（矿物加工工程专业论文）贵州盘北选煤厂煤泥制水煤浆级配技术研究及热特性分析.pdf

贵州大学硕士学位论文 摘要 目前，我国矿区存在大量未被充分利用的煤泥，既浪费了能源，又污染了环 境，同时还影响选煤厂的正常生产。煤泥直接制浆燃烧技术不仅能解决上述问题， 而且能简化选煤厂煤泥水处理流程，节约选煤厂基建投资，降低选煤成本。 本文选用贵州盘北选煤厂的煤泥进行实验室制浆实验，对在制浆过程中影响 水煤浆成浆性的关键因素之一级配技术进行了研究，包括粗细粒子单独制浆实 验、双峰级配制浆实验、多峰级配制浆实验及理论级配制浆实验，旨在找出一种 最佳粒度级配，使得其制成的煤泥水煤浆在浓度、粘度、稳定性上均能满足应用 要求，最终得出煤泥粒度( - 3 2 0 目、3 2 0 - 2 0 0 目、2 0 0 1 0 0 目、1 0 0 - 6 0 目) 的最 佳配比为6 0 ：1 0 ：2 0 ：1 0 。此时粘度值为1 0 2 6 m p a s ，稳定性达六天以上，最高制 浆浓度为6 2 ，己满足工业应用要求。 在了解煤浆的燃烧特性方面，本文应用t g - d t g - d t a 热分析联用技术对原煤泥 和最佳级配下制得的煤浆进行热特性分析，并比较了不同浓度下煤浆燃烧特性的 差别，为其应用于工业生产提供一定的参考。 关键词：煤泥，水煤浆，级配，双峰，多峰，热特性 i l i 贵州大学硕士学位论文 s u m m a r y a tp r e s e n t ，t h e r ei sp l e n t yo fs l u d g ei n s u f f i c i e n t l yu s e di no u rc o u n t r y sm i n i n ga r e a s ，w h i c h b o t hw a s t e sr e s o u r c e sa n dc o n t a m i n a t e se n v i r o n m e n t ，a tt h es a m et i m e ，a f f e c t st h en o r m a l l y p r o d u c i n go fc o a lw a s h e r y t h et e c h n o l o g yo fb m n i n gc w m , m a d e o fs l u d g e c 缸n o to n l ys o l v e t h e s ep r o b l e m sb u t s i m p l i f y t h ep r o c e s s i n gf l o w o fs l u d g ew a t e ri nc o a lw u s h e r y , s a v e c o n s t r u c t i o ne x p e n d i t u r e o f c o a l w a s h e r y a n d l o w e r t h e c o s t o f c o a l d r e s s i n g , t h i sp a p e rc h o s et h es l u d g eo fp a n b e ic o a lw a s h e r yi ng u l z h o ut od ot h ee x p e r i m e n t so f p u l p i n g , a n ds t u d i e dt h eg r a d e dt e c h n o l o g y , w h i c hi do n eo ft h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h ep r o p e r t yo f p u l p i n gd u r i n gm e n t i o n e da b o v ep r o c e s s ，i n c l u d i n gs e p a r a t ee x p e r i m e n t so fp l l l p m gu s i n gc o a r s e a n df i n ep a n i c l e ，d o o b l e - h u m p u dg r a d e de x p e r i m e n t s ，m u l t i p l e - p e r k e dg r a d e de x p e r i m e n t sa n d t h e o r e t i c a lg r a d e de x p e r i m e n t s , i no r d e rt of i n da l lo p t i m u mg r a d a t i o no fp a r t i c l es i z e , t h u si t s m a d e - u pc w m c a nm e e tt h ed e m a n do i ld e n s i t y , v i s c o s i t ya n ds t a b i l i t y t h r o u g hm u l t i p l