本发明涉及节能环保技术领域，涉及一种用于水煤浆锅炉的水煤浆及其制备方法、应用系统，尤其涉及一种用于流化床水煤浆锅炉的水煤浆及其制备方法、应用系统。
背景技术：
水煤浆是新型煤基液体燃料，它具有石油一样的流动性，热值相当于油的一半，被称为液态煤炭产品。水煤浆技术是一项涉及多门学科的系统技术，具有经济性(燃烧效率高)，安全性，广泛性，高效性和环保性(污染物排放低)等特点。其灰分及含硫量低，燃烧时火焰中心温度较低，燃烧效率高，烟尘、SO2及NOX排放量都低于燃油和燃煤。许多国家基于长期的能源战略考虑，将其作为以煤代油的燃料技术进行研究、开发和储备。
我国的水煤浆研究工作起步于70年代末，80年代初，与国外同步。中国是一个富煤、少气、贫油的国家，因此近年来，我国的水煤浆制备技术和燃烧技术发展很快，达到了国际水平。先后完成了工业锅炉、电站锅炉、轧钢加热炉、热处理炉、炉窑等燃用水煤浆的工程试验，水煤浆作为新型环保燃料，正被越来越多的企业所认识，采用水煤浆技术可进一步优化煤炭企业的产品结构，提高煤炭企业经济效益。水煤浆按用途分为燃料用水煤浆和气化用水煤浆，是一种低污染、高效率和可管道输送的代油煤基流体燃料，水煤浆是一种最现实的煤基流体燃料，也是一种制备相对简单，便于运输储存、安全可靠低污染的新型洁净燃料。因此水煤浆技术是是当今洁净煤技术的重要组成部分，也是21世纪最现实、最有市场的洁净煤技术，在中国的能源战略中占有非常重要的地位。从长远来看，随着国民经济的发展，我国能源供需矛盾将进一步加大，环境对燃料的约束也进一步加强，水煤浆的使用量将逐步加大。因此，水煤浆的应用前景非常广阔。
然而，现有的水煤浆对原料煤品质要求热值高、灰分少，而且要求加工粒度细，使用时易造成锅炉浆枪堵塞、炉膛结焦，进而导致生产应用系统运行不稳定。
因此，如何提供一种利用资源广泛的低品质煤生产水煤浆的制备技术，并且结合流化床水煤浆锅炉能够稳定运行的应用系统，已成为洁净能源水煤浆领域内科研人员研发的重点。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于流化床水煤浆锅炉的水煤浆及其制备方法，特别用于悬浮流化或循环流化床水煤浆锅炉的水煤浆及其制备方法。本发明设计的水煤浆和水煤浆应用系统，在使用资源广泛、品质较低的原料煤情况下生产出的水煤浆，应用于流化床锅炉时，可以确保锅炉的稳定运行，而且产热和排放指标均达到国家标准。
本发明提供了一种用于水煤浆锅炉的水煤浆，包括：
优选的，所述煤的加入量为60～66重量份。
优选的，所述水煤浆为燃料水煤浆；
所述水煤浆中煤的最大粒径小于等于0.5mm；
所述水煤浆中，粒径为100～300μm的煤的质量占煤的质量比大于等于45％。
优选的，所述煤的种类包括烟煤、次烟煤、褐煤和半焦煤中的一种或多种。
优选的，所述稳定剂包括硫酸亚铁、碳酸二甲酯、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺中的一种或多种；
所述分散剂包括萘磺酸盐、木质素磺酸盐和磺化腐殖酸中的一种或多种。
优选的，所述水煤浆的热值大于等于3600kcal/kg；
所述水煤浆的灰分为6％～20％；
所述水煤浆的粘度小于等于1500mpa·s。
本发明提供了一种用于水煤浆锅炉的水煤浆的制备方法，包括以下步骤：
A)将经过初破碎的原煤、水和分散剂进行球磨，筛分过滤后，得到半成品浆料；
B)将上述步骤得到的半成品浆料和稳定剂混合后，剪切，均质得到水煤浆。
优选的，所述半成品浆料的最大粒径小于等于0.5mm；
所述半成品浆料中，粒径为100～300μm的煤的质量占煤的质量比大于等于45％。
优选的，所述混合为搅拌混合；
所述搅拌的转速为24～59转/分；
所述剪切的转速为1290～1440转/分。
本发明还提供了一种水煤浆应用系统，包括上述技术方案任意一项所述的水煤浆或上述技术方案任意一项所制备的水煤浆，和燃水煤浆锅炉；
所述燃水煤浆锅炉包括悬浮流化床锅炉和/或流态重构循环流化床锅炉。
