王鵬山 李忠勇(陜西長(zhǎng)青能源化工有限公司)

一、概況

1.水煤漿的基本特性

水煤漿是一種新型、高效、清潔的煤基燃料，是燃料家庭的新成員，它是由65%-70%不同粒度分布的煤，29-34%左右的水和約1%的化學(xué)添加劑制成的混合物。經(jīng)過(guò)多道嚴(yán)密工序，篩去煤炭中無(wú)法燃燒的成分等雜質(zhì)，僅將碳本質(zhì)保留下來(lái)，成為水煤漿的精華。它具有石油一樣的流動(dòng)性，熱值相當(dāng)于油的一半，被稱為液態(tài)煤炭產(chǎn)品。水煤漿技術(shù)包括水煤漿制備、儲(chǔ)運(yùn)、燃燒、添加劑等關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)涉及多門學(xué)科的系統(tǒng)技術(shù)，水煤漿具有燃燒效率高、污染物排放低等特點(diǎn)，可用于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐代油、代氣、代煤燃燒，是當(dāng)今潔凈煤技術(shù)的重要組成部分。

水煤漿有以下基本特性：

(1)水煤漿中煤的粒度。一般而言，水煤漿中煤炭的粒度最好小于200目。這種細(xì)度要求與煤粉電站鍋爐燃燒用的煤粉細(xì)度相當(dāng)。

(2)水煤漿中的煤含量—濃度作為鍋爐或者氣化原料，應(yīng)盡可能減少其中的水含量。通常要求水煤漿的濃度大約58%。其實(shí)際濃度與煤炭質(zhì)量、制漿技術(shù)以及用戶需求有關(guān)。水煤漿中的水分指的是全水分，包括隱含在煤中的內(nèi)在水分。

(3)水煤漿的流變特性流變性是指流體的流動(dòng)特性。為了便于使用，水煤漿應(yīng)有良好的流動(dòng)性，以利于泵送、霧化、燃燒或氣化。

(4)水煤漿在儲(chǔ)運(yùn)中的穩(wěn)定性水煤漿是一種固、液兩相混合物、不容易保持均態(tài)、很容易發(fā)生固、液分離現(xiàn)象，通常要求在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中不產(chǎn)生硬沉淀。水煤漿不產(chǎn)生硬沉淀的性能，稱為水煤漿的穩(wěn)定性。

2.水煤漿制備的技術(shù)基礎(chǔ)

制備水煤漿要同時(shí)滿足上述的各項(xiàng)指標(biāo)，所以導(dǎo)致水煤漿的制備有一定的難度。為了使得所致的水煤漿同時(shí)滿足各項(xiàng)要求，必須深入研究煤漿制備的技術(shù)基礎(chǔ)。

(1)煤的成漿性規(guī)律煤質(zhì)不同，導(dǎo)致制漿的難易程度各不相同。有的煤在常規(guī)條件下就很容易制成高濃度的水煤漿；另外一些煤，例如褐煤就很難制備高濃度的水煤漿。只有掌握了煤炭成漿性的規(guī)律，就可以根據(jù)實(shí)際需要，按照技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的原則優(yōu)選制漿用煤。

(2)級(jí)配水煤漿中煤的粒度不但要求達(dá)到規(guī)定的細(xì)度，還要求具有良好的粒度分布，即能使其中不同大小的顆粒能夠相互填充，盡有可能的減少煤粒間的孔隙，達(dá)到較高的堆積效率。

(3)制漿工藝與設(shè)備在給定原料煤及其可磨性條件下，如何使水煤漿最終產(chǎn)品的粒度分布能達(dá)到較高的堆積效率就取決于所選用的磨煤設(shè)備、磨煤設(shè)備的運(yùn)行工況及制漿工藝流程。

(4)添加劑添加劑分子作用于煤粒與水的界面，可以減少水煤漿流動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦，降低黏度，改善煤顆粒在水中的分散，提高水煤漿的穩(wěn)定性。添加劑的用量通常為不大于煤用量的1%。

