CN114958442A - 水煤浆燃料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水煤浆燃料及其制备方法。其中，该制备方法包括以下步骤：1)将原料煤破碎后进行筛分，得到粗煤粉和细煤粉，取粗煤粉与烟气冷凝水混合，得到粗浆；2)将细煤粉与粗浆混合进行研磨，研磨过程中加入烟气冷凝水，得到半成品细浆；以及3)向半成品细浆中添加改性抗凝剂和乳化剂，制备得到水煤浆燃料。应用本发明的技术方案，可以有效利用烟气冷凝水，减少水煤浆制备过程中的用水量，实现资源综合利用，减轻水煤浆制浆厂的水耗需求和制备成本。
Description
技术领域
本发明涉及水煤浆燃料制备技术领域，具体而言，涉及一种水煤浆燃料及其制备方法。
背景技术
水煤浆锅炉应用领域广泛，作为燃料的水煤浆具有流动性好、稳定性高、易于存储、污染物排放少等优点，是一种较为廉价的煤基洁净燃料。但是，水煤浆制备过程中水需求量大，因此在西部干旱地区使用受限。
锅炉燃烧后烟气中含有大量的水(一般可达5％～24％)，具体包括燃煤的内水分、外水分和氢元素燃烧生成的水，湿法脱硫过程中夹带吸收塔内的水及一、二次风中空气含水。典型的一台300MW等级机组每小时可向大气排放水蒸气约45吨、一台600MW等级机组每小时可向大气排放水蒸气约200吨，因此烟气中富含的水分很有利用潜力，可以将其作为超细水煤浆的制备原料。
发明内容
本发明旨在提供一种水煤浆燃料及其制备方法，以解决现有技术中水煤浆燃料制备过程中水需求量大，在干旱地区使用受限的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种水煤浆燃料的制备方法。该制备方法包括以下步骤：1)将原料煤破碎后进行筛分，得到粗煤粉和细煤粉，取粗煤粉与烟气冷凝水混合，得到粗浆；2)将细煤粉与粗浆混合进行研磨，研磨过程中加入烟气冷凝水，得到半成品细浆；以及3)向半成品细浆中添加改性抗凝剂和乳化剂，制备得到水煤浆燃料。
进一步地，步骤1)中，烟气冷凝水的加入量为水煤浆燃料原料总重量的22～28％；优选的，步骤2)中，烟气冷凝水的加入量为水煤浆燃料原料总重量的4～8％。
进一步地，步骤3)中，改性抗凝剂的加入量为水煤浆燃料原料总重量的0.5％～1.5％；乳化剂的加入量为水煤浆燃料原料总重量的0.2％～0.5％。
进一步地，粗煤粉的粒径为150～450μm；细煤粉的粒径为0～150μm。
进一步地，粗煤粉的加入量为水煤浆燃料原料总重量的30％～45％；细煤粉的加入量为水煤浆燃料原料总重量的9％～28％。
进一步地，水煤浆燃料中煤粉粒径为15～100μm、中位粒径30～50μm。
进一步地，原料煤为烟煤、无烟煤、贫煤或褐煤中一种或多种，或进一步添加煤泥、洗中煤或煤矸石。
进一步地，烟气冷凝水为通过烟气冷凝装置获得的未经净化和沉淀过滤的工业废水；优选的，在水煤浆燃料的制备过程中不添加除烟气冷凝水外的其他水。
进一步地，步骤1)中采用粗碎机进行原料煤破碎；优选的，粗碎机为环锤式破碎机、齿辊破碎机、反击式破碎机或可逆锤式破碎机；优选的，步骤2)中采用细碎机进行研磨；更优选的，细碎机为湿式球磨破碎机。
进一步地，改性抗凝剂为萘磺酸盐、木质素磺酸盐和腐植酸盐中的至少一种；优选的，乳化剂为S-80、TX-10、OP-30和T-30中的至少一种。
根据本发明的另一方面，提供了一种水煤浆燃料。该水煤浆燃料的原料由以下重量百分比的成分组成：烟气冷凝水30～40％、改性抗凝剂0.5％～1.5％、乳化剂0.2％～0.5％、粒径150～450μm的粗煤粉30％～45％和粒径0～150μm的细煤粉9％～28％；优选的，水煤浆燃料中煤粉粒径为15～100μm、中位粒径30～50μm；优选的，改性抗凝剂为萘磺酸盐、木质素磺酸盐和腐植酸盐中的至少一种；优选的，乳化剂为S-80、TX-10、OP-30和T-30中的至少一种；优选的，制备粗煤粉和细煤粉的原料煤为烟煤、无烟煤、贫煤或褐煤中一种或多种，或进一步添加煤泥、洗中煤或煤矸石。
