水煤浆的制备工艺 毕业论文.docx
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1、第一章 绪论1 .1水煤浆的背景1.1.1 我国富煤贫油的能源结构我国煤炭储量约占石化能源总储量的90,而石油和天然气储量约占10,煤炭的消耗约占能源消耗的72左右,因此说,煤炭是我国最可靠、最有保障的能源。专家预言,人类将面临一个能源时代的变革,未来的能源是一个以太阳能、核能、生物质能等可再生能源为主。但进入下一个能源时代之前,能源消耗需经过一个过渡时期,由于煤的蕴藏量超过石油甚多,这个过渡时期应是一个以煤为主的混合型能源结构阶段。但该阶段不是直接燃烧煤炭的用煤方式的重复,而是在高效、洁净、优质化基础上的高层次利用。1.1.2环保对燃料的约束一方面随着人们生活水平的提高,人们对自己生活质量的
2、要求越来越高;另一方面随着社会的发展,人们生活的环境却不断的恶化,其中由散煤低层次利用造成的环境污染是其中重要的原因。这主要表现为由原煤直接燃烧造成的烟尘污染和高硫煤直接燃烧造成的$02污染。因此,洁净度成为人们选择燃料主要指标之一。山西煤正是由于硫份过高,而被请出北京市场。1.1.3 国家能源供应安全随着国民经济的发展,我国对石油进口的需求急剧增加。我国1994年成为石油纯进口国。2000年进口石油达7 000多万“随着轿车进入家庭步伐的加快,我国石油需求将进一步加大,据估计,2010年供需缺口将达到13-15亿to长期依赖国际市场补充国内燃料的不足,必将对国家液体燃料供应的安全形成问题。1
3、.2 水煤浆发展现状1.2.1 生产能力我国从80年代初开始水煤浆技术的研究工作。在制浆工艺与装备、添加剂、贮存、运输、燃烧技术等方面均取得了多项成果。目前已建成能力从3万25万ta的制浆厂8座,总生产能力为15 mta,其中:白杨河电厂制浆能力为60万ta,八一、北京、兖州均为25万ta,东北15万ta,且开发了具有我国自己特色的浮选精煤制浆技术,取得了良好的效果。我国近20a来,针对煤质的特点,开发了价格低廉、效果好的添加剂,已形成了一定的生产能力,可以替代进口并能满足制浆和燃烧的需要。在工业锅炉、窑炉加热炉和电站锅炉进行了燃烧试验,一些厂投入正式的应用。我国的制浆和燃烧技术等方面已达到了
4、国际先进水平。1.2.2 应用情况水煤浆的用途主要有两个方面:燃料。多年来,水煤浆已先后成功地在电厂锅炉、工业窑炉和锅炉上进行燃烧取得了成功。如:山东的白杨河电厂锅炉(320th)是燃煤改燃油后又改烧水煤浆的锅炉,已稳定燃烧4a多,燃烧效率达到98以上。化工原料。我国80年代引进了德士古气化技术,该技术属第2代气化技术已经实现工业化,目前在国际上是先进的技术。德士古气化炉是以水煤浆为进料的。采用该技术生产的煤气CO+H2含量高,CH4为01左右,无焦油等高级烟类,是比较理想的合成气。该技术最先在山东鲁南化肥厂得到应用,以后又在上海焦化厂、首钢等单位得到应用。目前我国自主开发的新型水煤浆气化炉已
5、完成日处理煤15t的中试考核。1.2.3 应用状况分析从前面的情况可以看出,水煤浆生存环境比较良好,技术水平国际先进,但生产能力却仅为15mta。水煤浆技术是一个包括制备、运输、应用、环境处理等技术的跨行业多学科的系统工程技术。启用水煤浆这一技术,仅仅掌握水煤浆的制备技术,生产出合格的水煤浆,是远远不够的,必须是生产者和用户共同启用这一新技术,并且双方都有利可图,才能把这一技术付诸实施。从水煤浆的性能来看,水煤浆是适合长途运输的,但是,由于水煤浆中含30左右的水份,因此长途运输会给用户增加很大的经济负担。水煤浆的经济性是相对于燃油用户。目前,国内的水煤浆的价格为320-350元to重油的价格1
6、 500元t以上,按2t浆代替1t重油算,则可节约800多元。水煤浆的经济性对燃煤用户而言,则很差。以精煤的价格220元t计算,将同样的煤加工成的水煤浆按320元t计算,水煤浆的浓度按70计算,则相当于所用精煤的价格为32070:457元t因此,对于燃煤用户而言,使用水煤浆的积极性不会高。虽然以上因素限制了水煤浆的发展,但是从长远来看,随着国民经济的发展,我国液体燃料供需矛盾的进一步加大;随着环境对燃料的约束进一步加强;随着水煤浆技术的进一步提高,成本的下降,水煤浆的应用将突破这些障碍。特别是将水煤浆同治理工业废水结合起来,将会使水煤浆的社会效益更加明显,经济效益得到改善。因此,水煤浆的应用前
