水煤浆制备与应用技术及发展展望_段清兵
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［9 ］ 水煤浆的流变性， 并取得了良好的效果。S Maeda 分别用 NSF 和木质素磺酸盐制浆， 发现在储存和运
水煤浆制备技术是将原料煤与水， 再辅以一定 进而形成合格的燃料 比例的添加剂进行破碎磨矿， 供锅炉或气化炉使用。 水煤浆作为 或气化水煤浆， 一种浆体， 既要求其浓度高、 流动性好， 又要求有较 好的稳定性， 避免发生硬沉淀。 影响水煤浆质量的 因素有很多， 主要有原料煤煤质、 水煤浆添加剂及水 煤浆制备工艺 。 1. 1 制浆原料要求与应用现状 煤是水煤浆的主体， 因此， 在选择制浆用煤时， 既要考虑锅炉或气化炉对煤质的要求和煤炭的价 格， 也需重视煤炭的成浆性能， 煤种不同， 制浆的难 易程度有很大的差异， 中外学者一致认为： 煤阶越 低、 内在水分越高、 煤中氧碳比 （ O / C ） 越高、 亲水官 能团越多、 孔隙愈发达、 可磨性指数 HGI 值越小、 煤 中所含可溶性高价金属离子越多， 煤的制浆难度就 越大
在部分地区则以变质程度更高的无烟煤和石油焦为 此类煤种内在水分含量更低、 可磨性较 制浆原料， 差、 成浆浓度高， 但存在反应活性较差的问题。 此外， 随着我国工业和城镇化的迅速发展 ， 相关 工业生 研究单位利用市政污水处理厂排出的污泥 、 产中排出的各种废弃物， 如造纸黑液、 工业废水、 分 选煤泥等与煤配合制备成水煤浆 炉的燃烧要求。 1. 2 水煤浆添加剂研究现状
DOI： 10．13199 / j．cnki．cst．2017．01．033
E－mail： duanqbing@ sina．com 作者简介： 段清兵（ 1978—） ， 男， 山东新泰人， 副研究员， 硕士。Tel： 010－84263452－8031， J］ ． 煤炭科学技术， 2017， 45（ 1） ： 205－213． 静． 水煤浆制备与应用技术及发展展望［ Duan Qingbing，Zhang Shengju，Duan Jing．Development outlook and preparation and application technology of coal water mixture［J］．Coal Science and Technology， 2017， 45（ 1） ： 205－213．
Development outlook and preparation and application technology of coal water mixture
Duan Qingbing 1 ，Zhang Shengju 1 ，Duan Jing 2
（ 1. CCTEG Clean Energy Company Limited，Beijing 100013，China； 2. China Coal Ｒesearch Institute，Beijing 100013，China）
第 45 卷第 1 期
2017 年 1月
煤炭科学技术
Coal Science and Technology
Vol. 45 Jan.
No. 1 2017
煤炭加工与环保
水煤浆制备与应用技术及发展展望
1 1 2 段清兵 ， 张胜局 ， 段 静
（ 1. 中煤科工清洁能源股份有限公司， 北京
100013； 2. 煤炭科学技术研究院有限公司， 北京
205
2017 年第 1 期
煤炭科学技术
百度文库
第 45 卷
煤、 代油得到快速发展， 据不完全统计， 全国燃料水 范围涵盖了电力、 石 煤浆使用量已达 3 000 万 t / a， 油、 化工、 建材等多个行业； 水煤浆作为气化原料， 具 有技术先进、 运行成熟可靠、 单炉生产能力高、 投资 主要用于我国 运行费用低和国产化程度高的优点， 煤化工行业的甲醇、 合成氨、 烯烃、 煤制油等。 据统 气化水煤浆使用量已超过 2 亿 t， 且随着我国煤 计， 水煤浆具有广阔的发展空间 化工产业的迅猛发展， 和市场前景。目前， 我国已成为世界上水煤浆技术 ［2 ］ 领先、 产能最大、 应用行业最广泛的国家 。 经过 30 年的发展， 我国水煤浆制备技术和装备已经形成 了专业化、 规模化、 产业化的发展现状。笔者基于当 前水煤浆技术的研究及应用现状， 主要对水煤浆的 制备技术、 燃料水煤浆应用发展现状、 水煤浆气化技 术的特点与应用情况进行了重点分析说明 ， 以期对 我国水煤浆技术的发展提供技术参考 。
1
水煤浆制备技术发展现状
木质素系、 腐植酸系、 氨基磺酸盐系、 聚羧 要有萘系、 酸系和脂肪族系等， 添加剂的有效性与所用煤炭的 当原料煤质发生变化时应通过试 性质有密切关系， 验调整添加剂的配方与用量。 1） 国外水煤浆添加剂的研究状况。 国外水煤 花王公 浆添加剂的研究单位主要有日本油脂公司 、 司、 雄狮公司等。已有研究结果表明， 水煤浆添加剂 的结构特征（ 主结构特征、 取代基的类型及性质、 聚 合度、 磺化度及羟值等 ） 与煤质及煤表面物理化学 性质有着密切的相关性， 这种匹配性影响着煤的成 浆 性、 流 变 性 以 及 浆 体 稳 定 性。 ToshiyukiUkigai ［7 ］ 等 在试验中发现， 随着磺化度的增加， 添加剂和 煤粒表面的亲和力加强， 因而改变了水煤浆的流变 。 特性 在水 煤 浆 添 加 剂 的 复 配 方 面， 土耳其的 G Atesok 等［8］就聚苯乙烯磺酸钠 （ PSS ） 和萘磺酸钠甲 醛缩合物（ NSF ） 复配用作水煤浆添加剂， 用来调节