应用本发明的技术方案，可以有效利用烟气冷凝水，减少水煤浆制备过程中的用水量，实现资源综合利用，减轻水煤浆制浆厂的水耗需求和制备成本，并且采用本发明配方制备得到的水煤浆具有稳定性好、燃烧效率高的优点。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明一实施例的水煤浆燃料的制备工艺流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如本发明背景技术中描述，现有技术中水煤浆燃料制备过程中水需求量大，在干旱地区使用受限，为了解决该技术问题，本申请提出了下列技术方案。
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种水煤浆燃料的制备方法。该制备方法包括以下步骤：1)将原料煤破碎后进行筛分，得到粗煤粉和细煤粉，取粗煤粉与烟气冷凝水混合，得到粗浆；2)将细煤粉与粗浆混合进行研磨，研磨过程中加入烟气冷凝水，得到半成品细浆；以及3)向半成品细浆中添加改性抗凝剂和乳化剂，制备得到水煤浆燃料。
其中，烟气冷凝水为通过烟气冷凝装置获得的未经净化和沉淀过滤的工业废水；优选的，在水煤浆燃料的制备过程中不添加除烟气冷凝水外的其他水。
采用本发明的技术方案，充分利用烟气中的冷凝水，在水煤浆燃料制备过程中不添加除烟气冷凝水外的其他水，实现真正的“无水”制浆，实现资源综合利用，减轻水煤浆制浆厂的水耗需求和制备成本，并且采用本发明配方制备得到的水煤浆有着较好的稳定性和流动性，其表观粘度1000-1200mPa·s，稳定性大于30天，具有广泛的应用空间。
在本发明一种典型的实施方式中，步骤1)中，烟气冷凝水的加入量为水煤浆燃料原料总重量的22～28％，例如，可以是22％，23％，24％，25％，26％，27％或28％；步骤2)中，烟气冷凝水的加入量为水煤浆燃料原料总重量的4～8％，例如，可以是4％，5％，6％，7％或8％。常规制浆工艺中通产采用的一次性研磨制浆，这是如此工艺使得粒度分布较为集中，堆积效率差，成浆浓度低。本申请中采用两步加水研磨可优化水煤浆的流动性和颗粒的堆积密度，使水煤浆浓度得到提升。
当煤粉与水混合后，煤颗粒之间存在着一种很强的引力，使得煤颗粒成团、凝结、黏度增高，流动性变差。在本申请一实施方式中，步骤3)中，改性抗凝剂的加入量为水煤浆燃料原料总重量的0.5％～1.5％，加入此比例的改性抗凝剂提高了煤粒表面的亲水性，增加煤粒表面的动电位，使煤粒在水中能更好的润湿并均匀的分散于水中，防止了煤粒问相互聚集，从而提高煤浆浓度，降低煤浆黏度，增加煤浆流动性。在本申请一实施方式中，乳化剂的加入量为水煤浆燃料原料总重量的0.2％～0.5％，因为在水煤浆中加入此比例下的乳化剂，可降低煤浆黏度，减少了分散剂的用量，同时减弱分散剂引起的起泡现象，使水煤浆性能得到进一步改善。更优选的，改性抗凝剂为萘磺酸盐、木质素磺酸盐和腐植酸盐中的至少一种；乳化剂为S-80、TX-10、OP-30和T-30中的至少一种。
优选的，粗煤粉的粒径为150～450μm；细煤粉的粒径为0～150μm，由此可以提高水煤浆燃料的填充度，增加浓度。
根据本发明一种典型的实施方式，粗煤粉的加入量为水煤浆燃料原料总重量的30％～45％，例如可以是30％，31％，32％，33％，34％，35％，36％，37％，38％，39％，40％，41％，42％，44％或45％；细煤粉的加入量为水煤浆燃料原料总重量的9％～28％，例如，可以是9％，10％，14％，15％，16％，17％,18％，22％，23％，24％，25％，26％，27％或28％等。控制粗煤粉和细煤粉的质量比在此范围内，制得的水煤浆黏度较低，具有较好的流动性，该粒度级配达到最优，另一方面还能够降低成本低。
优选的，水煤浆燃料中煤粉粒径为15～100μm、中位粒径30～50μm。控制水煤浆中位粒径30～50μm，在保证了水煤浆稳定性的前提下，增加了煤浆颗粒的比表面积，提升了燃料的反应活性，降低了水煤浆的挥发分析出温度和着火温度，燃尽指数增大。
根据本发明一种典型的实施方式，原料煤为烟煤、无烟煤、贫煤或褐煤中一种或多种，或进一步添加煤泥、洗中煤或煤矸石。
