一种低能耗完全间断粒度级配的水煤浆及其制备方法与流程

本发明涉及一种低能耗完全间断粒度级配的水煤浆及其制备方法，属于水煤浆技术领域。

背景技术：

水煤浆是由不同粒度分布的煤、水和添加剂经过剪切等手段制备出的液态混合物，可作为煤基液体燃料用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉代油、代气、代煤燃烧发电或供气，亦可用作气化原料，用于气化炉制合成气，生产合成氨、甲醇、烯烃等化工产品。随着水煤浆的大规模推广与应用，对水煤浆品质的需求越来越高，其中成浆浓度是水煤浆生产工艺中的一个主要考核指标，成浆浓度偏低会降低燃料水煤浆热值，而气化水煤浆应用过程中成浆浓度偏低会使得气化中有大量的热量被水气化潜热带走降低气化效率。测算发现，煤浆浓度每提高1个百分点，煤浆热值可提高60kcl/kg，比煤耗可降低10kg/knm³，比氧耗可降低10nm³/knm³，有效气成分提高0.8个百分点，燃烧和气化效率显著提高。因此开发先进的制浆技术，提高水煤浆浓度，提升水煤浆燃烧、气化的效率和经济性是现阶段水煤浆产业发展的重要研究方向。

对水煤浆制浆工艺进行大量应用研究表明，完善的制浆工艺中水煤浆粒度级配是影响水煤浆浓度、粘度和流变性的关键因素。国内绝大多数企业的水煤浆制备系统多采用单棒/球磨机制浆工艺(第一代制浆技术)，该工艺流程简单，但存在水煤浆粒度级配不合理，制备的水煤浆浓度普遍偏低，且水煤浆流态、稳定性差等问题。而现阶段逐渐成为主流的第二代分级研磨水煤浆制备技术，是通过粗磨机和细磨机的有机结合，可在一定程度上优化水煤浆的粒度级配，使成浆浓度获得一定提高。但该技术仅是在成品浆中补充一定量平均粒径为20μm的细煤粒，实现<45μm粒度范围内的小幅度提高，未能实现完善的粒度级配过程，水煤浆提浓效果有限，无法满足日益发展的行业需求。

前两代制浆技术利用的是连续级配原理，符合连续尺寸堆积理论，操作简单，但粒度分布连续，调节空间较小，调节难度较大，因此提浓效果有限。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种低能耗完全间断粒度级配的水煤浆及其制备方法，本发明通过分级和超细研磨，使粒度区间分布出现断层，实现水煤浆颗粒的完全间断粒度级配，细颗粒充分填充粗颗粒形成的孔隙，形成效率极高的紧密堆积状态，同时细颗粒的存在可提高煤浆流动性，煤浆浓度大幅提高；此外控制的细磨机入料粒度可有效提高细磨机的工作效率，降低能耗。

本发明提供的一种低能耗完全间断粒度级配的水煤浆，该水煤浆包括煤粉、添加剂和水；

所述煤粉包括中颗粒物料研磨至平均粒径≤45μm的颗粒物料和平均粒径为100～300μm的大颗粒与平均粒径为40～100μm的小颗粒物料混合组成；所述中颗粒物料占所述煤粉总质量的5～30％；

所述添加剂选自木质素磺酸盐、腐植酸盐或萘磺酸甲醛缩合物；

所述添加剂与所述中颗粒物料干基质量比可为0.1～1：100，具体可为0.5:100；

所述水煤浆质量百分浓度可为55～70％。

本发明中，所述煤粉可包括中颗粒物料研磨至平均粒径≤45μm的颗粒物料和平均粒径可为200μm、100～200μm、200～300μm或150～250μm的大颗粒与平均粒径可为40～70μm的小颗粒物料混合组成，所述中颗粒物料具体可占所述煤粉总质量的15％、5～15％、15～30％或10～25％；

具体采用200μm和45μm进行分级，平均粒径大于200μm的为大颗粒物料，平均粒径小于45μm的为小颗粒物料，45～200μm之间的为中颗粒物料。

本发明中，从原料煤颗粒中取出一部分本发明所述粒度级的中颗粒物料，将其研磨成小颗粒，从而使得原料煤颗粒粒度范围形成断层，从而实现完全间断级配，大颗粒占煤粉总质量的范围会因煤质不同而不同。

