一种用半焦制备水焦浆的方法及装置与流程

本发明涉及半焦成浆技术领域，尤其涉及一种用半焦制备水焦浆的方法及装置。

背景技术：

水煤浆是由煤、水和添加剂通过物理加工得到的一种可管道输送的代油煤基流体燃料，它可用于燃烧、气化，与传统的煤炭利用方式相比，具有低污染、高效率的优点。而半焦是煤在热解或不完全气化条件下得到的无挥发分、高碳含量的固体产物，具有与煤类似的成浆性，因此，将半焦制备成水焦浆成为半焦高效利用的一种方式，同时，也能够为上游工艺提供能量或原料。

现有的煤成浆技术主要为湿磨成浆，即将粒度小于20mm的煤与水、添加剂混合之后，按照一定配比加入研磨机，通过研磨制成一定浓度的浆料；而半焦与煤相比，其粒度小、孔隙发达，孔隙率超过80％，吸水性极强，通过湿磨成浆时会在棒磨机口处大量吸水而堵塞设备。因此，在现有技术中，半焦成浆多采用干磨工艺，即先将半焦干磨至40微米以下，再将磨细后的半焦与水和添加剂在成浆罐中搅拌混合制备水焦浆，但是，由于磨细后的半焦具有密度小以及疏水性强的特点，搅拌器的转速需要达到500-1000转/分钟，而工业放大的搅拌器的转速多在100转/分钟以内，因此，在采用工业放大的搅拌器搅拌时，成浆速度慢甚至难以成浆，限制了半焦的大规模高效利用。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于，提供一种用半焦制备水焦浆的方法及装置，解决了现有技术中难以实现半焦成浆的工业放大的问题，为半焦的大规模高效利用创造了条件。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种用半焦制备水焦浆的方法，包括：

步骤1)将半焦干磨成粉，获得具有预设粒度的半焦粉末；

步骤2)连续将半焦粉末、水和添加剂按配比添加入制浆罐中，并在搅拌作用下混合，同时，采用将混合液以第一流量持续打回至液面的方式，将漂浮在液面的半焦粉末打散和润湿，使得所述半焦粉末、水和添加剂不断混合成浆；

可选的，所述方法还包括：步骤3)随着所述半焦粉末、水和添加剂不断混合成浆，当混合液的液位高度达到制浆罐的预设高度时，对所述制浆罐中的混合液进行检测，并根据检测结果将所述混合液以第二流量从所述制浆罐的底部输出至下游工段，同时，保持所述制浆罐中的液位高度不变，以连续制备水焦浆。

可选的，根据检测结果将所述混合液以第二流量从所述制浆罐的底部输出至下游工段具体包括：

若所述混合液满足预设条件，则将所述混合液输出至下一工段；

若所述混合液不满足预设条件，则将所述混合液输出至废浆处理工段；其中，所述预设条件是指合格水焦浆所满足的条件。

可选的，所述预设条件包括：水焦浆的粘度小于1200mPa·s，浓度为30％-40％，动态稳定性SB_dyn≤15％。

可选的，将混合液以第一流量持续打回至液面的流速为0.6-0.9米/秒。

可选的，所述第二流量与所述第一流量的比例为1:1-1:3。

可选的，所述预设粒度为30-40微米。

可选的，所述水和所述添加剂的温度均为40-70℃。

可选的，所述水选自新鲜水、气化或者热解工段制备的灰水和渣水中的至少一种。

可选的，所述水的添加量占所述水焦浆的质量分数为60-65％，所述添加剂的添加量占所述水焦浆的质量分数为0.35-0.7％。

另一方面，本发明实施例提供一种用半焦制备半焦浆的装置，应用于如上所述的方法，包括：

半焦磨机、半焦给料机、制浆罐和返料泵；

其中，所述制浆罐的顶部设置有半焦进料口、水进口、添加剂进口以及返料口，所述制浆罐的底部设置有第一出料口，所述制浆槽内设置有搅拌装置；

所述半焦磨机的下料口与所述半焦给料机的进料口连通，所述半焦进料口位于所述半焦给料机的下方，且与所述半焦给料机的下料口连通，所述返料泵的输入端与所述第一出料口连通，输出端与所述返料口连通。

可选的，所述制浆罐的底部还设置有第二出料口，所述装置还包括出料泵，所述出料泵的输入端与所述第二出料口连通，输出端用于将制浆罐中的混合液输出至下游工段。

可选的，所述搅拌装置包括电机、搅拌杆和搅拌桨，所述搅拌杆的上端穿设于所述制浆罐的顶部，并与所述电机连接，所述搅拌杆的下端伸入所述制浆罐内，所述搅拌桨包括设置在所述搅拌杆上的上桨叶和下桨叶，所述上桨叶位于所述预设高度的1/3-1/2的高度处，所述下桨叶位于所述预设高度的1/6-1/5的高度处。