本发明提供了一种用于水煤浆锅炉的水煤浆，包括50～80重量份的煤、20～50重量份的水、0.1～0.5重量份的分散剂以及0.01～0.04重量份的稳定剂。本发明还提供了一种水煤浆应用系统，包括上述技术方案任意一项所述的水煤浆或上述技术方案任意一项所制备的水煤浆，和燃水煤浆锅炉；所述燃水煤浆锅炉包括悬浮流化床锅炉和/或流态重构循环流化床锅炉。与现有技术相比，本发明针对现有的水煤浆对原料煤品质要求热值高、灰分少，而且要求加工粒度细，以及在使用时易造成锅炉浆枪堵塞、炉膛结焦，进而导致生产应用系统运行不稳定的缺陷，对水煤浆的组分进行了优化调整，并且在特定的燃水煤浆锅炉上进行搭配组合，不仅降低了水煤浆对原料煤品质的要求，而且还有效的解决了原水煤浆在炉膛内无法达到的循环燃烧，造成能源浪费的问题。此种水煤浆及其应用系统燃烧温度更低，产生热力型氮氧化物较少。
本发明提供的水煤浆应用系统能够利用较低品质的原料煤生产出可供水煤浆锅炉使用的水煤浆，保证锅炉的稳定运行，而且产热和排放均能达到国家标准。
实验结果表明，所述水煤浆的粒度参数为150目通筛率在35％～45％，燃烧使用时，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物排放指标，均低于国家标准要求的排放指标。
附图说明
图1为本发明提供的用于水煤浆锅炉的水煤浆的制备工艺流程简图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用工业纯或水煤浆领域常规的纯度即可。
本发明提供了一种用于水煤浆锅炉的水煤浆，包括：
本发明对所述煤没有特别限制，以本领域技术人员熟知的煤的种类即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明所述煤的种类优选包括烟煤、次烟煤、褐煤和半焦煤中的一种或多种。本发明对所述煤的使用量没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明通过优化组合，结合适当的燃水煤浆锅炉，所述煤的用量优选为50～80重量份，也可以为53～75重量份，也可以为55～70重量份，也可以为60～66重量份。
本发明对所述水的加入量没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明通过优化组合，结合适当的燃水煤浆锅炉，所述水的加入量优选为20～50重量份，也可以为25～47重量份，也可以为30～45重量份，也可以为34～40重量份。
本发明对所述分散剂没有特别限制，以本领域技术人员熟知的分散剂的种类即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明所述分散剂优选包括萘磺酸盐、木质素磺酸盐和磺化腐殖酸中的一种或多种，更优选为萘磺酸盐、木质素磺酸盐或磺化腐殖酸。本发明对所述分散剂的使用量没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明通过优化组合，结合适当的燃水煤浆锅炉，所述分散剂的用量优选为0.1～0.5重量份，也可以为0.15～0.45重量份，也可以为0.17～0.4重量份，也可以为0.2～0.35重量份。
本发明对所述稳定剂没有特别限制，以本领域技术人员熟知的分散剂的种类即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明所述稳定剂优选包括硫酸亚铁、碳酸二甲酯、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺中的一种或多种，更优选为硫酸亚铁、碳酸二甲酯、羧甲基纤维素钠或聚丙烯酰胺。本发明对所述稳定剂的使用量没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明通过优化组合，结合适当的燃水煤浆锅炉，所述稳定剂的用量优选为0.01～0.04重量份，也可以为0.013～0.035重量份，也可以为0.015～0.03重量份，也可以为0.018～0.025重量份。
本发明对所述水煤浆锅炉没有特别限制，以本领域技术人员熟知的水煤浆锅炉即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明通过优化组合，结合适当的燃水煤浆锅炉，所述水煤浆锅炉优选为流化床水煤浆锅炉，更具体优选为悬浮流化床锅炉和/或流态重构循环流化床锅炉，最优选为悬浮流化床锅炉或流态重构循环流化床锅炉。
