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高浓度水煤浆制备技术徐志强教授中国矿业大学（北京）国家水煤浆中心制浆技术研究所中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所水煤浆是由约70%的干煤，30%水及少量化学添加剂制成的浆体燃料。应具备下列性质：1.含煤浓度要高，通常为62％～70％；2.煤粒应达到一定的细度。一般要求粒度上限为300微米，其中200网目（74微米）含量75％；3.有良好的稳定性。储运中不产生不可恢复的硬沉淀，一般要求存放期超过一个月；4.流动性要好，并应具有良好的流变特性。一、水煤浆的性质与用途中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所剪切变稀的流变图剪切变稠的流变图左图是我们所希望的一种剪切变稀的非牛顿流体。流动时粘度低，有利于泵送和雾化；静止时粘度高，可防止颗粒沉淀。而不应该做成如右图那种剪切变稠的流体。通常要求在剪切速率为100S-1时，表观黏度1200mPaS。一、水煤浆的性质与用途中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所水煤浆的储、运与燃烧方式与油类似，可替代燃料油。代煤，有节煤与减少环境污染的优点。一、水煤浆的性质与用途中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所我国煤多、油少，煤炭占化石能源储量的92.94％。十五计划纲要中指出：要发挥资源优势，以煤炭为基础能源。据预测，到本世纪中，煤炭在我国一次能源消费结构中的比重还难以降至50％以下。石油是重要的战略物资，但是我国石油储量只占化石能源总量的5.35％。国内石油产量的增加远不能满足消费需求的增长。2002年我国进口原油8000万吨。预测2004年，我国原油将缺口1.2亿吨，国产原油只能满足需求量的58％。对境外石油的依赖程度不断加大，对我国安全构成了严重威胁。以煤代油是我国既定的能源政策。一、水煤浆的性质与用途中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所解决我国石油资源短缺的途径很多，如煤炭液化煤炭液化可直接制得成品油。但是建设大型煤炭液化工厂的技术与装备还需进口。投资大、制得的燃料成本高。据中新社报道，年产油100万吨需投资100亿元,相当吨油/年投资10000元，每吨油耗煤3～4吨。按此初略估计，产品价格不会低于每桶30美元，或每吨1800元。所以，我们认为作为技术储备，建设煤炭液化示范厂是非常必要的,但是目前很难商业化运作。一、水煤浆的性质与用途中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所目前水煤浆虽然只是替代燃料油。但将替代下的燃料油深加工，可得45％左右的汽、柴油，6％的燃料气及25％～35％的重质馏分。按年产100万吨汽、柴油计算，需要用220万吨/年燃料油，约需500万吨/年水煤浆。建浆厂与改炉共需投资约15亿，相当吨油/年投资1500元，只是煤炭液化所需投资的15％。所以，水煤浆是近期代油的经济有效途径。水煤浆还是煤炭间接液化中气化用原料，德士古炉水煤浆造气在我国已实现产业化。此外，一种可替代柴油的精细水煤浆在我校也取得实验室阶段成果。产业化后，将进一步扩大水煤浆代油范围。一、水煤浆的性质与用途中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所1996年江总书记来我校视察水煤浆时指出：“对水煤浆的重要性要提到战略高度来认识”一、水煤浆的性质与用途中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所国家经贸委[2001]1019号文《节约替代燃料油十五规划》中，计划年减少烧油1600万吨，水煤浆列为代油燃料的首选。国家计委[2002]1990号文《煤炭工业十五基本建设指导意见》发展重点中，指出：要积极推进水煤浆厂的建设，以替代燃料油消耗。一、水煤浆的性质与用途中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所二、我国水煤浆发展的进程水煤浆是七十年代末出现的一种新型煤基流体燃料，它既要求浓度高（浓度约70％），又要流动性好，还不能产生沉淀。