3.水煤漿的應(yīng)用

(1)替代重油或者燃?xì)?，作為鍋爐燃料水煤漿的燃燒方式為噴燃，適應(yīng)原燃料、燃?xì)獾慕^大多數(shù)工業(yè)爐窯、工業(yè)鍋爐和電站鍋爐。

(2)作為氣化燃料最早將水煤漿用作氣化原料的是美國(guó)Texaco公司，20世紀(jì)80年代開(kāi)始大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，同期美國(guó)Destec公司也開(kāi)發(fā)了其兩段式水煤漿氣化技術(shù)。

(3)通過(guò)制備水煤漿，處理廢水與有機(jī)廢液造紙，化工等產(chǎn)生的廢液的企業(yè)，可用廢液制漿就地使用，既解決廢液污染，改善廠區(qū)環(huán)境，又可以代替其他燃料，實(shí)現(xiàn)化工廢液資源化，達(dá)到節(jié)能的目的。

二、水煤漿的成漿性及其影響因素

對(duì)于水煤漿的成漿性能一般包括漿濃度，漿體的流變性、穩(wěn)定性、觸變性、黏彈性等。

1.煤質(zhì)對(duì)成漿性的影響

研究表明，煤的成漿性能受煤質(zhì)影響很大。煤種不同，制漿的難易程度會(huì)有很大的差別。一般認(rèn)為，煤階越低，內(nèi)在水分越高，煤中O和C比值越高，親水官能團(tuán)越多，孔隙越發(fā)達(dá)，可磨性指數(shù)HGI值越小，煤中所含可溶性高價(jià)金屬離子越多，煤的制漿難度就越大。

(1)內(nèi)在水分 當(dāng)煤漿的質(zhì)量濃度相同時(shí)，內(nèi)在水分高，勢(shì)必要減少流動(dòng)介質(zhì)作用的水量，造成水煤漿的黏度高或難以獲得高濃度的水煤漿。

(2)孔隙率及比表面積 煤的孔隙率越發(fā)達(dá)，則煤的比表面積大。在潮濕的環(huán)境下，煤發(fā)達(dá)的孔隙是造成其內(nèi)在水分高的重要原因。同時(shí)高比面積又會(huì)導(dǎo)致添加劑的高消耗。

(3)含氧極性官能團(tuán) 煤表面的極性官能團(tuán)越多，煤的親水性就越強(qiáng)，就會(huì)在煤表面吸附大量的水分子，增加煤的內(nèi)在水分含量。煤的內(nèi)在水會(huì)在煤炭表面形成堅(jiān)固的水化膜，減少了自由流動(dòng)水量。

(4)灰分和可溶性礦物質(zhì) 相同濃度時(shí)，灰分越高，煤漿黏度越低，穩(wěn)定性越好。從物理角度看，灰分高意味著制漿用煤的密度大。質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí)，固體密度越大，煤漿中固體的體積分?jǐn)?shù)越低，于是，漿的流動(dòng)性越高。不溶或難溶礦物質(zhì)對(duì)水煤漿的流動(dòng)性并無(wú)不良影響，而可溶性礦物質(zhì)則不同，特別是高價(jià)金屬陽(yáng)離子，很少量就足以使煤漿失去流動(dòng)性?；曳值母叩蜁?huì)造成對(duì)泵、閥、管道及噴嘴的磨損，另外，灰分每升高1%可燃物質(zhì)則相應(yīng)降低1%，降低鍋爐出率或氣化效率。

(5)哈氏可磨性指數(shù)(HGI)

研究表明，隨著煤的可磨性指數(shù)HGI對(duì)成漿濃度的影響，可見(jiàn)隨著可磨性指數(shù)HGI增大，煤成漿濃度基本上逐漸增大，即煤的成漿性能變好。