100013）
要： 介绍了近年来国内水煤浆在原料煤选择上的变化及在添加剂和水煤浆制备工艺方面所取得 的最新研究成果； 阐述了燃料水煤浆在电站锅炉和导热油炉的应用效果 ， 并对德士古（ Texace ） 水煤浆 摘 多喷嘴对置式水煤浆气化、 清华水冷壁水煤浆气化 3 种具有代表性的水煤浆气化技术特点与应 气化、 用效果进行了论述。基于燃料水煤浆在节能减排方面的重要意义和气化水煤浆在化工行业不可替代 的重要作用， 指出进一步拓展制浆用原料煤煤源 ， 开发新一代高效节能的制浆工艺和设备， 研发高性 价比的水煤浆添加剂， 开发新一代水煤浆燃烧技术和气化技术 ， 提高煤炭转化效率， 进一步降低生产 成本是今后水煤浆技术的研究方向 。 关键词： 水煤浆； 燃料水煤浆； 气化水煤浆； 制浆工艺； 添加剂； 煤炭清洁利用 中图分类号： TQ536 文献标志码： A 文章编号： 0253 － 2336（ 2017） 01 － 0205 － 09
［5 ］
， 完全能满足锅
为使所制水煤浆达到高浓度、 低黏度， 并有良好 的流变性与稳定性， 在制浆过程中需要加入少量添 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， 降低黏度， 改善煤粒在水
［6 ］ 中的分散， 并提高水煤浆的稳定性 。 添加剂的用 量通常为煤量的 0．1% 1．0% 。添加剂种类很多， 主
0
引
言
又可作为气化使用的原料 代煤的清洁燃料，
［1 ］
。水
水煤浆是具有一定粒度分布的煤粉、 水和添加 ， 、 剂组成的煤基流体 具有流动性良好 稳定性可靠、 储运安全方便、 输送可靠简便等优点， 既可作为代油
收稿日期： 2016－11－30； 责任编辑： 代艳玲 引用格式： 段清兵， 张胜局， 段
煤浆技术是是国家洁净煤技术发展中的重要方向 ， 在目前环保政策以及能源结构调整背景下 ， 符合国 家节能减排形势和政策导向。水煤浆作为煤基清洁 燃料， 已经在我国长三角、 珠三角等经济发达地区代
Abstract ： The paper introduced the variation on raw material selection of the coal water mixture in China in recent years and the update research achievements obtained from the additives and coal water mixture preparation technology． The paper stated the application effect of the fuel coal water mixture in the boiler and the heat conducted oil boiler of the electric power stations． The paper had a discussion on the coal water mixture gasification technology features and application effect of the Texace coal water mixture gasification， the multi nozzles opposed type coal water mixture gasification and Tsinghua water cooling wall type coal water mixture gasification． Based on the important significances of the fuel coal water mixture to the energy saving and emission reduction and the irreplaceable important role of the gasified coal water mixture in the chemical industry， the paper pointed out that the further development of the raw material coal sources for the mixture preparation，the development of the new high efficient and energy saving mixture preparation technique and equipment，the research and development on the