本发明对所述水煤浆的粒径没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明通过优化组合，结合适当的燃水煤浆锅炉，所述水煤浆中煤的最大粒径优选小于等于0.5mm，更优选小于等于0.4mm，最优选小于等于0.3mm。所述水煤浆中，粒径为100～300μm的煤的质量优选占煤的质量比大于等于45％，更优选大于等于50％，最优选大于等于55％。
本发明对所述水煤浆的其他条件没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明所述水煤浆优选为燃料水煤浆。
本发明所述水煤浆的热值优选大于等于3600kcal/kg，更优选大于等于3800kcal/kg，最优选大于等于4000kcal/kg；所述水煤浆的灰分优选为6％～20％，更优选为8％～18％，最优选为10％～15％；所述水煤浆的粘度优选小于等于1500mpa·s，更优选小于等于1400mpa·s，最优选小于等于1300mpa·s。
本发明通过组分上的优化和细化，再结合适当的燃水煤浆锅炉，使得本发明提供的水煤浆能够在较低的添加剂和较粗颗粒的基础上，依然能够保证锅炉的稳定运行，而且产热和排放均能达到国家标准；有效的解决了现有的水煤浆对原料煤品质要求热值高、灰分少，而且要求加工粒度细，以及在使用时易造成锅炉浆枪堵塞、炉膛结焦，进而导致生产应用系统运行不稳定的缺陷，而且还有效的解决了原水煤浆在炉膛内无法达到的循环燃烧，造成能源浪费的问题。此种水煤浆及其应用系统燃烧温度更低，产生热力型氮氧化物较少。具有运行成本低和应用前景广的优势。
本发明还提供了一种用于水煤浆锅炉的水煤浆的制备方法，包括以下步骤：
A)将经过初破碎的原煤、水和分散剂进行球磨，筛分过滤后，得到半成品浆料；
B)将上述步骤得到的半成品浆料和稳定剂混合后，剪切，均质得到水煤浆。
本发明对所述制备方法中的原料的选择范围和优选原则，与前述用于水煤浆锅炉的水煤浆中的选择范围和优选原则均一致，在此不再一一赘述。
本发明首先将经过初破碎的原煤、水和分散剂进行球磨，筛分过滤后，得到半成品浆料。
本发明对所述初破碎没有特别限制，以本领域技术人员熟知的初破碎的条件和设备即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明所述初破碎后的粒度优选小于等于5mm，更优选小于等于4mm，最优选为小于等于3mm。
本发明对所述球磨没有特别限制，以本领域技术人员熟知的球磨的条件和设备即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明所述球磨的设备优选为湿式球磨机；所述球磨后的粒度优选为500～75μm，更优选为355～85μm，更优选为330～95μm，最优选为300～100μm。
本发明对所述筛分过滤的设备和操作步骤没有特别限制，以本领域技术人员熟知的筛分过滤的步骤和设备即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明所述筛分过滤的设备优选为振动筛；所述筛分过滤后的粒度优选为400～75μm，更优选为355～85μm，更优选为330～95μm，最优选为300～100μm；所述筛分过滤后的粗颗粒优选重新与球磨后的原料混合，再次进行筛分过滤。
本发明将上述步骤得到的半成品浆料和稳定剂混合后，剪切，均质得到水煤浆。
本发明对所述混合的设备和操作步骤没有特别限制，以本领域技术人员熟知的混合的步骤和设备即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明所述混合优选为搅拌混合。本发明对所述搅拌混合的具体参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的搅拌参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明所述搅拌混合的转速为24～59转/分，更优选为29～54转/分，最优选为34～49转/分。
本发明对所述剪切的具体参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的剪切的参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本发明所述剪切优选为高剪切处理，所述剪切的转速优选为1290～1440转/分，更优选为1330～1400转/分，最优选为1350～1380转/分。
