顏雪琴 ，蔡金燕，潘洪杰

(1.新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司，新疆 石河子 832000)

我國棉花主要有三大產(chǎn)區(qū)：黃河流域、長江流域和新疆。其中，新疆2017年棉花實播面積3162.9萬畝，播種面積占全國的63%。由于交通、技術(shù)等諸多因素的制約，新疆棉秸稈大多采取就地掩埋或直接焚燒的方式處理。棉秸稈焚燒產(chǎn)生大量煙氣并釋放大量有害氣體，破壞生態(tài)環(huán)境，且浪費(fèi)資源。

水煤漿是一種新型煤炭潔凈燃料，具有良好的流動性與穩(wěn)定性，可泵送、霧化與穩(wěn)定燃燒，可應(yīng)用于工業(yè)氣化爐、工業(yè)鍋爐和電站鍋爐等。水煤漿技術(shù)是適合我國現(xiàn)階段的代油、環(huán)保及節(jié)能技術(shù)。將棉秸稈碳化粉碎加入至水煤漿中，可以降低水煤漿濃度和流動性，減緩顆粒沉降，提高水煤漿的粘度和穩(wěn)定性。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

原料煤：采自新疆五彩灣露天煤礦，煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表1。

棉秸稈：采自新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師148團(tuán)棉田，成分分析見表1。

添加劑：木質(zhì)素磺酸鈉，由山東臨沂市乾通化工有限公司生產(chǎn)。

表1 棉桔桿—水煤漿原料成分分析

1.2 試驗儀器設(shè)備

主要試驗設(shè)備：GZ120-S數(shù)顯型恒速強(qiáng)力電動攪拌機(jī)，SG-GL管式爐，SX-12-1馬弗爐，G-903 MB數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱，F(xiàn)A104A電子分析天平，F(xiàn)Z102微型植物粉碎機(jī)，XMB-67棒磨機(jī)，TNXS11-B型旋轉(zhuǎn)粘度計，PHG-3081F數(shù)顯pH計，EDX3600B XRF成分儀。

1.3 試驗方法

1.3.1 煤粉制備

將原料煤用破碎機(jī)粉碎成一定粒度，然后用小型棒磨機(jī)進(jìn)行制粉，所制水煤漿原料煤樣粒度分布要求見表2。

表2 制水煤漿原料煤樣粒度分布要求

1.3.2 棉秸稈碳化

將棉秸稈剪至4～6 cm段，再將秸稈段置于管式爐在氮?dú)夥諊聦ζ溥M(jìn)行低溫炭化處理，然后冷卻至室溫，破碎到200目，備用。

1.3.3 水煤漿制備

本試驗采用干法制漿工藝，即：將已制備的煤粉、碳化后的秸稈粉、水、添加劑等按照一定比例，加入250 mL錐形中溶解，將電動攪拌器速度設(shè)置為1 000 r/min，攪拌10 min后即得棉秸稈水煤漿。每個樣號做3個平行樣，然后進(jìn)行各項性能測試，取平均值。棉桔桿—水煤漿制備流程見圖1。

圖1 棉桔桿—水煤漿制備流程示意

煤粉、水、棉秸稈粉、添加劑用量見表3。

表3 棉桔桿—水煤漿成分比例表

1.3.4 數(shù)據(jù)測定

將制備好的棉桔桿—水煤漿先進(jìn)行濃度、表觀黏度測試后妥善保存，然后再進(jìn)行流動性、穩(wěn)定性測試。

(1)水煤漿濃度。測定按照 GB/T 18856. 2—2008《水煤漿試驗方法 第 2 部分：濃度測定》規(guī)定的干燥法測定。

(2)水煤漿表觀黏度測定。按照GB/T 18856. 4—2008《水煤漿試驗方法 第 4 部分：表觀黏度測定》測定，采用NXS一n型旋轉(zhuǎn)粘度計測定。將適量水煤漿樣品倒入測量容器中，(20±0.1)℃恒溫水浴，使剪切速率從0升至100 s-1，在剪切速率為 100 s-1時，每隔30 s，記錄1次數(shù)據(jù)，共計10組，所有數(shù)據(jù)的平均值即為水煤漿的表觀黏度η。