可选的，所述搅拌桨的转速为40-70转/分钟。

可选的，所述水进口和所述返料口均为两个，且两个所述水进口沿第一方向对称布置于所述制浆罐顶部中心的两侧，两个所述返料口沿第二方向对称布置于所述制浆罐顶部中心的两侧；所述第一方向与所述第二方向相互垂直。

可选的，所述制浆罐的内壁上沿竖直方向延伸设置有折流挡板。

可选的，所述折流挡板为至少两个，每两个所述折流挡板对称布置于所述制浆罐的中轴线的两侧，且沿所述制浆罐的周向均匀分布，每一个所述折流挡板在横向方向上均朝所述制浆罐的中轴线方向延伸。

可选的，每一个所述折流挡板在横向方向上的宽度为所述制浆罐内径的1/12-1/18。

可选的，所述制浆罐的底部的轴向截面为半椭圆形，所述半椭圆形的长轴为水平设置，且所述半椭圆形的长径和短径比为2:1-3:1。

可选的，所述装置还包括：水槽与添加剂槽；

所述水槽与所述水进口连通，所述添加剂槽与所述添加剂进口连通；所述水槽内设置有第一蒸汽换热盘管，所述添加剂槽内设置有第二蒸汽换热盘管，所述第一蒸汽换热盘管和第二蒸汽换热盘管分别用于通入水蒸汽对所述水槽中和水和所述添加剂槽中的添加剂进行加热。

本发明实施例提供一种用半焦制备水焦浆的方法及装置，通过将半焦干磨成粉，破除所述半焦的孔隙结构，减小半焦的疏水性，再将半焦粉末、水和添加剂连续添加入制浆罐中，边搅拌混合，边将混合所得的混合液不断打回至液面，将漂浮在液面的半焦打散和润湿，使得所述半焦粉末、水和添加剂不断混合成浆，在此过程中，通过连续添加半焦粉末、水和添加剂，将半焦粉末分为若干份进行成浆，能够降低搅拌速度，同时，通过混合液不断将漂浮在液面的半焦粉末打散和润湿，能够加速半焦的混合和下沉，加速半焦的成浆速度，从而能够进一步降低对搅拌速度的要求，适用于工业化生产，从而解决了现有技术中半焦成浆难以工业放大的问题，为半焦的大规模高效利用创造了条件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种用半焦制备半焦浆的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种用半焦制备半焦浆的方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种用半焦制备半焦浆的装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种用半焦制备半焦浆的装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的基于图3在A-A’方向的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种搅拌装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种制浆罐内设置折流挡板以及制浆罐外设有水蒸气夹层的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的再一种用半焦制备半焦浆的装置的结构示意图；

其中，半焦磨机-1；半焦给料机-2；制浆罐-3；返料泵-4；搅拌装置-5；出料泵-6；过滤器-7；半焦进料口-31；水进口-32；添加剂进口-33；返料口-34；第一出料口-35；第二出料口-36；电机-51；搅拌杆-52；搅拌桨-53；上桨叶-531；下桨叶-532；折流挡板-37；水蒸气夹层-38；水槽-8；添加剂槽-9，第一水蒸气盘管-81；第二水蒸气盘管-91；水泵-11；添加剂泵-12。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例一

本发明实施例一提供一种用半焦制备水焦浆的方法，参见图1，包括：

步骤1)将半焦干磨成粉，获得具有预设粒度的半焦粉末；

其中，半焦是煤热解或者气化后产生的一种多孔状的细粉，示例性的，加氢气化半焦的粒度多为50-60微米，孔隙率可达到80％以上，在将所述半焦直接成浆时，一方面，所述半焦的疏水性极大，难以直接成浆；另一方面，所制备的水焦浆对粒度具有一定的要求；因此，在将所述半焦成浆之前，需要将半焦的孔隙结构破除，获得具有预设粒度的半焦粉末，以减小半焦的疏水性，满足半焦的成浆要求。

为了满足半焦的制浆要求，优选的，所述预设粒度为23-38微米。

步骤2)连续将半焦粉末、水和添加剂按配比添加入制浆罐中，并在搅拌作用下混合，同时，采用将混合液以第一流量持续打回至液面的方式，将漂浮在液面的半焦粉末打散和润湿，使得所述半焦粉末、水和添加剂不断混合成浆。