e e x p e r i m e n t s ，w e h a v e g o tt h eo p t i m u mm i x l m er a t i oo fp a r t i c l e s i z e o fs l u d g e 5 3 2 0 ，3 2 0 2 0 0 ，2 0 0 1 0 0 ，1 0 0 - 6 0s i e v en u m b e r ) ：6 0 ：1 0 ：2 0 ：1 0 ，u n d e rt h i sc o n d i t i o n , v i s c o s i t y n u m b e ri s1 0 2 6m p a s ，t i m eo fs t a b i i i t yi s6d a y sa n dt h eh i g h e s tp u l p i n g d e n s i t yi s6 2 i nt h ea s p e c to fu n d e r s t a n d i n gt h ec o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fc w m t h i sp a p e ra n a l y s e d t h et h e r m a lp e r f o r m a n c e0 fc w mm a d eb yo p t i m u mg r a d a t i o na n dp n m a r ys l u d g eu s i n gt h e t e c h n o l o g yo ft g - d t g - d t at h e r m a la n a l y s i s ，a n dc o m p a r e dt h e i rd i f f e r e n c e so fc o m b u s t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fc w mu n d e rd i f f e r e n td e n s i t y , t h e nw i l l 季v cac e n a i ne s t i m a t i o no fi t s c o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c sf o rc o n u - u e r c i a lr u n k e y w o r d s ：s l u d g e ，c w m ，g r a d a t i o n , d o u b l e - h u m p e d , m u l t i p l e - p e r k e d , c o m b u s t i o n c h a r a e t e r i s t i c s 贵州大学硕十学位论文 原创声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究在做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：邀建 日 期：2 型z 年一月 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权贵州大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：过导师签名：亟壅盔生丝日期：埠年互月 贵州大学硕士学位论文 第一章绪论 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，也是世界上少数几个以煤为主要 能源的国家之一。到本世纪中叶，以煤为主的能源结构将不会改变。2 0 0 3 年我国 的煤炭消费量己超过1 7 亿t ，占能源消费比例的7 0 以上：而石油、天然气则分别 只占1 7 2 $ 1 1 3 2 ，其中进口原油占2 5 已超过7 0 0 0 万t “1 。 根据中国富煤、缺油、少气的能源资源特点，资源利用率较低、环境污染和 浪费严重的现状，国家建立资源节约型能源体系将十分重要。水煤浆作为节约和 替代石油以及洁净煤利用的示范与推广技术，对于发挥中国煤炭资源优势，既符 合国情要求，又可保证能源安全，具有现实和长远意义嘲。 1 1 本课题的来源及意义 煤泥是选煤厂的主要副产品，对煤泥水的处理更是选煤厂生产中的关键问 题。1 9 9 5 年，我国有各类选煤厂6 0 0 多座，原煤入选量2 8 亿t ，入选比重2 1 7 ， 选煤厂排出的煤泥量超过1 0 0 0 万。t 啪。2 0 0 2 年末，全国共有3 万t 以上入洗能 力的选煤厂1 6 0 2 座，入洗原煤能力6 2 亿t ，入洗原煤4 1 亿t 。2 0 0 3 年末， 据不完全统计，全国原煤入洗能力为6 5 亿t 以上，原煤入洗量为5 0 亿t 左右， 原煤入洗比重在3 0 2 皇右，煤泥产量约为入洗原煤的l o 2 0 ，煤泥年排放量 约5 0 0 0 万t ，根据国家综合部门规划，到2 0 2 0 年，全国煤炭生产量为2 2 2 4 亿t ，入洗比重应达9 0 左右“1 ，随着原煤入洗比例的增大，煤泥产量还会增加。 