磨都可用于制浆。这一切应视具体情况通过技术经济比较后确定。 (三)捏混与搅拌 “捏混”只是在干磨与中浓度湿磨工艺才中采用。它的作用是使干磨所产煤粉或中浓度磨矿产 品经过滤机脱水所得滤饼能与水和分散剂均匀混合，并初步形成有一定流动性的浆体，便于在下一步搅拌工序中进一步混匀。这种物料如不先经捏混，直接进入搅拌机是无法把浆体混匀的。 “搅拌”在制浆厂中有多种用途。它不仅仅是为了使煤浆混匀，还具有在搅拌过程中使煤浆经 受强力剪切，加强药剂与煤粒表面间作用，改善浆体流变性能的功能。在制浆工艺的不同环节，“搅拌”所起的作用也不完全相同。所以，虽然同样都称之为“搅拌”，但不同环节上所使用的搅拌设备应选择不同的结构和运行参数。 (四)滤 浆 制浆过程中必然会产生一部分超粒和混入某些杂物，它将给贮运和燃烧带来困难，所以产品在 装入贮罐前应有杂物剔除环节，一般是可连续工作的筛网条滤浆器。() 为了保证产品质量稳定，制浆过程中还应有煤量、煤炭全水分、水量、各种添加剂量、煤浆流 量、料位与液位的在线检测装置及煤量、水量与添加剂加入量的定量加入与闭环控制系统。 由以上这些环节可以组合成多种制浆工艺。 二、干法制浆工艺 典型的干法制浆工艺流程如图。制浆原料经破碎、干磨达到所要求的水煤浆产品细度与粒度2-4 分布后，加入水和分散剂进行捏混和进一步在搅拌机中调浆。如果需要进一步提高水煤浆的稳定性，还需要加入适量的稳定剂。加入稳定剂后还需要经搅拌混匀、剪切，使浆体进一步熟化。进入储罐前还必须经过滤浆，去除杂物。 8 水分散剂 原 煤破 碎干 磨涅 混 搅 拌 杂物搅 拌过 滤稳定剂 水煤浆产品 图 2-4 干法制浆工艺 干法制浆工艺在水煤浆发展的初期，因为有可借用现有磨粉设备的方便而被采用，例如美国西 方石油公司()在洛杉机的水煤浆试验厂就是采用外委加成工煤粉再制浆。我们在研制水煤浆OXY 的初期，也是为了借用原有的干式球磨机，采用过这种工艺。国内有的单位也曾采用过利用现有的雷蒙磨磨粉，然后调浆的干法制浆工艺。 干法制浆存在许多缺点，除有可能利用现有闲置干磨设备外，现在基本上已不采用。干法制浆 工艺的主要缺点是: ()常规干法磨煤，如果在磨机前或磨机中没有热力干燥措施，则要求入料的水分不大于,， 1 5否则磨机不能正常工作。发电厂因有热风干燥，所以干法磨煤粉没有困难，但这点在制浆厂事实上很难满足。特别是当原煤需要洗选后制浆时，由于煤炭的洗选差不多都湿法，采用湿法磨矿更为方便。 ()干法磨矿的能耗比湿法高。据美国有关文献记载，在产品细度相同的条件下，干法球磨机 2 的能耗大约比湿法球磨机高。而且，干法磨矿的安全与环境条件不及湿法磨矿。30% ()在一般情况下，干法磨矿制浆的效果不及湿法。这是因为，根据几种干法磨煤粉的粒度3 分布资料，其堆积效率远不及湿磨产品高。而且，干法磨煤时新生表面积很快被氧化，会降低它的成浆性。 三、干、湿法联合制浆工艺 这种制浆工艺与上述干法制浆工艺不同的地方，在于从干法磨矿的产品中分出一部分用湿法细磨，如图。它比干法制浆工艺效果好，可以实现双峰级配，改善最终产品的粒度分布，从而提高2-5 制浆效果。但是由于它的主体仍是干法磨矿，所以还存在干法制浆共同的缺点，在国内外的工业制浆厂中现在也未见再采用。 分散剂 原 煤破 碎干 磨涅 混 搅 拌水中浓度细磨 杂物稳定剂搅 拌过 滤 水煤浆产品 图 2-5 干、湿法联合制浆工艺 四、 高浓度磨矿制浆工艺 高浓度磨矿制浆工艺如图。它的特点是煤炭、分散剂和水一起加入磨机，磨矿产品就是高浓2-6 度水煤浆。如果需要进一步提高水煤浆的稳定性，还需要加入适量的稳定剂。加入稳定剂后还需要经搅拌混匀、剪切，使浆体进一步熟化。进入储罐前还必须经过滤浆，去除杂物。 9 国外采用这种制浆工艺的公司很多，如制备燃料用水煤浆的美国的大西洋(ARC)公司、KVS公司，日本的日立株式会社与COM株式会社;制备德士古炉气化用水煤浆原料的日本宇部兴产株式会社，都采用这种工艺。中国建设的制备燃料用水煤浆制浆厂，以及制备气化用水煤浆厂，采用的都是这种工艺。高浓度磨矿制浆工艺有许多优点，例如:工艺流程简单;在高浓度下磨介表面可粘附较多的煤浆，有利于研磨作用产生较多的细粒，改善粒度分布;分散剂直接加入磨机可在磨矿过程中很好地及时与煤粒新生表面接触，从而提高制浆效果;可省去捏混与强力搅拌工序。但高浓度磨矿能力较中浓度磨矿低，并需很好地掌握磨机的结构与运行参数，以免因煤浆粘度过高而丧失磨矿功效。此外，由于只有一台磨机，对水煤浆产品粒度分布的调整有一定的局限性。根据作者的经验，在良好的工况下运行时，这种工艺可以获得72%左右的堆积效率，已能满足大多数煤炭制浆的需要，所以是用途最广的一种制浆工艺。 稳定剂水 原 煤破 碎高浓度磨矿搅 拌 分散剂 过 滤杂物 水煤浆产品 图 2-6 高浓度制浆工艺 五、 中浓度磨矿制浆工艺 所谓中浓度磨矿制浆工艺，是指采用左右浓度磨矿的制浆工艺。由于中浓度磨矿产品粒度 50% 分布的堆积效率不高，所以很少采用单一磨机中浓度磨矿工艺(日本三菱株式会社在初期制浆试验 为二段中浓度磨矿制浆工艺。系统上曾采用过这个工艺)。图-7 2 该工艺为改善最终产品的粒度分布，从粗磨产品中分出一部分再进行细磨。然后分别或混合进行过滤、脱水。脱水后的滤饼加入分散剂捏混、搅拌调浆。如果需要进一步提高水煤浆的稳定性，还需要加入适量的稳定剂。加入稳定剂后还需要经搅拌混匀、剪切，使浆体进一步熟化。进入储罐前还必须经过滤浆，去除杂物。 瑞典的胶体碳()公司、流体碳()公司及引进胶体碳制浆技术的日本日CarbongelFluidcarbon 挥公司原来都是采用这种制浆工艺。中浓度磨矿时磨机的能力高，但磨矿产品要经过过滤脱除多余水分，滤饼与分散剂需经捏混和强力搅拌才能均匀混和成浆。工艺流程不如高浓度磨矿制浆工艺简单。由于中浓度磨矿本身的产品粒度分布不如高浓度磨矿的宽，虽有两段磨矿调整粒度分布的环节，如果对两部分的细度及配比掌握不当，最终产品的粒度分布也未必会合理。引进瑞典流体碳公司制浆技术的北京水煤浆厂虽然有四磨机(粗磨与细磨各由两台磨机串联组成)，而且中间还有控制粒度的若干分级环节，但最终产品的粒度分布仍然欠佳。由日挥株式会社提供技术设计的兖日制浆厂，开始在初步设计中也是采用二段中浓度磨矿制浆工艺，但在实施时则改为图的高、中浓度磨矿级2-9配制浆工艺，这就说明，日挥株式会社也认为这种工艺比前者更好。 水 原 煤破 碎中浓度粗磨过 滤 分散剂涅 混中浓度细磨 搅 拌 杂物稳定剂搅 拌过 滤 水煤浆产品 图 2-7 二段中浓度磨矿制浆工艺 10 六、 高、中浓度磨矿级配制浆工艺 (一) 高、中浓度磨矿级配制浆工艺之一 高、中浓度磨矿级配制浆工艺首先为日本日挥株式会社在中、日合资的兖日制浆厂中采用。它 的基本流程结构如图。它的特点是将原来的二段中浓度磨矿级配工艺中的细粒产品改为高浓度磨2-8 矿。与此同时，高浓度磨矿磨机的给料不是从中浓度磨矿产品中分流而来，而是直接来自破碎产品，这就使粗磨与细磨两个系统独立工作，避免了相互干扰。中浓度粗磨产品经过滤脱水后与高浓度产品一起捏混调浆。 兖日水煤浆厂的实践证明，这种制浆工艺所产水煤浆产品的粒度分布达到了较好的堆积效率， 有利于制造出质量较好的水煤浆。但它还没有摆脱中浓度磨矿后产品要进一步过滤脱水的环节。此外，所选用的细磨球磨机的磨矿效率很低，这台×球磨机由两台各的电机拖动，处理4.813m1000kW量不到(干煤)，吨煤电耗按装机容量计算高达小时。所以也有待进一步改进。14t/h143kW 水 中浓度粗磨过 滤 原 煤破 碎分散剂高浓度细磨涅 混 水搅 拌 杂物稳定剂搅 拌过 滤 水煤浆产品 图 2-8 高、中浓度磨矿级配工艺之一 (二) 高、中浓度磨矿级配制浆工艺之二 图()是另一种高、中浓度磨矿级配制浆工艺。它与前一种工艺相反，粗磨是高浓度磨矿， 2-10 细磨则是中浓度磨矿。此外，细磨的原料是由粗磨产品中分流而来，初磨产品即是最终的水煤浆产品。这样就可以除去后续的过滤脱水及捏混环节，简化了生产工艺。细磨原料不直接来自破碎后的产品而改用粗磨产品，可大大减小细磨中的破碎比，有利于提高细磨的效率。细磨产品返回入初磨磨机中的目的并不是指望能对它作进一步磨碎，而是可以改善高浓度磨矿的粗磨机中煤浆的粒度分布，从而降低煤浆的粘度，提高磨矿效率。所以这种工艺的优点是十分明显的。 根据工艺的要求，粗磨最好是选用棒磨机，也可选用球磨机;细磨可根据具体条件，选用球磨 机、振动球磨机或搅拌球磨机。 