7、景是广阔的,只是有待时日而已。第二章 制浆用煤的选择2.1 燃烧用户对煤质的要求所选用的制浆用煤首先应该满足用户对煤炭质量的要求。这些要求主要包括煤炭的灰分、硫分、热值、挥发分及灰熔点等几个方面。用户不同,要求也有所区别,其中应特别注意的是挥发分与灰熔点。挥发分影响到水煤浆在炉膛中是否能稳定着火燃烧。根据经验,通常用于锅炉燃烧时要求制浆用煤的挥发含量大于25%,用于炉窑燃烧时则要求大于15%。对灰熔点的要求取决于燃烧炉的排渣方式,固态排渣要求灰熔点中的半球温度高于1300,液态排渣则要求灰熔点中的半球温度低于1200.至于对煤炭灰分、硫分及热值的要求,则主要由用户来选择。燃用低灰煤浆固然热值高
8、、环境效益好,但也必须考虑价格因素。煤炭灰分每增高1%,可燃质则相应降低1%,热值也大体只降低1%,但是精煤的产率则可能降低3%以上。这就是说,从单位热值的价格来看,灰分低是不利的。不管煤炭的灰分高、低,水煤浆燃烧炉除尘、排灰及炉内清灰措施是必不可少的。因此我们认为,只要环境条件许可,适当提高制浆用煤的灰分是合算的。2.2煤炭成浆性及判别指标 众所周知,煤种不同,制浆的难易程度有很大的差异。对此中外学者一致认为:煤阶越低,内在水分越高,煤中O和C比值越高,亲水官能团越多,孔隙越发达,可磨性指数HGI值越小,煤中所含可溶性高价金属离子越多,煤的制浆难度越大。这些也为我们的研究工作所证实。由上可知
9、,煤炭性质对成浆性的影响是多方面的,而且诸因子间又密切相关。对O来讲,除了极性基很强的含氧官能团对制浆有直接影响外,对煤炭的成浆性有影响的其他一些因子如煤的孔隙度、V%、A%等,又和因子Mad与HGI相关。煤浆成浆性判别指标D与可制浆浓度C之间的关系式是 C=77-1.2D(%)这个经验模型多年来一直是国内指导选择制浆用煤的依据。1986年在“煤炭综合有效利用第一次技术交流会”上发表以后受到日本同行的重视。日本九保田株式会社来访时称这个公式与他们的实验数据也很符合。根据上述关系,我们建议烟煤成浆性难易可按成浆性难易指标D分为四个等级,如表2.2所列表2.2 煤炭成浆性分类成浆性难易指标D可制浆
10、浓度(%)易472中等4772-68难71068-65很难1065这个经验公式虽然有很好的实用性,但毕竟试验数据少,纳入分析的因子也少,所以国家水煤浆工程技术研究中心又组织了部门进行了更详细的研究。在这就不详细叙述了,有兴趣的可以去查阅相关资料。第三章 水煤浆的级配技术掌握好水煤浆的粒度分布是制备水煤浆燃料的关键技术之一,所以讨论粒度分析方法是十分必要的。粒度分析的方法很多,常用的粒度分析方法有筛分,激光粒度分析及Andreason沉积分析等法。由于水煤浆有较宽的粒度分布,其粒度上限为300微米,实际可达500微米,而粒度下限往往比微米级还细,很难用一种方法有效进行粒度分析。因此水煤浆的粒度分
11、析通常都是将粗、细两部分分别进行。大于200网目者用湿法筛分;小于200网目者用沉积分析或激光粒度分析方法,然后将两者综合为完整的粒度分布。3.1标准筛孔径的标定筛分试验用标准筛的孔径必须事先进行标定。因为国内外标准筛的实际孔宽与标称值都有差异。标定方法如下:将水煤浆试样在200网目(75微米)标准筛上用水充分冲洗,脱除其中的细泥。将脱泥后的试样烘干,用干燥、清洁的标准套筛(从48网目至200网目)在振筛机上进行干法筛分。筛分结束后(约20分钟),保留筛上物在筛框中,对每一个标准筛用手拍打筛框,筛出难筛粒。将难筛粒送去用显微镜测定不少于20粒的长度L与宽度B,并计算其几何平均值。取所测各颗粒宽
12、度B的平均值代表该筛网的筛孔直径,取各颗粒几何平均值的平均值代表该筛网的筛分粒度(相当投影直径)。3.2 堆积理论制备高浓度水煤浆的技术关键之一,是要求水煤浆的粒度分布能达到较高的堆积效率,亦即要求煤粒堆积时空隙少,固体容积浓度高。堆积效率与粒度分布的关系,是水煤浆制备技术的基础理论之一。颗粒的堆积性能不只是水煤浆制备中所关心的问题,在建材、化工、粉体工程、涂料等工业及农业中的土壤等学科领域也十分重要。这方面已有的研究成果很多。最简单的是单一粒径颗粒的堆积,其次是多种离散粒径颗粒的堆积,最复杂也是最实用的是连续分布颗粒的堆积,除此之外还有隔层堆积。隔层堆积理论,它既可用于多粒径离散颗粒体系,亦
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