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硕士学位论文 煤泥分选超净煤技术研究 培养单位 化学与环境工程学院 研 究 生 王福顺 年 级 2007 学科专业 矿物加工工程 指导教师 付晓恒 教授 中国矿业大学（北京校区） 2010年5月 研究生毕业论文 中国矿业大学（北京校区） 2010年5月 分类号 密 级 UDC 学校编号10290 单位代码11413 硕士学位论文 论文题目煤泥分选超净煤技术研究 英文题目 The Research of Ultra-clean coal Preparation for Coal Slime 研究生王福顺 年级2007 学号TSP070201008Q 学科专业矿物加工工程 研究方向洁净煤技术 指导教师付晓恒 职 称教授 论文完成日期2010.5 论文答辩日期2010.6 学位授予日期 中国矿业大学（北京） 独创性说明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国矿业大学或其他教学机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名 日期 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅或借阅；学校可以发布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保留论文。 （保密的论文在解密后应遵守此规定） 签名 导师签名 日期 摘 要 论文介绍了国内外由煤泥为原料制备低灰煤、超净煤的现状。叙述了国内选煤厂煤泥的产生和综合利用情况。提出了由煤泥制备超净煤的必要性和可行性方案，即煤泥先进行常规浮选过程，所得到的粗选精煤经过超细粉碎，把粒度降低到10微米以下，再通过絮团浮选，多次精选过程得到灰分较低的精煤，其中一些原煤泥通过此过程灰分可以降到3以下，甚至降到2。该方法科学合理，可以更加有效的降低煤泥的灰分，提高了煤泥的附加值。 关键词煤泥，浮选， 超细粉碎，絮团浮选，超净煤 ABSTRACT This article introduced the status of using the coal slurry as raw material to make low-ash coal and super-clean coal at home and abroad. Meanwhile, it depicted the situation of coal slurry production and synthetical utilization in domestic coal preparation plant. It also put forward a feasible scheme of using the coal slurry as raw material to make low-ash coal and super-clean coal. It means that through the general flotation process for coal slurry first of all, then through the ultra-fine crushing the extractive coal of rough selection obtained before, we could reduce the particle size down to 10 microns or