水 添加剂 原 煤粗 磨破 碎搅 拌 杂物细 磨过 滤水 水煤浆产品 图 2-9 高、中浓度磨矿级配制浆工艺之二 这种工艺虽然有许多优点，但只有在处理难制浆煤种并要求生产高质量水煤浆产品时才有优势。因为其中的细磨环节只是起到改善级配的效果，对提高处理能力作用甚微。也就是说，会使制浆的能耗增加。所以，当采用其他工艺能制出合符用户质量要求的水煤浆时，就没有必要选用这个工艺。 (三) 高、中浓度磨矿级配制浆工艺之三 图是俄罗斯建设的别洛瓦()至新西北利亚管道输浆系统中制浆厂采用的制浆工艺。2-10Belovo 该厂共有七条生产线，每条生产线的制浆能力为万吨年。粗磨采用×，(或50/4.55.5m1,100kW3.5 11 ×，)的棒磨机。细磨采用×，(或×，)的球磨机。8.5m1,500kW4.013.5m3,500kW4.516.5m4,000kW这种制浆工艺与前一种工艺不同的是，中浓度细磨的原料直接来自破碎后产品。这可能与该厂磨机的给料很细(,)有关。所以它的性能基本上与前一种工艺相同。30mm 原 煤 破 碎 分散剂水 中高浓浓度度球棒磨磨 搅 拌 杂物稳定剂搅 拌过 滤 水煤浆产品 图 2-10 高、中浓度磨矿级配制浆工艺之三 七、结合选煤的制浆工艺 结合选煤厂建制浆厂是中国在发展水煤浆工业中创造的一个宝贵的经验，(图1-11)为张荣曾等提出的一种制浆工艺，已获发明专利。选煤厂是煤炭加工的基地，它可以根据不同用户的需要将煤炭加工成多种质量(热值、灰分、水分、硫分、粒度等)不同的产品，不但便于用户使用，而且可综合有效地充分利用煤炭资源。水煤浆是煤炭加工中的一个新产品，它不但对制浆原料的质量有一定的要求，而且要求供应的原料质量要稳定，否则很难保证生产出质量稳定的水煤浆。这一点无论对制浆厂本身或燃烧水煤浆的用户都是十分重要的。如果结合选煤建制浆厂，制浆原料的质量就有了可靠的保证。选煤厂还可以根据本矿煤炭资源的特点，合理规划产品结构，从中确定为制浆提供原料的最佳 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。此外，结合选煤厂建制浆厂还可以与选煤厂共用受煤、贮煤、铁路专用线及水、电供应等许多公用设施，从而减少基建投资。 为了合理利用煤炭资源，并减少制浆中磨矿的能耗，结合选煤厂建制浆厂时应尽可能利用其中 的细粒煤炭。如果是用粒度小于或的末煤(包括原煤与精煤)制浆，它的制浆工艺与独立的mm136 制浆厂并没有两样。最有前途是利用选煤厂或矿区粒度小于,的浮选精煤或煤泥制浆。因为10.5mm 这部分煤泥粒度细、水分高(接近高浓度水煤浆中的含水量)，不管是作为单独的产品或掺入其他产品，装、储、运都有困难，而且不受用户欢迎。有不少选煤厂往往因为这些煤泥甚至是浮选精煤无法处理而制约了生产。但是如果用它来制浆，则因其粒度细、水分适中而正恰到好处。 这种含水量在左右的煤泥，既不可能干燥后再用干法去制浆，也不应该稀释至中浓度去制30% 浆，只能采用高浓度制浆工艺。是否还要经过磨矿，则应视煤泥的细度与粒度分布而定。在大多数情况下，这种煤泥(包括浮选精煤)的粒度上限都超过常规水煤浆要求的微米，而且很难保证它300的粒度分布都会达到较高的堆积效率，所以对这种煤泥或浮选精煤，合理的制浆工艺为图()。2-11 其中的磨矿环节用以控制粒度上限和调整粒度分布。最早采用这种制浆工艺的是年中国枣 1985庄矿业集团八一煤矿选煤厂，该厂因浮选精煤灰分高、水分大、粒度细，掺入水洗精煤造成最终精煤水分超标问题而困扰。如果建干燥车间不但投资大，吨煤干燥费用高，采用这种工艺后，不但生产出了高质量的水煤浆，而且使该厂最终精煤的水分降低了(水分绝对值)，灰分降低了,4%0.5% ，显著地提高了企业的经济效益。1.0% 当利用矿区煤泥制备供就地燃用的水煤浆时，对煤浆质量没有严格的要求，只要满足燃烧需要 即可。为了降低成本，甚至可不使用磨矿环节(如图中虚线途径)、不加添加剂。该项技术已在若干矿区应用，既提高了煤炭资源利用率，增加煤炭企业的经济效益，又改善了矿区环境，取得良好效果。 12 水分散剂 浮选精煤脱 水涅 混煤 泥 搅 拌 磨 矿 杂物稳定剂搅 拌过 滤 水煤浆产品 图 2-11 煤泥或浮选精煤制浆工艺 第五节 主要设备 一、破碎设备 制浆厂的破碎作业是为了将原料煤破碎至磨机给料所需要的粒度。给料粒度细一些对磨矿虽有利，但过细也不利于破碎和储运，通常破碎至13mm以下。原则上所有煤用细碎机都可采用。高浓度水煤浆磨矿工艺希望给料粒度分布宽一些、堆积效率高一些，这样可以提高煤浆在磨机中的流动性，改善磨矿效果。所以，靠击碎破碎作用的锤式与反击式破碎机优于靠压碎、劈裂破碎作用的对辊与齿面辊碎机。图(2-12)与(2-13)为这两种破碎机结构简图。 表(2-4)与表(2-6)分别列出了这两种破碎机实测的产品粒度分布数据，结果表明，反击式破碎机更佳。 图 2-12 锤式破碎机 图 2-13 反击式破碎机 反击式破碎机的生产量除查阅生产厂家给出的数据与参考生产实践数据外，也可以参考式2-14)进行计算。 ( (2-14) Q,60，K，N，(h，e)L，d，n，, 式中 Q , 反击破碎机生产量，t/h ; K , 系数，K?1; N , 转子上板锤数目; n , 转子每分钟的转数; 3 γ, 物料的松容重，t/m 。 表2-5 锤碎机产品 表2-6反击式破碎机产品 序号 粒度μm 筛下累计 % 序号 粒度μm 筛下累计 % 1 6,000 100 1 10000.00 98.98 2 3,000 91.92 2 6000.00 96.73 3 1,000 59.06 3 3000.00 89.96 4 500 37.78 4 1000.00 70.62 13 5 300 25.91 5 500.00 56.09 6 210 15.06 6 300.00 45.89 7 100 10.92 7 212.00 39.55 8 75 8.72 8 150.00 33.82 9 38 5.32 9 75.00 24.23 10 19 3.38 10 38.00 17.13 11 9.4 2.33 11 19.00 11.86 12 4.7 1.78 12 9.40 8.09 , , , 13 4.70 5.51 , , , 14 2.40 3.78 平均粒度,μm 1,262.15 平均粒度, μm 1064.89 68.16 85.43 堆积效率,% 堆积效率,% 二、磨矿设备 (一)磨机选型 磨矿是制备水煤浆中的关键环节。水煤浆磨矿与其它工业磨矿不同之处，在于它不但要求产品达到一定的细度，更重要的是要求产品有较好的粒度分布，因此对磨矿设备的选择很重要。 湿法制浆工艺常用的磨机有:球磨机(图2-14)、棒磨机(图2-15)与振动磨机。球磨机与棒磨机的主体是一个转动的筒体，筒体由钢板卷成，内装有衬板，制浆时一般都使用橡胶衬板。筒内装有磨介，磨介随筒体旋转上升至一定高度后下落，将物料砸碎。同时，磨介转动时又能将其间的物料研碎。顾名思义，球磨机的磨介是球，棒磨机的磨介是棒。 表2-7 反击式破碎机型号规格与技术性能 最大给矿 排料 处理量 电机功率 主机重 制造 型号 规格 t/h kW t 粒度,mm 粒度,mm 厂家 PF-54 100 7.5 1.35 φ500×400 20,0 4,10 海矿，北通 PF-107 250 37 5.54 φ1000×700 30,0 15,30 上重 PF-1210 250 95 15.25 φ1250×1000 50,0 40,80 上重 PF-1416 155 35.473 φ1400×1600 上重 PF-1614 155 35.631 φ1600×1400 上重 2PF-1212 850 130, 155 58.0 φ1250×1250 20,0 80,150 上重 2PF-1416 54.098 φ1400×1600 2×155 上重 2PF-1820 82.998 φ1800×2000 2×280 上重 图 2-14 球磨机 图 2-15 棒磨机 球与棒的差异是:球与球之间是点接触，棒与棒之间是线接触，论打击力，棒比球大;球的比表面比棒大得多，所以球磨的研磨效果比棒磨高。此外，棒磨总是先集中破碎其间的粗粒，细粒则被粗粒阻隔从缝隙中溜过而不被破碎。因此，棒磨产品的粒度分布较球磨均匀。表(2-8)与表(2-9)分别是高浓度磨矿球磨机产品(八一水煤浆厂燃料用水煤浆)，与棒磨机产品(渭河化肥厂德士古造气用水煤浆)的粒度分布。