水煤浆添加剂在高浓度水煤浆生产中的应用

水煤浆添加剂在高浓度水煤浆生产中的应用 周长丽(河北工业职业技术学院环境与化学工程系，河北石家庄，050091) 2006-05-24 1 前 言 石油作为一次性不可再生的能源为人类服务了将近一个世纪，但目前已经濒临枯竭;开发核能，虽然经济，但是具有一定危险性，其最终的社会和经济效益目前还无定论;因此，人们重新将目光转向煤炭。中国的产煤大国，煤炭作为能源的储量可供人类继续使用300年;中国也是耗煤大国，长期以来，国内采用直接燃煤的落后技术，一方面造成煤炭的不完全燃烧，热值较低，浪费了宝贵的能源;另一方面，直接燃煤所带来的环境污染、酸雨等，已成为环保极难解决的问题。 高浓度水煤浆是近20年发展起来的一种煤基流体燃料，将具有一定粒径分布的煤粉均匀分布在水中形成高度分散的煤水混合物。它由70,左右的煤，30,水及少量化学添加剂制成，是一种浆体燃料。它具有石油一样的流动性和稳定性，通过泵送、雾化后可以稳定地燃烧，也可以管道输送、远洋运输，并长期贮存。水煤浆在取代油、气及干煤燃烧方面，其热值相当于燃料油的一半，具有环保、节能等综合效益，是我国洁净煤技术的一项重要内容。可代替燃料油用于锅炉，电站与工业炉窑;代替煤炭燃用，具有燃烧效率高、负荷调整便利、减少环境污染、改善劳动条件、节省用煤等优点。最重要的是其二氧化硫和粉煤灰排放少，避免了酸雨的形成，环境污染小，具有极高的社会和经济效益。 2 高浓度水煤浆制备所需的技术措施 要做出高性能要求的高浓度水煤浆，单用细煤粉与水简单混合起来是无法实现的，还必须采取一些特殊的技术措施，主要有: 2.1 级配技术 级配技术是制浆的关键技术之一，是水煤浆产品中颗粒大小的组成情况，将原料煤磨成水煤浆产品，要求产品的粒度组成有较高的堆积效率，堆积空隙最小，大颗粒间的空隙被较小颗粒充填，小颗粒间的空隙又被更小的颗粒充填，以此减少空隙的水量，提高制浆浓度，改善产品流动性。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 中，要有实现较佳级配的功能。 2.2 添加剂技术 在高浓度水煤浆性能中，最为重要的是低粘度和良好的稳定性、流动性。然而，煤炭属疏水性物质，又是颗粒悬浮体，即使易制浆煤种并具有高堆积的颗粒分布，无化学添加剂也不可能制成希望的高浓度水煤浆。 添加剂的主要作用在于改变煤颗粒的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面性质，促使颗粒在水中分散，使浆体有良好的流变特性和稳定性。此外，还要借助添加剂调节煤浆的酸碱度，消除有害因素(如气泡、有害成分等)。 根据作用不同，可将添加剂分为分散剂、稳定剂和助剂三大类，其中前两种最为重要。 2.2.1 分散剂 分散剂是最重要的添加剂，其主要作用是改变煤表面的亲水性，降低煤水界面张力，使煤粒充分润湿和均匀分散在少量水中。煤炭的主体是有机质，它是结构十分复杂的大分子碳氢化合物，其表面具有强烈的疏水性，不易为水所润湿。细煤粉又具有极大的比表面积，在水中很容易自发地彼此聚结，这就使煤粒与水不能密切结合成为一种浆体，在较高浓度时只会形成一种湿的泥团。所以制浆中必需加入少量的化学添加剂，即分散剂，以改变煤粒的表面性质，从而使水煤浆有良好的流变特性。其中最要紧的是降低粘度，使之有良好的流动性;其次是有理想的流型。由于各地煤炭的性质千差万别，适用的添加剂会因煤而异，不是一成不变的。 分散剂属表面活性剂，常见阴离子型和非离子型。 (1)阴离子型分散剂 此类化合物属低分子量电解质或大分子及准高分子聚电解质。包括磺酸盐、羧酸盐及少量磷脂类。 普遍应用的是磺酸盐、萘磺酸盐、磺化腐植酸盐、磺化木质素及石油磺酸盐及磺化沥青等。 (2)非离子型分散剂 水煤浆用的非离子型分散剂分子的亲水端，是聚氧乙烯链或再配以少许磺酸基。