水煤漿制備工藝的技術研究

席志軍+張艷玲

摘 要：水煤漿是代油煤基流體燃料， 對煤炭產品的升級、能源結構的優化、節約石油具有重要意義。介紹了水煤漿和研究意義，詳述了水煤漿不同制備工藝的特點；簡述了水煤漿的制備要求。

關鍵詞：水煤漿；制備；工藝

一、水煤漿介紹和研究意義

水煤漿是八十年代初出現的一種新型煤基流體燃料，，國際上英文稱為CWM（Coal Water Mixture）或CWF（Coal Water

Fuel），它含煤約70%，化學添加劑約1%，其余為水通過物理加工得到的一種流體燃料。成品水煤漿具有一定的穩定性，靜置一個月時間可以不沉淀、不分層。而且具有一定的流動性，可以象燃油一樣車裝、船載或通過管道輸送。其次是霧化性能好，在一定壓力下通過噴嘴形成霧狀，充分燃燒。它可作為爐窯燃料或合成氣原料，具有燃燒穩定、污染排放少，具有較好的流動性和穩定性，易于儲存，可霧化燃燒，是一種燃燒效率較高較廉價的潔凈燃料，可代重油緩解石油短缺的能源安全問題。目前，我國工業生產的水煤漿，一般濃度在70%左右，粘度在

1000mPa·s左右，穩定性不低于1個月，燃燒效率可達到98%，單位熱強度和燃燒負荷都優于燃煤。

（1）水煤漿與油的異同。與油相同的是水煤漿可以像油一樣進行管道輸送和噴嘴霧化燃燒；與油不同的是，水煤漿可燃成分是煤，因此水煤漿在燃燒時的特點又與煤粉燃燒相近，會有飛灰及結渣等現象。（2）與煤的異同。與煤相同的是可燃成分均是是煤；燃燒特點相近，會有飛灰及結渣等現象；燃盡率相同；與煤不同的是由于水煤漿中含有30—35%的水，這么多的水分導致水煤漿著火困難；水煤漿是潔凈煤，是一種潔凈燃料。（3）我國能源結構是富煤貧油，我國已探明的煤炭儲量有1000億噸，而石油則相對短缺。煤炭是我國的主要能源，目前已成為世界上最大的煤炭生產國和消費國，能源利用以煤炭為主，在當前以化石能源為主體的能源結構中，煤炭占73.8%，石油占18.6%，天然氣占2%，其余為水電等其它資源。在我國，石油與煤炭相比，可供開采的數量有限，需要依靠進口。2002年，我國進口石油6500萬噸，占消費量的30%，因此我國的石油資源顯得十分珍貴。我國大部分電站及工業鍋爐是以燃煤為主，但有不少工業爐窯還在燃油。針對此種情況，我國制定了“以煤代油，壓縮燒油”的能源政策。（4）環境保護：我國是用煤大國，散煤燃燒存在缺點，儲運復雜，燃燒效率低，除大型電站效率較高外，一般的燃煤鍋爐效率很低，其中包括燃盡率和鍋爐效率；水煤漿儲運是全密封；水煤漿燃燒火焰中心溫度較燃油低100-200℃ ，有助于抑制NOx生成。水煤漿選用洗精煤或選配低硫、低灰分煤制漿。煤炭經過洗選，可脫除硫30%-40%（脫除黃鐵礦硫60%-80%）；脫除灰分（煤矸石等）50%-80%，原始煙塵與灰渣量減少，因而漿中硫含量與灰分較低。

二、水煤漿制備工藝

水煤漿制漿方法有干法制漿、干法和濕法聯合制漿以及濕法制漿三種。

（一）干法制漿。該制備工藝的特點是對一般的干法磨機，要求入料煤的水分小于5%，洗精煤的水分都比較高，難以滿足該要求；能耗比濕法高，在同樣的細度下，干法磨機的能耗比濕法磨機約高30%；干法磨礦的安全和環境不如濕法；粒度分布不如濕法，堆積效率較低，干法磨煤顆粒表面氧化較快，影響制漿效果。

（二）干法、濕法聯合制漿。該流程是在干法制漿工藝的基礎上，分出一部分干法粉碎的物料再用濕法進一步粉碎。其特點是與干法相比，可以獲得更好的粒度分布，即獲得更好的級配。但該流程仍是以干法磨煤為主，干法制漿的其他不足之處依然存在。

