本发明涉及水煤浆技术领域，尤其涉及一种适用于水泥回转窑炉的水煤浆及其制备方法。
背景技术：
我国是一个富煤、贫油、少气的国家，煤炭资源相对丰富而石油资源短缺，煤炭占75％以上，石油和天然气相对较少，分别占18％和4％。煤炭资源占化石能资源的比例的状况，决定了我国以煤炭为主的燃料结构格局短期内不会改变。在我国，有80％的煤用于直接燃烧，在燃料利用率低(平均运行效率仅65％)能源浪费严重的同时，又产生大量的污染物，据统计大气中的漂尘、so2、nox、co等污染物80％以上来自煤炭的直接燃烧。据估算，燃煤工业锅炉每年约向大气排放so2640万吨，烟尘800万吨，co26亿吨.向地面排放灰渣8700万吨，产生的污染约占燃煤污染总量的1/3。因此，提高工业锅炉运行效率，减少锅炉耗煤量，在源头上降低污染物排放,是我国能源工业保持持续性发展的重要任务之一。
水煤浆是20世纪70年代石油危机中发展起来的一种以煤代油的新型煤基清洁燃料，同时也可作为生产化工产品的合成气原料。水煤浆是由约65-70％的煤、30-35％的水和0.5-1％的化学添加剂组成的固液分散体系。
在水煤浆生产过程中，需要大量的水，如果能利用工业废水与煤粉制成水煤浆，能够减少废水处理的成本，同时减少了制备水煤浆所需的水资源，降低了水煤浆的成本，节约了宝贵的水资源。同时，废水中的大量有机污染物可通过水煤浆气化反应的方式变为合成气中的有效成分，增加热值，提高煤气化效率，减轻了环境污染。
水泥回转窑在整个煅烧过程中所需的温度750～1450℃，目前此工艺所使用的高热值燃料——煤，主要靠火焰的辐射、热气的对流、窑砖(窑皮)传导等方式传给物料，另外，为了保证物料的质量，物料的煅烧温度必须保证。所以如果在水泥回转窑中用水煤浆代替煤或用水煤浆替代一部分煤，必须考虑水煤浆燃烧温度对物料煅烧的影响。同时，水煤浆燃烧产物灰分具有一定的要求。
技术实现要素：
本发明公开了一种适用于水泥回转窑炉的水煤浆及其制备方法，在水煤浆的制备中，采用煤制烯烃过程得到灰水作为制浆水，并且针对该废水的性质，开发了合适的添加剂，有利于煤粉颗粒的表面性质，使煤粉颗粒在水中具有更好的分散性能，从而改善浆体的流动性和稳定性，该方法制备得到的水煤浆应用于水泥回转窑中，能满足水泥回转窑对温度和灰分的要求。
本发明的技术方案如下：
一种适用于水泥回转窑炉的水煤浆制备方法，包括如下步骤：
(1)按照重量百分比称取制备水煤浆的各原料，其中，干煤60～65％，制浆水34～40％，添加剂1～1.5％；
(2)将干煤进行粉碎，得到粒径小于2mm的煤粉，将得到的煤粉分成两等份；
(3)将其中的一份煤粉加入重量百分比为0.3～0.8％的十二烷基磺酸钠，再加入35％的制浆水，搅拌均匀后静置；
(4)在另一份煤粉中加入重量百分比为0.5～1.0％的环己甲酸咪唑啉，再加入40％的制浆水，搅拌均匀后静置；
(5)将步骤(3)和步骤(4)的物料混合，再加入电解质搅拌均匀后得到水煤浆。
具体的，所述制浆水为煤制烯烃过程得到灰水。所述电解质为碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、硫酸氢钠中的至少一种。
优选的，所述水煤浆的各原料中，干煤65％，制浆水34％，十二烷基磺酸钠0.5％，环己甲酸咪唑啉0.5％。
一种水煤浆应用于水泥回转窑炉的燃烧方法，过量空气系数大于1.1。水泥回转窑炉温度控制在750～1450℃。