less. Later by the conglomeration flotation and the process of repeatedly choiceness we could obtain the extractive coal with lower-ash, some of raw coal slurry, which ash content can be reduced to below 3, even down to 2 by this , The technique is scientific and reasonable and can reduce ash content of the coal slurry more effectively，and increase the added value of slime。 KEYWORDSSlime， Flotation，Ultrafine, Conglomeration flotation，Low-ash coal, Clean coal 煤泥分选超净煤的研究 目 录 1. 绪论1 1.1研究背景1 1.2新中国煤炭工业在国民经济中的作用1 1.3煤泥的产生和利用现状2 1.3.1煤泥的性质和特点2 1.3.2国内选煤厂煤泥概况2 1.3.3煤泥的处理3 1.4超净煤的技术发展和研究现状4 1.5 水煤浆国内外发展现状.6 1.6课题的提出与研究内容8 1.6.1课题的提出8 1.6.2选题的目的及意义8 1.6.3主要研究内容9 1.6.4 现有的技术基础及条件.9 2. 选煤厂煤泥的研究与处理11 2.1选煤厂煤泥水体系11 2.2选煤厂煤泥概况11 2.3煤泥的分选与分类13 2.4煤泥特点12 2.5煤泥的用途及综合利用13 2.6本章小结 ..14 3. 煤泥制备超净煤理论的研究15 3.1浮选基本理论15 3.1.1影响浮选工艺过程的因素.15 3.1.2浮选药剂.17 3.1.3煤泥浮选流程.18 3.2超级粉碎理论的研究18 3.3絮团浮选理论的研究20 3.4本章小结20 4试验设计流程22 4.1煤样性质的分析22 4.1.1 试验所用煤样22 4.1.2 煤样的小筛分试验22 4.1.3 煤样的小浮沉试验24 4.2试验的仪器与药剂25 4.2.1 试验仪器25 4.2.2 试验药剂26 4.3 试验流程图 ..26 4.3.1 煤泥常规浮选试验流程图26 4.3.2 煤泥絮团浮选流程图27 5 试验数据的获得.28 5.1浮选过程相关数据的处理28 5.1.1浮选药剂相关量的测定28 5.1.2精煤产率和灰分的测定29 5.2超细粉碎试验相关数据的处理32 5.3絮团浮选过程相关数据的处理32 5.4不同工艺流程降灰的比较35 5.5 本章小节..36 6.结论与建议..38 5.1结论38 5.2 技术创新点..38 5.3建议38 参考文献39 致 谢41 38 1. 绪论 1.1研究背景 能源，是人类在二十一世纪必须面对的一个重大问题，已经受到世界的瞩目。据专业人士统计，目前世界已探明能源储量和可开采的年限，分别是石油储量10195亿桶，可供开采40余年，高成本油田也只能开采240余年；煤炭埋藏量10316亿吨，可开采200多年。而200多年以后，石油、煤炭及一些能源将消失殆尽。为了贯彻可持续发展战略，树立科学发展关，合理利用能源，减少对环境的污染，走新型工业化道路，建设资源节约型、环境友好型社会，是我国经济社会发展的长远战略目标。综上所述，在石油日趋枯竭，天然气供应逐渐不足， 而新型能源商业化前景依然十分遥远的今天，煤在现在和未来能源结构中的重要地位再次被世界各国所认识。 