煤泥堆积形态极不稳定，自流而不成形，遇水即流失、风干即飞扬。大量的未被 利用的煤泥不仅造成能源的浪费，更严重污染矿区的环境，甚至会影响到选煤厂 的正常生产。 煤泥直接制水煤浆技术不仅能解决上述问题，而且能简化选煤厂煤泥水处理 流程，节约选煤厂基建投资，降低选煤成本。煤泥水煤浆技术是在高浓度水煤浆 基础上发展起来的煤泥燃烧应用技术。它是利用洗煤泥经简易制浆，就地就近用 于工业锅炉及其它热工设备燃烧，达到以煤泥代煤为目的的一项新的工业利用煤 泥的综合技术。它的出现是受以前某些工业利用煤泥方式的启发和高浓度水煤浆 技术的直接影响。因此，可以说煤泥水煤浆技术是水煤浆技术的延伸和发展。 贵州大学硕士学位论文 在技术特点及优势上，煤泥水煤浆的制备比高浓度水煤浆简单得多。其原因： 一是它较好地利用了煤泥的细颗粒和高含水量的特点，这使其磨制工艺大为简化 或省去不用；二是因为煤泥水煤浆是就地就近燃用，不需长距离运输及较长时间 贮存，对其稳定性要求不高，因此可不加或少加添加剂。所有这些使制浆成本大 为降低。在低成本的情况下即可将煤泥加工成浓度为5 5 6 5 、灰分为2 0 4 0 的中低浓度、中高灰分的煤泥水煤浆。 煤泥水煤浆技术开发应用的现实意义：一是提高煤炭的整体利用率，改善煤 炭产品结构。变低价值、低效率、高污染、分散民用的方式为高经济价值、高效 率、低污染、相对集中的工业应用方式；二是解决矿区煤泥排放储存过程中因流 失造成的地面污染和大量分散不完全燃烧排放造成的大气污染；三是解决煤泥出 路，确保选煤生产的正常进行，并有可能缩短及简化选煤生产中煤泥水处理工艺 流程”1 。 1 2 水煤浆发展的历史及现状 水煤浆是2 0 世纪8 0 年代初开发的一种煤基流体燃料，特点是污染低、效率高、 流动性强，像油一样易于装卸储存及直接雾化燃烧。自2 0 世纪7 0 年代初石油危机 以来，世界上许多发达国家都相继投入大量人力和财力进行水煤浆技术的研究和 开发，目前此技术己趋成熟，进入普遍应用阶段“1 。 1 2 1 发展历史概述 煤浆燃烧的概念可以追溯至l j m u n s e l l 和s m i t h 的专利“1 ( 1 8 7 9 年) ，其后对于这 种浆状燃料的制备方法和发展前景也有一些文献论述。这时候的煤浆概念是指以 煤粉同其他流体调制成的一种浆状燃料( 如油煤浆、水煤浆和甲醇煤浆等) ，但由 于油价一直偏低而未获发展，直至1 1 1 9 1 4 年才有煤浆的小规模应用。作为技术储备， 在6 0 年代，美国、原苏联和原西德相继进行过水煤浆直接燃烧的小型试验，尽管 获得了较满意的结果，但由于经济上的原因而中止。 煤浆发展的转机是7 0 年代的石油危机，由于这次危机，使人们自然想到这种 燃料，开始受到许多国家政府的重视，作为一种替油燃料研究。但7 0 年代的研究 主要集中在油煤浆，没有真正摆脱对石油的依赖，经济上还存在问题。 2 贵州大学硕士学位论文 水煤浆真正迅速发展是8 0 年代，美国、日本、加拿大、瑞典、意大利、原苏 联相继投人大量研究力量，开发各种技术，到8 0 年代中期，普遍进入商业性应用 阶段。但此后由于油价持续下跌，研究规模缩小，研究重点也转移到超低灰煤浆 直接代油和作为替代燃料等更广泛的用途上。但日本和原苏联则仍继续进行这方 面研究。在日本，在燃煤设计的6 0 万k w 燃油锅炉上用水煤浆已有多年，成为第一 台长期连续直接掺烧煤浆的大型电站锅炉”1 。在原苏联1 9 8 8 年建成的由别洛沃到 新西伯利亚2 6 0 k m 的水煤浆输送管道，以及制浆能力5 0 0 万t 的大型制浆厂和1 2 0 万k w 发电能力的大型电厂水煤浆燃烧工程，成为世界上第一个以制浆管道运输 - 直接燃烧应用的大型水煤浆示范工程。1 。 1 2 2 国内外研究现状 ( 1 ) 美国 美国水煤浆的研究与开发是由能源部发起，由大学、研究所和公司共同研究 开发，这些机构包括匹兹堡能源技术中心、大西洋研究有限公司、西部湾工业联 合体、马塞诸塞技术研究所、阿尔佛莱大学、b w 公司等。 在制浆和运输方面，1 9 7 0 年c o n s o l i d a t i o n c o a l 公司制成浓度为6 8 的水煤浆 n 0 1 ，1 9 7 9 年a l f r e d 大学以有机离子表面活化剂为分散剂，制成浓度为7 5 的水煤 浆“”。目前美国水煤浆年生产能力超过3 5 0 0 0 t ，现有输送管道两条，正计划筹建 的有六条总长约1 万k m ，总运输量达1 亿t ，占全国总煤量的1 0 9 6 左右。 燃烧方面试验包括：佛罗里达动力与照明公司曾成功地在燃油锅炉上进行为 期1 2 0 天的水煤浆燃烧试验；匹兹堡能源中心在5 1 4 8 k w 锅炉上进行燃烧试验“； 电力研究所对4 2 个大中型锅炉进行改烧水煤浆的试验；卡罗来钠洲剂岛库哈物电 厂7 5 m w 和波士顿电厂1 2 0 m w 锅炉，也分别进行了燃烧试验。另外美国还将水煤浆 作为原料进行气化，如t e x a c o 公司曾研究开发一种新的煤气化工艺和气化装置 t e x f l c o 炉”3 。 ( 2 ) 日本 日本由于缺乏矿物资源，石油蕴藏量贫瘠，国内需求的石油主要依赖于进口， 受石油危机冲击的影响最大。因此对于水煤浆这种较为理想的代油燃料的开发和 应用极为重视，许多大型企业纷纷开展了水煤浆的研究工作“。到1 9 8 5 年为止， 贵州大学硕士学位论文 在水煤浆方面的专利就有3 5 4 项之多n 5 1 。 日本对水煤浆的研究主要由东京电力公司、日本c o m 株式会社、出光兴产株式 会社组织进行。日本c o m 公司从1 9 8 1 年开始开展煤浆制备的研究，于1 9 8 2 年起在 小名洪c o m s t 造厂生产油煤浆，用船海运油煤浆至横须贺电厂。1 9 8 5 年在横须贺 电厂1 2 6 5 7 k w 机组上，实现了1 0 0 烧油煤浆，随后在2 。机组上也开始燃用油煤 浆。每年燃用油煤浆约6 0 万t ，至1 9 9 0 年共燃用油煤浆4 1 8 万t 。尽管所燃用的油 煤浆浓度约为5 0 ，但是作为燃料多样化的政策，仍不失为是一种有效的措施。 由于水煤浆能百分之百代油，这对于一个石油资源极为贫乏的国家来说是非 常有吸引力的。因此日本于1 9 8 2 年起开展了对水煤浆的研究，1 9 8 5 年东京电力、 东北电力和常磐共同火力三家公司合作建立了一个综合水煤浆试验基地。试验项 目包括：水煤浆燃烧、管道运输、船舶运输、c 嘲贮存、c w m s r 造和除尘等。1 9 8 8 年开始大规模生产水煤浆，水煤浆制备所采用的煤种为四种澳大利亚原煤，至 1 9 9 0 年共生产水煤浆1 7 8 7 j t ，全部送至电厂燃用，水煤浆浓度为6 5 6 9 。 水煤浆燃烧试验是在常磐共同火力株式会社勿来发电厂7 5 7 1 k w 4 。机组上进 行，锅炉容量为2 6 0 t h ，全部燃用水煤浆。整个试验共计燃烧水煤浆1 0 8 7 t 。 通过试验可以认为水煤浆在电站锅炉上燃烧实现以煤代油是可行的。 在这以后又对6 0 万肼的大型电站锅炉进行了改造，把四角切圆燃烧器每角一 只燃烧器改成水煤浆燃烧器，经现场实际调试，燃烧稳定，效果良好。 日本还将准备计划一个a c c ( a d v a n c e dc o a lc h a i n ) 工程，把水力采煤、制浆、 管道输送及应用组织在一起成为一个独立的系统，进一步提高水煤浆的利用率。 ( 3 ) 中国 在我国。水煤浆研究始于8 0 年代。早期迸行基础研究的科研单位有浙江大学、 清华大学等“6 删。1 9 8 3 年，水煤浆制备与燃烧列入国家“六五”攻关项目。1 9 8 4 年基本完成实验室研究和试验工作。1 9 8 3 年5 月，中国矿业学院研究生部以干法 工艺制成水煤浆，在浙江大学2 4 0 k g h 试验炉点火燃烧成功。至1 j 1 9 8 5 年底，中国 矿业学院研究生部水煤浆制备中心建成抚顺和八一两条制浆线。北京造纸一厂 2 0 t h 锅炉采用浙江大学开发的燃烧技术进行多次燃烧试验，累计运行6 8 7 h ，连 续运行最长为1 4 3 h ，达到了预定要求1 。 进入“七五”期间，北京造纸一厂6 0 t h 锅炉燃用水煤浆多项指标达到了国 4 贵州大学硕士学位论文 际水平，同时水煤浆在工业窑炉的应用也取得了成功”。 “八五”期间，电站燃用水煤浆技术的开发，列入国家“八五”攻关项目， 华煤水煤浆中心、浙江大学在山东白杨河电厂试烧水煤浆成功，标志着我国电站 应用水煤浆的开始嗌1 。 1 9 9 8 年以来，我国水煤浆制备厂加快了发展步伐。截至2 0 0 2 年底，我国共有 水煤浆厂1 5 座，设计能力约为4 3 m t a ，为5 年前的近7 倍。不过规模都不大，年 产量从5 万t 5 0 万t 不等。生产规模都没有达到经济规模，企业的影响力小，厂 家没有控制产品价格的能力，而且我国水煤浆厂分布也不均衡，虽然山东省煤炭 产量只占全国的十分之一左右，但是水煤浆公司数量却占到全国的半壁江山，总 设计制备能力约为2 o m t a ；其次分布在山西大同和北京，分别约占全国的2 3 5 和1 1 7 。还有一批正在建设中的水煤浆厂，主要集中在东北地区和广东省， 如广东茂名水煤浆厂扩建工程、辽河油田水煤浆厂和广东南海水煤浆厂等。1 。 以煤代油作为我国一项基本政策，可以预计水煤浆技术的发展必将对我国的 经济产生重大影响。 除上述国家外，还有瑞典、德国、加拿大、意大利、法国、英国、韩国、印 度、澳大利亚等。”都相继开展了这方面工作，水煤浆的应用范围也从一般工业锅 炉、电站锅炉扩大到燃气轮机、动力发动机等方面。 综上所述，目前国内外水煤浆技木的发展趋势主要表现为： ( 1 ) 由小规模的工业性示范厂、试验厂向大型化、商业化方向发展。 ( 2 ) 水煤浆的应用向多用途方向发展。水煤浆不仅作为一种代油燃料，在电 站锅炉、工业锅炉上应用，而且正在开发研究多种燃烧技术，在特定的条件下代 替气体燃料。 ( 3 ) 水煤浆向大型化、系统化方向发展。从煤炭水力开采、煤浆制备、管道 运输贮存、用户燃烧一直到环保处理，整个成套技术正在走向系统化、规范化。 ( 4 ) 水煤浆发展的另一趋势是，基于水煤浆燃烧特点，水煤浆研究向低污染 燃烧方向发展。 