1、广东省南海洁能燃料有限公司水煤浆制备厂的工艺设计特点及成浆性试验内容摘要：本文着重介绍了作为国内目前最大的水煤浆厂南海水煤浆制备厂的制浆工艺、成浆性及设计特点，为今后我国水煤浆厂发展大型化提出了借鉴。 关键词：水煤浆、制浆工艺、磨矿、稳定性、成浆性、设计特点 中图分类号：TQ534 文献标识码： A 一、前言 水煤浆是二十世纪七十年代世界石油危机后兴起的一种以煤代油的新型煤基流体燃料，它含 70左右的煤，1左右的化学添加剂，其余为水。水并不能提供热量，在燃烧过程中还会蒸发造成热损失，不过这种损失并不大，约占水煤浆热值的 4。然而水却可提高煤炭的燃烧活性，并使煤炭从传统的固体燃料转化为一种流体燃
2、料，从而带来很多优点。水煤浆像油一样，可以泵送、雾化、贮存与稳定着火燃烧。约两吨水煤浆可代一吨油。由于水煤浆与燃油在相同热值下相比，其价格仅为重油的 1/2 左右，因此，以水煤浆代油具有显著的经济效益，可以广泛应用于工业与民用锅炉、工业窑炉、锻造加热炉、电站锅炉等代替燃油、燃气等。燃用水煤浆与直接烧煤相比，具有燃烧效率高、负荷易调控、节能和环境效益好等显著优点，所以也是洁净煤技术中的重要分支。水煤浆经长距离管道输送到终端后可直接燃用，储运过程全封闭，既减少损失又不污染环境，是解决我国煤炭运力不足的重要运输方式之一。因此，将煤炭转换为水煤浆使用，可使煤炭资源得到更洁净、有效的利用。 近年来，由于
3、国内外市场油价飚升，燃油电厂面临发电成本大幅度提高的困境，为了降低成本，一些燃油电厂开始改烧水煤浆。 在此形势下，南海龙光集团南海发电一厂经过深入调研，决定将该厂两台 670t/h 燃油锅炉改烧水煤浆，并配套建设年产 150200 万吨的水煤浆制备厂。 二、概况 南海龙光集团地处经济发达的广东省珠江三角洲，位于南海市风景秀丽的西樵山下， 南海洁能燃料有限公司水煤浆厂拟建于龙光集团公司江南发电厂工业广场内。 1、本水煤浆制备厂设有原料煤破碎、转运、磨矿制浆、调浆、水煤浆储存、外运及药剂准备等系统。 2、本设计采用高浓度水煤浆制备工艺，设四条水煤浆生产线，每条生产线制浆能力 0.3750.5 Mt
4、/a， 3、工作制度：年生产 6000 小时，小时制浆能力 250 t/h。24 小时三班生产。 4、工程项目静态总投资：18300 万元。 三、确定制浆工艺的试验 1、原料煤的成浆性试验 经论证确定本水煤浆厂原料煤采用兖州二号水洗精煤，针对兖州二号精煤进行了成浆性试验。以评定该煤样制备高浓度水煤浆的难易程度；研究并选择与上述精煤性质相匹配、性价比最优的添加剂配方，确定可行、合理的水煤浆质量指标，为水煤浆制备厂的设计和生产提供依据。 根据成浆性判别模型，可计算出兖州二号精煤的成浆性难易指标 D值： D=7.50.05HGI0.5Mad6.15 当 D47 时成浆性属中等。该精煤制备高浓度水煤浆
5、的难易程度属于中等偏难。它的可制浆浓度（P）的期望值为：P=771.2D69.62%。 因此，从兖州二号精煤的成浆性难易程度、制成水煤浆后的燃烧性能及环保等诸方面进行综合评价后，认为兖州二号精煤是制备高浓度水煤浆燃料比较好的原料煤。 2、分散剂的确定 国产的水煤浆添加剂一直处于国际领先水平。因此在本试验中所选分散剂样品均属国内产品，共有十二种包括最先进和最便宜的各类型。 分散剂的主要作用是降低水煤浆的粘度，使其具有良好的流动性。 煤浆在相同浓度条件下，其粘度随存放时间增长而提高的现象，称为水煤浆的老化。老化程度主要取决煤质和分散剂的性能。试验中向静置所需时间后的煤浆补充一定水量（补充静置期间蒸
6、发的水分） ，搅拌均匀并测量其浓度与粘度。比较静置前后的指标便可判断该分散剂的抗老化性能。 设计中对五种被选中的分散剂分别以不同用量进行成浆速度、降粘效果与抗剪切性能试验。其中 MND、DND 和 DT 有三种用量，所需分散剂费用（元/吨煤）分别与 KL 前三种用量（0.40.6）相当。而 MKL 用量在 0.50.8时比 KL 用量 0.40.7时更便宜些。制浆试验结果见表3-2-1。 比较表 3-2-1 的数据，可以发现 MND 无论那一种性能都最差。于是就其它四个系列统一在 69浓度条件下，对粘度数据进行调整这样能更方便地比较不同分散剂的特点。 五种分散剂的成浆速度、降粘效果与抗剪切性能