大力支持以煤代油 以煤代气．以煤生产洁净燃料技术的研究与合理高效开发煤炭资源的能源战略已成为当今世界的主流[1]。 中国是能源消耗大国, 在全部能源的总消耗量中, 煤炭占75以上, 石油占17。中国的煤炭储量丰富, 煤炭将始终处于能源的主体地位。目前,我国大约76的发电燃料,75的工业动力燃料,80的居民生活燃料和60的化工原料均来自煤炭。自上世纪九十年代以来，我国煤炭生产及消费量一直位居世界第一位，煤炭在我国一次能源构成中所占的比例在70～72左右。然而, 加工利用水平确很低,据统计，几乎80的原煤直接进行燃烧。而这些原煤具有灰分高、含硫量高和热值低诸多的特点。大气中的NOx、 SO2、CO2、飘尘等污染物80以上来自煤炭的燃烧排放。据统计中国每创造1美元所消耗的能源，是美国的4.3倍，德国的7.7倍，日本的11.5倍。我国消耗了全球31、30、27和40的原煤、铁矿石、钢材、水泥，所创造出的GDP却不足全球的4。由此可见, 中国能源的利用尤其是煤炭加工和转化的水平有待进一步提高, 合理、高效和洁净地利用煤炭是当前的主要研究目标。 合理有序的发展煤炭。煤炭是中国的基础能源，增加供给能力、优化能源结构、保障煤矿安全、减少环境污染、提高资源利用率、构建新型煤炭工业体系，是保障国民经济发展的迫切需要。中国必须加大煤炭资源勘查力度，支持大型煤炭基地的资源普查和地质详查，规范商业性勘探，提高资源的保障程度，稳步推进大型煤炭基地建设。通过企业的兼并和重组，尽可能形成若干产能亿吨级的大型企业集团。继续推进煤炭资源开发整合，调整改造中小煤矿，依法关闭不符合产业政策、不具备安全生产条件、浪费资源和破坏环境的一些小煤矿，进一步优化煤炭产业结构。促进与相关产业协调发展，鼓励实行煤电联营或煤电运一体化经营，延伸煤炭产业链。提高煤矿机械化水平和采煤综合机械化程度，推进煤炭的清洁生产和利用，鼓励洁净煤技术的研发和推广，加快替代液体燃料研究和示范。积极发展循环经济，加强环境保护，促进资源综合利用，加快煤层气产业化发展。加强煤炭运输体系建设，稳步提高运输能力。建立安全生产机制，增进产业链结构，加大煤矿安全改造和瓦斯防治等方面的投入力度，不断提高安全生产水平，是煤炭生产部门必须面临的问题。 1.2新中国煤炭工业在国民经济中的作用 新中国煤炭工业飞快的发展，为国民经济提供了最重要的能源。自新中国成立以来，在由煤炭、石油、天然气及水电为第一能源总量中，煤炭资源的比重始终处于第一位，五十年代在90以上，一九八五年达75.1，国名经济的各个方面都离不开煤炭资源。煤炭在整个国民经济中占用重要的地位 [2-3] 。 第一，煤炭是中国工业动力的基础能源。自中华人民共和国成立至今，中国的工业和铁路运输始终以煤炭为主要动力原料。以一九八五年为例，生产建设所用的煤炭资源占总消费的76 。以煤炭为燃料的的发电，大约占全国总发电的77。 第二，煤炭是农业生产的重要原料。农业是国民生存的基础，而农业生产必须依赖工业生产提供必要的原料。农村每年要消耗煤炭1.2亿吨，占煤炭全国总产量的五分之一。所以煤炭对农业的发展起到了不可替代的作用。 第三，煤炭是城市居民生活的必需物资。城镇居民的生活更离不开煤炭资源的提供。在一九八零年，中国的民用煤炭消耗量高达1.5亿吨，其中70是在城市地区。在城镇名用资源中煤炭占85。八十年代后期，广大农村人口的生活燃料成为了一个大问题，如今该问题虽然有所缓解，但是一些贫困地区尚未得到很好的改善，未来一段时间这还是一个国家需要关注的一个课题。 第四，煤炭是创造外汇的一个很重要的出口物资。