1 3 水煤浆成浆性的影响因素捌 影响水煤浆特性的因素主要有煤的煤质特性、煤粉的粒度组成、添加剂的类 5 贵州大学硕士学位论文 型及用量、水质、制备工艺( 磨制工艺、设备、搅拌强度、时间等) 、温度等，对 水煤浆产品总的要求是在较低粘度和较好稳定性下，尽量提高其浓度。 1 3 1 煤质对成浆性的影响 ( 1 ) 变质程度 从元素分析c 、h 、0 、n 、o c 、h c 、n c 中，o c 比对成浆性影响最大，o c 比增大，成浆性变差。煤中o c 比反映含氧官能团的多少，含氧官能团羰基- c = 0 、 羟基一0 h 、羧基- c 0 0 h 等，随着煤的变质程度加强，煤中o c 比、极性官能团减 少，成浆性变好。因为极性官能团越高，煤表面的亲水性和电性也越高，在煤表 面吸附大量的水分子，形成坚固的水化膜，减小了自由流动水量。另外，煤表面 带负电，极性官能团含量越高，基表面电性就越强，从而削弱了煤表面对阴离子 型添加剂的吸附，因而成浆性差。低变质程度的烟煤比高变质程度的烟煤成浆性 差。 ( 2 ) 煤表面的孔隙特性 煤表面的孔隙特性一般有真密度、视密度、最高内在水分、孔隙度、比表面 积、平均孔径以及孑l 分布等表征，这些参数是相互联系的。 最高内在水分( n i c ) ，它是煤表面的极性和孔隙度的综合体现，这些水分分 布在煤的内表面，当浆体的重量浓度相同时，就要减少起流动介质的水，使粒度 升高，因此，煤的最高内在水分越高，其成浆性越差。 煤的孔隙是由不同孔径的孔分布而成，对成浆性影响的是水能否进入其中的 孔，有学者研究孔径大于4 0 0 h 的孔起主要影响作用。 煤的比表面积反映煤孔隙度的大小，高比表面积的煤，增加添加剂的消耗量。 ( 3 ) 煤岩组分 煤岩组分可以分成镜质组、半镜质组、丝碳组、稳定组、矿物组。煤中的极 性官能团主要分布在镜质组分中，因此，镜质组分越高的煤越难成浆，另外，丝 碳的组分高，孔隙大，可磨性指数( h g i ) 减小，不易成浆。 ( 4 ) 矿物质( 灰分) 矿物质对煤成浆性的影响较为复杂，煤中的矿物质包括粘土类、硫化物类、 碳酸盐类、氧化物类、硫酸盐类等，通过煤的液相成分分析，可以得知，可溶性 6 贵州大学硕士学位论文 矿物质中的可溶离子浓度( p 咖，产生的金属阳离子，使液相中的颗粒表面阴离 子的电位降低，减小了粒子间的斥力，而导致水煤浆的粘度升高。研究发现，高 岭土和膨润土之类的粘土质，由于其遇水膨胀，因而使水煤浆的粘度升高。 灰分对成浆性的影响随煤种和添加剂而异，o c 比低，添加剂复杂( 多种复 配) 时，煤成浆性随灰分升高而变好，否则相反。这是因为灰分高，会出现一种 情况是煤表面不均性大，成浆难调节；另一种情况是密度大，相同重量浓度时， 体积浓度变小。 当添加剂简单时，前一种情况成为突出矛盾，因而灰分升高，成浆性变差； 当添加剂复配时，后一种情况成为主要矛盾，因而灰分高成浆性变好。 ( 5 ) 可磨性( h 6 i ) 可磨性直接反映磨矿的难易程度，可磨性好的煤实际上可以得到更多的微细 颗粒，因而提高了堆积效率，易制得高浓度的水煤浆。 图1 1 煤化程度与可磨性的关系 煤表面有较多的亲水部分，水会在煤表面形成一层坚固的水化膜，从而减少 了用于流动的自由水量，结果高极性的煤难以制备出高浓度低粘度的水煤浆，成 浆性差。 低变质程度强极性的褐煤，难以制备出高浓度低粘度的水煤浆，但由于它的 强极性，在水中能稳定存在。 高变质程度( c c 时可用于实际生产) 。 ( 4 ) 落棒实验：静置3 d 及6 d 后，用长3 0 c m 重4 9 1 9 的玻璃棒从水煤浆液面落下， 能够无阻力到达底端的是自由落棒，需要稍加外力到达底端的为软沉淀。 2 8 贵州大学硕士学位论文 第四章双峰及多峰级配技术研究 4 1 未经筛分的煤泥成浆性实验 用未经筛分过的自然堆积的煤泥制成不同浓度的水煤浆，分析、比较它们的 粘度、流动性及稳定性。由表4 - i 及图4 1 可见：在相同的粒度组成下，水煤浆 的粘度随着浓度的上升而上升，析水率逐步下降，其稳定性也趋于增强。浓度在 6 0 时，煤浆的粘度满足要求，但析水率高达4 1 ，且三天及六天后落棒实验均 为软沉淀，表明稳定性差：浓度在6 4 时，虽然稳定性能满足要求，但发现粘度 过高，无法流动，已不能满足实际应用要求。 表4 1 未经筛分的煤泥成浆性实验 6 06 2 煤浆成浆浓度 图4 1 未经筛分的煤泥成浆浓度与粘度的关系 因此，用未经筛分的煤泥制浆，即使能成浆，但其粘度、稳定性、流动性难 以同时满足应用要求。 5 1 5 o l 0 n。_【*善di趟舞蝼 贵州大学硕士学位论文 4 2 单一粒度煤泥成浆性实验 把+ 2 0 0 目煤泥粒子称为粗粒子，一2 0 0 目煤泥粒子称为细粒子。为了研究粗、 细粒子各自在煤浆中的作用，分别用6 0 - i o o 目、+ 2 0 0 目的粗粒子和- 2 0 0 目、一3 2 0 目的细粒子单独制浆。 4 2 1 粗粒子的成浆性实验 用6 0 一t o o 目、+ 2 0 0 目煤泥分别制成不同浓度的水煤浆，其粘度、流动性、 稳定性的结果如表4 2 、表4 - 3 ，粘度和煤浆浓度的关系见图4 z 、图4 3 。 