亲固端是烷基、烷基苯或烷基苯酸等。 2.2.2 稳定剂 稳定剂的作用是使煤颗粒稳定悬浮在水中，不发生硬沉淀。 由于水煤浆毕竟是一种固、液两相粗分散体系，煤粒又很容易自发地彼此聚结。在重力或其他外力作用下，很容易发生沉淀。为防止发生硬沉淀，必需加入少量的化学添加剂，即稳定剂。稳定剂有两种作用，一方面使水煤浆具有剪切变稀的流变特性，即当静置存放时水煤浆有较高的粘度，开始流动后粘度又可迅速降下来;另一方面是使沉淀物具有松软的结构，防止产生不可恢复的硬沉淀。 稳定剂主要有无机电解质、高分子化合物两类，如各种可溶性盐类、高分子表面活性剂、纤维素、聚丙烯酸盐等。稳定剂的用量随煤种、稳定剂类型、要求的稳定期而异，变化在干煤量的0.1,,0.006,之间。 从以上可以看出，水煤浆添加剂是水煤浆生产过程中必需的重要助剂，特别是对高浓度、高稳定性水煤浆的制备，添加剂的作用尤为关键。为使水煤浆既具有高分散性，又能在长期贮存和远距离输送中有足够的稳定性，作为水煤浆的添加剂，必须考虑分散剂和稳定剂之间的配合效应，以保证水煤浆的最终性能。 迪昆公司在借鉴气化用水煤浆分散剂的基础上，选择以有机羧酸为主体的共聚物合成路线，制取分散性能高、稳定性能好、成本较低廉的水煤浆分散剂，并与酰胺类稳定剂配成CWF型水煤浆添加剂。使用结果显示，其分散性、润湿性及动静态稳定性等性能基本相似舌日本产添加剂，某些性能甚至优于日本该类产品。目前，迪昆公司正在根据不同用户的不同煤种要求，形成系列水煤浆添加剂。利用该添加剂制备浓度达69,的水煤浆，经过1700多海里的运输，仍保持了高稳定性及流动性等优良指标。专家指出，在能源多样化的时代，工业锅炉、电站锅炉、工业窑炉以水煤浆代油、代气、代煤和在化肥生产中，水煤浆具有良好的推广应用前景。 3 水煤浆添加剂的加入方式 高浓度水煤浆制备添加的分散剂采用湿法连续加入方式，稳定剂采用干法定量间断加入方式，工艺流程框图见图1。 4 水煤浆技术指标及经济效益分析 4.1 水煤浆技术指标 (1)灰分:?10, (2)平均粒度:50μm (3)浓度:70, 水煤浆低位发热量5000kCal,kg (4)表面粘度:1.2?0.2Pa?s (5)流变特性:具有屈服值，为假塑性流体;并且具有触变性。 (4)稳定性:静止存放三个月不发生硬性沉淀。 4.2 经济效益分析 水煤浆是代替燃烧用柴油、汽油，重油、渣油等石油燃料的最佳替代品。水煤浆的制备是选用优质的精选煤粉，用大型球磨机连续性出料，磨至煤粉粒径在75微米左右，用水和一定数量的添加剂配置成浓度约在70,左右的水煤浆。性能优良发的水煤浆可以长期保存，长距运输使用。按目前重油价格计算，一吨重油约1700元,t，两吨水煤浆的热值可以达到一吨重油的热值，而两吨水煤浆的价格仅在 700元左右。因此，若用水煤浆代替重油等，按原来每天燃料10吨重油计算，用水煤浆后，可以每天节约费用1000×10,1万元，一年可以节约资金365万元。 水煤浆制备中磨机的改型及运行结果 石逢年 潘 俊 顾劲飚(上海焦化有限公司，上海200241) 2005-10-16 引 言 上海焦化有限公司新系统采用美国德士古水煤浆加压气化技术，共有四套装置，现为三开一备。磨煤系统为两台球磨机、一台棒磨机。在实际运行及调研过程中，我们发现棒磨机具有比球磨机更省电、煤浆大颗粒少等优点。随着气化系统负荷的升高，而磨煤系统球磨机的负荷不易提高。为了满足三台气化炉同时高负荷运行而不改变原来磨煤系统运行模式，故决定将一台球磨机改为棒磨机。 1 球、棒磨机的工作原理及对比 1.1 磨机中破碎介质的运动分析 在磨机中，破碎介质的运动状态与简体的转速和破碎介质与简体衬板的摩擦系数有关。破碎介质在筒体中的运动状态有三种。 