在此过程中，采用连续添加的方式，能够将半焦分为若干份逐步成浆，从而能够降低对半焦成浆的搅拌速度的要求；同时，通过在连续添加的过程中，将混合液不断循环打回至液面，将漂浮在液面的半焦粉末打散和润湿，能够加快漂浮在液面的半焦的下沉和混合，提高混合液的混合程度，使半焦快速成浆，从而能够进一步降低对搅拌速度的要求，适用于工业化生产，从而解决了现有技术中半焦成浆难以工业放大的问题，为半焦的大规模高效利用创造了条件。

优选的，所述水和所述添加剂的温度为40-70℃。通过控制成浆温度，能够提高所述添加剂的活性，有利于半焦快速成浆。

其中，所述添加剂在成浆过程中主要起到分散剂和稳定剂的作用，可以根据半焦的性质来选取所述添加剂的种类，示例性的，所述添加剂可以为萘磺酸盐类物质。

其中，所述水可以为新鲜水，也可以为气化或者热解工段所制备的灰水或渣水。当水为新鲜水时，可以对其进行加热使其保持在40-70℃，当所述水为气化或者热解工段所制备的灰水或渣水时，由于所述灰水和渣水均携带有气化或者热解工段所产生的热量，因此，更有利于节省能源。

随着所述半焦粉末、水和添加剂不断混合成浆，可以根据实际工艺条件停止或者继续制浆，在停止制浆之后，可以将所制备的水焦浆从所述制浆罐的顶部倒出。

进一步地，参见图2，所述方法还包括：步骤3)随着所述半焦粉末、水和添加剂不断混合成浆，当所述制浆罐中的混合液的液位高度到达预设高度时，对所述制浆罐中的混合液进行检测，并根据检测结果将所述混合液以第二流量从所述制浆罐的底部输出至下游工段，同时，保持所述制浆罐中的液位高度不变，以连续制备水焦浆。

通过控制液位高度，并实时对成浆质量进行检测，采用连续进料出料的方式，能够实现连续制备水焦浆，进一步提高了半焦的成浆速度。

其中，需要说明的是，步骤3)中的混合液是指随着半焦粉末、水和添加剂的不断加入，当所述制浆罐中的液位高度到达预设高度时，加入所述制浆罐中的半焦粉末、水和添加剂通过混合所获得的混合液，是一个特指的概念。而步骤2)中的混合液的量随着所述半焦粉末、水和添加剂的不断加入是不断增加的，是一个泛指的概念。

在实际应用中，所述预设高度可以根据制浆罐的体积、承压能力以及搅拌装置的尺寸来确定，以保证半焦成浆的稳定性，而由于制浆罐通常由不透明材质制成，因此，在持续添加半焦、水和添加剂时，

可以根据半焦粉末、水和添加剂中的至少一种的添加速度以及成浆体积计算来判断液位高度是否达到了所述预设高度。

进一步地，在此过程中，还可以通过对所述半焦粉末、水和添加剂的添加速度和混合液打回至液面的流速进行调节，促使半焦快速成浆，以使得在液位高度达到预设高度时，保证半焦的混合程度，进而保证半焦的成浆质量，也可以通过进一步调节所述第二流量，保持液位高度恒定的同时，最大程度上促使半焦快速成浆。优选的，所述第二流量与所述第一流量的比例为1:1-1:3。这样，能够在保证半焦快速成浆的同时，保证后续工况的成浆稳定性和水焦浆的质量稳定性。

进一步优选的，所述第二流量与所述第一流量的比例为1:2。

其中，需要说明的是，由于水焦浆的有关特性参数与多种因素有关，因此，在实际应用中，需要对水焦浆的质量进行检测，以便为后续处理提供指导。

基于此，根据检测结果将所述混合液以第二流量从所述制浆罐的底部输出至下游工段主要有两种可能的实现方式。

一种可能的实现方式中，若所述混合液满足预设条件，则将所述混合液输出至下一工段；另一种可能的实现方式中，若所述混合液不满足预设条件，则将所述混合液输出至废液处理工段；其中，所述预设条件是指合格水焦浆所满足的条件。

在这两种可能的实现方式中，都能够对水焦浆的质量进行及时检测，从而能够根据水焦浆的质量对水焦浆的后续处理进行指导，这样，能够保证整个水焦浆制备过程中的成浆速度和成浆稳定性，进一步为工业化生产提供保障。

其中，所述预设条件是指：所述混合液的粘度小于1200mPa·s，浓度为30％-40％，动态稳定性SB_dyn≤15％。满足该预设条件的水焦浆便于输送，性质均一稳定，并且能够与水煤浆混合制成高浓度的浆料(可达60％以上)，满足工业化需求。