表4 - 26 0 1 0 0 目煤泥成浆性实验 童 萎 名 囊 禁 蝼 5 86 06 26 4 煤浆成浆浓度肺 图4 。26 0 - 1 0 0 目煤泥成浆浓度与粘度的关系 贵州大学硕士学位论文 煤浆成浆浓度 图4 3 + 2 0 0 目煤泥成浆浓度与粘度的关系 实验中发现，当浆体浓度达6 0 时，浆体搅拌起来仍是没有粘稠感，难以成 浆，而是松散的两相混合物，且其析水率很高，表明其稳定性极差；当浆体浓度 达到6 2 时，此时浆体搅拌起来有了粘稠感，表明其粘度值有了变化。从煤浆粘 度与浓度关系图( 图4 2 、图4 3 ) 中，可以看出煤浆浓度在6 0 9 6 - 0 2 2 _ 间时， 粘度值陡然变高，且析水率降了很多甚至浆体没有了析水，说明其稳定性得到了 改善，但流动性仍不能满足应用要求。 总体来看，粗粒子是难以成浆的，即使在较高的浓度下，其成浆性仍不如未 经筛分的煤泥。在相同浓度下，+ 2 0 0 目粒子的浆体粘度高于6 0 1 0 0 目粒子浆体 粘度。这说明在较窄粒度分布范围内( 6 0 - 1 0 0 目) ，粒子的堆积效果不如粒度分 布范围较大的( + 2 0 0 目) ，粒子的平均粒径越大，其成浆性越差。 苦；葛di毯颦媒蝼 贵州大学硕士学位论文 4 2 2 细粒子的煤泥成浆性实验 用- 2 0 0 目、一3 2 0 目的煤泥分别制成不同浓度的水煤浆，其粘度、流动性、 稳定性的关系如表4 q 、表4 - 5 。粘度和煤浆浓度的关系见图4 4 、图4 5 。 对于一3 2 0 目的干燥煤泥，总能看到松软的呈球形聚集在一起的煤粉，这是 因为细粒子的表面自由能太高，煤粉自动地团聚在一起减小自己的表面自由能的 趋势。 表4 4 - 2 0 0 耳煤泥成浆性实验 乌 窖 盖 趟 摇 媒 蝼 6 6 5 86 0 6 2 煤浆成浆浓度 图4 4 2 0 0 目煤泥成浆浓度与粘度的关系 贵州大学硕士学位论文 睾2 重 越 瓤 蝼 0 5 25 45 65 8 煤浆成浆浓度 图4 5 3 2 0 目煤泥成浆浓度与粘度的关系 实验过程中，由于细粒煤泥的表面自由能比粗粒煤泥的高，即使在有表面活 性剂存在的情况下，手动搅拌细粒煤泥( - 3 2 0 目) 试图使它溶解到水中时感到 非常困难，而- 2 0 0 目、+ 2 0 0 目及6 0 一1 0 0 目煤泥成浆实验时就容易得多。 从表4 4 、表4 - 5 中可以看出，当粒度分布一样时，煤泥浆体的粘度和稳定 性随着煤浆浓度的增加而增加，而流动性则变差。当- 2 0 0 目煤泥浆体浓度为5 8 时，其粘度值、流动性及稳定性都符合应用要求，再提高制浆浓度，稳定性能满 足要求，但粘度值己超过应用要求；当- 3 2 0 目煤泥浆体浓度为5 4 时，其粘度值、 流动性及稳定性也满足应用要求。在符合应用要求的条件下，一2 0 0 目煤泥浆体 浓度要e e - 3 2 0 目煤泥浆体浓度高4 0 个百分点。这说明组成煤浆的煤泥的粒径 分布越窄，其可应用的制浆浓度就越低。并且在相同浓度下，一3 2 0 目煤泥成浆 粘度远高于一2 0 0 目煤泥浆，这说明更细粒级的粒子对煤泥粘度的提高有重要作 用。 贵州大学硕士学位论文 4 2 3 小结 单一粒度煤泥成浆性实验表明，粗粒子难以成浆，即使在较高浓度下，其粘 度远远超于应用要求，且其稳定性，流动性极差，不能满足应用要求。当组成煤 浆的粒子的粒度分布相同时，煤浆的粘度随煤浆浓度的增加而增加，煤浆的稳定 性随也煤浆浓度增加而变好。在相同浓度下，组成煤浆的粒子的粒径越小，其粘 度值越高。在粘度满足应用条件下，组成煤浆的粒子的粒径越小，其可应用的制 浆浓度越低。 用未经筛分的煤泥制浆，虽能成浆，但它的粘度、稳定性、流动性难以同时 满足应用要求。用粗粒子的煤泥制浆，组成煤浆的粒子平均粒径越大，粒度分布 越窄，其成浆性越差。用细粒子的煤泥制浆，组成煤浆的粒子的平均粒径越小， 粒度分布越窄，其粘度值越高。从所得到的数据分析，细粒子在煤浆中的作用主 要是提高煤浆的粘度。 4 3 粗细粒子双峰级配成浆性实验 4 3 1 2 0 0 目和+ 2 0 0 目的煤泥级配成浆性实验 用2 0 0 目的筛子筛分煤泥，筛下的煤泥是一2 0 0 目，筛上的煤泥是+ 2 0 0 目。把 筛上煤泥和筛下煤泥按不同质量比混合，按3 4 煤泥制浆的流程及步骤制浆。 当制浆浓度为6 0 时，其粘度、稳定性、流动性结果如表4 - 6 。 表4 - 6 2 0 0 目和+ 2 0 0 目的煤泥级配成浆性实验 当制浆浓度为6 2 时，其枯度、稳定性、流动性结果如表4 7 。 贵州大学硕士学位论文 当制浆浓度为6 4 时，其粘度、稳定性、流动性结果如表4 - 8 。 表4 - 8 - 2 0 0 目$ 1 + 2 0 0 目的煤泥级配成浆性实验 睾2 董l | | 薹o 髅 一2 0 0 目粒子在煤泥中的比重 + 制浆浓度为6 0 + 制浆浓度为6 2 - 一制浆浓度为6 删 图4 6 不同浓度下，一2 0 0 目和+ 2 0 0 目煤 泥级配成浆粘度曲线图 实验中，当粗粒子在煤泥中的比例在5 0 以上时，煤水混合物搅拌起来没有 贵州大学硕士学位论文 粘性，出现明显析水，难以成浆。