从表中可以看出:球磨产生的微细颗粒显著地多于棒磨，这说明球磨的研磨效果比棒磨高;尽管在这个示例中，棒磨机的产品粒度上限比球磨机大很多，对提高堆积效率有利，但它的粒度分布堆积效率仍低于球磨产品，这说明棒磨产品的粒度比球磨均匀。此外，这两 14 种水煤浆的流动性也有明显的差别，燃料用水煤浆的粒度细，堆积效率也高，将它倾倒在玻璃板上，可较快地铺开;而目前造气用水煤浆的粒度较粗，尽管堆积效率也不低，但倾倒在玻璃板上就不能很好地铺开，说明它们的流动性有明显的差异。这种差异用常规的粘度计测出的粘度是难以分辨的，因为粒度这么粗的造气用水煤浆，用粘度计测出的粘度值已失去它本来的意义。对于这两种用途的水煤浆在粒度与磨机选型上为什么有这么大差异，可能是由于下游工艺的要求不同与传统习惯造成的。作者认为，如果造气用水煤浆也按燃料用水煤浆的方法来制备，由于粒度细、流动性好，也许会更有利于气化反应。 按磨机筒体的长径比可分为短筒、长筒与管磨机(,,)。为使磨介在筒内保 L D L / D 36 持均衡，管磨机筒体内往往分成,个隔仓，前仓球大于后仓，如图(,)。高浓度制浆均采用23115 管磨机。按排料方式可分为溢流型、格子型与周边排料型三种。溢流型磨机的排矿轴颈直径比给矿轴颈大，磨机内给矿端与排矿端的矿浆面形成一个高差，使矿浆自流溢出。格子型磨机是在排矿端设有一个格子板，挡住球与粗颗粒通过，矿浆则可透过格子板上的孔眼排至格子板与端盖间的隔室中，由固定在端盖上的若干簸箕板随磨机转动不断提升从轴颈卸出。格子球磨机的特点是矿浆面比溢流型低，对钢球的缓冲作用弱，可以多装球和便于装小球，强制排矿的速度快，所以处理能力可比同规格的溢流磨机高,,,。此外，由于矿浆在磨机中停留时间比溢流磨短，不容易泥化和1025 过粉碎，但溢流磨机结构较简单，价格较低。棒磨机为便于棒的装卸，只能采用溢流排矿方式。 表2-8 球磨机产品 表2-9 棒磨机产品 序号 粒度μm 筛下累计 % 序号 粒度μm 筛下累计 % 1 309.60 99.97 1 1633.00 98.06 2 213.20 98.39 2 636.40 88.34 3 146.80 94.01 3 367.00 72.01 4 101.10 87.01 4 268.80 59.18 5 76.43 80.46 5 167.30 48.14 6 52.63 71.17 6 110.20 39.20 7 43.66 66.34 7 78.00 35.54 8 30.07 56.98 8 56.00 27.20 9 20.70 48.54 9 37.79 21.18 10 14.26 40.75 10 25.46 15.82 11 10.78 35.56 11 14.08 8.94 12 5.11 23.59 12 9.48 5.72 13 2.01 13.64 13 5.24 2.86 , , , 14 2.38 0.94 平均粒度,μm 43. 87 平均粒度, μm 285.07 堆积效率,% 79. 41 堆积效率,% 73.46 制备水煤浆时，如属中浓度磨矿工艺，可直接选用选矿磨机。例如，引进的北京与兖日浆厂的中浓度磨矿环节即如此。高浓度制浆时，由于磨机中矿浆的固体容积浓度远高于选矿与水泥行业，所以磨机的结构需要改进。此外，为了使矿浆在磨矿过程和产品中获得较好的粒度分布，还应该根据物料的可磨性与粒度组成，合理选择磨机的运行参数。为此，中国矿业大学北京校区先后与常州矿机厂、亚特机械制造公司及焦作矿机厂合作研制出制浆专用磨机系列产品。目前，中国所有的燃料用水煤浆制备厂采用的都是他们的产品，其中以亚特机械制造公司的成品市场占有率最高，达到,以上。表()是这种制浆专用球磨机产品型号规格与技术性能。952-10 制备造气用水煤浆时，所用棒磨机均属配套从国外引进。例如渭河化肥厂采用的是台美国3 公司的×米(×)，功率为的溢流棒磨机。表(,)ALLIS-CHALMERS 3200480010.5’16’525 kW211是中国湿式溢流型棒磨机产品规格。 振动磨机的工作单元是一个筒体。筒内装有球形、园柱形或棒状磨介与被磨物料。筒体支承在弹性机座上，由激振装置带动在垂直于筒体轴线的平面上作园形或近似于园形振动。在筒体振动作用下，筒内每个磨介和其中的颗粒都将与筒体一样，在筒内空间作旋转运动。旋转的角速度及半径可近似地认为与筒体相同。当磨介所受离心力大于重力后，磨介沿着旋转的切线方向向空间作抛射运动。结果，在磨介之间、磨介与筒壁间，以及磨介与物料间产生的剧烈的击碎作用。此外，受磨擦力的带动，磨介沿筒体相同的回旋方向剧烈地自转，在磨介间产生强烈的研磨作用。磨介在磨筒内的运动情况如图。(a)是示意图，(b)为其中每个磨介旋转动运动的受力分析。(2-16) 表2-10 制浆专用球磨机产品型号规格与技术性能 型 号 筒体直 筒体长 给料粒 最大装 浆产量 电机功 主机 制 造 15 规 格 径，mm 度，mm 度，mm 球，t t/h 率，kW 重，t 厂 家 MSMJ09035 900 3500 < 13 3 0.9,1.2 30 7.2 江阴亚特 MSMJ12042 1200 4200 < 13 6.5 1.8,2.5 55 17.5 江阴亚特 MSMJ15060 1500 6000 < 13 14 2.5,5.0 155 28 江阴亚特 MSMJ18080 1830 8000 < 13 27 5.0,8.5 280 41 江阴亚特 MSMJ 2080 2000 8000 < 13 33 6,13 380 58 江阴亚特 MSMJ 22090 2200 9000 < 13 45 8~17 570 75 江阴亚特 MSMJ 24085 2400 8500 < 13 50 16,22 630 89 江阴亚特 MSMJ 26105 2600 10500 < 13 74 20,26 900 165 江阴亚特 MSMJ 30110 3000 11000 < 13 110 28,40 1400 185 江阴亚特 MSMJ 32115 3200 11500 < 13 123 35,50 1600 250 江阴亚特 MSMJ 35120 3500 12000 < 13 154 45,63 2000 310 江阴亚特 MSMJ 38120 3800 12000 < 13 182 55,75 2500 382 江阴亚特 MSMJ 42130 4200 13000 < 13 240 3000 475 70,85 江阴亚特 表2-11 湿式溢流型棒磨机产品型号规格与技术性能 规 有效 筒体转速 最大装 电机功率 主机重 制造 3格 容积,m r/min 棒量t kW t 厂家 Φ900×1800 0.9 35.4 2.5 22 5.37 江阴亚特，沈重 Φ900×2400 1.2 35.4 3.55 30 5.88 江阴亚特，沈重 Φ1500×3000 5.0 26.0 8.0 95 18.0 江阴亚特，沈重 Φ2100×3000 9.0 20.9 25.0 210 42.18 江阴亚特，沈重 Φ2700×3600 18.5 18.0 46.0 400 68.0 江阴亚特，沈重 Φ2700×4000 20.6 18.0 46.0 400 73.3 江阴亚特，沈重 *Φ3200×4500 32.8 16.0 82.0 630 138,108 江阴亚特，沈重 Φ3600×4500 43.0 14.7 110 1250 172,159.9 江阴亚特，沈重 Φ3600×5400 50.0 14.7,15.1 124 1400,1000 186,150 江阴亚特，沈重 渭河化肥厂引进的棒磨与表中此行相近。 * y ,, .C.x...,......mg....................................... ba 图 2-16 磨介在筒内运动状态 碰撞击碎作用的破碎力强，能粉碎较粗的物料，研磨作用的破碎力相对较弱，而且为了使物料能够被磨介夹持进入相邻磨介缝隙间被研碎，要求物料粒度应大大的小于磨介直径。理论研究d D 结果表明，给料粒度应满足,。所以这种研磨作用只能粉碎较细的物料，但是由于磨介间dd < 0.035 为紧密接触，可以得到微细的产品。在振动磨机中，这两种粉碎作用的强弱，可以通过选择磨介与.振动强度加以调整，以适应不同用途的需要。 振动磨机中的击碎力是靠振动加速度产生的，它比重力加速度高,倍。