（三）濕法制漿。濕法磨礦制漿工藝有高濃度磨礦、中濃度磨礦以及高、中濃度磨礦級配制漿工藝三種方式。

（1）高濃度磨礦制漿工藝。煤炭、分散劑和水同時加入磨機，磨機排出的物料就是高濃度的水煤漿，如果有必要加入穩定劑，則加入后還要攪拌均勻，剪切，使漿體進一步熟化。這是國內外采用的最多的一種制漿工藝，我國現有的水煤漿制漿廠基本上都是采用這種工藝。該工藝流程簡單，可以省去捏混和強力攪拌環節；細顆粒量比較高，有利于級配；有利于藥劑與顆粒新生表面接觸；但是該工藝對變化的煤種適應性差；對磨煤機的結構參數和運行參數要求嚴格，因為漿體濃度過高會嚴重影響磨礦的功效。

（2）中濃度磨礦制漿工藝。一般是一段粗磨，再分出一部分粗磨的物料細磨，目的是獲得好的級配。但是，因為采用50%左右的中濃度磨煤，細磨后的細粒物料再與粗磨的物料混合后還需要過濾，濾餅再加分散劑捏混，呈流體狀后進入攪拌。

（3）高、中濃度磨礦級配制漿工藝。粗磨仍然采用中濃度磨礦，細磨不是像上述的中濃度制漿工藝從粗磨中分出一部分，而是從入料中分出一部分高濃度細磨，然后和經脫水的中濃度粗磨后的物料加分散劑捏混成漿。該工藝可以獲得好的級配，堆積效率較高（74%），但仍需要過濾脫水環節。

三、水煤漿制備要求

水煤漿的制備有三個要素，一是煤炭；二是煤漿的粒度級配； 三是添加劑。

（一）煤炭的要求。（1）煤的灰分要低。制漿用煤必須進行洗選以降低灰分。低灰分煤的表面有較為均勻的物理化學性質，易于制漿且燃燒效率高、熱值高。（2）煤的揮發分高。含有較高揮發分的煤易于燃燒，熱效率高。研究表明，揮發分小于17%？的水煤漿不易燃燒，必須添加更多的助燃劑。制備水煤漿一般采用揮發分大于25%的煤。（3）煤的內在水分低。煤的內在水分是影響制漿的重要因素，直接影響水煤漿的濃度，并在一定程度上影響水煤漿的穩定性和可燃性。（4）煤的可研磨性好。煤的研磨系數直接影響煤漿的粒度分布，研磨系數越高，粒度越細小，成漿性也越好，煤的其它性質如O/C （氧/碳原子比）、表面張力、孔隙度等也對成漿性有一定影響。

（二）煤漿的粒度級配。為了提高制漿濃度，必需使煤的粒度分布具有較高的堆積效率，即顆粒間空隙要少。使空隙最少的技術稱“級配”，是制漿的關鍵技術之一。不同顆粒級配的煤制成的漿體都存在不同的濃度臨界值， 超過這個臨界值，漿體的黏度急劇增大，流動性惡化；相同濃度水煤漿的黏度隨顆粒級配不同而有較大差異，合理的顆粒級配可使水煤漿黏度降低，流動性增強。endprint

（三）添加劑。添加劑的種類和性能是影響水煤漿的黏度、穩定性、含煤量、霧化、燃燒和成本等重要參數的主要因素。制漿時所用添加劑，按其功能可分為：分散劑、穩定劑及其他一些輔助化學藥劑， 如消泡劑、調節劑、防霉劑、表面改性劑及促進劑等。在這些添加劑中，不可缺少的是分散劑和穩定劑。

水煤漿分散劑是一些表面活性劑。它是一種兩親分子，由疏水基和親水基兩部分構成。分散劑的作用機理可從三個方面加以解釋：潤濕分散作用、靜電斥力分散作用及空間位阻效應。當煤粒在水中時，分散劑分子通過其疏水基和煤表面結合，以親水基朝水的定向排列方式把水分子吸附在煤粒表面，變疏水性為親水性，借水化膜將煤粒隔離開，減少煤粒間的阻力，從而達到降粘的作用；著名的DLVO理論認為，膠體顆粒穩定存在的先決條件是顆粒間的靜電斥力大于顆粒間的范德華引力。煤粒在弱酸至堿性很寬的pH 值范圍內，表面均帶負電荷，當吸附了陰離子型分散劑后，更增加了煤粒的靜電斥力，煤粒之間不易接近，難以形成聚集狀態，增強水煤漿的分散穩定性；煤粒表面吸附添加劑分子時，顆粒間就增加了一層障礙，煤粒、添加劑分子的親水鏈及水分子就構成了三維立體結構，當顆粒相互靠近時，可機械地阻擋聚結。