当细粒子在煤泥中的比例在5 0 时，勉能成浆， 但析水率较高，易出现软沉淀；当细粒子在煤泥中的比例超过8 0 时，发现在这 三个浓度范围下粘度值远远超标。 从表4 - 6 、表4 - 7 ，表4 - 8 中可以看出：当制浆浓度为较低的6 0 时，粘度、 稳定性及流动性满足应用要求的有三个配比：7 0 3 0 、7 5 2 5 、8 0 2 0 。当制浆浓 度为6 2 时，粘度、稳定性及流动性满足应用要求的有两个配比：7 0 3 0 、7 5 2 5 。 当制浆浓度为6 4 时，在所有配比中，稳定性达t l y 要求，但粘度值均高于应用 指标。 由图4 6 可知，在同一配比下，随着浓度的增大，其粘度值也变大。在同一 浓度下，随着细粒子在煤泥中的比例增加，其粘度值也增大。 4 3 2 2 0 0 目和6 0 1 0 0 目的煤泥级配成浆性实验 取一2 0 0 目和6 0 - 1 0 0 目的煤泥按一定比例，按3 4 配置成浆，分析比较它们 的粘度、稳定性及流动性。 当制浆浓度为6 0 时，其粘度、稳定性、流动性结果如表4 - 9 。 表4 - 9 2 0 0 耳和6 0 1 0 0 目的煤泥级配成浆性实验 当制浆浓度为6 2 时，其粘度、稳定性、流动性结果如表4 1 0 。 贵州大学硕士学位论文 当制浆浓度为6 4 时，其粘度、稳定性、流动性结果如表4 1 1 。 表4 - 11 2 0 0 目和6 0 1 0 0 目的煤泥级配成浆性实验 2 1 1 4 0 7 0 2 0 0 目粒子在煤泥中的比重 + 制浆浓度为6 0 + 制浆浓度为6 2 + 制浆浓度为6 4 图4 7 不同浓度下，一2 0 0 目和6 0 一1 0 0 目煤 泥级配成浆粘度曲线图 从表4 - 9 、表4 一l o 、表4 一儿中可以看出：煤浆的粘度、稳定性规律与上一 苦；善ll毯瓣装蝼 贵州大学硕士学位论文 组实验数据相同，但每一个浆体的粘度值都比上组实验的粘度值高。其制浆浓度 6 2 为可应用的最高制浆浓度，该浓度比单独用一2 0 0 目粒子制浆的最高浓度5 8 高4 0 个百分点。在此制浆浓度下，细粒子在煤泥中的比例达到7 0 - s o z 间时， 煤浆的粘度、稳定性及流动性能满足应用要求。低于此比例时，煤浆的稳定性不 能满足要求；高于此比例时，煤浆的粘度值太高。 4 3 3 3 2 0 目和+ 2 0 0 目的煤泥级配成浆性实验 取- 3 2 0 目和+ 2 0 0 目煤泥按一定比例，按3 4 配置成浆，分析比较它们的粘 度、稳定性及流动性。 当制浆浓度为5 8 时，其粘度、稳定性、流动性结果如表4 - 1 2 。 表4 1 2 3 2 0 目和+ 2 0 0 目的煤泥级配成浆性实验 当制浆浓度为6 0 时，其粘度、流动性、稳定性结果见表4 1 3 表4 - 1 3 - 3 2 0 目和+ 2 0 0 目的煤泥级配成浆性实验 贵州大学硕士学位论文 当制浆浓度为6 2 时，其粘度、稳定性、流动性结果见表4 1 4 表4 - 1 4 - 3 2 0 目和+ 2 0 0 目的煤泥级配成浆性实验 5 06 07 08 0 - 3 2 0 目粒子在煤泥中的比重届 十制浆浓度为5 8 十制浆浓度为6 0 + 制浆浓度为6 2 图4 8 不同浓度下，一3 2 0 目和+ 2 0 0 耳煤 泥级配成浆粘度曲线图 本组实验中发现，用- 3 2 0 目煤泥粒子去配比，其能达到的可应用的制浆浓 度为6 0 ，比上两组实验的可应用最高浓度6 2 低2 0 个百分点，但却比单独用 一3 2 0 目煤泥粒子制浆的最高浓度5 4 高6 0 个百分点。可见，粗细粒子的级配改 善了粒子在煤浆中的堆积效果，降低了浆体粘度，提高了制浆浓度。 由表4 - 1 2 、表4 - 1 3 、表4 - 1 4 可知，在较高的制浆浓度下，细粒子与粗粒子 的最佳级配为7 0 3 0 、7 5 2 5 。同一浓度下，随着细粒子在煤泥中比例的增加， 析水率逐渐降低，煤浆稳定性增强。 4 3 4 3 2 0 目和6 0 1 0 0 目的煤泥级配成浆性实验 取一3 2 0 目和6 0 1 0 0 目的煤泥按一定比例，按3 4 配置成浆，分析比较它们 的粘度、稳定性及流动性。 b【皇、馘嚣臻磺 贵州大学硕士学位论文 当制浆浓度为5 8 时，其粘度、稳定性、流动性结果如表4 1 5 。 表4 1 5 3 2 0 目和6 0 - 1 0 0 目的煤泥级配成浆性实验 当制浆浓度为6 0 时，其粘度、稳定性、流动性结果如表4 一1 6 。 表4 1 6 3 2 0 目和6 0 - 1 0 0 目的煤泥级配成浆性实验 当制浆浓度为6 2 时，其粘度、稳定性、流动性结果如表4 - 1 7 。 表4 1 7 3 2 0 目和8 0 - 1 0 0 目的煤泥级配成浆性实验 贵州大学硕士学位论文 一3 2 0 目粒子在煤泥中的比重 十制浆浓度为5 腓+ 制浆浓度为6 脯- - 4 1 - - 制浆浓度为6 蕊 图4 ，9 不周浓度下，一3 2 0 目和6 0 1 0 0 且煤 泥级配成浆粘度曲线图 与上组实验相比，在相同浓度、级配下，本组的浆体粘度值比上组实验的粘 度值都要高，煤浆能达到的最高浓度也为6 0 。