(3)水煤漿流動性測定。采用目測法，根據(jù)其流動性狀，分為A、B、C、D共4個等級，每個等級標(biāo)準(zhǔn)：A—不間斷流動；B—間斷流動，呈稀糊狀；C—間斷流動，呈粘稠狀；D—不流動。

(4)水煤漿穩(wěn)定性測定。參照GB/T 18856. 4—2008《水煤漿試驗方法 第5部分，將水煤漿置于容器中放在振蕩器中震蕩6 h后，將容器垂直倒懸30 s時間，讓其中的漿體流入另一個容器中，以原容器中水煤漿的殘留物占水煤漿樣的質(zhì)量百分比表示水煤漿的穩(wěn)定性。所占比例越大，表示水煤漿的穩(wěn)定性越差。

式中，SBdyn為水煤漿的穩(wěn)定性，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，%；mA為水煤漿震蕩后試樣瓶中殘留物的質(zhì)量，g；ms為水煤漿試樣的總質(zhì)量，g。

2 結(jié)果分析

2.1 水煤漿濃度、粘度、流動性、穩(wěn)定性

將棉秸稈按比例添加至水煤漿后，與未添加棉秸稈的1號樣進(jìn)行比較，結(jié)果如表4。

由表 4 可知，棉秸稈添加至水煤漿中可顯著提高棉秸稈—水煤漿的粘度和穩(wěn)定性，但漿體的流動性和成漿濃度降低。隨著棉秸稈添加量的增加，成漿濃度明顯降低。這是由于原料煤屬于煤化程度較高的高階煤，氧含量偏低，水分含量也低，孔隙小，在水煤漿中，煤粒吸附的水分含量少，致使水煤漿中流動水分增加，提高了煤粒的分散和流動，使得水煤漿粘度增加，漿體成漿濃度降低。棉秸稈碳化破碎后，比表面積增加，水煤漿中大量水分和細(xì)小顆粒滲入棉秸稈顆粒內(nèi)部，使得水煤漿中的自由流動水分大量缺失，水煤漿粘度增加，流動性變差，從而降低了棉秸稈—水煤漿的濃度。故隨著棉秸稈的添加量增加，棉秸稈—水煤漿中懸浮的纖維狀顆粒增多，粘度變大，棉秸稈—水煤漿的流動性變差，濃度降低。棉秸稈表面含有較多親水性含氧官能團(tuán)，容易與H2O分子通過氫鍵-H產(chǎn)生締合效應(yīng)，使包裹在固體顆粒表面的水化膜厚度增加，顆粒間位阻增大，減少了顆粒間團(tuán)聚絮凝，顆粒沉降速率減低，導(dǎo)致棉秸稈—水煤漿濃度降低；棉秸稈屬于鏈狀高分子物質(zhì)，在漿體中容易與添加的高分子水煤漿分散劑分子發(fā)生交聯(lián)，形成復(fù)雜的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，減緩固體顆粒的沉降作用，延長漿體形成沉淀的時間；另外，棉秸稈的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，煤粒進(jìn)入棉秸稈顆粒中，增加了煤粒間的空間距離，提高了位阻，從而提高了棉秸稈—水煤漿穩(wěn)定性。

綜上所述，隨著棉秸稈添加量的增加，棉秸稈—水煤漿成漿濃度和流動性降低，，但粘度與穩(wěn)定性明顯增加。綜合考慮，棉秸稈添加量以6%(干基)最佳。

2.2 水煤漿pH值

測得棉秸稈—水煤漿pH值見表5。

表5 棉秸稈—水煤漿的pH值

由表5可知，將棉秸稈加入水煤漿中，棉秸稈—水煤漿溶液顯弱堿性，這是因為棉秸稈含有大量的堿性金屬。符合工藝生產(chǎn)要求，pH值為7～9。

3 結(jié) 語

(1)由于棉秸稈中大量纖維狀物質(zhì)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可減緩煤炭顆粒沉降，因而提高了漿體穩(wěn)定性。棉秸稈的強(qiáng)吸水性和大量孔隙結(jié)構(gòu)使得水煤漿體系中的流動水分降低，漿體粘度升高，流動性變差。

(2)利用棉秸稈制備水煤漿，可以有效利用廢棄棉秸稈，為廢棄棉秸稈的處理提供了新的思路。

(3)將棉秸稈添加至水煤漿中的試驗方法可靠，為工業(yè)生產(chǎn)提供了參考依據(jù)。