上述的水煤浆中，所述木质素磺酸盐包括木质素磺酸铵和/或木质素磺酸钠；

所述腐植酸盐包括腐植酸钠和/或腐植酸镁。

上述的水煤浆中，制备所述煤粉的方法包括如下步骤：利用分级技术将原煤粉分离为大颗粒、中颗粒和小颗粒三种不同粒径物料，然后采用超细研磨技术将所述中颗粒物料研磨至平均粒径≤45μm后与所述大颗粒和小颗粒物料混合得到。

本发明中，所述原煤粉可由不同变质程度的煤种制成。

本发明还提供了上述的水煤浆的制备方法，包括如下步骤：

(1)将原料煤粉和水混合研磨制成粗浆；

(2)将粗浆加水稀释后经过第一次分级，得到粒径＞d1大颗粒煤浆和粒径<d1煤浆；d1为100～300μm；

(3)所述粒径<d1煤浆经过第二次分级，得到粒径d2～d1中颗粒煤浆和粒径<d2小颗粒煤浆；d2为40～100μm；

(4)所述粒径<d2小颗粒煤浆经过浓缩后与所述粒径>d1大颗粒煤浆脱水混合；

(5)所述粒径d2～d1中颗粒煤浆经过第一次浓缩后和所述添加剂混合，经超细研磨至颗粒平均粒径≤45μm后与所述粒径>d1大颗粒和粒径<d2小颗粒混合物料混合，即得到所述低能耗完全间断粒度级配的水煤浆。

本发明，d2具体可为40～70μm。

本发明中，所示原料煤粉制成粗浆，采用大颗粒煤浆、小颗粒煤浆的尺寸范围中的具体数值的粒径分级，剩余的颗粒即为中颗粒煤浆，然后将中颗粒煤浆进一步研磨，然后通过调整中颗粒煤浆与大颗粒和小颗粒煤浆的比例，以大幅提高煤浆的浓度。

本发明所述低能耗完全间断粒度级配的水煤浆应用于制备燃料和/或气化水煤浆领域中。

本发明具有以下优点：

1、本发明方法通过分级和超细研磨技术，使粒度区间分布出现断层，实现水煤浆颗粒的完全间断粒度级配，细颗粒充分填充粗颗粒形成的孔隙，形成效率极高的紧密堆积状态，同时细颗粒的存在可提高煤浆流动性，煤浆浓度大幅提高。

2、本发明通过分级技术控制细磨机入料粒度，可有效提高细磨机工作效率，减少设备消耗，能耗大幅度降低。

3、本发明制备方法简单，为连续式生产工艺，满足水煤浆制备及煤化工企业的连续、稳定生产要求。

附图说明

图1为本发明水煤浆完全间断粒度级配示意图。

图2为本发明低能耗完全间断粒度级配水煤浆制备流程图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、低能耗完全间断粒度级配燃料水煤浆的制备

本实施例用的原料煤为神华煤，其全水mt＝17％，收到基灰分aar＝10％，收到基挥发分var＝25％。

按照图1所示的制备流程，本发明利用该原料煤制备完全间断粒度级配高浓度燃料水煤浆的过程如下：

(1)将神华煤进行粗破；

(2)将破碎后煤粉与水混合送入棒磨机制成质量百分浓度为52％的粗浆，输送至来料缓冲罐，并加水稀释至质量百分浓度为20％；

(3)将浓度为20％的粗浆由泵送入一级分级装置(0.200mm分级)，分级为>0.200mm物料和<0.200mm物料，<0.200mm物料进入缓冲罐备用；

(4)缓冲罐中的<0.200mm物料由泵送入二级分级装置(0.045mm分级)，分级为0.200～0.045mm物料和<0.045mm物料，0.200～0.045mm物料进入缓冲罐备用，(0.200～0.045mm物料占神华煤总质量的15％)，<0.045mm物料送入浓缩装置；