在此浓度下，粘度、稳定性、流 动性满足应用要求的级配为7 0 3 0 。 通过这四组不同粒子问的级配成浆实验，我们发现，一2 0 0 目粒子与粗粒子 的级配使其制浆浓度提高到6 2 ，比单独一2 0 0 目粒子制浆浓度5 8 提高了4 0 个 百分点；一3 2 0 目粒子与粗粒子的级配使其制浆浓度提高到6 0 ，比单独一3 2 0 目 粒子制浆浓度5 4 提高了6 0 个百分点。这说明粗细粒子的混合搭配可以明显提 高煤浆的制浆浓度、降低煤浆的粘度、提高煤浆的稳定性。 同样，双峰级配成浆性实验与单粒度煤泥成浆性实验相比，不仅在制浆浓度 上获得了提高，更使其稳定性得到了很好的提高，即使是在较差的级配下，其浆 体稳定性也从三天出现析水提高到了六天出现析水。在双峰级配成浆性实验中， 当粗粒子在煤泥中的比例为5 0 以上时，成浆性极差；当细粒子在煤泥中的比例 为7 0 - 8 0 时，煤浆粘度、稳定性、流动性能同时满足应用要求，此时制浆效果 最好。 4 1 贵州大学硕士学位论文 4 4 多峰级配煤泥成浆性实验 4 4 1 3 2 0 目和2 0 0 3 2 0 目的煤泥级配制浆实验 把煤泥分成两种粒度：小于3 2 0 目、2 0 0 3 2 0 目，按一定比例，按3 4 配置 成浆。通过制浆实验来找出- 3 2 0 目粒子在煤浆中较佳的配比范围，进而调整其 余三个粒度的质量分数来求得煤浆粘度、稳定性及流动性符合要求的最佳级配。 其实验结果如下表。 当制浆浓度为5 8 时，其粘度、稳定性、流动性结果如表4 一1 8 。 表4 - 1 8 - 3 2 0 目和2 0 0 3 2 0 目的煤泥级配成浆性实验 当制浆浓度为6 0 时，其粘度、稳定性、流动性结果如表4 1 9 。 表4 1 9 - 3 2 0 目和2 0 0 3 2 0 目的煤泥级配成浆性实验 贵州大学硕士学位论文 一3 2 0 目粒子在煤泥中的比重 + 制浆浓度为5 粕+ 制浆浓度为6 碱 图4 1 0 不同浓度下，一3 2 0 目和2 0 0 3 0 0 日 煤泥级配成浆粘度曲线图 从表4 一1 8 、表4 一1 9 的实验结果分析，- 3 2 0 目和2 0 0 - 3 2 0 目煤泥的级配制浆 最高浓度为5 8 。在两种细粒子的级配中，当一3 2 0 目粒子在煤泥中的比例低于 6 0 时，浆体的粘度值过低，导致稳定性不好，出现软沉淀；当- 3 2 0 目粒子在煤 泥中的比例高于7 0 时，浆体粘度值过高，给泵送造成很大困难。因此，- 3 2 0 且粒子在煤泥中的比例为6 0 r - 7 0 时，煤浆的粘度和稳定性才可能达到最佳值。 4 4 2 多峰级配煤泥成浆性实验 把煤泥分成四种粒度：d 1 为6 0 1 0 0 目、见为1 0 0 2 0 0 目、d 3 为2 0 0 3 2 0 目、d 为一3 2 0 目，按3 4 制浆，制浆时保持一3 2 0 目的粒子在煤泥中的比例为 6 0 - 7 0 ：2 _ 间，通过调整其余三个粒度的比例，使得煤浆在最高浓度下，浆体粘 度，稳定性及流动性达到最佳值。实验结果如下表： 当制浆浓度为6 2 时，其粘度、稳定性、流动性结果如表4 - 2 0 。 贵州大学硕士学位论文 当制浆浓度为6 4 时，其粘度、稳定性、流动性结果如表4 - 2 1 。 表4 2 1 多峰级配下的煤泥成浆性实验 ：由表4 2 0 、表4 2 l 可知，当制浆浓度为6 2 时，有五种粒度配比的煤浆粘 度、稳定性以及流动性都符合应用要求；当制浆浓度为6 4 时，各种配比下的煤 贵州大学硕士学位论文 浆都不符合要求。在粘度、稳定性和流动性都符合应用要求下，应尽量选择粘度 小的煤浆，以减少泵送和雾化时的能量损耗。因此，1 0 ：2 0 ：1 0 ：6 0 配比是最佳的 煤浆级配，6 2 为其最高制浆浓度。 通过多峰级配实验，确定了有五种粒度级配符合制浆要求，其中以 1 0 ：2 0 ：1 0 ：6 0 的配比为最佳配比，此时粘度为1 0 2 6 m p a s ，最高浓度为6 2 。 4 5 理论级配煤泥成浆性实验 采用a l f r e d 方程计算出煤泥各粒度分布的百分含量。 a l f r e d 方程： 】，。垡：二型 d 2 一d ； 式中： d 某个粒度； y 一小于粒度d 的粒级含量； d 颗粒体系中的最大粒度； d s 颗粒体系中的最小粒度； n 一模型参数。 在本次实验中，煤泥颗粒体系中的最小粒度以取d s = l p m ，模型参数n = o 3 7 时，有最高的堆积效率。代入各值，分别计算出各粒度的百分含量得： k = 4 8 7 8 y | 细2 5 8 7 4 k 2 8 0 0 5 2 1 0 0 按照此比例，按3 4 进行级配制浆。其粘度、稳定性、流动性结果如表4 2 2 。 贵州大学硕士学位论文 6 0 6 26 4 煤浆成浆浓度 图4 11 理论级配下煤泥成浆浓度与粘度的关系 由实验可知，采用a l f r e d 方程理论级配制备的煤浆的稳定性都不好，达不 到应用要求。将采用a 1 f r e d 方程计算出来的理论级配和实验得出的最佳级配进 行比较，见表4 - 2 3 。 表4 2 3 两种级配的粒度对比 实验级配 理论级配 l o 1 9 9 5 2 0