自新中国成立以来，煤炭生产最主要还是在用以满足国内的各方面的需求，出口量还不多，然而自八十年代过后，由于国际石油价格下跌，使得各国开始逐渐重视煤炭资源的开发与利用。而由于中国煤炭资源丰富，煤炭资源的出口具备很大的潜力。自上世纪八十年代我国煤炭出口逐年上升。一九八二年至一九八五年，全国出口煤炭2753万吨，创造外汇12.41亿美元。可见煤炭资源在出口方面也是很重要的一部分。 从上面几点可以看出煤炭在中国国民经济发展以及人民生活各个方面都起到了及其重要的作用，诸多能源中拥有不可替代的作用。在今后很长一段时间中。煤炭资源将会继续扮演着第一角色带领着中国更好的向前发展。 1.3煤泥的产生和利用现状 1.3.1煤泥的性质与特点 煤泥是煤炭洗选加工过程中必然产生的一种副产品，它是由微细粒煤粉和水组合而成的一种粘稠物，具有粒度细、水分含量高，灰分含量大、热值低、粘性强、内聚力大等特点。而煤泥中含有大量的可燃成分。其主要的用途是作为燃烧的材料，经常用作发电。煤泥中的矿物质燃烧后可以转化为一种固体废弃物煤泥灰。煤泥灰可以进行再利用，成为有用的资源。可形成资源产品废弃物再生资源的循环利用模式。 国内大多数选煤厂浮选尾煤的利用率都不高, 大量的煤泥堆积或废弃，会对选煤厂和矿区的经济效益与环境均造成恶劣的影响。其中粗煤泥灰分不高, 且有较高的发热量, 可做动力煤用。随煤炭需求量不断增大,所以变废为利， 回收煤泥具有很重要的现实意义。 1.3.2国内选煤厂煤泥概况 我们国家一直以来对煤炭安全生产非常重视，因为混入煤泥的含水率太高，又结成大团，经常出现一些问题，故一直拒绝燃用选煤厂煤泥。比较大的电厂燃烧煤泥是不值得的，但对于中小型煤粉炉电厂则不然。所以主要是针对比较小型煤粉炉电厂的。自改革开放以来，国家由计划经济向市场经济的转变，特别是对煤泥综合利用的各种鼓励政策，使得中小型煤粉炉燃用煤泥的积极性加以提高，实践证明中小型煤粉锅炉燃用煤泥可以给企业带来一些利益。例如其中平顶山煤业集团九矿电厂，目前就配有很多高温高压煤粉炉。这是由于平煤集团煤泥销售很困难，积压十分严重，直接影响生产。在国家的主管部门要求下，九矿电厂开始尝试燃烧煤泥。他们通过对煤泥特性分析、研究，将煤泥晾晒与中煤或原煤进行混合利用，供电厂燃烧等并获得成功，现已进行批量燃用煤泥。再有同煤集团选煤厂的煤泥年产量很多，达到约300万吨，远景产量将突破1000多万吨，所有煤泥都是通过压滤后掺入精煤销售。因为煤泥水分高，会使精煤总水分增加，影响精煤产品的销售，在冬季冻结车皮严重。云岗矿和晋华宫矿两个选煤厂的煤泥一般都是掺入重选的精煤作为高炉喷吹用煤，其中煤泥占10左右，煤泥的灰分约为20，与用户签订的合同灰分是小于9，是没有达到要求的。因此，没有分选的煤泥掺入精煤，增加了精煤的灰分和水分，影响了它的正常销售。因为本集团各矿选煤厂的煤泥没有一种妥善的处理方式，故煤泥处理方法一直是同煤集团需要解决的难题。 1.3.3煤泥的处理 由于煤泥具有高粘性、高水分、高持水性能和低热值等诸多不利条件，很难实现工业应用，以民用地销为主要出路。改革开放以来，国民经济有了迅猛的发展，煤炭产量已跃居世界首位，但随着社会环保意识的不断提高，煤炭加工的深度和广度都在快速地发展，煤泥的产量也明显上升，煤泥的综合利用在未来很长一段时间内仍将是选煤厂必须面临的重大的问题。 根据煤泥回收工艺的不同，煤泥的物理性质差别比较大。例如用压滤机回收所得的煤泥，其颗粒分布都比较均匀，它的粘性、持水性能都比较弱，可以有利于降低水分。另一种方法是煤泥沉淀池或尾矿场，这种方法是根据固体颗粒在水中可以自然沉淀的原理，实现固液分离而得到的煤泥。