需要说明的是，由于水焦浆的质量通过粒度、粘度、浓度、动态稳定性等特性参数进行衡量，这些特性参数与半焦、水和添加剂的添加比例、煤种以及半焦的性质有很大的关系，为了满足以上预设条件，优选的，所述水的添加量占所述半焦浆的质量分数的60-65％，添加剂的添加量占所述半焦浆的质量分数的0.35-0.7％。

进一步地，由于在通过将混合液循环打回以对漂浮在液面的半焦粉末打散和润湿时，若将混合液不断打回至液面的流速过快，则对管道磨蚀严重，若将混合液不断打回至液面的流速过慢，则会影响半焦的成浆效果，因此，优选的，所述将混合液以第一流量持续打回打回至液面的流速为0.6-0.9米/秒。

进一步优选的，将混合液以第一流量持续打回至液面的流速为0.8米/秒。

本发明实施例提供一种用半焦制备水焦浆的方法，通过将半焦干磨成粉，破除所述半焦的孔隙结构，减小半焦的疏水性，再将半焦粉末、水和添加剂连续添加入制浆罐中，边搅拌混合，边将混合所得的混合液不断打回至液面，将漂浮在液面的半焦打散和润湿，使得所述半焦粉末、水和添加剂不断混合成浆，在此过程中，通过连续添加半焦粉末、水和添加剂，将半焦粉末分为若干份进行分别成浆，能够降低搅拌速度，同时，通过混合液不断将漂浮在液面的半焦粉末打散和润湿，能够加速半焦的混合和下沉，加速半焦的成浆速度，从而能够进一步降低对搅拌速度的要求，适用于工业化生产，从而解决了现有技术中半焦成浆难以工业放大的问题，为半焦的大规模高效利用创造了条件。

实施例二

本发明实施例二提供一种用半焦制备半焦浆的装置，应用于如上所述的方法，参见图3，包括：

半焦磨机1、半焦给料机2、制浆罐3和返料泵4；

其中，所述制浆罐3的顶部设置有半焦进料口31、水进口32、添加剂进口33以及返料口34，所述制浆罐3的底部设置有第一出料口35，所述制浆槽3内设置有搅拌装置5；

所述半焦磨机1的下料口与所述半焦给料机2的进料口连通，所述半焦进料口51位于所述半焦给料机2的下方，且与所述半焦给料机2的下料口连通，所述返料泵4的输入端与所述第一出料口35连通，输出端与所述返料口34连通。

本发明实施例提供一种用半焦制备水焦浆的装置，在需要制浆时，通过所述半焦磨机1对半焦进行研磨，研磨后的半焦粉末在重力作用下进入半焦给料机2，所述半焦给料机2连续将半焦粉末称重，并下料至所述制浆罐3中，通过连续添加所述半焦粉末、水和添加剂，将半焦粉末分为若干份进行成浆，能够降低搅拌速度，同时，分别通过所述水进口32和所述添加剂进口33以一定的速率向所述制浆罐3中注入水和添加剂，开启搅拌装置5对所述半焦粉末、水和添加剂进行搅拌，同时，通过开启返料泵4将所述混合液以不断从所述第一出料口35抽出，再将其从所述返料口34打回的方式进行返料，将漂浮在液面的半焦粉末打散和润湿，能够加速半焦的混合和下沉，加速半焦的成浆速度，从而能够进一步降低对半焦成浆的搅拌速度的要求，适用于工业化生产，从而解决了现有技术中半焦成浆难以工业放大的问题，为半焦的大规模高效利用创造了条件。

在实际应用中，在开车阶段和不稳定工况下，需要对所述返料泵4的流量进行调节，以满足成浆速率的要求，因此，优选的，所述返料泵4为离心式煤浆泵。

进一步地，参见图4，所述制浆罐3的底部还设置有第二出料口36，所述装置还包括出料泵6，所述出料泵6的输入端与所述第二出料口36连通，输出端用于将制浆罐3中的混合液输出至下游工段。

随着半焦粉末、水和添加剂的不断加入，在液位高度达到一定的高度时，通过对成浆质量进行检测，并将混合液从所述第二出料口36输出，能够保持液位高度恒定，这样，采用连续进料出料的方式，能够实现连续制备水焦浆，进一步提高了半焦的成浆速度。

在将所述混合液输出至下游工段时，为了满足输送条件，优选的，所述出料泵6为往复式低压煤浆泵。

为了保证进入所述制浆罐中的半焦粉末的粒度为所述预设粒度，还可以在半焦磨机1和所述半焦给料机2之间设置过滤器7，以选取所述预设粒度的半焦粉末用于制备水焦浆。优选的，所述过滤器7可以为布袋过滤器。