coal water mixture additives with a high performance price ratio，the development on the new coal water mixture combustion technology and gasification technology，to improve the coal conversion efficiency and to further reduce the production cost would be the research orientation of the late coal water mixture． Key words： coal water mixture； fuel coal water mixture； gasification coal water mixture； mixture preparation technology； additive； coal clean utilization
输期间会产生沉淀， 水煤浆的稳定性差， 但在复配三 聚磷酸钠后， 水煤浆黏度显著下降， 稳定性大幅度提 高， 其研究结果还指出， 其他聚磷酸盐 （ 如焦磷酸 钠） 也具有较好的复配效果。 2） 国内水煤浆添加剂的研究状况。 近年来， 中 煤科工清洁能源股份有限公司、 南京大学、 中国矿业 大学等对水煤浆添加剂研究做了很多工作 ， 开发出 一系列具有竞争力的产品。如中煤科工清洁能源股 份有限公司根据不同煤种的特性开发了以下 4 个系 列产品： ①MK － 1 型提浓工艺专用水煤浆添加剂： 该
［4 ］ ［3 ］
。
我国水煤浆技术开始于 20 世纪 80 年代， 发展 之初制浆煤种以炼焦煤、 气煤和肥煤为主， 此类煤种 变质程度高、 内在水分含量低、 可磨性好， 制备的水 煤浆浓度高、 流变性好。 随着我国水煤浆技术的发 展， 神府煤田和鄂尔多斯地区的煤种在资源储量和 原料价格上具有较大优势， 已发展成为制浆煤种的 主要原料。但是， 该地区煤种以低变质程度的长焰 ， 可磨性差、 煤和不黏煤为主 存在内在水分含量高、 孔隙率高的问题， 降低了水煤浆的成浆浓度。另外， 206
水煤浆制备技术是将原料煤与水， 再辅以一定 进而形成合格的燃料 比例的添加剂进行破碎磨矿， 供锅炉或气化炉使用。 水煤浆作为 或气化水煤浆， 一种浆体， 既要求其浓度高、 流动性好， 又要求有较 好的稳定性， 避免发生硬沉淀。 影响水煤浆质量的 因素有很多， 主要有原料煤煤质、 水煤浆添加剂及水 煤浆制备工艺 。 1. 1 制浆原料要求与应用现状 煤是水煤浆的主体， 因此， 在选择制浆用煤时， 既要考虑锅炉或气化炉对煤质的要求和煤炭的价 格， 也需重视煤炭的成浆性能， 煤种不同， 制浆的难 易程度有很大的差异， 中外学者一致认为： 煤阶越 低、 内在水分越高、 煤中氧碳比 （ O / C ） 越高、 亲水官 能团越多、 孔隙愈发达、 可磨性指数 HGI 值越小、 煤 中所含可溶性高价金属离子越多， 煤的制浆难度就 越大
在部分地区则以变质程度更高的无烟煤和石油焦为 此类煤种内在水分含量更低、 可磨性较 制浆原料， 差、 成浆浓度高， 但存在反应活性较差的问题。 此外， 随着我国工业和城镇化的迅速发展 ， 相关 工业生 研究单位利用市政污水处理厂排出的污泥 、 产中排出的各种废弃物， 如造纸黑液、 工业废水、 分 选煤泥等与煤配合制备成水煤浆 炉的燃烧要求。 1. 2 水煤浆添加剂研究现状
DOI： 10．13199 / j．cnki．cst．2017．01．033
E－mail： duanqbing@ sina．com 作者简介： 段清兵（ 1978—） ， 男， 山东新泰人， 副研究员， 硕士。Tel： 010－84263452－8031， J］ ． 煤炭科学技术， 2017， 45（ 1） ： 205－213． 静． 水煤浆制备与应用技术及发展展望［ Duan Qingbing，Zhang Shengju，Duan Jing．Development outlook and preparation and application technology of coal water mixture［J］．Coal Science and Technology， 2017， 45（ 1） ： 205－213．
Development outlook and preparation and application technology of coal water mixture
Duan Qingbing 1 ，Zhang Shengju 1 ，Duan Jing 2
（ 1. CCTEG Clean Energy Company Limited，Beijing 100013，China； 2. China Coal Ｒesearch Institute，Beijing 100013，China）
第 45 卷第 1 期
2017 年 1月
煤炭科学技术
Coal Science and Technology
Vol. 45 Jan.