此外，在球磨与棒磨614 机中，击碎作用主要发生在磨介的表层，振动磨则因筒内磨介均处于弹跳状态，击碎作用发生在全部磨介之中。所以，振动磨比球磨的粉碎作用更有效。 物料在磨筒内除受到磨碎作用外，还遇到了强烈的搅拌混匀与高速剪切作用，这对于某些要求有混匀与剪切作用的物料加工过程(例如制备高浓度水煤浆)来说，是十分有利的。剧烈持续的抛射，使筒内磨介呈松散悬浮状态，和产生强烈的搅拌混匀作用，使得物料能连续自流地从筒体的给料端向排料端运动。所以水平安装的磨筒，在运动期间物料也能顺利地排出。 振动磨机是一种新型磨碎设备，它的体积小、磨矿效率高、能耗低，与常规球磨机相比，更便 16 于获得更细粒度的产品。但由于振动磨是整机参与振动，不易大型化，维修工作量也比球磨机大。此外，它的给料粒度也不能太粗，一般控制在3mm以下。中国矿业大学北京校区与江阴振动机械厂和亚特机械制造公司的陶汉洪总工程师从1985年开始，先后研制成制备水煤浆的专用振动球磨机系列产品，如表(2-12)，并在八一等制浆厂采用，取得很好的效果。这种磨机适于小型自备浆厂采用，或与球磨机配套，作为产生微细颗粒的辅机使用。 表2-12 振动磨机产品型号规格与技术性能 规 格 有效容 振动频率 最大双振 电机功率 主机重 制造 型 号 积，L Hz 幅，mm kW t 厂家 ZM80 80 1.05 10,21.7 4,14 7。.5 江阴机器厂、亚特 ZM 300 300 16.4 14 22 2.5 江阴机器厂、亚特 ZM 600 600 16.4 14 37 4.5 江阴机器厂、亚特 ZM 1200 1200 16.4 14 75 8.5 江阴机器厂、亚特 ZM 2800 2800 16.4 14 200 23 江阴机器厂、亚特 (二) 球(棒)磨机运行参数的选择计算 1、 磨机的转速率 球(棒)磨机的转速率是指磨机实际工作转速n与磨机理论临界转速n的比值ψ，是磨机运行c 工况中的一个重要参数，直接影响到磨机功耗及磨介在磨机中的运动形态和磨矿效果。磨机理论临界转速n，是在理想条件下，磨筒边沿的磨介随磨机旋转所受离心力与重力达到平衡，磨介开始发c 生离心化现象而不能被抛落时所需要的转速。 42.3 (2-15) ,ncD 式中 n— 临界转速，r/min; c D — 磨机筒体的内径，m。 磨机旋转时，磨机随筒体提升并在空间作旋转运动，不同半径处的磨介，随筒体旋转的速度可近似假定相同，外层磨介所处半径大，最易达到抛落条件，当半径减小到一定程度后，其内层不再被抛落，而是沿磨介倾斜表面向下泻落。抛落运动的破碎方式是击碎，泻落运动的破碎方式主要是研磨。实际磨矿过程中这两种作用都兼而有之。随着转速率提高，磨机功耗逐渐增大，磨介运动方式中抛落成分增加，泻落成分减少。从磨介抛落能获得最大高差，即亦可获得最大破碎动能的角度 分析 ，按最外层磨介，最佳的转速率为76,，按磨介整体计算，为88,，这是着眼于利用抛落破碎作用的结果。对于要求以泻落方式为主的球磨机，国外有的厂家推荐的转速率ψ为 : n (2-16) ψ,,0.68,0.0984Dnc 式中 D — 磨机筒体内径, m 。 实际上，磨机的适宜转速与磨机型式、规格、装介率、衬板型式及物料性质等多种因素有关，很难单纯从理论上分析确定。江旭昌等总结的经验公式对球磨机为式(2,17);对棒磨机，因钢棒运动时相互间的阻滞作用比球大，因此棒磨机的转速就应降低一些，一般取为ψ,0.65。 ,0.166D32.66ψ (2-17) , 42.4D 水煤浆磨矿与常规磨矿所不同的是，希望能得到较宽的粒度分布，所以转速率选取要比一般选矿磨机低，通常取为65%,78%。 2、装介率 磨机的装介率是指装入磨机中磨介的空间体积(包括磨介间的空隙容积)与磨机筒体有效容积 ,的比值，是磨机运行工况中的一个重要参数，它直接影响到磨机功耗及磨介在球磨机中的运动形态，与磨矿效果。装介率为0.50 时，磨介运动获得的能量最高，磨机功耗也最大，有利于提高磨机的处理量。但是对溢流型球磨机，为防止磨介从溢流口排出，装球率不应高于0.40。选矿时装球率 通常取为0.40,0.50，棒磨机为0.35,0.40，这些可作水煤浆磨矿时参考。制备水煤浆多采用高浓度磨矿工艺，采用的磨机为管磨机，与水泥磨机相似。为减少研制工作量，多从现有水泥磨机转化而来。但水泥磨机采用的装介率比较低，制备水煤浆时虽然也希望装介率高一些，但不应超过磨机 17 制造厂家所规定的最高限额。 磨介大小与不同大小磨介的装入比例对磨矿效果有明显的影响。一般是根据给矿和磨机的工作条件，先计算所需磨介的最大尺寸，然后根据经验确定个种尺寸的装入比例。对于选矿磨机，国际上通常按式(2,18)与式(2,19)分别计算球磨机与棒磨机所需磨介的最大尺寸。 dρW13si80 (2-18) D,25.4，，()mK100ψ3.281D 式中 D , 球磨机所需最大磨球直径，m; m D , 球磨机直径，m; d , 给料中筛下累计含量为80%时的粒度，m; 803 ρ, 被磨颗粒的密度，kg/m; s Wi , 物料的功指数, kWh/st; ψ , 磨机的转速率百分数，,; K , 系数，对溢流型球磨机为350，格子型球磨机为330。 ρW0.75s (2-19) ,，R25.4dm80100ψ3.281D 式中 R , 棒磨机所需最大磨棒直径，m，其他符号同上式。 m 其他大小磨介的装入配比，由表(2-13)及表(2-14)中选取 。球磨机中的最小球径控制在25mm，对格子球磨机，最小也不应小于12mm，否则也易从格子板的开孔中逸出。棒磨机中的棒长应比筒体内有效长度短150mm，最细的棒径控制为50mm，再细容易弯曲和折断。所以当磨机中棒磨损至棒径小于25mm,40mm时，应及时置换。 表 2-13 球磨机不同规格钢球的配比 球 径,mm 115 (4.5″) 100 (4.0″) 90 (2.5″) 75 (3.0″) 65 (2.5″) 50 (2.0″) 40 (1.5″) 115 (4.5″) 23.0 31.0 23.0 100 (4.0″) 90 (2.5″) 18.0 34.0 24.0 75 (3.0″) 15.0 21.0 38.0 31.0 65 (2.5″) 7.0 12.0 20.5 39.0 34.0 50 (2.0″) 3.8 6.5 11.5 19.0 43.0 40.0 40 (1.5″) 1.7 2.5 4.5 8.0 17.0 45.0 51.0 25 (1.0″) 0.5 1.0 1.5 3.0 6.0 15.0 49.0 合 计 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100 表 2-14 棒磨机不同规格钢棒的配比 棒 径,mm 125 (5.0″) 115 (4.5″) 100 (4.0″) 90 (2.5″) 75 (3.0″)* 65 (2.5″) 125 (5.0″) 18 115 (4.5″) 22 20 100 (4.0″) 10 19 23 20 90 (2.5″) 14 20 27 20 75 (3.0″) 11 15 21 33 31 65 (2.5″) 7 10 15 21 39 34 50 (2.0″) 9 12 17 26 30 66 合 计 100 100 100 100 100 100 * 渭河化肥厂引进的棒磨机配棒与表中此列完全相同。 以上的算法来自选矿磨机的经验，是从有利于物料磨细角度总结出来的。对水煤浆磨矿而言，由于它还需要获得粒度分布好的产品，显然，产品的粒度分布与配球有密切的关系，但至今国外尚未看到有这方面的研究结果。张荣曾根据磨矿数学模型所确定的各种粒度所需要的破碎概率，提出了一个解决配球问题的新方法。经过四座制浆厂的四种规格磨机上的对比检验，实际的制浆结果不但在制浆能力上，而且在产品的粒度分布上与原设计的预期的效果很符合。表(2-15)与图(2-17)给出了其中的一组(2.4m×8m球磨机)数据。由于这种算法比较复杂，并需要用专门的软件在计算机上完成，在此不便详细介绍。 18 表2-15 磨矿预测与生产实际主要结果对比 项 目 磨矿预测 生产实际 19.87 21.20 制浆生产能力， 吨浆/时 49.54 49.56 产品平均粒度， μm 79.37 79.26 产品中< 74μm，, 76.25 74.66 产品堆积效率， , 67.00 67.23 磨矿浓度， , 100 90 80 70 60 50 40 30负累计含量，, 20 10 0 050100150200250300350400450500550 粒度，微米 图中曲线为预测值，“?”