进一步地，参见图5，所述水进口32和所述返料口34均为两个，且两个所述水进口32沿第一方向对称布置于所述制浆罐3顶部中心的两侧，两个所述返料口34沿第二方向对称布置于所述制浆罐3顶部中心的两侧；所述第一方向与所述第二方向相互垂直。

由于在通过半焦给料机2将半焦下料至制浆罐中时，半焦粉末的密度小，会漂浮于混合液的液面上，并铺满整个液面，因此，在通过水进口32通入水以及通过返料口34通入循环流动的混合液时，若提高水和所述混合液通入到液面上时与所述液面的接触面积，能够加快漂浮在液面的半焦的下沉和混合。采用该布置结构，水和不断返料的混合液能够最大程度上与所述液面接触，促使漂浮在液面的半焦被打散和润湿，加快半焦的下沉和混合，使得半焦成浆更均匀稳定。

还需要说明的是，搅拌装置5的结构对半焦的成浆质量和速度也有很大的影响，具体的，由于所述半焦在成浆过程中，不仅要增强制浆罐底部的焦浆混合以防止半焦沉积，还要增强液面位置处的混合作用，而由于混合液面处的半焦浆粘度大，搅拌阻力过大，容易损坏电机，因此，优选的，参见图6，所述搅拌装置5包括电机51、搅拌杆52和搅拌桨53，所述搅拌杆52的上端穿设于所述制浆罐3的顶部，并与所述电机51连接，所述搅拌杆52的下端伸入所述制浆罐3内，所述搅拌桨53包括设置在所述搅拌杆52上的上桨叶531和下桨叶532，所述上桨叶531位于所述预设高度的1/3-1/2的高度处，所述下桨叶532位于所述预设高度的1/6-1/5的高度处。这样，上浆叶531的位置设置既能够避免液面半焦浆粘度大而对电机造成损坏，又能够对液面进行适当扰动，增强对半焦的剪切和混合作用；下浆叶532的位置设置则能够防止半焦沉积，促使焦浆混合。

进一步优选的，所述上桨叶531位于所述预设高度的2/5高度处。

优选的，所述搅拌桨53的转速为40-70转/分钟。能够满足工业化工艺需求。

优选的，参见图7，所述制浆罐3的内壁上沿竖直方向延伸设置有折流挡板37。该折流挡板37能够促使混合液形成湍动，防止半焦在液面打转，促使半焦在竖直方向上发生运动，从而能够进一步加快漂浮在液面的半焦的下沉和混合，提高半焦的成浆速度。

进一步优选的，所述折流挡板37为至少两个，且沿所述制浆罐3的周向均匀分布，每一个所述折流挡板37在横向方向上均朝所述制浆罐3的中轴线方向延伸。采用该结构，能够加强混合液的湍动效果，增强对液面的扰动，加快成浆速度。

优选的，每一个所述折流挡板37在横向方向上的宽度为所述制浆罐3内径的1/12-1/18。采用该结构，能够最大程度上增强混合液的湍动效果。

进一步优选的，所述折流挡板37沿径向延伸的宽度为所述制浆罐5内径的1/16。

为了减少制浆罐3中的死区，减少半焦沉积。优选的，所述制浆罐3的底部的轴向截面为半椭圆形，所述半椭圆形的长轴为水平设置，且所述半椭圆形的长径和短径比为2:1-3:1。

进一步优选的，所述半椭圆形的长径和短径比为2:1。

需要说明的是，为了控制成浆温度，加快成浆速度，可以预先对水和所述添加剂进行预热，也可以对所述制浆罐进行预热。

示例性的，所述成浆罐3的外壁上围设有水蒸气夹层38，用于通入水蒸汽对所述成浆罐3内的混合液进行加热。

优选的，参见图8，所述装置还包括：水槽8与添加剂槽9；

所述水槽8与所述水进口连通，所述添加剂槽9与所述添加剂进口连通；所述水槽8内设置有第一蒸汽换热盘管81，所述添加剂槽9内设置有第二蒸汽换热盘管91，所述第一蒸汽换热盘管81和第二蒸汽换热盘管91分别用于通入水蒸汽对所述水槽8中和水和所述添加剂槽9中的添加剂进行加热。

当然，所述水槽8和所述制浆罐3之间还可以设置水泵11，所述水泵11用于将水槽8中的水输送入所述制浆罐3中，所述添加剂槽9和所述制浆罐3之间还可以设置添加剂泵12，所述添加剂泵12用于将所述添加剂槽9中的添加剂输送入所述制浆罐3中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。