No. 1 2017
煤炭加工与环保
水煤浆制备与应用技术及发展展望
1 1 2 段清兵 ， 张胜局 ， 段 静
（ 1. 中煤科工清洁能源股份有限公司， 北京
100013； 2. 煤炭科学技术研究院有限公司， 北京
205
2017 年第 1 期
煤炭科学技术
百度文库
第 45 卷
煤、 代油得到快速发展， 据不完全统计， 全国燃料水 范围涵盖了电力、 石 煤浆使用量已达 3 000 万 t / a， 油、 化工、 建材等多个行业； 水煤浆作为气化原料， 具 有技术先进、 运行成熟可靠、 单炉生产能力高、 投资 主要用于我国 运行费用低和国产化程度高的优点， 煤化工行业的甲醇、 合成氨、 烯烃、 煤制油等。 据统 气化水煤浆使用量已超过 2 亿 t， 且随着我国煤 计， 水煤浆具有广阔的发展空间 化工产业的迅猛发展， 和市场前景。目前， 我国已成为世界上水煤浆技术 ［2 ］ 领先、 产能最大、 应用行业最广泛的国家 。 经过 30 年的发展， 我国水煤浆制备技术和装备已经形成 了专业化、 规模化、 产业化的发展现状。笔者基于当 前水煤浆技术的研究及应用现状， 主要对水煤浆的 制备技术、 燃料水煤浆应用发展现状、 水煤浆气化技 术的特点与应用情况进行了重点分析说明 ， 以期对 我国水煤浆技术的发展提供技术参考 。
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水煤浆制备技术发展现状
木质素系、 腐植酸系、 氨基磺酸盐系、 聚羧 要有萘系、 酸系和脂肪族系等， 添加剂的有效性与所用煤炭的 当原料煤质发生变化时应通过试 性质有密切关系， 验调整添加剂的配方与用量。 1） 国外水煤浆添加剂的研究状况。 国外水煤 花王公 浆添加剂的研究单位主要有日本油脂公司 、 司、 雄狮公司等。已有研究结果表明， 水煤浆添加剂 的结构特征（ 主结构特征、 取代基的类型及性质、 聚 合度、 磺化度及羟值等 ） 与煤质及煤表面物理化学 性质有着密切的相关性， 这种匹配性影响着煤的成 浆 性、 流 变 性 以 及 浆 体 稳 定 性。 ToshiyukiUkigai ［7 ］ 等 在试验中发现， 随着磺化度的增加， 添加剂和 煤粒表面的亲和力加强， 因而改变了水煤浆的流变 。 特性 在水 煤 浆 添 加 剂 的 复 配 方 面， 土耳其的 G Atesok 等［8］就聚苯乙烯磺酸钠 （ PSS ） 和萘磺酸钠甲 醛缩合物（ NSF ） 复配用作水煤浆添加剂， 用来调节
100013）
要： 介绍了近年来国内水煤浆在原料煤选择上的变化及在添加剂和水煤浆制备工艺方面所取得 的最新研究成果； 阐述了燃料水煤浆在电站锅炉和导热油炉的应用效果 ， 并对德士古（ Texace ） 水煤浆 摘 多喷嘴对置式水煤浆气化、 清华水冷壁水煤浆气化 3 种具有代表性的水煤浆气化技术特点与应 气化、 用效果进行了论述。基于燃料水煤浆在节能减排方面的重要意义和气化水煤浆在化工行业不可替代 的重要作用， 指出进一步拓展制浆用原料煤煤源 ， 开发新一代高效节能的制浆工艺和设备， 研发高性 价比的水煤浆添加剂， 开发新一代水煤浆燃烧技术和气化技术 ， 提高煤炭转化效率， 进一步降低生产 成本是今后水煤浆技术的研究方向 。 关键词： 水煤浆； 燃料水煤浆； 气化水煤浆； 制浆工艺； 添加剂； 煤炭清洁利用 中图分类号： TQ536 文献标志码： A 文章编号： 0253 － 2336（ 2017） 01 － 0205 － 09
［5 ］
， 完全能满足锅
为使所制水煤浆达到高浓度、 低黏度， 并有良好 的流变性与稳定性， 在制浆过程中需要加入少量添 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， 降低黏度， 改善煤粒在水
［6 ］ 中的分散， 并提高水煤浆的稳定性 。 添加剂的用 量通常为煤量的 0．1% 1．0% 。添加剂种类很多， 主
0
引
言
又可作为气化使用的原料 代煤的清洁燃料，
［1 ］
。水
水煤浆是具有一定粒度分布的煤粉、 水和添加 ， 、 剂组成的煤基流体 具有流动性良好 稳定性可靠、 储运安全方便、 输送可靠简便等优点， 既可作为代油
收稿日期： 2016－11－30； 责任编辑： 代艳玲 引用格式： 段清兵， 张胜局， 段
煤浆技术是是国家洁净煤技术发展中的重要方向 ， 在目前环保政策以及能源结构调整背景下 ， 符合国 家节能减排形势和政策导向。水煤浆作为煤基清洁 燃料， 已经在我国长三角、 珠三角等经济发达地区代