为实际结果; 图2-17 1998年5月八一浆厂磨矿预测与实际产品粒度分布 (三) 球(棒)磨机功率与制浆能力计算 磨机的能力与它的功率消耗有密切关系，因为磨碎矿物所需能量来自磨机中磨介获得的动能。 1、磨机的功率计算 球磨机中磨介实际上兼有园轨迹运动、抛落、泻落及肾形蠕动，它们的形成与球磨机中磨介的 充填率及运行参数有关。但是在磨机功率计算时，却往往分别按泻落与抛落两种状态进行计算，所以按这种理论分析导出的计算方法必然存在较大的误差。为了弥补这种缺陷，国内、外出现过多种经验公式。张荣曾认为前人理论推导的不足在于往往把筒内磨介视为一个整体，实际上磨介是一个散体，各层磨介的运动规律与磨机尺寸、磨介的充填率、磨机的运行参数及磨介所处的层位(半径)有关。所以，不应笼统地对磨介整体作运动分析，必须分层进行分析和计算。从这一观点出发，他以实验结果为依据，研究了球磨机中磨介的运动规律，进而导出了计算球磨机功耗的新方法。他在实验室的试验结果表明，平均误差只有。经过二十六组工业磨机的检验，这种计算机分层计2.048% 算出的轴功率平均为从电机侧测得输入功率的,，比较接近实际情况。但这种算法不易为一般人83 所掌握，所以本书只介绍传统的泻落算法与中国水泥行业推荐的一种经验公式。按上述二十六组工业磨机数据，泻落法平均为分层法的,，经验公式平均为分层法的,。也就是说，分层算法12689.7大体上是这两者的平均值。所以，利用这两种算法一般也能满足工程计算的需要。 (1)泻落式功率计算方法 该算法是按照磨介偏转后，克服磨介的重力矩所需的功率。设磨介在磨机中的装球率为φ ，在 φ ?0.50情况下，磨机中磨介形成的弓形体的圆心角为Ω(图2-18)。 B O ,,。ClD AG = mg 图 2-18 磨介整体偏转角图示 圆心角Ω与装球率φ间有如下关系。 19 ,,sin, (2-20) ,,2, 按此原理，推导出的磨机轴功率算法如下: G,3 ,, ，kW (2-21) N,，，，，，462.sinsinD,2 式中θ为达到平衡时磨介整体的偏转角，称提升角。 提升角θ可按下式计算 ,,122422 (2-22) ,ff,f,,arccos[,，1,],,2f，1,, 式中 M — 重力矩，kgf?m。所以磨机尺寸单位应取为m，磨介质量取kg; n — 磨机转速，r/min; D , 磨机内筒体的有效直径为D，m; f , 磨介与筒体内壁间的摩擦系数，f ? 0.35。 (2)水泥行业推荐的经验公式 ，kW (2-23) N,0.184，D，V，n，,(6.16,5.75，,) 式中 D , 磨机内筒体的有效直径为D，m; 3 V , 磨机有效容积，m; n , 磨筒的转速，r/min; φ , 磨机的装介率; N , 磨机的轴功率，kW。 上述求得的为磨机的轴功率，可作为计算磨机产量的依据。在选择配套电机的功率时，还应该计及各项传动环节的传动效率与电机的备用系数。粗略估计，配套电机的功率为磨机轴功率的1.35,1.45倍。由于各生产厂家配套的传动系统间往往差异较大，配套电机功率的选择最好由生产厂家自定。 2、磨机制浆能力计算 计算出磨机的轴功率后，只有再算出磨碎单位重量物料所需功耗，就可以方便地球出该磨机 W 的生产能力。使物料破碎所需功耗与给料的可磨性、给料与要求的产品粒度组成有关，通常都采用邦德()公式()计算。F. C. BOND2-24 WW，?() ii kWh/st 2-24 W,10，(,)PF8080 式中—邦德功指数，由实验求得，与物料可磨性有关; Wi —给料中透筛率为,时的筛分粒度，μ; F 80 80 —产品中透筛率为,时的筛分粒度，μ; P 80 80 —短吨，一短吨为磅，相当吨。 St 20000.907 若将功耗改为标准单位制，则为: W 11，?(,) kWh/t 225 W,，WI，,11.02()PF8080 对于煤炭，其可磨性通常用()表之，邦德功指数与可磨性指数间有HGIHard grove IndexWiHGI下列经验关系: 435()Wi, 2-26 0.91HGI 400()Wi, 2-27 0.86HGI 实际功耗还与磨矿条件诸因素有关，所以按式()求出的功耗还应加乘修正系数，为各 2-25EE项修正系数的乘积，它们都是经验系数，在磨矿书刊中均可查到。对于高浓度水煤浆的磨矿，根据我们的经验，增加了一个磨矿煤浆浓度系数，它与磨机中矿浆的固体容积浓度λ有关。E% C () 2-28 E,1.0，0.07，(,,37)C 20 100C() 4-29 ,,,,C(,,1)S 式中—煤浆中固体重量浓度，,; C ρ—煤炭的相对密度。 S 若球磨机的轴功率为()，则磨机按固体计算的处理能力为: N kWQ T N，()t/h 2-30 Q,TE，W 按煤浆量计算的处理能力Q为: S QT，t/h (2-31) Q,100，SC 三、 搅拌设备 制浆过程的搅拌是使浆体分散、混合(混匀，调和)、悬浮(防止沉淀分层)、剪切，并使添加剂与颗粒充分接触，以加速水煤浆的熟化。不同环节搅拌操作目的不同，对搅拌有不同的要求，因此水煤浆制备中各处所用的搅拌设备不可能是一种通用结构产品。 搅拌装置给流体传递能量，使捅内流体产生涡旋、湍流与对流循环。依靠流体的这些运动，使物料得以分散、混匀和经受剪切。湍流中速度分布不均会引起剪切，不均匀的流体在剪切作用下，一次又一次地受到拉碎、撕裂而成为更小的微团，使物料得以分散和混匀。对流循环的扩散作用不断地将流体带入高剪切区和湍流区，使捅内整个流体得以均匀混合。 (一) 搅拌方式 按搅拌方式有射流搅拌(图)，气流搅拌(图)及机械搅拌(图)等多种。 2-19 A 2-19B 2-19 C 压 缩空气 ACB 图2-19 搅拌方式 射流搅拌是通过泵的外部循环将储罐内的煤浆逐渐调匀。气流搅拌是依靠压缩空气的动力鼓动 周围的煤浆，压缩空气进入浆体后，空气膨胀产生鼓泡，随着鼓泡的运动带动煤浆翻滚，从而达到清除沉淀和使煤浆调匀的目的。这两种搅拌方式的结构简单、有很强的适应性，即使遇到浓厚难以分散的沉淀物，也可以逐渐将它们冲散，但效率不高、作用范围很局限、能耗也大，可作为一种清理管道连接处及罐底沉淀物的手段，并兼起搅拌作用。 机械搅拌方式在制浆工艺中使用最广。搅拌机构的叶轮类型也很多，最为常用的是图2-20中涡轮式(A)，螺旋桨式(B)及叶桨式(C)。叶桨式和涡轮式上的叶片还可以做成有一定角度的斜片，或某种形状的弯曲叶片，以增大轴向流，并相应减小离心方向的径向流。径向流的剪切作用较强，轴向流的对流循环扩散混匀的能力较强。 ()()() A B C 图 2-20 机械搅拌机构常用的叶轮类型 (二) 搅拌桶结构 为了改善浆体的流态，提高搅拌效果，搅拌桶的内周边往往增设一些挡板，常用的是垂直挡板。挡板的作用是抑制切向流，将切向流转换为径向和轴向流，增大湍流和对流循环强度，从而提高搅 21 拌效果。增加挡板的宽度会使叶片与浆体接触面积增加，随着挡板宽度增加，功率增加很快，最后达到一最大值，挡板宽度再增加，功率几乎不变。根据永田研究，达到最大功率的挡板条件为: B1.2(,)()，n,0.35 232 bD 式中D — 搅拌桶的半径与直径，; m B —挡板的宽度，; m n—挡板数目。 b 此关系式称“全挡板条件”。凡安装有挡板的搅拌桶，大多是在全挡板条件下工作。表( 2,)是有挡板与无挡板时搅拌桶性能的比较。16 表 2,16 无挡板对有挡板时搅拌桶性能的比较 同一搅拌速度同一搅拌功率 搅拌动力比循环量比循环量比剪切强度比 ::::1 10 1 4 5 9 4 3 叶轮与搅拌桶的直径比通常取为,。比值过大，叶轮与桶壁间的空间很窄，会削 d/D 0.350.5 弱轴向循环流，对搅拌也不利，并增大了流体与桶壁间的冲击损失;过小，则搅拌作用可能扩及不到桶的周边，外层流体受到的搅拌作用不足。叶轮插入液面的深度或离桶底的高度对搅拌功率的影响并不大，但如果涡旋深度达到叶轮位置将引起空气吸入，则搅拌功率下降。叶轮离桶底的高度与 C 桶内液面深度的比值对桶内循环流的分布有影响。当? 时，在叶轮上、下形成两股 H C / H 1 / 5循环流，但桶底易产生物料的堆积。当?时，在叶轮下部的循环流可扫过桶底，防止桶 C / H 1 / 7 底堆积。