这种工艺有粒度分级的功能，由于重力的原因，粗颗粒易沉淀，大都集中在煤泥水入口附近，而细颗粒则在中间位置，极细颗粒在末端。末端煤泥具有高粘性和高持水性等特点，类似江米团，又细又软，晾晒几个月，表面看似干燥，可是内部含水率几乎不降，所以说这种煤泥是最难处理的。 1.4超净煤的技术发展和研究现状 超净煤是指灰分特别很低的煤, 按煤种而异, 其灰分可低于3 ，甚至可以低于1 。 要获得超净煤, 主要可分为化学方法和物理方法两种, 化学方法主要是通过加入药剂使煤中无机矿物发生反应, 生成可溶性物质, 达到脱掉煤中灰分的目的, 其特点是脱灰效率很高, 对大部分煤种都可以使其灰分降到1 以下, 但其工艺复杂, 成本高, 对环境污染也比较严重。另一种方法是便是物理法, 脱灰时煤中的物质组分并没有发生化学变化，该方法优点是成本不高，对环境没什么污染，可以其对一些煤种效果不好。美国OTSSCA公司在上世纪80年代初开发的一种油团聚法,低沸点的正戊烷、其团聚剂为短链, 先通过正戊烷有选择性地使低灰分煤粒团聚成较磁实的团粒, 再用筛分方法把低灰的超净煤分离出来, 为了回收团聚剂, 降低成本, 再用加热的方法对团聚剂进行回收, 这一方法达到了降低团聚剂用量的目的,节约成本， 但是正戊烷挥发性强, 易引起着火和爆炸, 所以安全是一大问题。 1物理脱灰法 煤炭的物理深度脱灰是通过先把煤炭超细粉碎，使煤中的无机矿物与有机可燃体进行充分的解离，再用一些有选择性的药剂分选出超净煤。以下是几种典型的煤炭深度物理脱灰工艺方法。 摩擦电选法是利用煤中有机物质具有的介电常数和电导率比煤中黄铁矿和大部分矿物质低的特点来制取低灰煤的方法之一。主要原理是微粉煤在强气流携带下，经输送管路进入摩擦带电器，与摩擦带电器表面及相互之间经过碰撞摩擦后，煤与矿物质带上极性相反的电荷煤颗粒带正电，而矿物质带负电。在强电场中，煤与矿物质可以向相反方向运动，沉积在相反的电极上，从而实现煤与矿物质的分离。该法是一种工艺简单，能对微细粒实现分选的干选方法。不须水和分选药剂，具有煤泥水处理系统、运行成本低、污染小等特点。但现阶段还存在一些问题，所以还没有实现工业化。 油团聚脱灰工艺是一种高非极性油用量的分选工艺方法。它所形成的微粒聚团具有粒度大，结构结实，表面比较光滑的特点。它也是一种物理分选方法，在用于煤的净化时，具有高脱灰率和高可燃体回收率等特点，因而已经引起广泛关注。 油聚团降灰工艺是加入烃类化合物或非极性油进入悬浮体，然后对悬浮体进行强烈搅拌，来生成合适粒度和强度的煤粒聚团的方法，细粒矿物质仍以分散颗粒的形式存在，通常用筛分方法分离。通常烃类化合物的用量达30％，为了回收这些烃类化合物，要求这种化合物的沸点很低。通过加温使煤粒球团中的烃类化合物蒸发成气体进入冷却塔，而后又回到液态，这一过程需密闭进行，因为这些烃类化合物易燃易爆。 影响油团聚的因素很多，主要包括煤的粒度、煤种、油的种类和用量、搅拌时间和矿浆浓度等等，而采用多次油团、加酸油团、磨矿时加入药剂等方式可进一步降低精煤的灰分。煤的结构特性对油团聚降灰方法的影响也很大。煤中有机官能团特别是含氧官能团对油团聚降灰的影响最大。如果含氧量大，则不能形成油团，需要加入少量调整剂来改善煤的表面性质后，才能进行油团，达到有效降低灰分的目的。煤表面的浸出的钙、镁离子会影响煤的脱灰率，需要碳酸钠和少量酸加以抑制。煤中矿物质的嵌布情况对油团聚降灰的影响很大，若矿物质嵌布粗，则这种煤易选，而如果煤中的矿物质嵌布细，则需要将煤磨的很细，使矿物质与煤充分的解离，才能将煤中的灰分降到1％以下。 油团聚的磨矿方式对降灰的影响也很大。若有用铁球磨矿，容易使铁介质吸附在煤的表面，使得精煤灰分升高。