Abstract ： The paper introduced the variation on raw material selection of the coal water mixture in China in recent years and the update research achievements obtained from the additives and coal water mixture preparation technology． The paper stated the application effect of the fuel coal water mixture in the boiler and the heat conducted oil boiler of the electric power stations． The paper had a discussion on the coal water mixture gasification technology features and application effect of the Texace coal water mixture gasification， the multi nozzles opposed type coal water mixture gasification and Tsinghua water cooling wall type coal water mixture gasification． Based on the important significances of the fuel coal water mixture to the energy saving and emission reduction and the irreplaceable important role of the gasified coal water mixture in the chemical industry， the paper pointed out that the further development of the raw material coal sources for the mixture preparation，the development of the new high efficient and energy saving mixture preparation technique and equipment，the research and development on the coal water mixture additives with a high performance price ratio，the development on the new coal water mixture combustion technology and gasification technology，to improve the coal conversion efficiency and to further reduce the production cost would be the research orientation of the late coal water mixture． Key words： coal water mixture； fuel coal water mixture； gasification coal water mixture； mixture preparation technology； additive； coal clean utilization
输期间会产生沉淀， 水煤浆的稳定性差， 但在复配三 聚磷酸钠后， 水煤浆黏度显著下降， 稳定性大幅度提 高， 其研究结果还指出， 其他聚磷酸盐 （ 如焦磷酸 钠） 也具有较好的复配效果。 2） 国内水煤浆添加剂的研究状况。 近年来， 中 煤科工清洁能源股份有限公司、 南京大学、 中国矿业 大学等对水煤浆添加剂研究做了很多工作 ， 开发出 一系列具有竞争力的产品。如中煤科工清洁能源股 份有限公司根据不同煤种的特性开发了以下 4 个系 列产品： ①MK － 1 型提浓工艺专用水煤浆添加剂： 该
［4 ］ ［3 ］
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我国水煤浆技术开始于 20 世纪 80 年代， 发展 之初制浆煤种以炼焦煤、 气煤和肥煤为主， 此类煤种 变质程度高、 内在水分含量低、 可磨性好， 制备的水 煤浆浓度高、 流变性好。 随着我国水煤浆技术的发 展， 神府煤田和鄂尔多斯地区的煤种在资源储量和 原料价格上具有较大优势， 已发展成为制浆煤种的 主要原料。但是， 该地区煤种以低变质程度的长焰 ， 可磨性差、 煤和不黏煤为主 存在内在水分含量高、 孔隙率高的问题， 降低了水煤浆的成浆浓度。另外， 206