氣化用水煤漿成漿影響因素分析

尚軍飛，王海社，李健

（1.華電榆林凱越煤化有限公司，陜西榆林 719000）

（2.榆林學院化學與化工學院，陜西榆林 719000）

（3.陜西省低變質煤潔凈利用重點實驗室，陜西榆林 719000）

氣化用水煤漿成漿影響因素分析

尚軍飛1，王海社1，李健2，3

（1.華電榆林凱越煤化有限公司，陜西榆林 719000）

（2.榆林學院化學與化工學院，陜西榆林 719000）

（3.陜西省低變質煤潔凈利用重點實驗室，陜西榆林 719000）

水煤漿技術是濕法煤氣化工藝發展和推廣的“源動力”，對煤炭的潔凈利用、能源結構的調整及生產工藝的優化具有重要意義。本文介紹了水煤漿的質量特征與制備技術，對氣化用水煤漿成漿影響因素進行了分析。

水煤漿；濕法制漿；煤氣化；生產工藝

水煤漿是一種煤基流體燃料，由約65%煤、34%水和1%添加劑通經過物理加工過程制成的具有一定粒度分布、濃度且能流動的漿體。在煤氣化技術中采用濕法煤氣化（水煤漿氣化）工藝已經成為生產企業首選，該法由于煤種適應范圍寬、氣化操作溫度和壓力高、易于操作及安全性高，已成為煤氣化技術發展及研究的重要內容［1］。隨著我國對煤炭潔凈利用的重視和新型煤氣化技術研發的支持，化工和電力行業對水煤漿的需求逐年增加，加速了水煤漿行業的高速發展［2］。

1 水煤漿的質量特征與制備技術

影響水煤漿質量的三大要素是煤質特征、粒度分布以及添加劑。

在煤漿制備過程中，煤質特征及煤粉粒度分布相對固定，加入漿總量約1%的水煤漿添加劑方能制得合格的水煤漿，添加劑選擇、配比是制備高濃度水煤漿的關鍵技術之一，它直接影響著水煤漿的各項性能。煤漿成漿性、煤漿濃度、煤漿粘度、煤漿粒度、水煤漿的穩定性是評價水煤漿質量的重要指標，也是水煤漿氣化工藝過程的重要影響因素之一［3-4］。

1.1 水煤漿的成漿性

煤的成漿性是指將煤制備成水煤漿的難易程度。成漿性與煤炭本身的理化性質有密切關系，最顯著的煤質因素是煤炭分析基水分Mad、哈氏可磨性指數HGI和氧（O）。除此之外，水煤漿的粒度分布（級配）、添加劑、助熔劑、水質、制備條件、溫度等對成漿性都有影響。

1.2 水煤漿的濃度

水煤漿的濃度是指漿中所含固體煤炭的重量百分數。濃度直接影響水煤漿的熱值，濃度越大，水煤漿的發熱量越大，但在高濃度范圍內，水煤漿的粘度將隨濃度增大而顯著增高，粘度過大，對運輸不利［5］。在水煤漿氣化生產中，一般水煤漿濃度在59%-65%（wt）之間。相關研究表明，如果能提高煤漿濃度維持在64%左右，即能夠滿足氣化過程用水和煤漿輸送系統運行需要，還能使得同類型裝置生產能力明顯提高，帶來巨大經濟效益［6］。

1.3 水煤漿的黏度

為了便于利用，在不同的剪切速率或溫度下，要求水煤漿能表現出不同的黏度值。當其靜止時，要求其表現出高黏度，以利于存放；當其受到外力，則能迅速降低黏度，體現出良好的流動性，也就是具有良好的觸變性，或者說是“剪切變稀”的特性。水煤漿還需要類似于油的黏溫特性，升溫后，黏度明顯降低，易于霧化，可以提高燃燒效率。

1.4 水煤漿的粒度

水煤漿的粒度分布，通常又稱為粒度級配的分布，對水煤漿的流變性、穩定性以及燃燒特性影響很大合理的粒徑分布還有利于達到較高的水煤漿濃度。一般情況下，煤炭的最大粒徑不超過300μm，且小于200目（74μm）的顆粒含量不小于75%。煤大顆粒間的空隙由小顆粒充填，小顆粒的空間由更小的顆粒充填，以保證煤粒間應能產生較高的堆積效率（一般＞70%），以形成空隙最少的堆積。