要同时满足有较大难度，涉及多学科技术。当初只有瑞典和美国掌握，我国立足国内自主开发。1983年国家将“水煤浆制备与燃烧技术”列为国家重点攻关项目。•“六五”属实验室研究；•“七五”进入小规模工业试验；•“八五”以电厂为对象，进行制浆与燃烧的工业示范。我校是我国水煤浆的制备技术的开发单位。“六五”以来，一直承担水煤浆制备技术的国家攻关和制浆厂的设计任务。中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所二、我国水煤浆发展的进程1983年1月，国家科委将“水煤浆制备与燃烧技术”正式列为国家“六五”攻关项目。水煤浆制备技术的开发由中国矿业大学北京研究生部承担。1983年5月，我校制备的“大同水煤浆”首次在浙江大学200公斤/时试验台架上试烧成功。1984年2月第二次制备的4吨“抚顺及恩口水煤浆”运往浙大再次试烧成功。“六五”攻关中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所二、我国水煤浆发展的进程1984年8月，实验室制备的70吨“八一矿水煤浆”，在“北京造纸一厂”的20蒸吨/时工业锅炉上代油燃烧成功。在此期间，由我校提供技术，先后在抚顺矿、八一矿建成了能力各为3万吨/年与2万吨/年的简易制浆厂。1985年获国务院科委、计委、经委及财政部联合发布的“六五国家科技攻关成绩显著”表彰奖。1986年初，顺利通过了六五鉴定，国务院领导同志亲自听取了汇报，井指示要加快水煤浆发展的步伐。中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所二、我国水煤浆发展的进程“七五”攻关进入“七五”后，在国家攻关组的基础上，组建了“华煤水煤浆技术联合中心”以协调水煤浆，同时吸收了有关设计、研究院参加攻关。在此期间，为了借鉴国际同行的经验，建设了中、日合资25万吨/年的兖日制浆厂及引进瑞典技术的25万吨/年北京制浆厂。“七五”攻关我校的任务是开发水煤浆制备工业生产技术与添加剂工业生产技术。“七五”期间，采用我校技术，改扩建了“抚顺制浆厂”、“八一制浆厂”，使能力分别提高到年产7万吨与5万吨，并为北京、淮南两个添加剂生产厂的建设提供了关键技术。1991年分别通过了“七五”鉴定。中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所二、我国水煤浆发展的进程其中浮选精煤制浆技术获山东省科技进步一等奖、水煤浆工业生产技术获能源都科技进步一等奖和国家科技进步三等奖。“用选煤厂细煤制备水煤浆燃料工艺”获国家发明专利。中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所二、我国水煤浆发展的进程“八五”期间，以华煤水煤浆技术联合中心为基础，组建了“国家水煤浆工程技术研究中心”协调水煤浆研究与开发工作，国家水煤浆工程技术研究中心的“制浆技术研究所”与“水煤浆燃烧技术研究所”分别设在中国矿业大学北京研究生部与浙江大学。“八五”攻关的任务是进行大规模制浆与电站燃用水煤浆工业示范，制浆工业示范厂为枣庄矿务局八一矿25万吨/年制浆厂，电站示范厂为淄博白杨河电厂230吨/小时电站锅炉。制浆技术由中国矿业大学承担，燃烧技术由浙江大学承担。该项目已先后于1999年6月和2000年3月通过了由上级主管部门组织的，有国家科技部、国家经贸委及有关专家参加的鉴定。“八五”攻关中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所煤炭成浆性规律的研究；水煤浆粒度分布测试方法与高浓度水煤浆级配技术的研究；水煤浆添加剂研究；高浓度水煤浆制浆工艺研究；高浓度水煤浆磨矿技术的研究；水煤浆流变特性与检测方法的研究；制浆专用设备的研制；制浆厂检测与控制技术的开发；在工程设计中，承担优选制浆原料，确定合理的级配与添加剂配方，制浆工艺设计、主要设备选择与工艺布置，质量检测与控制技术。在水煤浆制浆技术开发中，我校的主要任务是：二、我国水煤浆发展的进程中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所我校开发的制浆技术先后获两次国家科技进步奖，5次省部级科技进步奖。