7、试验结果表 3-2-1 从试验资料可看出：就成浆速度而言，从快到慢的排序为：DT、KL、MKL、DND。降粘效果就比较复杂。DT 在所有用量范围内均最好；DND 在较低用量（0.4）效果居第二，其降粘作用与用量有明显关系，这种敏感性不利于生产调控；KL 的作用也随用量增加而改善，但变化比较平缓有利于生产调控，效果居第三；MKL 当用量小于 0.55时效果不如其它三种，当高于 0.55%后与 KL 相近。 抗剪切性能与降粘效果相似。DT 依然居首位；DND 当用量0.4%后居第二；当用量高于 0.5%后 MKL 并不亚于 KL。 自然稳定性（未加稳定剂）从好到差的排序：KL、MKL、DND、DT
8、，前两者相近。 就单价而言，从贵到便宜的排序为：DND、KL、DT、MKL。 3.抗老化性能： 试验证明兖州 2 号精煤属于空隙不太发达的煤种，表 3-3-1 所显示的结果以及 1520 天稳定期的要求三点看，KL 等四种分散剂的抗老化性能均可满足工业生产需要。 不同分散剂抗老化性能一览表 表 3-3-1 由上表可知： KL 用量在 0.450.6的范围时，煤浆浓度可达67.1867.29，而对应的表观粘度大约为 801890mPa.S（剪切率 100 S1） 。 MKL 用量在 0.650.45的范围、煤浆浓度 67.1467.47，对应的表观粘度为 762954 mPa.S（剪切率 100
9、 S1） 。其中药量最大者（0.65）的指标并不理想，为屈服胀塑性流体，说明 0.65的加量过高或浓度偏低。从用量 0.45对应的指标看，表观粘度虽有所升高（浓度也较高） ，但明显增高的是屈服应力（Ty 值） 。 上述两种分散剂在试验用量的范围内，最大有 0.15和 0.2的间隔，但煤浆的浓度与粘度指标还比较平稳，该现象与前述基本一致，这样有利于生产调控。药剂用量变化的影响主要反应在屈服应力（Ty 值）上，它随药量的减少而增大，从而使自然稳定性也随之提高。 DT 的表现和前述也很一致，分散性能极佳，只可惜用它制成的浆的自然稳定性很差，有待进一步改性。 因此，综观以上试验结果，推荐于生产中使用的
10、分散剂应是 KL 和MKL，从性价比看 MKL 更具有优势。 5、抗温变试验 在高浓度磨矿制浆、调浆、泵送和储存的工业生产过程中，水煤浆要经受温度自低到高（磨矿过程）再到低（调浆、泵送和储浆过程）的温变作用。生产过程中水煤浆的温度变化范围与制浆工艺、环境温度等因素有关，一般的变化范围在室温80左右。伴随温度的变化，一方面煤浆的粘度会随温度的升高而降低；另一方面煤浆中的水在分散剂的作用下，可能会进一步被吸附到煤粒的内表面（裂隙）中去，促使煤浆的粘度升高（但前者的作用远大于后者） 。因此，当煤浆的温度回落到起始值时，粘度一般也可能会高于其初始值。其变化程度主要取决于煤的表面性质与分散剂的性能。因此
11、，具备工业实用价值的分散剂，除要求具备以上提到的各种性能外，还必须具有良好的抗温变性能。 两种分散剂抗温变的试验资料表 3-5-1 本试验用台架 Y-1 和 Y-2 浆。分散剂及用量分别KL0.6、MKL0.65。分散剂用量虽属上限，比较受热作用前后两个室温时的煤浆指标可看出分散剂 KL 或 MKL 的抗温变性能都很好。 6、稳定剂与煤浆稳定性考察 考虑到供发电一厂用的水煤浆只需 1520 天的稳定期，因而次此试验仅选用 5020#稳定剂。它是一种易溶于水的无机化合物，不仅价格便宜、使用方便，而且对调节煤浆流变性效果显著等优点。实验室试验的结果见表 3-6-1 台架浆稳定性考察结果表 3-1-
