水煤浆和一般的煤水混合物(如煤泥水)不同,是一种燃料,所以对它的质量有如下一些特殊要求:
(1)水煤浆中煤炭的细度。
从有利于燃烧的角度出发,要求其中煤炭的粒度上限(通过率≥98%的粒度)不大于300μm,小于200网目(74μm)含量不低于75%。这种细度要求与煤粉电站锅炉燃用的煤粉细度相当。
(2)水煤浆中的煤含量——浓度。
作为燃料,应尽可能减少其中的水含量。通常要求其中含煤的重量百分数(即水煤浆的浓度)大于60%。水煤浆产品的实际浓度与煤炭的质量、制浆技术及用户的需求有关,最一般的标准是70%,有时可以高达75%。
需要说明的是,水煤浆允许含有高达30%的水分。这个30%水分是指水煤浆中的全水分,包括隐含在煤中的内在水分。通常使用的煤炭也并不是完全干的,一般已经含有5-8%甚至更多的水分,做成水煤浆后所增加的水分实际不到30%。另外,这个30%水分在燃烧时所造成的热量损失并不大。l 公斤水煤浆中含有约0 7公斤的煤炭,煤炭的热值按7 000大卡/公斤计算,则水煤浆的高位热值为4 900大卡/公斤(1大卡-4 1863焦耳),1公斤水煤浆中含有约0.3公斤的水,水的汽化潜热不到600大卡/公斤,因此燃烧1公斤水煤浆因其中的水汽化造成的热损失为180大卡,不到水煤浆热值的4 %。这些损失并不大,但却能使煤炭从传统的固体燃料转化成为一种流体燃料,便于代油井可密闭贮存和输送,从而减少了储运过程中的损失,并能取得环境效益。
(3)水煤浆的流变特性
“流变性”简单地说,是指流体的流动特性。通常的流体在流动时,其内摩擦系数——粘度在温度恒定时为常数,不随层间流动速度差而变,这种流体称“牛顿流体”。水煤浆是一种“非牛顿流体”,它的粘度随流动时速度梯度——剪切速率的大小而变,所以它的内摩擦系数称为“表观粘度”,不同剪切建率条件下可表现为不同值。为了便于使用,水煤浆使用时应有良好的流动性,以利于泵送、雾化和燃烧。作为普通燃料,要求水煤浆在常温及100秒-1剪切率下的表观粘度不高于1 000毫帕秒。长距离管道输送水煤浆则要求在低温(埋管地下年最低温度)及lO秒-1剪切率(与管输流速有关)下的表观粘度不高于800毫帕秒。此外,还要求水煤浆具有“剪切变稀”的流变特性。也就是说,在它处于流动状态时,表现出具有较低的粘度,便于使用;当它停止流动处于静置状态时,又可表现出高牯度,便于存放。
水煤浆的质量要求与制浆技术概括
(4)水煤浆在贮运中的稳定性。
水煤浆是一种固、液相混合物,不容易保持均态,很容易发生固、液分离现象。通常要求在贮、运过程中不产生“硬沉淀”。所谓“硬沉淀”,是指无法通过搅拌使水煤浆重新恢复原态的沉淀物。水煤浆能维持不产生硬沉淀的性能,称为水煤浆的“稳定性”。所需要的存放稳定期根据用户要求而定,一般为三个月。稳定性不良的水煤浆在贮、运中一旦发生沉淀,将严重影响生产。
对所制水煤浆只要求满足上述某些单项性能要求并不难,但要求能同时满足上述各项性能就会遇到困难,因为其中的一些性能之间是相互制约的。例如水煤浆的浓度高虽然好,但浓度高又会引起粘度大,流动性差;粘度低有利于泵送,雾化和燃烧,但牯度低会使稳定性变差。为了使所制水煤浆的性能能同时满足以上各项要求,就必须掌握以下几方面的制浆技术:
(l)煤炭成浆性规律。
性质不同的煤炭,制浆的难易程度各不相同。有的煤炭在常规条件下很容易制成高浓度的水煤浆;另外一些煤炭例如神府地区的某些煤炭就很难制成,或者需要采用较复杂的制装工艺和以较高的成本才能制出高浓度水煤浆。掌握了煤炭成浆性的规律,就可以根据实际要要,按照技术可行、经济合理的原则优选制浆用煤。
(2)级配技术。
水煤浆中煤炭的粒度不但要求达到规定的细度,还要求具有良好的粒度分布。这里所指的良好粒度分布,是希望能使其中不同大小的某粒能够相互充填,尽可能地减少煤粒间的空隙,达到较高的堆积效率。空隙少就可以减少水的消耗,容易制成高浓度。该项技术有时简称为级配技术。
(3)级配技术。
上面介绍了水煤浆产品中煤炭粒度分布的重要性,在给定原料煤的粒度特性与可磨性条件下,如果使水煤浆最终产品的粒度分布能达到较高的“堆积效率”就取决于所选用的磨矿设备、磨矿设备的运行工况及制浆工艺流程。
(4)添加剂技术
要使所制水煤浆能达到高浓度、低粘度并有良好的稳定性,还必须使用一些化学药剂(简称添加剂)。添加剂的分子作用于煤粒与水的界面,可减小水煤浆流动时的内摩擦,降低粘度,改善煤粒在水中的分散,提高水煤浆的稳定性。添加剂的用量通常为煤量的1%左右。添加剂的品种很多,它的有效性与所有煤炭及水的性质有密切关系,配方不是一成不变的,必须通过研究才能确定。