1991年国家科技进步三等奖2002年国家科技进步二等奖二、我国水煤浆发展的进程中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所二、我国水煤浆发展的进程中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所•1999年，“八五”攻关项目“白杨河电厂油炉改烧水煤浆”与“枣庄25万吨/年制浆厂”先后通过鉴定，评为国际先进水平，表明我国水煤浆制备与燃烧技术已经成熟，为推广应用奠定了基础。九十年代初，我国为建25万吨/年制浆厂，只好从国外引进，现在可立足国内。近年还顶退了日本策划了3年时间，企图利用日元贷款的优势，打进中国市场的努力。2000年以来，先后建成了八一、白杨河、汇海、东庞、胜利油田、茂名、大庆盛泰等15座15～50万吨的大浆厂。已形成400万吨/年的制浆能力，南海200万吨/年制浆厂也在建设之中。二、我国水煤浆发展的进程中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所胜利油田50万吨/年浆厂大同汇海100万吨/年浆厂二、我国水煤浆发展的进程中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所建设中的广东南海200万吨/年的水煤浆厂二、我国水煤浆发展的进程中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所我国水煤浆浆厂与产业化规模已跃居国际的前列。内本技国外容项术俄罗斯瑞典日本1.制浆厂规模（万吨）100（已建）200（在建）400（未建成就瘫痪）25502.产浓度，％65～72596664～70品黏度，mPaS1000±20080010001000±200质细度，平均粒度μ44727656～95量稳定储存期3个月1个月3周1个月3.年吨浆投资，元（在中国建厂）100～180—3209604.吨浆添加剂费用，美元3～5—17~1814主要技术经济指标与国外对比二、我国水煤浆发展的进程中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所下面简要介绍我校开发的，也是当今我国普遍采用的制浆技术。其中包括五项：三、水煤浆制备技术1、制浆工艺制浆工艺的选择取决于原料的性质与用户对水煤浆质量的要求。我们主张采用湿法磨矿制浆工艺，湿法磨矿又有高浓度磨矿与中浓度磨矿两种方式。在此，我们推荐两个工艺，对易成浆与中等成浆性的煤种，宜采用高浓度一段磨矿制浆工艺，如图A；对难制浆煤种宜采用两段磨矿级配制浆工艺，如图B。从国外引进的两个制浆厂，都采用了多段磨与中浓度磨矿。中浓度磨矿产品需再经过滤脱水、捏混、搅拌后才能成浆。实践证明，它不如高浓度一段磨矿制浆工艺。中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所制浆原料降灰脱硫*破碎磨矿产生合理粒度分布必要时再度降灰脱硫脱水调浆清除杂质*水*化学添加剂*调整流变性进储罐杂质*高浓度磨矿磨机的能力虽然较中浓度磨矿为低，但它具有更多的优点：磨矿工艺简单，有利于产生较多的细粒改善粒度分布，磨矿过程中分散剂能及时与煤粒新生表面接触，有利于提高制浆效果。这种工艺已能满足大多数煤炭制浆的需要，是用途最广的一种制浆工艺。图A高浓度一段磨矿工艺三、水煤浆制备技术中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所破碎粗磨原煤添加剂水水煤浆产品循环浆细磨浆搅拌与剪切滤浆细磨杂物＋水图B两段磨矿工艺对难制浆煤种，为了尽可能提高产品粒度分布的堆积效率，1987年我们提出了一种两段磨矿级配制浆工艺。该工艺粗磨产生粒度上限符合要求但相对较粗的组份，细磨产生更细的组份。粗磨为高浓度磨矿，最好采用棒磨机；细磨可以采用球磨机或振动磨机，磨矿浓度可以偏低一些，但无需经过过滤脱水，而直接加入粗磨机中，粗磨可得磨矿的最终产品。三、水煤浆制备技术中国矿业大学（北京校区）国家水煤浆中心制浆技术研究所该工艺与意大利和俄罗斯不同之处是，细磨原料不直接来自破碎产品而改用从粗磨产品中分流，这样可大大减小细磨中的破碎比，有利于提高细磨的效率。这种两段磨矿级配制浆工艺可否取得实效，在很大程度上是取决于能否正确地掌握两段磨各自的运行工况、粒度分布与处理量间的配比。俄罗斯虽然采用了这种工艺，但是从实际制浆效果来看，并没有显出优点，堆积效率也只达到70.16％，并不比常规的一磨机高。问题就在于此。我们依靠所掌握的水煤浆磨矿模拟与优化技术，