水煤漿的穩定性是指煤漿在存儲與輸送期間保持性態均勻的特性。穩定性的破壞來源于其中固體顆粒的沉淀。由于水煤漿是一種高濃度固液兩相粗分散體系，無論是DLVO理論中涉及的來自分子熱運動的布朗運動作用力、顆粒間的范德華引力，還是顆粒間的靜電吸引力，都不足以阻止水煤漿中顆粒的沉淀。真正起到阻止顆粒沉淀并提高水煤漿穩定性的，是由穩定劑作用形成的空間結構對顆粒沉淀產生的機械阻力。所以，水煤漿的穩定劑應具有使煤漿中已分散的顆粒能與周圍的其他顆粒及水結合成為一種較弱但又有一定強度的三維空間結構的作用。穩定劑應在加入分散劑經捏混攪拌成漿后再另行加入。能起這種作用的穩定劑有無機鹽、高分子有機化合物。

結論：無論選用哪種制漿工藝，都要把煤研磨成具有一定粒度和合適的級配要求。煤種不同，所選擇制漿工藝也應有所區別，而且由于工藝流程與磨礦設備不同，生產過程中的能耗、制漿條件、加工成本、產品質量等都有差異。水煤漿廠的建設必須根據原料煤性質及其成漿特性，并考慮添加劑與原料煤的反應特性以及制漿專用設備（磨機等）的研磨性能，選擇合適的制漿技術工藝，才能制備出滿足客戶需要的水煤漿。

參考文獻：

[1] 周俊虎.水煤漿技術進展[A].第八屆鍋爐專業委員會第三次學術交流會議論文集[C].2006.

[2] 劉志群.水煤漿技術應用現狀及對策分析[J].環境保護科學，2006，32（5）

[3] 孫素敏，陳暢，曹佩文.淺談水煤漿技術及其應用[J].印染，2009，35（11）

[4] 李安.水煤漿技術發展現狀及其新進展[J].煤炭科學技術，

2007，35（5）endprint

（三）添加劑。添加劑的種類和性能是影響水煤漿的黏度、穩定性、含煤量、霧化、燃燒和成本等重要參數的主要因素。制漿時所用添加劑，按其功能可分為：分散劑、穩定劑及其他一些輔助化學藥劑， 如消泡劑、調節劑、防霉劑、表面改性劑及促進劑等。在這些添加劑中，不可缺少的是分散劑和穩定劑。

水煤漿分散劑是一些表面活性劑。它是一種兩親分子，由疏水基和親水基兩部分構成。分散劑的作用機理可從三個方面加以解釋：潤濕分散作用、靜電斥力分散作用及空間位阻效應。當煤粒在水中時，分散劑分子通過其疏水基和煤表面結合，以親水基朝水的定向排列方式把水分子吸附在煤粒表面，變疏水性為親水性，借水化膜將煤粒隔離開，減少煤粒間的阻力，從而達到降粘的作用；著名的DLVO理論認為，膠體顆粒穩定存在的先決條件是顆粒間的靜電斥力大于顆粒間的范德華引力。煤粒在弱酸至堿性很寬的pH 值范圍內，表面均帶負電荷，當吸附了陰離子型分散劑后，更增加了煤粒的靜電斥力，煤粒之間不易接近，難以形成聚集狀態，增強水煤漿的分散穩定性；煤粒表面吸附添加劑分子時，顆粒間就增加了一層障礙，煤粒、添加劑分子的親水鏈及水分子就構成了三維立體結構，當顆粒相互靠近時，可機械地阻擋聚結。

水煤漿的穩定性是指煤漿在存儲與輸送期間保持性態均勻的特性。穩定性的破壞來源于其中固體顆粒的沉淀。由于水煤漿是一種高濃度固液兩相粗分散體系，無論是DLVO理論中涉及的來自分子熱運動的布朗運動作用力、顆粒間的范德華引力，還是顆粒間的靜電吸引力，都不足以阻止水煤漿中顆粒的沉淀。真正起到阻止顆粒沉淀并提高水煤漿穩定性的，是由穩定劑作用形成的空間結構對顆粒沉淀產生的機械阻力。所以，水煤漿的穩定劑應具有使煤漿中已分散的顆粒能與周圍的其他顆粒及水結合成為一種較弱但又有一定強度的三維空間結構的作用。穩定劑應在加入分散劑經捏混攪拌成漿后再另行加入。能起這種作用的穩定劑有無機鹽、高分子有機化合物。

結論：無論選用哪種制漿工藝，都要把煤研磨成具有一定粒度和合適的級配要求。煤種不同，所選擇制漿工藝也應有所區別，而且由于工藝流程與磨礦設備不同，生產過程中的能耗、制漿條件、加工成本、產品質量等都有差異。水煤漿廠的建設必須根據原料煤性質及其成漿特性，并考慮添加劑與原料煤的反應特性以及制漿專用設備（磨機等）的研磨性能，選擇合適的制漿技術工藝，才能制備出滿足客戶需要的水煤漿。

參考文獻：

[1] 周俊虎.水煤漿技術進展[A].第八屆鍋爐專業委員會第三次學術交流會議論文集[C].2006.