根据本发明一种典型的实施方式，步骤1)中采用粗碎机进行原料煤破碎；优选的，粗碎机为环锤式破碎机、齿辊破碎机、反击式破碎机或可逆锤式破碎机；优选的，步骤2)中采用细碎机进行研磨；更优选的，细碎机为湿式球磨破碎机。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种水煤浆燃料。该水煤浆燃料的原料由以下重量百分比的成分组成：烟气冷凝水30～40％、改性抗凝剂0.5％～1.5％、乳化剂0.2％～0.5％、粒径150～450μm的粗煤粉30％～45％和粒径0～150μm的细煤粉9％～28％；优选的，水煤浆燃料中煤粉粒径为15～100μm、中位粒径30～50μm；优选的，改性抗凝剂为萘磺酸盐、木质素磺酸盐和腐植酸盐中的至少一种；优选的，乳化剂为S-80、TX-10、OP-30和T-30中的至少一种；优选的，制备粗煤粉和细煤粉的原料煤为烟煤、无烟煤、贫煤或褐煤中一种或多种，或进一步添加煤泥、洗中煤或煤矸石。
下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例1
参考图1的流程，采用烟煤制备超细水煤浆，全水Mt为5％～9％，灰分Aar为6％-12％，分散剂为木质素磺酸钠，乳化剂采用OP-30。制备时将烟煤经粗碎机破碎后进行筛分，取44％的粗煤粉与23％的烟气冷凝水混合，得到高浓度粗浆。再将20％的细煤粉与高浓度粗浆混合后送入细碎机进一步研磨，研磨过程中继续加入8％的烟气冷凝水，得到半成品细浆。最后向半成品细浆中添加1.5％的改性抗凝剂、0.5％的乳化剂后进行搅拌，形成粒径15～100μm、中位粒径30～50μm浓度为64％的成品超细水煤浆。本实施例制备的超细水煤浆的表观粘度为1000-1200mPa·s，每天用插棒法观察超细水煤浆的沉淀情况，稳定性大于30天，为可泵送的水煤浆。该燃料送至循环流化床锅炉燃烧后，燃烧效率可以达到98％以上。
实施例2
采用贫煤制备超细水煤浆，分散剂为萘磺酸盐，乳化剂为T-30将贫煤经粗碎机破碎后进行筛分，取42.50％的粗煤粉与28％的烟气冷凝水混合，得到高浓度粗浆。再将20％的细煤粉与高浓度粗浆混合后送入细碎机进一步研磨，研磨过程中继续加入8％的烟气冷凝水，得到半成品细浆。最后向半成品细浆中添加1％的改性抗凝剂、0.5％的乳化剂后进行搅拌，形成粒径15～100μm、中位粒径30～50μm浓度57.5％的成品超细水煤浆。本实施例制备的水煤浆的表观粘度为约为1000mPa·s，稳定性大于25天，可以通过船运、车运、泵送至锅炉燃烧。燃烧效率可以达到98％以上。
实施例3
采用神华准格尔煤制备超细水煤浆，分散剂为腐植酸盐，乳化剂为OP-30。将神华准格尔煤经粗碎机破碎后进行筛分，取38％的粗煤粉与28％的烟气冷凝水混合，得到高浓度粗浆，将24％的细煤粉与高浓度粗浆混合后送入细碎机进一步研磨，研磨过程中继续加入7％的烟气冷凝水，得到半成品细浆，再向半成品细浆中添加0.5％的改性抗凝剂、0.5％的乳化剂后进行搅拌，形成粒径15～100μm、中位粒径30～50μm浓度62％的成品超细水煤浆。本实施例制备的超细水煤浆直接用于水煤浆锅炉燃烧，燃烧效率可以达99％以上，燃烧产生的灰渣可以作为氧化铝提取的原料。
实施例4
与实施例1基本相同，不同之处在于，取44％的粗煤粉与25％的烟气冷凝水混合，得到高浓度粗浆。本实施例制备的超细水煤浆的表观粘度为1000-1150mPa·s，每天用插棒法观察超细水煤浆的沉淀情况，稳定性大于30天，为可泵送的水煤浆。该燃料送至循环流化床锅炉燃烧后，燃烧效率可以达到98％以上。
实施例5
与实施例1基本相同，不同之处在于，取44％的粗煤粉与28％的烟气冷凝水混合，得到高浓度粗浆。本实施例制备的超细水煤浆的表观粘度为1000-1100mPa·s，每天用插棒法观察超细水煤浆的沉淀情况，稳定性大于30天，为可泵送的水煤浆。该燃料送至循环流化床锅炉燃烧后，燃烧效率可以达到98％以上。
实施例6
与实施例1基本相同，不同之处在于，取30％的粗煤粉与28％的烟气冷凝水混合，得到高浓度粗浆。本实施例制备的超细水煤浆的表观粘度为1000-1200mPa·s，每天用插棒法观察超细水煤浆的沉淀情况，稳定性大于30天，为可泵送的水煤浆。该燃料送至循环流化床锅炉燃烧后，燃烧效率可以达到98％以上。
对比例1