1.1.1 泻落式运动状态(棒磨机的工作状态) 磨机在低速运转时，全部介质顺简体旋转方向转一定的角度，自然形成的各层介质基本上按同心圆分布，并沿同心圆的轨迹升高，当介质超过自然休止角后，则像雪崩似地泻落下来，这样不断地反复循环。在泻落式工作状态下，物料主要因破碎介质相互滑动时产生压碎和研磨作用而粉碎。因棒磨机用棒的全长来压碎煤，因此在大块煤没有破碎前，细粒煤很少受到棒的冲压，这样减少了煤的过粉碎，煤的粒度分布较集中。大颗粒较少，负荷容易提高。 1.1.2 抛落式运动状态(球磨机的工作状态) 当破碎介质在高速运动时，任何一层介质的运动轨迹都可以分为:上升时，介质从落回点到脱离点是绕圆形轨迹运动，但从脱离点到落回点则按抛物线轨迹下落，以后又沿圆形轨迹运动，反复循环。在抛落式工作状态下，物料主要靠介质群落下时产生的冲击力而粉碎。由于球磨机主要靠钢球的冲击力和小部分研磨，因此，颗粒分布较宽大颗粒较多，负荷不易提高。 1.1.3 离心式运动状态(略) 1.2 磨机的临界转速与工作转速 当筒体的转速达到某一数值，钢球在筒体内沿圆轨迹上升到最高点，并开始和筒体。一起回转，而不离开筒壁。这时的转速叫做临界转速n。我公司磨机的临界转速为23.35r,min。根据计算，球磨机的工作转速为n=(76,,88,)n而棒磨机考虑到钢棒的相互于扰，其工00 作转速取n=(65,,70,)n工作转速降低20,左右，其电机功率随着降低，较大幅度地降低了电费。 0 2 磨煤系统简介 我公司磨机是溢流型橡胶衬板水煤浆磨机，它适用于煤的湿法开路粉磨，生产固体质量分数,58,的水煤浆。制出的煤浆作为德士古气化炉生产煤气的原。煤浆制备的主要工艺流程:煤、水、添加剂混合后进入磨机，经过滚筒筛除去大颗粒后进入磨机出料槽，再通过低压煤浆泵将煤浆送入煤浆振动筛再次除去大颗粒，煤浆流入煤浆槽，然后用高压煤浆泵打入气化炉的工艺烧嘴(见图1)。 3 棒磨机改造后主要问题与解决途径 根据理论分析，在满足气化要求的情况下，球磨机改棒磨机将具有较大的优势，因此我公司对其进行改造并取得了成功，但也存在了一些问题。 3.1 振动幅度大 开始运行期间，磨机极不稳定，经常会由于小齿轮等温度高导致磨机跳车。 经研究发现，磨机的振动幅度较大及润滑油选型不当可能是引起小齿轮等温度偏高的主要原因。因此，我们将磨机的基础进行了加固并改变了润滑油的型号，效果明显，基本上解决了磨机的跳车问题。 3.2 钢棒易弯曲及断裂 运行一段时间后，发现煤浆的粒度变化很大。如粒度,325目的煤浆从开始运行时的35,,40,下降到25,,30,，经过多方面的分析，发现是由于钢棒的弯曲及断裂而引起的。 对弯曲的钢棒进行了更换，并将断裂的钢棒全部从磨机中取出，运行后粒度分布又恢复了稳定。但时间不长，又出现了同样的现象。经研究发现，原加入的65Mn圆钢未经调质，大部分硬度偏低，只有HBll0-HBl60，运转一段时间后出现弯棒现象，个别的圆钢硬度过高，出现断棒现象，后全部更换为调质后的65Mn圆钢，问题得以解决。 3.3 磨机出现喷浆 在相同的生产情况下，球磨机运行正常，而棒磨机出现喷浆现象。 棒磨机与球磨机滚筒筛的开孔情况相同，而球磨机的折流挡板高l00mm，棒磨机的折流挡板高50mm，因此考虑到可能是折流挡板低而引起喷浆，并将棒磨机滚筒筛的折流挡板从50mm增加至l00mm。但加高后，效果并不明显，仍出现喷浆现象。 后经综合分析，折流挡板的高低并不是主要影响因素，关键是球磨机的转速为18.1r,min，线速度为102.4m,min，棒磨机的转速为14.6r,min，线速度降为82.6m,min，过筛面积减少了19.4,。磨机滚筒筛采用不锈钢板冲孔的筛网，孔的方向按径向布置(见图2)，孔的宽度3.2mm，开孔率42.6,。实际上球磨机改为棒磨机后，水煤浆的流通面积减少了8.3,。 经过参考鲁化、淮化、渭化磨机的一些参数及分析与计算，对原筛网进行了改造(见图3)，改造后孔的宽度为4.6mm，开孔率为59.0,，筛网的开孔率增加16.4,。 