[2] 劉志群.水煤漿技術應用現狀及對策分析[J].環境保護科學，2006，32（5）

[3] 孫素敏，陳暢，曹佩文.淺談水煤漿技術及其應用[J].印染，2009，35（11）

[4] 李安.水煤漿技術發展現狀及其新進展[J].煤炭科學技術，

2007，35（5）endprint

（三）添加劑。添加劑的種類和性能是影響水煤漿的黏度、穩定性、含煤量、霧化、燃燒和成本等重要參數的主要因素。制漿時所用添加劑，按其功能可分為：分散劑、穩定劑及其他一些輔助化學藥劑， 如消泡劑、調節劑、防霉劑、表面改性劑及促進劑等。在這些添加劑中，不可缺少的是分散劑和穩定劑。

水煤漿分散劑是一些表面活性劑。它是一種兩親分子，由疏水基和親水基兩部分構成。分散劑的作用機理可從三個方面加以解釋：潤濕分散作用、靜電斥力分散作用及空間位阻效應。當煤粒在水中時，分散劑分子通過其疏水基和煤表面結合，以親水基朝水的定向排列方式把水分子吸附在煤粒表面，變疏水性為親水性，借水化膜將煤粒隔離開，減少煤粒間的阻力，從而達到降粘的作用；著名的DLVO理論認為，膠體顆粒穩定存在的先決條件是顆粒間的靜電斥力大于顆粒間的范德華引力。煤粒在弱酸至堿性很寬的pH 值范圍內，表面均帶負電荷，當吸附了陰離子型分散劑后，更增加了煤粒的靜電斥力，煤粒之間不易接近，難以形成聚集狀態，增強水煤漿的分散穩定性；煤粒表面吸附添加劑分子時，顆粒間就增加了一層障礙，煤粒、添加劑分子的親水鏈及水分子就構成了三維立體結構，當顆粒相互靠近時，可機械地阻擋聚結。

水煤漿的穩定性是指煤漿在存儲與輸送期間保持性態均勻的特性。穩定性的破壞來源于其中固體顆粒的沉淀。由于水煤漿是一種高濃度固液兩相粗分散體系，無論是DLVO理論中涉及的來自分子熱運動的布朗運動作用力、顆粒間的范德華引力，還是顆粒間的靜電吸引力，都不足以阻止水煤漿中顆粒的沉淀。真正起到阻止顆粒沉淀并提高水煤漿穩定性的，是由穩定劑作用形成的空間結構對顆粒沉淀產生的機械阻力。所以，水煤漿的穩定劑應具有使煤漿中已分散的顆粒能與周圍的其他顆粒及水結合成為一種較弱但又有一定強度的三維空間結構的作用。穩定劑應在加入分散劑經捏混攪拌成漿后再另行加入。能起這種作用的穩定劑有無機鹽、高分子有機化合物。

結論：無論選用哪種制漿工藝，都要把煤研磨成具有一定粒度和合適的級配要求。煤種不同，所選擇制漿工藝也應有所區別，而且由于工藝流程與磨礦設備不同，生產過程中的能耗、制漿條件、加工成本、產品質量等都有差異。水煤漿廠的建設必須根據原料煤性質及其成漿特性，并考慮添加劑與原料煤的反應特性以及制漿專用設備（磨機等）的研磨性能，選擇合適的制漿技術工藝，才能制備出滿足客戶需要的水煤漿。

參考文獻：

[1] 周俊虎.水煤漿技術進展[A].第八屆鍋爐專業委員會第三次學術交流會議論文集[C].2006.

[2] 劉志群.水煤漿技術應用現狀及對策分析[J].環境保護科學，2006，32（5）

[3] 孫素敏，陳暢，曹佩文.淺談水煤漿技術及其應用[J].印染，2009，35（11）

[4] 李安.水煤漿技術發展現狀及其新進展[J].煤炭科學技術，

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