本发明中，水泥回转窑炉是一个有一定斜度的圆筒状物，斜度为3～3.5％，借助窑炉的转动来促进料在回转窑内搅拌，使料互相混合、接触进行反应。窑头喷燃料燃烧产生大量的热。热量以火焰的辐射、热气的对流、窑砖(窑皮)传导等方式传给物料。物料依靠筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动。生料从窑尾筒体高温进入筒体内进行煅烧。由于窑体的倾斜和缓慢的回转，使物料产生一个既沿着圆周方向翻滚，又沿着轴向从高端向低端移动的复合运动。生料在窑内通过分解、烧成及冷却等工艺过程，烧成水泥熟料后从窑筒体的低端卸出，进入冷却机。燃料从窑头喷入，在窑内进行燃烧，发出的热量加热生料，使生料煅烧成熟料，在与物料热交换过程中形成的热空气，由窑进料端进入窑尾系统，最后由烟囱排入大气。
在水煤浆制备过程中，水煤浆添加剂的比例小，但是水煤浆性能的影响是很大的。水煤浆添加剂本质上属于是一种表面活性剂，主要功能官能团为亲水基团和疏水基团。其主要作用机理为添加剂疏水基团与煤炭表面通过分子间作用力结合，亲水基团与水煤浆内自由水通过氢键结合并将煤炭颗粒均匀分散，进而优化水煤浆品质：提升煤浆流动性和稳定性并降低粘度。因此水煤浆添加剂是制备高品质水煤浆的重要组成部分。添加剂与煤种，制浆水等具有一定的适配性，采用煤制烯烃废水制备水煤浆，在添加剂选配方面与常规的水煤浆制备有所不同，煤制烯烃废水中一般含有水煤浆制备所需要的分散剂和稳定剂，有利于提高成浆性能；但同时废水中的部分化学物质也可能和添加剂反应导致添加剂中毒失效，所以需要开发合适的添加剂。
煤制烯烃废水中,主要物质为氨氮、硫化物、氰化物、甲醇和固体悬浮物等组分，cod在800～1300mg/l，氨氮在200～350mg/l之间,该废水具有cod含量高、离子种类多且含量较高的特点，用于水煤浆制备时存在添加剂作用易被削弱的问题，本发明采用复配水煤浆添加剂，将煤粉分成2份，其中一份用阴离子添加剂十二烷基磺酸钠进行处理，结合废水中的反离子，使煤颗粒表面的电位降低，于是粒子间的静电排斥作用消失，煤粒便发生凝聚。另外一份用两性离子环己甲酸咪唑啉处理，该表面活性剂具有良好的亲水性，有效改善煤粉表面的疏水状况，促进其分散在水溶液中。在水煤浆制备过程中，如两种添加剂同时加入，添加剂之间的相互作用会减弱效果，将水煤浆分开处理，两种添加剂的作用的同时强化，赋予了分散剂十分优异的分散效果、可调的稳定效果。因此，添加了本发明的两性离子分散剂后的水煤浆具有浓度高、粘度低、稳定性好、对制浆煤种和制浆水质要求低等特点。
本发明的有益效果：
本发明能减少煤的用量，减少的煤用水来替代，减少锅炉能耗，热效率增高。为了克服现有煤资源匮乏，本发明为回转窑提供了一种安全、热效率较高的水煤浆有机热载体。
本发明针对煤制烯烃作为制浆水开发新的复配添加剂，将不同种类的添加剂分批加入到水煤浆制备过程中，制得的水煤浆具有高浓度、低粘度、稳定性和流变特性好的特点。
本发明利用水煤浆技术对工业废水进行资源化回收利用，既降低了水煤浆的制备和应用成本，又综合利用了化工废水，实现了废水的变废为宝和零排放，具有显著的经济效益和环保意义。
具体实施方式
将干燥后的煤样放于球磨机中磨制5个小时，得到粒径小于2mm的煤粉，将得到的煤粉分成两等份，用以制备水煤浆。