1.5 水煤漿的穩定性

水煤漿穩定性是表示顆粒抗沉降的能力。水煤漿的穩定性是表征水煤漿質量的一項重要指標，它是指煤漿在運輸和貯存過程中，可保持其物性均勻的一種性質。水煤漿是固、液兩相液體，且屬粗分散系，因此產生固、液分離，生成沉淀物不可避免。

1.6 水煤漿制備技術

水煤漿制備有干法和濕法兩種，干法磨制由于能耗較大、可控性差等缺點不如濕法磨制使用采用率高［7］。濕法制水煤漿工藝通常包括選煤、破碎、磨制、攪拌與輸送等環節，如圖1所示。

2 氣化用水煤漿成漿影響因素分析

具有濃度高，流動性好，較強穩定性，良好的剪切稀化效應、沒有硬沉淀的高質量的水煤漿是保障氣化系統運行穩定的重要條件，水煤漿成漿影響因素分析及采取措施主要包括以下幾方面［8］。

2.1 原料煤的選用

原料煤性質是影響水煤漿成漿性的重要因素之一。水煤漿氣化適用煙煤、無煙煤，原料煤的內水小于8℅，灰分13℅，灰熔點低于1300℃。在選用煤種前，必須對原料煤性質進行系統分析和研究，其中包括工業分析、元素分析、發熱量、硫分、灰成分、煤巖組分、可磨性和煤的表面物理化學性質等。通過原料煤性質分析，為下一階段研磨特性試驗、添加劑研究和氣化試驗研究提供基礎數據和數據支持具有重要意義。

2.2 級配技術的使用

水煤漿要求具有良好的粒度分布，使其中不同大小的煤粒能夠相互充填，盡可能減少煤粒間的空隙，達到較高的“堆積效率”。該項技術簡稱為“級配”。根據煤的研磨與煤質特性，將選擇性粗磨與超細磨相結合，通過分級研磨，優化粒度級配，不僅可提高水煤漿的濃度，還可改善水煤漿的流變性，提高后續氣化系統效率，降低能耗。

2.3 制水煤漿工藝與設備的選擇

在給定原料煤的粒度特性與可磨性條件下，如何使水煤漿最終產品的粒度分布能達到較高的“堆積效率”就需要合理選擇磨煤設備與制漿工藝流程。磨煤是水煤漿制備過程中的關鍵環節，不但要求產品達到一定的細度，更重要的是產品應有較好的粒度分布，只有這樣才能保證水煤漿的質量指標達到工藝要求。因此，磨煤工藝流程、磨煤設備、磨機結構及磨機運行工況是完成制漿任務的重要手段。

2.4 添加劑的選擇

添加劑的作用為提高水煤漿質量（高濃度、低粘度，具有良好的流動性與穩定性），添加劑的品種很多，在使用時需對原料煤表面物理化學性質仔細研究，從添加劑分子結構入手，合理選擇合成或復配專用高效添加劑產品，使添加劑對原料煤有良好的分散和穩定性能。

3 結語

水煤漿作為煤氣化過程的重要原料在化學工業中占有重要地位，制漿技術的不斷優化和升級的前提是需要對水煤漿的質量特征、影響因素進行仔細分析，選定合理的依據和技術方案，最終實現高濃度煤漿的均勻性、流動性、穩定性而達到生產要求的目的，并創造良好的經濟效益。

［1］馬園媛.關于水煤漿氣化技術在我國的應用發展［J］.科技與企業，2014，（6）：264-264.

［2］段清兵.中國水煤漿技術應用現狀與發展前景［J］.煤炭科學技術，2015，43（1）.129-133.

［3］王鵬山，李忠勇.水煤漿的成漿特性研究［J］.化工管理，2014，（15）.102-103.

［4］梁興，段清兵，閆黎黎.褐煤改性與級配成漿特性研究［J］.潔凈煤技術，2013，19（4）：45-49.

［5］唐鳳金，張宗飛，游偉等.提高水煤漿成漿濃度的幾種方法［J］.化學工業，2014，32（6）.27-30.

［6］張博濤，趙強.提高水煤漿濃度的技術改造［J］.西部煤化工，2014，（1）：19-20.

［7］席志軍，張艷玲.水煤漿制備工藝的技術研究［J］.企業導報，2014，（19）.102-103.

［8］張洪偉，謝玉杰，梁彥輝.水煤漿濃度影響因素研究［J］.潔凈煤技術，2013，19（3）：71-73.

陜西省教育廳研究項目（2013JK0686）榆林市科技局項目（Gy1309）

尚軍飛（1981-），男，陜西榆林人，工程師，碩士，華電榆林凱越煤化有限公司技術員。從事煤氣化生產管理工作。