通常选用 。各类机械搅拌机构的结构与主要尺寸均可从有关参考书中查到。C / H = 1 / 7 搅拌桶内流体的流态与流体运动的雷诺准数有关。当N ,时，流体仅在叶轮附近呈层 = 110 Re 流作旋转运动，桶内其余部分为停滞区;当N?时，自叶轮有泵出流产生，并引起整个桶内形成10Re 上下循环流;N ,为过度区，在叶轮周围流体为湍流，而上下循环流仍为层流。随着 = 1001000 Re 雷诺准数增大，湍流程度增强，当N 后，整个桶内都呈湍流状态，但当叶轮与搅拌桶的 > 1000 Re 直径比小于时，虽然桶内仍为湍流状态，但上下循环流不会遍及整个桶内，易出现停滞区(死 0.1 角)。 (三) 搅拌过程的相似与功率计算 搅拌是一个复杂的流体动力过程，目前很难用解析方法求解，多采用相似准数的形式总结经验 规律。涉及的准数有: ()映粘滞力影响的雷诺准数1 2,nd(—) 233 ,NRe, ()反映重力影响的弗鲁德准数2 2nd(—)234 N,Frg ()与功率有关的欧拉数，称功率准数。3 P(—)235 N,P35,nd 式中,叶轮直径，表征搅拌桶的尺寸，; d m 3ρ,流体的密度，; kg/m μ,流体的粘度，?; Pas ,,搅拌轮的转速; , r/min P,搅拌轴的功率，; W 2,。,重力加速度， m/s 其中N与N 为决定性准数，N为非决定性准数。由于重力加速度只是在液面出现下凹时才ReFrP 有影响，所以在雷诺准数较低，或在有挡板的搅拌桶中，可以忽略弗鲁德准数。在这种情况下，决定性准数只单一地为雷诺准数。N与N 关系曲线称功率曲线。 P Re 22 搅拌过程的功率计算多采用经验方法，因为尺寸不同但满足几何相似的搅拌桶，功率准数与雷诺准数间存在着单值关系已为许多学者的试验结果所证实，而且累积了许多结构不同搅拌桶的这类关系曲线或关系方程。所以可以根据搅拌的雷诺准数确定功率准数，进而求出搅拌所需的功率。不同几何结构的搅拌桶，N=f (N )关系曲线是不同的，图,是其中的一个示例。各类型搅拌机 222P Re 构的结构多半都已定型，对牛顿流体，各种结构的这类关系曲线在许多参考书中都可以查到，可供计算搅拌桶功率时使用。 水煤浆虽然是非牛顿流体，但由于水煤浆搅拌通常都是在雷诺准数较高的区域中操作，剪切速率也比较高，在这种情况下，由屈服应力产生的表观粘度所占的份额不大，忽略准数也不至产 NHe 生多大的影响。在雷诺准数较高的区域中，由于粘性力可以忽略，叶轮搅拌所消耗的功率主要用于克服叶片在流体中运动的阻力，因此，无论是搅拌牛顿与非牛顿流体，在湍流情况下功率准数是没有区别的。据此我们可以将牛顿流体的功率准数曲线用于水煤浆这类非牛顿流体的功率计算。 图 2-21 几种叶轮的 N与 N 关系曲线示例 P Re 对非牛顿流体，在计算雷诺准数时，其中的粘度应改用表观粘度值。如果按这种方法计算雷诺准数，据等人的研究，在雷诺准数小于和大于的区域，假塑性流体的功率准数 Metzner 10 300 曲线与牛顿流体是完全吻合的。在,的过渡区，假塑性流体的功率消耗反而比牛顿流体低。 10300 所以在这个过渡区也可按牛顿流体的功率准数曲线计算，虽然计算功率会比实际偏高，但对工程应用则更为安全可靠。 (四) 搅拌内浆体遭受的剪切与叶轮的临界转速 对水煤浆这样一些非牛顿流体，它的流变特性与经受的剪切经历有很大的关系。对水煤浆，适 度的剪切是有利的，但过度剪切也有害。所以在使用搅拌器时，有必要估计它对浆体施加的剪切强度。剪切强度可用搅拌桶内浆体遭受的平均剪切速率S来衡量。据—研究，S 大至 MetznerOtto MM与搅拌叶轮的转速成正比，即: ，/s(,) S,k，n 1 236 Ms 式中n ,搅拌轴每秒的转数，1/s。 对给定的搅拌桶，基本上是常数。对影响最大的是值。在?后，无论k k d/D d/D 2/3 s s 搅拌桶为何种几何类型，值均在,之间，一般取为其平均值。对于,的大k 1013 11 d/D 2/3 s 直径叶轮，则需要通过实验来测定。 张荣曾提出的另一种更科学的计算方法，他是根据测得搅拌桶内流体的容积及搅拌轴的功率 V 推导出下列计算公式。P P/V，(,) 1/s 237 S,M,a3式中 V , 搅拌桶中浆体的容积，m; μ, 浆体表观粘度，Pa?s; a P , 搅拌轴功率，J/s。 搅拌桶内流体的剪切速率的分布很不均匀，中心与叶轮附近的剪切速率高，边沿及离叶轮轴向距离较远处的剪切速率低。所以在叶轮的转速较低时，只有叶轮周围的流体受到搅拌，而其他地方 23 则停滞为死区，不起搅拌作用。和研究结果表明，在发生这种情况时，叶轮所能搅Wichterle Wein 动的中心区域的最大直径与区域高度大体相等，这个最大直径dd 有如下关系:与叶轮的直径 c d 1/2c(,) ,a，(N) 238 Red 22,ndn,' N为修正的雷诺准数，(,) 239 N,Re ReK 1/3(,)a,0.375(N) 240 PT 其中的指数为流变模型中的流动特性指数，为其中的系数。式(,)中的另外一个经 n K 238验系数a ，在桶内液面高度与桶径相等、叶轮在中心位置离桶底高度大于液面高度的条件下， 1/3 对涡轮型叶轮为，对螺旋桨叶轮为。对其他类型的叶轮可用式(,)估计。 0.3 0.6 240 为湍流条件 ?下的功率准数。前面已经指出，在湍流条件下非牛顿流体 ( N)( N 10,000 )P T Re 的功率准数曲线和牛顿流体基本是重合的，所以可以从牛顿流体的曲线上查得。 对于圆形搅拌桶，为了防止出现停滞的死区，应使与搅拌桶的直径相等。代入式(, d D 2c )可求得水煤浆搅拌时的临界雷诺准数，进而可求出搅拌叶轮的临界转速。38 D 2N,()(,) 241 Read 四、 泵送设备 原则上，适合泵送含固体颗粒浆体的隔膜泵、柱塞泵、曲杆泵、离心式泥浆泵、渣浆泵等，都可以用于水煤浆输送。但对高浓度水煤浆，因它的流变特性对剪切作用很敏感，应尽量避免使用离,1心式泵。作者根据实测数据计算，制浆厂使用的搅拌桶，浆体遭受的平均剪切速率仅为左右， 30 S,,11而离心式渣浆泵，低转速时约要，高转速时甚至可高达将近。水煤浆的浓度越高，350 S1000 S使用离心泵的危害性越大。在制浆过程中有时也需要对水煤浆短期施加一定强度的剪切，所以并不排除在制浆过程中可以局部使用转速较低的离心泵。但不应用于输送成品浆。 隔膜泵与柱塞泵都属于间歇作用泵，流量不稳定。输送水煤浆最理想的是曲杆泵，它是靠安放在圆筒形定子套筒内的一根金属耐磨曲杆的转动来输送物料的，定子由有一定弹性的耐磨材料制成，与转动的曲杆紧密配合，曲杆转动时，可连续输出浆体。它属于容积泵，与离心泵相比，剪切作用弱，节电,左右，为国内、外的制浆厂普遍采用。其结构示意图如图()。302-22 图 4,22 曲杆泵结构示意图 中国有数个厂家生产，也有从国外引进的产品。其中以中航第一集团远东(西安海兴)曲杆泵业工程有限公司生产的系列曲杆泵最受用户好评，由于采用了高饱和氰化丁晴橡胶，定子耐磨QGB 寿命可达小时，在水煤浆制备厂中，市场占有率高达,以上。表()为系列曲杆泵5000702-17QGB部分产品型号与性能。 表 2-17 QGB系列曲杆泵的产品型号与性能 型许可最大许可浆体吸入出口流量电机总效率 固体颗粒最高粘度真空度压力功率 3/m/h 号, /mm /MPa /MPa /kW ?/Pas QGB25.1(2) 4 50 0~0.6(1.2) 1.25~1.06 1.1(1.5)~1.5(2.2) QGB50.1(2) 5 80 0~0.6(1.2) 2.56~2.17 1.5(2.2)~2.2(3.0) QGB100.1(2) 7 100 0~0.6(1.2) 5.73~3.96 2.2(3.0)~3.0(4.0) QGB100.4 7 100 0~2.4 5.60~2.34 5.5~7.5 QGB200.1(2) 9 120 0~0.6(1.2) 11.2~9.04 3(5.5)~ 4(7.5) QGB200.4 9 120 0~2.4 11.2~9.04 11.0~15.0 50~80 QGB380.1(2) 11 150 0~0.6(1.2) 21.14~15.06 5.5(11)~7.5(15) QGB380.3D 11 150 0~1.8 20.6~16.1 15~22 QGB750.1F 11 200 0.074 0~0.6 41.7~33 11~15 QGB750.2E 14 200 0~1.2 42~32.6 15~22 24 QGB750.3E 14 200 0~1.8 42.7~33.9 18.5~30 QGB750.4 14 200 0~2.4 42.1~33.6 18.5~37 QGB750.4T 14 200 0~4 40~35 30~45 70~85 QGB1450.1A 18 260 0~0.6 94.4~78.2 11~18.5 QGB1450.2 18 260 0~1.2 92~80 18.5~37 50~80 QGB1450.4 18 260 0~2.4 79.2~64 37~55 QGB1450.4A 18 260 0~4 77~67 75~90 QGB2700.1A 23 320 0~0.6 192~161 18.5~37 70~85 QGB2700. 