12、8 注：表中粘度均为剪切率 100 s-1 时的数值。 四、制浆工艺流程 制浆原料来自码头卸船抓斗受煤斗转载点干煤棚破碎机缓冲仓定量给料机球磨机筛分除渣调浆缓冲槽室外废浆池。 调浆缓冲槽不合格浆搅拌桶滤浆稳定性处理高剪切处理均质熟化储浆罐装船去电厂。 五、制浆工艺的特点 水煤浆制浆工艺的选择，取决于制浆原料煤的成浆性难易、水煤浆产品用户对水煤浆的质量要求依据水煤浆产品的储运方式等。 根据上述对兖州二号精煤成浆性试验的结果，确定采用一磨机高浓度磨矿制浆工艺。 按照这一原则并结合电厂用户对水煤浆产品的具体要求，确定的制浆工艺的特点如下： 在高浓度磨矿制浆工艺中，为了提高制浆效果和减少磨矿功耗，对给
13、入磨机的原料煤，不仅要求将其破碎到小于某一粒度，而且希望破碎后粉煤的粒度分布具有较高的堆积效率，以利于从磨矿一开始就能使物料在高浓度条件下就具有较好的流动性。本设计将原料煤破碎至粒度上限 6mm，并设置足够容量的原料煤仓。 为了按设定的水煤浆产量和质量（浓度、粘度、粒度等） ，连续均匀向磨机给入设定的煤量、水量和分散剂量，进行高浓度磨矿。磨机的排料就是水煤浆的初级产品。为了获得稳定的水煤浆产品质量，设有控制磨机的运行工况和上述给料量的设施。 为了提高制浆效果，考虑在磨矿前、后分段加入分散剂。 为了除去混入水煤浆中的极少量铁屑、粗粒物料和纤维状物料（如碎钢球、夹矸煤粒、塑料纤维等） ，需要在调浆
14、工艺过程中，设置除渣和滤浆装置。 为了使水煤浆具有一定的稳定性，设置稳定性处理环节，定量加入稳定剂，并进行适当强度的搅拌、剪切。 设置高剪切处理环节。对水煤浆进行适当的高速剪切处理，可明显增强水煤浆的触变性和提高它的屈服应力，从而进一步改善水煤浆的流变性和提高水煤浆的稳定性。 对经过高剪切处理的煤浆还需进行均质、熟化。适当强度和时间的搅拌、剪切，可以加速煤浆的熟化，在随后的静置储存期间保持其流变性的相对稳定；同时使不同系列、不同时间生产的成品浆，在质量上获得相对的均一性。根据工艺要求，分别选用三次搅拌和调浆： 第一次搅拌：时间为 1520 分钟。 第二次搅拌：加入稳定剂，进行稳定性处理。搅拌时
15、间为 11.5 小时。选择两级搅拌桶 第三次搅拌：对经强化泵高剪切处理后的煤浆进行均质熟化处理。工艺要求该段作业具有较温和的剪切作用以加速浆体的熟化过程，同时要求有较好的混均作用。在此阶段对浆体搅拌 1 小时，约相当于静置存放一周的熟化过程。根据本厂用户的情况，搅拌时间确定为 46 小时。 与稳定性处理作业一样，两台磨机的煤浆共用一套均质熟化系统，每套系统采用 2 台搅拌桶串联工作。 设置适当容量的储浆罐，以调节制浆厂与电厂及向社会销售水煤浆等供需间的平衡。本次设计采用高架式储浆罐自流装船的方案。罐底及支撑部采用钢筋砼结构，罐体采用钢结构。 高架式储浆罐不仅装卸速度快，而且省去了泵房、泵送装置
16、及动力、配件消耗，同时还可在储浆罐底部开设多个卸浆口，有利于消除罐内的流动死区，减少煤浆在罐内产生软沉淀的可能性。 设置与生产能力相配套的添加剂（分散剂和稳定剂）稀释搅拌、储存、定量泵送等装置。 六、.结语 该水煤浆厂为我国自行设计、自行建造、所有大型设备均为国产化的特大型水煤浆制备企业，它的投产建设，将标志着我国水煤浆行业跨入了新的更高的领域，为今后大型水煤浆厂设计提供了丰富的经验。 参考文献 1、张荣曾;水煤浆在中国能源与环境协调发展中的地位A;发展洁净煤技术，提高煤炭企业竞争力学术研讨会论文集C;2001 年 2、曹大东;曹欣玉;周俊虎;赵翔;刘建忠;黄镇宇;岑可法;我国水煤浆燃烧技术的现状和发展A;发展洁净煤技术，提高煤炭企业竞争力学术研讨会论文集C;2001 年 3、本报记者 屈金星;国际水煤浆开发现状N;中国矿业报;2000 年 4、牛志刚;煤、水煤浆燃料氮析出特性和燃料型 NOx 生成特性研究D;浙江大学;2004 年 5、周明松,邱学青,王卫星;水煤浆分散剂的研究进展J;化工进展;2004 年 08 期 6、付华,赵继荣;洁净的代油燃料水煤浆J;能源工程;2000年 04 期