参见图1，图1为本发明提供的用于水煤浆锅炉的水煤浆的制备工艺流程简图。
本发明还提供了一种水煤浆应用系统，包括上述技术方案任意一项所述的水煤浆或上述技术方案任意一项所制备的水煤浆，和燃水煤浆锅炉。
本发明所述燃水煤浆锅炉优选为流化床水煤浆锅炉，更优选具体包括悬浮流化床锅炉和/或流态重构循环流化床锅炉，最优选为悬浮流化床锅炉或流态重构循环流化床锅炉。
本发明上述步骤提供了一种用于水煤浆锅炉的水煤浆以及该水煤浆应用系统，本发明针对现有的水煤浆对原料煤品质要求热值高、灰分少，而且要求加工粒度细，以及在使用时易造成锅炉浆枪堵塞、炉膛结焦，进而导致生产应用系统运行不稳定的缺陷，对水煤浆的组分进行了优化调整，并且在特定的燃水煤浆锅炉上进行搭配组合，不仅降低了水煤浆对原料煤品质的要求，而且还有效的解决了原水煤浆在炉膛内无法达到的循环燃烧，造成能源浪费的问题。此种水煤浆及其应用系统燃烧温度更低，产生热力型氮氧化物较少。本发明提供的水煤浆应用系统能够利用较低品质的原料煤生产出可供水煤浆锅炉使用的水煤浆，保证锅炉的稳定运行，而且产热和排放均能达到国家标准。
实验结果表明，所述水煤浆的粒度参数为150目通筛率在35％～45％，燃烧使用时，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物排放指标，均低于国家标准要求的排放指标。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种用于水煤浆锅炉的水煤浆及其制备方法、应用系统进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例用的原料煤为山东新汶矿煤，其全水Mt＝11％，分析水为Mad＝5％，收到基灰分Aar＝16.45％。
所述方法包括以下步骤：
将新汶矿煤初破碎至粒径小于3mm的煤粒；
将小于3mm的煤粒与水、分散剂按照65.7:34.1:0.2质量比投入球磨机进行研磨混合筛分过滤后，得到半成品浆料；
将上述步骤得到的半成品浆料，再投入0.03质量比例的稳定剂进行混合、均质后，得到水煤浆成品；
上述水煤浆浓度为62.4wt％，煤粉最大粒径≤0.5mm，50～150目粒径的煤粉占比为52.84％，150目以下的煤粉占比为39.15％，粘度为1050mpa·s，稳定性良好。
实施例2
本实施例用的原料煤为山西阳泉煤，其全水Mt＝6.65％，分析水为Mad＝2.03％，收到基灰分Aar＝18.21％。
所述方法包括以下步骤：
将山西阳泉煤初破碎至粒径小于3mm的煤粒；
将小于3mm的煤粒与水、分散剂按照66.3:33.5:0.25质量比投入球磨机进行研磨混合筛分过滤后，得到半成品浆料；
将上述步骤得到的半成品浆料，再投入0.035质量比例的稳定剂进行混合、均质后，得到水煤浆成品；
上述水煤浆浓度为63wt％，煤粉最大粒径≤0.5mm，50～150目粒径的煤粉占比为51.23％，150目以下的煤粉占比为40.25％，粘度为986mpa·s，稳定性良好。
实施例3
本实施例用的原料煤为陕西神木煤，其全水Mt＝15.9％，分析水为Mad＝3.13％，收到基灰分Aar＝15.35％。
所述方法包括以下步骤：
将陕西神木煤初破碎至粒径小于3mm的煤粒；
将小于3mm的煤粒与水、分散剂按照65.4:34.3:0.3质量比投入球磨机进行研磨混合筛分过滤后，得到半成品浆料；
将上述步骤得到的半成品浆料，再投入0.04质量比例的稳定剂进行混合、均质后，得到水煤浆成品；
上述水煤浆浓度为61.5wt％，煤粉最大粒径≤0.5mm，50～150目粒径的煤粉占比为52.22％，150目以下的煤粉占比为34.81％，粘度为715.7mpa·s，稳定性良好。
水煤浆循环流化床锅炉，采用我国地域内所使用的常规煤种制成的水煤浆，其颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物排放指标，均低于国家标准要求的排放指标。参见表1，表1为本发明实施例1～3制备的水煤浆锅炉排放与国家标准排放对比。
表1本发明实施例1～3制备的水煤浆锅炉排放与国家标准排放对比
以上对本发明提供的一种用于水煤浆锅炉的水煤浆及其制备方法、应用系统进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。