2 23 320 0~0.6(1.2) 195~165 37~ 55 QGB2700.3A(4) 23 320 0~1.8(2.4) 127~96 55(75)~90(110) 50~80 QGB3500.1(2) 30 400 0~0.6(1.2) 232~183 37(75)~55(110) QGB6500.1 36 480 0~0.6 416~355 75~110 五、 滤浆设备 高浓度水煤浆的粘度高，要求滤去的颗粒粒度，即分离粒度又细，要兼顾控制好分离粒度和通过能力，并防止堵塞有一定困难。中国水煤浆研究单位与厂家，曾经开发过多种滤浆设备，其中效果最好的是YL系列滤浆器，如图(2,23)。这种滤浆器的特点是，分离元件不采用传统的筛筒结构，而是一种新型的盘式结构。机内有静、动两个分离盘，浆体依靠给料泵的压力，透过静分离盘与动分离盘间的间隙排出;大颗粒及异物被挡在机内，定期或连续从排渣管排出。盘转动时能自动将夹塞在盘缝中的杂物清除，粘附在分离盘上的浆体，由内置刮刀及时扫除，从而有效地解决了堵塞问题。YL系列滤浆设备的型号与技术性能参数如表(2,18)。 图4-23 YL滤浆器原理图 表2-18 YL滤浆器型号规格与技术性能 规 型 进料管径 过滤间隙 工作压力 处理能力，t/h 功率 制 厂 mm mm MPa kW 格 号 (粘度<1200mPa?s) 造 家 YL1 D1004 0.8,1.2 0.8,1.2 10,20 江阴亚特 N YL2 D1505.5 0.8,1.2 0.8,1.2 20,40 江阴亚特 N YL3 D1007.5 0.8,1.2 0.8,1.2 8,15 江阴亚特 N 第六节 水煤浆厂实例 胜利油田是我国第二大油田，年产原油27Mt。由于生活和生产需要每年要消耗原油(或重油)近百万吨。石油作为重要的战略资源，在我国国民经济中占有举足轻重的地位。在我国石油储量并不丰富的情况下，为了有效利用宝贵的石油资源，减少工业生产和生活对石油资源的不合理消耗。加之国际市场上油价总体呈上扬趋势，使企业燃油成本激增，寻找适当的代油燃料已成为企业提高经济效益的迫切需要。胜利石油管理局在广泛深入调研和充分论证的基础上，拟对油田范围内的部分燃油锅炉进行改烧水煤浆的改造，并配套建设一座0.5Mt/a的水煤浆厂做为浆源。2000年6月委托煤炭工业部选煤设计院和中国矿业大学(北京)联合编制0.5Mt,a水煤浆厂的可行性 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 。2001年元月中石化批准立项。浆厂于2001年11月18日建成投产。 胜利油田水煤浆厂建在山东省东营市西城区东南约7km的胜利发电厂铁路货场南侧，北靠淮河路，东北距沙营l0km，南距广蒲河2km，交通运输条件较为便利。来煤利用胜利发电厂现有铁路专用线，方便可靠。厂区原为未开垦荒地，地形开阔平坦。制浆厂年制浆能力0.50Mt,a，设计考虑留有扩建至1.Omt/a规模的余地。制成的水煤浆产品主要供胜利油田生产及采暖燃用，部分供应周边用户，运距较短。图2-24为胜利制浆厂厂区和制浆车间示意图。 25 (a) 制浆厂远景 (b)制浆车间 图2-24 胜利制浆厂 一、 煤源 该厂为用户型水煤浆厂，原料煤采用火车运输，在煤源的选择上有较大的灵活性，综合考虑煤质、成浆性、运距、煤价、供应可靠性等因素。设计时选定了新汶矿业集团公司协庄矿选煤厂、淄博矿业集团公司济(宁)北矿区洗煤厂的水洗精煤两个煤源。另外，山西煤作为后备煤源。其煤质分析结果如下: 表2-19 煤质分析结果 项 目 单位 淄博济北 新汶协庄 水分 Mad , 1.28 1.79 灰分 Ad , 11.67 11.09 挥发分 Vad , 34.27 36.02 硫分St,d , 0.43 0.51,0.8 固定炭Fcdaf , 83.39 51.30 可磨性指数HGl 64 62.20 低位发热量Qnet.ar MJ,kg 26.70 27.01 灰熔融性T ? >1500 >1500 2 根据新汶协庄和淄博济北两煤源的煤质资料数据计算，其成浆性指标D分别为:新汶协庄煤样D=5.29,淄博济北煤样D=4.94。两种水洗精煤的成浆性难易属于中等。 对以上两种煤样的成浆性试验表明:采用新汶协庄和淄博济北水洗精煤，在工业上均可获得浓-1度67%、粘度1200mPa.s(剪切率为100S)的水煤浆产品。 二、制浆工艺 (一) 工艺流程 根据对原料煤的煤质分析和成浆性试验结果，所选煤种的成浆性属于中等，采用较为简单的高浓度磨矿制浆工艺。胜利制浆厂的工艺流程如图2-25所示。 26 稳定剂干粉水 源 原 煤分 散 剂 360.72kt/a 储 煤 场分 散 剂水稳 定 剂82.49,55.76总储量:25kt26.74,67.5817.96 0.664.0.0660.598,10.083.33,55.83隔 渣 筛干煤棚(受煤坑)总储量:6.0kt27.50,67.0 3.670,0.376150t/h3.389,10.0 稳定性处理桶破 碎 机储 浆 罐 0.664,0.066150t/h0.598,10.0 缓 冲 仓高剪切处理装 浆 站球 磨 机Q=180t 81.83,55.6826.15,68.0 图例:混匀调浆桶排料与除渣缓冲槽定量给煤机外运装车2×260m3湿量t/h,干量t/h水量t/h,浓度%60.12,55.314.81,92.0 废 浆 图2-25 工艺流程框图 根据制浆流程的需要，工艺系统主要分为原料煤受卸储存、原料煤准备、磨机前缓冲仓以及制浆系统和产品储存、装车等环节。 原料煤到厂后，经链斗卸车机、辅助推煤机将煤堆存于储煤场贮存、晾干。干煤棚内的煤由推煤机将原料煤送入受煤坑，经给料机、带式输送机给入反击式破碎机，将煤破碎至小于10mm。破碎后的粉煤由带式输送机送入制浆车间内的磨机前缓冲仓，准备制浆。 缓冲仓内的原料煤经定量给料皮带，按设定的煤量给入球磨机，由闭环控制系统按设定要求，将预先调配好的分散剂溶液和水同时加入球磨机，进行高浓度磨矿。磨矿浓度控制在68.1,左右。球磨机的排料就是水煤浆的初级产品，自流入除渣搅拌缓冲槽，同时按设定要求补加少量分散剂，经搅拌将补加的分散剂与煤浆充分混合和接触，以进一步改善浆体的流动性。再经泵扬送入滤浆器(隔渣筛)，滤去混入浆中的异物(如木屑、塑料纤维等)后，给入稳定性处理桶，同时按设定的要求加入稳定剂溶液，经搅拌使稳定剂与煤浆充分混合和接触。每个系列的稳定性处理桶设两台，进行交替工作，以便于按定容法控制稳定剂的加入量。经稳定性处理后的水煤浆泵送入强化泵，进行高剪切处理。 经高剪切处理后，水煤浆的屈服应力和表观粘度会有所增大，再将其送入混匀调浆桶进行适当的搅拌混匀处理，使其最终成为既具有良好流动性，又有较强的屈服应力的成品水煤浆。在这个环节中，根据浆体的降粘情况，有可能需要再补加少量分散剂。经过混匀调浆处理后的水煤浆，经泵送入储浆罐。 储浆罐内的水煤浆由罐侧下部排浆泵送去装浆站，以多点方式进行装车。为消除水煤浆可能产生的软沉淀，储浆罐内设有搅拌装置，定期进行搅拌。为防止冬季冻结，储浆罐和装浆站管线均需采取适当的保温措施。 (二)制浆用物料量 制浆用水洗精煤按全水分平均取8,。根据成浆性试验结果，实际制浆生产所需的分散剂为DT9#，总用量需要为干煤量的0.8,，并将其稀释至10,浓度，分段加入。其中:加入球磨机0.68,，加入磨机排料0.12,。稳定剂为5067#，用量为干煤量的0.15,，并稀释至10,浓度加入稳定性处理桶。制浆用物料平衡见表2-20。 