采用干法制浆技术：计算出制浆所需的煤粉、制浆水以及添加剂中各组分的用量，将得到的煤粉分成两等份，每一份按照重量百分比称取所需的原料，其中的一份煤粉按照以下重量百分比：干煤60～65％，制浆水34～40％，添加剂十二烷基磺酸钠0.5％，将称量的制浆水倒入制浆罐内，并将十二烷基磺酸钠倒入制浆罐内，通过搅拌将十二烷基磺酸钠溶解在制浆水中，并继续搅拌10～20min，然后，将干煤粉缓慢加入到制浆罐内，一边加入煤粉一边搅拌，使其充分混合，充分搅拌30～60min，停止搅拌后，静置10～60分钟。
另一份煤粉按照以下重量百分比：干煤60～65％，制浆水34～40％，添加剂环己甲酸咪唑啉0.8％，将称量的制浆水倒入制浆罐内，并将环己甲酸咪唑啉倒入制浆罐内，并继续搅拌10～20min，然后，将干煤粉缓慢加入到制浆罐内，一边加入煤粉一边搅拌，使其充分混合，搅拌30～60min，停止搅拌后，将该份混合物缓慢加入到第一份煤粉制成的混合物中，同时加入电解质。继续搅拌搅拌30～60min，拌时间以混合均匀、流动良好为准，放置60min得到水煤浆。水煤浆表观粘度和流变特性采用haakevt550型粘度计测定，浆体浓度采用gb/t18856.2-2008规定的干燥箱干燥法进行测量。
实施例1
按照以上操作方法，根据不同重量百分比的煤粉、制浆水和添加剂的量，制备水煤浆，预设煤粉重量占比60％，制浆水重量占比为38.6％，十二烷基磺酸钠重量占比0.5％，环己甲酸咪唑啉重量占比0.8％，电解质碳酸钠为0.1％，其中制浆水为煤制烯烃过程得到灰水。结果如表1中序号1组所示。
实施例2
按照以上操作方法，根据不同重量百分比的煤粉、制浆水和添加剂的量，制备水煤浆，预设煤粉重量占比60％，制浆水重量占比为38.9％，十二烷基磺酸钠重量占比0.5％，环己甲酸咪唑啉重量占比0.5％，电解质碳酸钠为0.1％，其中制浆水为煤制烯烃过程得到灰水。结果如表1中序号2组所示。
实施例3
按照以上操作方法，根据不同重量百分比的煤粉、制浆水和添加剂的量，制备水煤浆，预设煤粉重量占比65％，制浆水重量占比为33.9％，十二烷基磺酸钠重量占比0.5％，环己甲酸咪唑啉重量占比1.0％，电解质碳酸氢钠为0.1％，其中制浆水为煤制烯烃过程得到灰水。结果如表1中序号3组所示。
实施例4
按照以上操作方法，根据不同重量百分比的煤粉、制浆水和添加剂的量，制备水煤浆，预设煤粉重量占比65％，制浆水重量占比为33.6％，十二烷基磺酸钠重量占比0.3％，环己甲酸咪唑啉重量占比1.0％，电解质碳酸氢钠为0.1％，其中制浆水为煤制烯烃过程得到灰水。结果如表1中序号4组所示。
实施例5
按照以上操作方法，根据不同重量百分比的煤粉、制浆水和添加剂的量，制备水煤浆，预设煤粉重量占比65％，制浆水重量占比为33.1％，十二烷基磺酸钠重量占比0.8％，环己甲酸咪唑啉重量占比1.0％，电解质硫酸钠为0.1％，其中制浆水为煤制烯烃过程得到灰水。结果如表1中序号5组所示。
表1实施例1-5制备得到的水煤浆成浆效果
从上表中可以看出，本发明实施例水煤浆具有高浓度、低粘度、稳定性好的特点。
实施例6
用实施例1的水煤浆用于水泥回转窑炉中，在冷空气助燃的情况下，水煤浆的理论燃烧温度也可达到1700℃，实际炉温可达1300℃以上；而当有250℃的热风助燃时，其理论燃烧温度可达1900℃，实际炉温可达1400℃；而当采用900℃热风助燃(如玻璃窑炉)时，理论燃烧温度可达2150℃左右，实际炉温达到1600℃。燃烧水煤浆完全能够满足其对温度的要求。检测水泥回转窑炉烟气的成分，得到以下数据：
表2水泥回转窑炉烟气检测结果
经实践证明，以燃烧水煤浆替代或部分替代重油及煤，不仅能够满足工业窑炉加热工艺的要求，燃烧后烟气满足环保的要求，获得十分客观的经济效益。