筛网改造后，水煤浆的流通面积比球磨机滚筒筛增加了16.4,，几乎是原来的2倍。所以，喷浆问题解决了，进煤量可提高到50t,h以上，水煤浆只流到滚筒筛筛网长度的1/3就全部通过筛网，大颗粒几乎无，彻底解决了原来的瓶颈问题。磨机的制浆能力增大了，煤浆浓度也提高了。 4 棒磨机滚筒筛改造后运行情况 4.1 制浆能力 改造前后球磨机运行相关数据见表1、表2。 由表1、表2可以看出，棒磨机滚筒筛改造前进煤量40t,h时，制出的浆能满足工艺要求。而负荷达到45t,h时，制出的煤浆浓度明显偏低，达不到工艺指标，不利于气化，使气化的氧耗上升。 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 此时棒磨机的最高负荷为40t,h。 而棒磨机滚筒筛改造后，负荷为50t,h时，制出的煤浆仍能达到工艺要求。而析水率、黏度也没有出现偏高现象。说明滚筒筛改造后，棒磨机完全能在50t,h的负荷下正常运行。 4.2 添加剂耗量 我们在负荷为50t,h时，通过改变添加剂的添加量，来测出磨机所能承受的最低添加剂单耗(见表3)。 通过试验，我们得出当添加剂单耗,6.5kg,t时，煤浆黏度较稳定，基本上维持在0.9Pa?s以下。而当再降低添加剂单耗时，煤浆干煤 的黏度明显上升，滚筒筛处虽没有喷浆，但已有喷浆的趋势，而振动筛处已无法全部通过。因此，添加剂的单耗应大于6.5kg,t干煤，这样才能使制出的煤浆黏度控制在较理想的状态，对煤浆的输送有利。 5 讨 论 5.1 粒度分布的变化 通过工艺查定及平时积累的数据，可看出在正常运转情况下，只要控制好添加剂的用量，进煤量的大小对煤浆粒度分布的影响不大，当煤浆粒度分布变化较大时，需对钢棒级配、是否有断棒或杂物进行检查。 5.2 黏度的变化 更换滚筒筛后，煤浆的黏度普遍比更换前的略高。这是由于以前滚筒筛的孔径较小，絮凝在一起黏度较高的煤浆无法通过，都从滚筒筛的顶部溢出，成为所谓的“大颗粒”。而改造后，滚筒筛的孔径放大了，开孔率也增加了，所以“大颗粒”也进入了煤浆槽内。因为这部分煤浆的黏度较高，并导致磨的煤浆整体黏度升高。因此，煤浆黏度的高低与滚筒筛孔径的大小关系在一定的范围内成正比。 6 结 论 公司进行技改后，磨机运行较稳定，基本上没有再出现喷浆现象，进煤量也增大了，磨出的煤浆质量有所提高，降低了产品成本。每年节约资金417万元左右。目前仍存在的问题及解决思路。 6.1 振动筛的制约 虽然煤浆质量分数偏低这一问题已经解决，但又出现新的问题。当煤浆质量分数>62,时，振动筛处出现喷浆现象，有少量的煤浆从振动筛处溢出，增加了煤耗。考虑到棒磨机制出的煤浆无大颗粒这一事实，我们 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 将煤浆不通过振动筛直接进入煤浆大槽。但又怕对高压煤浆泵有影响，故暂时没有实施。如果不用振动筛，每年可节电约15万kW,h，价值约7万元。 6.2 低压煤浆泵的制约 虽然现在煤浆质量分数可以达到64,，但是低压泵的泵送能力却达不到，如2003年1月3日进煤量30t,h、添加剂量6.5kg,t干煤，制出的煤浆质量分数为64,、黏度为1.325Pa?s，低压煤浆泵的出口压力达到1.8MPa，比正常情况下高出1.2MPa，最终导致低压煤浆泵跳车。现有些单位尝试使用离心泵，如成功既能降低成本，又能使煤浆的输送不受浓度、黏度的限制。 6.3 磨机简体漏浆 由于震动比球磨机大，长时间运行后，棒磨机筒体经常出现漏浆，导致煤浆进入齿轮箱，将齿轮箱中的油全部吸干，长时间运转，会磨损大小齿轮。为了避免造成较大的损失，必须经常停车检修。这样不但增加检修费用，且对生产也造成很大的影响。建议增加紧固螺栓数的强度，使简体漏浆的问题能得以解决。