(5)<0.045mm物料经浓缩装置浓缩后与步骤(3)中的>0.200mm物料均进入脱水装置进行脱水；

(6)步骤(4)中0.200～0.045mm物料由泵打入浓缩装置进行浓缩脱水后给入缓冲罐备用，之后用泵给入超细研磨装置，同时加入按与物料干基质量百分比为0.5％的添加剂(木质素磺酸盐)进行超细研磨；

(7)步骤(5)离心脱水后的物料和步骤(6)中经过超细研磨后的物料均给入成品浆中进行混合搅拌，即制得煤浆质量百分浓度为68.12％的完全间断粒度级配水煤浆。

本发明实施例1中制备得到的水煤浆的稳定性为大于1个月不产生硬沉淀，其流变性为1050mpa.s(国家标准燃料浆≤1500mpa.s)。

本发明实施例1中利用完全间断粒度级配的水煤浆工艺代替对比例中传统技术高能耗的棒\球磨机，燃料水煤浆制浆能耗为22～25kwh，与对比例中35kwh相比制浆能耗可降低30％，制浆浓度为68.12％，与对比例中制浆浓度可提高6～8％，制浆浓度大幅度提升的同时，实现了制浆能耗的降低。

实施例2、低能耗完全间断粒度级配气化水煤浆的制备

本实施例用的原料煤为新疆煤，其全水mt＝22％，收到基灰分aar＝13％，收到基挥发分var＝30％。

按照图1所示的制备流程，本发明利用该原料煤制备完全间断粒度级配高浓度气化水煤浆的过程如下：

(1)将新疆煤进行粗破；

(2)将破碎后煤粉与水混合送入棒磨机制成质量百分浓度为50％的粗浆，输送至来料缓冲罐，并加水稀释至质量百分浓度为20％；

(3)将浓度为20％的粗浆由泵送入一级分级装置(0.150mm分级)，分级为>0.150mm物料和<0.150mm物料，<0.150mm物料进入缓冲罐备用；

(4)缓冲罐中的<0.150mm物料由泵送入二级分级装置(0.045mm分级)，分级为0.150～0.045mm物料和<0.045mm物料，0.150～0.045mm物料进入缓冲罐备用，(0.150～0.045mm物料占新疆煤总质量的12％)，<0.045mm物料送入浓缩装置；

(5)<0.045mm物料经浓缩装置浓缩后与步骤(3)中的>0.150mm物料均进入脱水装置进行脱水；

(6)将步骤(4)中0.150～0.045mm物料由泵打入浓缩装置进行浓缩脱水后给入缓冲罐备用，之后用泵给入超细研磨装置，同时加入按与物料干基质量百分比为0.5％的添加剂(木质素磺酸盐)进行超细研磨；

(7)将步骤(5)离心脱水后的物料和步骤(6)中经过超细研磨后的物料均给入成品浆中进行混合搅拌，即制得煤浆质量百分浓度为66.32％的完全间断粒度级配水煤浆。

本发明实施例2中制备得到的水煤浆的流变性为1020mpa.s(国家标准气化浆≤1300mpa.s)。

本发明实施例2中制备得到的利用完全间断粒度级配的水煤浆工艺代替对比例中传统技术高能耗的棒\球磨机，气化水煤浆制浆能耗为12～15kwh，与对比例中20kwh相比制浆能耗可降低30％，制浆浓度为66.32％，与对比例中制浆浓度可提高6～8％，制浆浓度大幅度提升的同时，实现了制浆能耗的降低。

对比例、

本对比例用的原料煤为神华煤，其全水mt＝17％，收到基灰分aar＝10％，收到基挥发分var＝25％。

利用上述原料煤制备水煤浆过程如下：

(1)将所述神华煤破碎为粒径≤2.5mm的煤粉；

(2)将步骤(1)所述煤粉与添加剂按干基质量比100：0.3的比例和水混合输送至棒磨机，利用棒磨机内钢棒之间的冲击与碾压作用对煤浆进行研磨，研磨至一定细度后的水煤浆由棒磨机出口流出；

(3)步骤(2)制备的水煤浆经剪切搅拌处理后即为合格水煤浆，煤浆浓度为60.21％。

上述水煤浆制备工艺采用高能耗的棒磨机，制备燃料浆能耗为35kwh，制备气化水煤浆能耗为20kwh。