(6)煤的巖相顯微組分對(duì)成漿性的影響

在相近的灰分條件下，對(duì)于煙煤，較高的鏡質(zhì)組和較低的絲質(zhì)組含量有利于煤的成漿性、穩(wěn)定性和流變性。除了受煤質(zhì)特性影響外，煤炭的成漿性還與制漿過(guò)程中添加劑的種類及其用量、制備方法、級(jí)配工藝等有關(guān)系。

2.煤的成漿濃度經(jīng)驗(yàn)公式

研究表明，煤的水煤漿的粒度分布、添加劑的類型和用量、水質(zhì)、制備條件、溫度等對(duì)煤的成漿濃度都有影響，但主要還是受煤質(zhì)的影響。煤的可制漿濃度可以用式子1、2表示：

當(dāng)沒(méi)有含氧量數(shù)據(jù)時(shí)，可近似用下式

式中，C為可制漿濃度估計(jì)值(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%；HGI為哈氏可磨指數(shù)；Mad為空氣干燥基水含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%；no為含氧量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%。

3.煤粉粒度分布對(duì)成漿性的影響

掌握好水煤漿中煤顆粒的粒度分布是制備水煤漿的關(guān)鍵之一。水煤漿的粒度分布要求達(dá)到較高的堆積效率，即要求顆粒堆積時(shí)孔隙少，固體集體的濃度高。制備時(shí)使用單一的煤粒顆粒是不合適的，通過(guò)控制煤的粒徑和粒度分布不僅能降低水煤漿的黏度，還能增強(qiáng)其穩(wěn)定性。

提高水煤漿濃度的技術(shù)關(guān)鍵之一，是要求水煤漿的粒度分布能夠達(dá)到較高的堆積效率，亦即要求煤粒堆積時(shí)空隙少，固體體積濃度高。堆積效率與粒度分布的關(guān)系，是水煤漿制備技術(shù)的基礎(chǔ)理論之一。

4.添加劑對(duì)成漿性的影響

為了使水煤漿在正常使用中有較低的黏度，較好的流動(dòng)性，靜置時(shí)不易產(chǎn)生沉淀，在制漿過(guò)程中添加少量的化學(xué)添加劑是不可缺少的。煤粉顆粒表面是疏水性的，未完全潤(rùn)濕的煤粉會(huì)互相聚團(tuán)、會(huì)使煤漿的黏度增加。因而未加添加劑的煤粉制備的水煤漿的濃度不高。添加劑的作用在于提高煤粒表面的親水性、調(diào)整顆粒表面的電荷密度，從而調(diào)整煤漿性能。高的表面電荷在水煤漿中建立了防止承典的三維結(jié)構(gòu)，或者導(dǎo)入弱的絮凝傾向以減少平均粒徑和最大的固體濃度。添加劑的種類有非離子型，陰離子型和陽(yáng)離子型三種。非離子型添加劑主要通過(guò)表面活性劑來(lái)降低煤漿液體的表面張力，使煤漿中煤粒表面潤(rùn)濕，控制表面的電荷來(lái)改變煤漿的性能；離子型的添加劑通過(guò)含有極性基添加劑的靜電吸附在煤漿顆粒上、降低顆粒表面的疏水性、控制煤粒表面的電荷來(lái)改變煤漿的性能。

結(jié)論與展望

本文主要敘述了的煤的煤質(zhì)(包括煤的內(nèi)在水分、灰分、可溶性礦物質(zhì)、極性官能團(tuán)等)以及煤粉的粒度分布和添加劑對(duì)水煤漿性能影響。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)液體燃料供需矛盾將進(jìn)一步加大，環(huán)境對(duì)燃料的約束也進(jìn)一步加強(qiáng)，水煤漿的使用量將逐步加大；而隨著水煤漿技術(shù)的進(jìn)一步提高將會(huì)使其社會(huì)效益更加明顯，經(jīng)濟(jì)效益得到改善。因此，水煤漿的應(yīng)用前景非常廣闊。

[1]馮武軍,王恒,趙立合等.水煤漿的能源優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景.煤炭科學(xué)技術(shù)，2005,32(5)：70-73.

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