按照实施例1的方法，不同的是，加入的不是烟气冷凝水而是印染废水，制得水煤浆。到的水煤浆稳定性较差，静止24h后浆液分布明显不均匀，该燃料送至循环流化床锅炉燃烧后，燃烧效率达到98％以上。对比例2按照实施例2的方法，不同的是，加入的不是烟气冷凝水而是高盐废水，制得水煤浆。得到的水煤浆黏度小，成浆型较差，热值低于烟气冷凝水水煤浆。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：应用本发明的技术方案，可以有效利用烟气冷凝水，减少水煤浆制备过程中的用水量，实现资源综合利用，减轻水煤浆制浆厂的水耗需求和制备成本，并且采用本发明配方制备得到的水煤浆具有稳定性好、燃烧效率高的优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种水煤浆燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将原料煤破碎后进行筛分，得到粗煤粉和细煤粉，取所述粗煤粉与烟气冷凝水混合，得到粗浆；
2)将所述细煤粉与所述粗浆混合进行研磨，研磨过程中加入所述烟气冷凝水，得到半成品细浆；以及
3)向所述半成品细浆中添加改性抗凝剂和乳化剂，制备得到所述水煤浆燃料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述烟气冷凝水的加入量为所述水煤浆燃料原料总重量的22～28％；
优选的，所述步骤2)中，所述烟气冷凝水的加入量为所述水煤浆燃料原料总重量的4～8％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述改性抗凝剂的加入量为所述水煤浆燃料原料总重量的0.5％～1.5％；所述乳化剂的加入量为所述水煤浆燃料原料总重量的0.2％～0.5％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粗煤粉的粒径为150～450μm；所述细煤粉的粒径为0～150μm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述粗煤粉的加入量为所述水煤浆燃料原料总重量的30％～45％；所述细煤粉的加入量为所述水煤浆燃料原料总重量的9％～28％。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述水煤浆燃料中煤粉粒径为15～100μm、中位粒径30～50μm。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述原料煤为烟煤、无烟煤、贫煤或褐煤中一种或多种，或进一步添加煤泥、洗中煤或煤矸石。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烟气冷凝水为通过烟气冷凝装置获得的未经净化和沉淀过滤的工业废水；
优选的，在所述水煤浆燃料的制备过程中不添加除所述烟气冷凝水外的其他水。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中采用粗碎机进行所述原料煤破碎；
优选的，所述粗碎机为环锤式破碎机、齿辊破碎机、反击式破碎机或可逆锤式破碎机；
优选的，所述步骤2)中采用细碎机进行研磨；
更优选的，所述细碎机为湿式球磨破碎机。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述改性抗凝剂为萘磺酸盐、木质素磺酸盐和腐植酸盐中的至少一种；
优选的，所述乳化剂为S-80、TX-10、OP-30和T-30中的至少一种。
11.一种水煤浆燃料，其特征在于，所述水煤浆燃料的原料由以下重量百分比的成分组成：烟气冷凝水30～40％、改性抗凝剂0.5％～1.5％、乳化剂0.2％～0.5％、粒径150～450μm的粗煤粉30％～45％和粒径0～150μm的细煤粉9％～28％；
优选的，所述水煤浆燃料中煤粉粒径为15～100μm、中位粒径30～50μm；
优选的，所述改性抗凝剂为萘磺酸盐、木质素磺酸盐和腐植酸盐中的至少一种；
优选的，所述乳化剂为S-80、TX-10、OP-30和T-30中的至少一种；
优选的，制备所述粗煤粉和所述细煤粉的原料煤为烟煤、无烟煤、贫煤或褐煤中一种或多种，或进一步添加煤泥、洗中煤或煤矸石。
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