表2-20 制浆用物料平衡表 作业量 原料煤 球磨机 球磨排料搅拌槽 稳定性处理桶 储浆罐 干基煤(t,h) 55.31 55.31 55.31 55.3l 55.31 3水 (m/h) 4.81 26.15 26.74 27.50 27.50 27 添加剂 (t,h) 0.376 0.442 0.526 0.526 水煤浆(t,h) 81.83 82.49 83.33 83.33 浓 度(,) 92.00 68.04 67.58 67.00 67.00 制浆厂每年用煤量为36.072万吨(全水分8,)，每天用煤量1443吨。 全年添加剂用量为3156吨。其中;分散剂用量为2652吨，稳定剂用量为504吨(干量)。 全年制浆用水量约为13.61吨(不包括清洗水等其它用水)。 水煤浆产品浓度为67,，密度约为1.237。 三、主要制浆设备 (一)破碎机 结合原料煤的性质并兼顾破碎机破碎产品的储存，粒度上限确定为10mm。根据破碎作业的工作 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 所确定的生产能力要求，并考虑将来扩建到1.OMt,a规模的需要，选择的反击式破碎机，型号为PFD—1112，破碎能力:200t,h，选用2台，一台工作，一台备用。 (二)球磨机 制浆专用球磨机的生产能力因入磨的原料煤粒度组成、煤的可磨性指数、需要得到的产品细度、磨矿浓度及煤浆的流变性等不同而有相当大的区别。 根据胜利油田水煤浆厂的设计制浆能力要求和原料煤煤质，通过对磨矿仿真设计计算，确定选用3台Φ3.0X11m水煤浆专用磨机进行高浓度磨矿制浆。其制浆能力为:29.5×3×6000t,a,531000t,a。 表2-21 Φ3.0X11m水煤浆专用磨机处理协庄水洗精煤仿真计算结果 计算能力 建议能力 产品平均粒产品堆积效磨矿功耗 原料煤 t,h(浆) t,h(浆) 度，μm 率 , kWh,t(煤) 协庄精煤 32.30 29.5 42.48 71.64 53.43 (三)搅拌和调浆桶 胜利浆厂对经球磨机高浓度磨矿后排出的水煤浆，先后经过三次搅拌和调浆。第一次搅拌的主要目的是将二次补加的分散剂与水煤浆进行混合和充分接触，以进一步改善浆体的流动性。第二次是将加入的稳定剂与水煤浆进行混合和充分接触。第三次是对经过高剪切处理后的煤浆进行调整，使其最终成为具有屈服假塑性的浆体，即:既具有良好的流动性，又具有较强的触变性。同时将各个系列生产的水煤浆进行熟化和混匀，以保证在进入储浆罐前，水煤浆的流变性达到质量要求和成品浆质量的均一性。 根据工艺要求，选用和设计了下列搅拌和调浆桶: 3 (1)第一次搅拌:搅拌缓冲槽有效容积12m，单轴搅拌，转速:134r.p.m ，功率:1lkW，数量:每系列1台。 3 (2)第二次搅拌:选用SJB261型，双轴搅拌，有效容积26m，转速:160r.p.m，功率:15kW×2，数量:每系列2台。 3 (3)第三次混匀调浆:筒体有效容积250m，两层叶片，转速:46-67.7r.p.m，功率:55kW，数量:2台。 (4)高剪切处理:选用强化泵9台(预留3台位置)，型号:CQPl00型，功率:30kW。 (四) 储浆罐 3胜利浆厂设计了带搅拌机构的5000m钢储罐4座，可存储10天的成品浆量，由于带有搅拌机构，在出厂前，保证浆具有良好的流变性且不易沉淀。 主要工艺设备选型详见表2-22。 表2-22 主要工艺设备选型 设备 入料量 处理能力 计算 选用 序号 技 术 特 征 名称 t,h t,h 台 台数 台数 PFD-1112 Ф1100×1200 mm 2 1 破碎机 150 200 0.75 进料?100mm，出料?10mm l用1备 TSG—650-40型， 2 定量给料机 60.2 25 2.41 3 V=0.0229-0.229m,s 3 球磨机 Ф3.0X11m湿式格子型，N=1400kW 81.84 32.30 2.53 3 28 4 滤浆器 JS30型，筛缝宽度1.2mm 82.85 30 2.75 3 5 高剪切处理备 强化泵，CQPl00型 82.85 9.5 8.68 9 36 混匀调浆筒 250m钢罐带搅拌机构 83.33 2 37 储浆罐 5000m钢罐带搅拌机构 4 四、主要技术经济指标 胜利水煤浆厂的技术经济指标如表2-23所示。 表2-23 胜利水煤浆厂的技术经济指标 序号 指 标 名 称 单 位 指 标 数 量 1. 水煤浆厂类型 用户型 水煤浆厂原料煤来源 2. (1)新汶协庄煤矿 Mt/a 1.8 (2)淄博济北矿区 Mt/a 2×1.5 3. 制浆厂主要用户 胜利油田 制浆厂设计生产能力 (1)年 Mt 0.50 4. (2)日 t 2000 (3)小时 t 83.33 水煤浆厂工作制度 5. (1)年工作小时数 h 6000 (2)每天工作小时数 h 24 6. 制浆厂服务年限 a 50 7. 制浆工艺 高浓度磨矿制浆 8. 煤的成浆性 中等 原煤质量:(1)牌号 气煤 (2)挥发份 % 36.02 9. (3)硫分 0.51-0.80 (4)灰分 11.09-11.67 10. 水煤浆产品年产量 Mt 0.50 水煤浆产品质量 A、灰分 Ad% 10.5-12 11. B、粘度 mPa.s 1200?200 C、发热量 MJ/kg 19.2-20.4 D、浓度 % 66?1 312. 制成一吨水煤浆所需清水量 m 0.27 13. 制成一吨水煤浆的耗电量 kW.h/t 49.4 14. 水煤浆厂总占地面积 ha 4.43 15. 储煤场容量 t 25000 316. 储浆罐容量 m 5000×4 第七节 水煤浆燃料的应用 一、电站锅炉代油燃烧 我国水煤浆厂生产的水煤浆主要供电站锅炉及工业锅炉燃用。水煤浆在山东白杨河电厂、广东茂名热电厂、北京燕山石化第三热电站、广东汕头万丰热电厂、广东南海发电一厂的蒸发量为176,/,、220,/,、410,/,、670,/,的锅炉上长期燃用。水煤浆代油燃烧效率达99,以上，接近燃油水平，锅炉效率达到90,以上，负荷在40,100,区间变动均能稳燃，达到了国际先进水平。经环保检测，烟尘排放浓度、SO排放浓度、NO排放浓度，均符合国家排放标准。电站锅炉水煤浆2x 代油可节省燃料费1/2以上。 二、中小燃油、燃煤工业锅炉 水煤浆已在大批中小燃油锅炉炉、中小燃煤锅炉中代油、代煤燃烧，取得了较好的经济效益和 29 环境效益。中小型锅炉改烧水煤浆后，锅炉热效率可达80,以上，烟气排放各项指标均优于二类区环保标准。 燃煤污染已日益受到政府与社会的关注，许多大、中城市已先后决定不准烧散煤，各城市现有大量的中小型烧煤锅炉将面临要改用其他燃料，改为烧气和油当然可行，但燃料费用太高。若改烧水煤浆，既可满足环保要求，又比烧油或气经济，所以水煤浆在这方面也会有很好的市场前景。 图2-26 水煤浆锅炉 三、水煤浆在轧钢加热炉上的应用 以水煤浆代煤用于轧钢加热炉，最早是在桂林钢厂，后来为绍兴轧钢厂采用，曾经连续运行了年。燃烧效率由,提高到,以上，节煤,。由于负荷和炉温便于调控，炉内火焰充满度好，98598.530 沿炉长温度梯度符合钢坯加热工艺要求，钢坯氧化烧损率由,降至,，不仅钢坯加热质量有明1.81.5 显提高，同时加热炉能力也由原来的吨时提高到吨时。采用常规水膜除尘，显著改善了排烟质30/40/ 量。以桂林钢厂环保检测数据为例，与原燃用粉煤相比，排放的烟尘浓度由降至，732 240mg/Ndm3 由降至，由降至，林格曼黑度由级降为级。此外，山东莱芜SO2283.89.78 mg/m3NOx14.14.4mg/m320钢厂曾在大型台车式锻造加热炉以水煤浆代气，在绍兴钢厂的钢坯加热炉上以水煤浆代煤，均取得成功。 四、水煤浆在陶瓷窑炉上的应用 喷雾干燥塔是陶瓷企业的主要工艺设备之一，该环节的能耗占生产线总能耗的比例很大，喷雾干燥塔的燃料由原来的烧油改为使用水煤浆，对陶瓷行业产生的影响深远。不仅节约了燃料费用，还减少了对大气的污染。采用水煤浆的成本与烧油相比可降低费用20,，因此陶瓷企业水煤浆的推广使用很快，其用量已远远超过电力行业，成为水煤浆代油的主导行业。 第二章 参考文献 1. 俞珠峰，第二届洁净煤技术国际研讨会论文集，北京，1999，41 2. 张荣曾，水煤浆制浆技术，科学出版社，1996， 3. 巴顿，T. 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