若改用瓷球磨矿，由于瓷球是刚玉制成，极其亲水，不易吸附在煤的表面，通常不会污染精煤，这样可有效的降低精煤的灰分。此外煤的变质程度和煤水界面张力对油团聚降灰的影响很大。通过大量的理论和试验可知，在油团聚脱灰工艺中，用油水界面张力大的油作团聚剂，可取得较好的分选效果，得到灰分很低的精煤。煤的变质程度对油团聚过程影响很大。变质程度深的煤，表面疏水，易于团聚；变质程度浅的煤表面亲水，需加入醇类调整剂来改善煤的表面性质，使其疏水，从而达到团聚的目的。 利用选煤机多次精选法将煤的粒度超细粉碎至0.074mm以下，经过多段物理方法精选可获得超低灰超细微精煤，其灰分可以降至0.67％～0.78％左右，其质量已接近于化学法处理的超纯煤，这一方法仍需做中式及工业性试验。 2）化学脱灰法 化学法是通过加入化学药剂和煤中组分进行化学反应，达到降低灰分的目的。按加入的化学药剂的类型可以分为无机法和有机法。前者是利用酸、碱类化合物和煤中矿物质进行反应，经过洗涤、过滤、干燥将含灰物质去除，而其中的有机质则保留原有的结构和特征。后者是通过有机溶剂溶解、破坏煤中的有机物，然后将溶解的有机物和不溶的残渣分离。化学法使用较多的是氢氟酸法、常规酸碱法、熔融碱沥滤法和化学煤四种。前三种属于无机化学法，后一种为有机化学法。 氢氟酸-盐酸法该方法的主要化学试剂是氢氟酸和氟硅酸的混合物，或者氢氟酸（HF）和盐酸（HCl）的混合物。氢氟酸（HF）具有极强的腐蚀性和渗透性，与煤中的无机矿物如高岭土、石英、方解石反应，生成硅氟酸，再经过加热后，分解为氢氟酸H2F2和四氟化硅SiF4，四氟化硅SiF4呈气态挥发。 图1.1 酸碱法脱灰流程 氢氟酸与煤中某些矿物反应，生成难溶于水的氟化物，如CaF2、FeF2等。这些沉淀物经加热作用大部分可以溶于盐酸，故能将煤中的方解石、菱铁矿、白云石及经氢氟酸浸渍产生的氟化物除去。主要工艺过程是煤→浸溃反应→过滤→脱F→干燥→产品。氢氟酸－盐酸法具有比较好的脱灰效果。但氢氟酸有毒，对人体和环境有很大的危害，对设备材质，厂房建筑具有腐蚀性，限制了该方法的使用。 酸碱法该方法包括NaOH-H2SO4、NaOH-HCl、NaOH-HCl-HNO3等体系，其中NaOH-HCl法是最常见的一种方法。氢氧化钠溶液在一定的条件下，和煤中的硅酸盐、铝硅酸盐、石英等矿物反应，生成可溶性的硅酸钠，或酸溶性的硅铝酸钠。而黄铁矿则生成酸溶性的氢氧化铁和多硫酸钠。煤中的碳酸盐类，金属氧化物等矿物以及碱浸过程中所形成的酸溶性化合物，则可以和酸反应进入液相中。经过滤、洗涤和可以和煤中有机质分离开。 酸碱脱灰法的效果与氢氟酸法类似，在经济和环境效益方面，常规酸碱法具有明显优势。要使酸碱法脱灰经济上可行，重点是碱的再生和副产品的回收。熔融碱沥滤法利用熔融碱沥滤（MCL）工艺可产生极低灰、极低硫煤。在MCL工艺的第一阶段，把煤在370～390℃下用熔碱氢氧化钠或熔融的氢氧化钠－氢氧化钾混合物沥滤一到三个小时，沥滤过程中，煤中大部分的矿物将转化为可溶的碱金属盐，煤的含硫成份转化成无机硫化物、多硫化物以及其他可溶的含硫化合物，相当少量的煤转化为碳酸盐和可溶有机酸。 沥滤后用水以及用稀酸，然后再用水洗涤处理过的煤，以除去碱沥滤产生的可溶性杂质。此方法可以获得灰分及硫分低于0.5％的精煤，表明该方法对原料煤脱灰以及脱硫率大于90.0％。 1.5水煤浆国内外发展现状 水煤浆是20世纪80年代初迅速发展起来的一种低污染、高效率的煤基流体燃料，类似于油的流动性和稳定性，能够方便的泵送、储运和雾化燃烧。水煤浆在燃烧时火焰温度比油低，而且产生的NOx比油少。水煤浆技术是一种投资少、见效快、成本低、成熟度高的煤代油技术，用普通洗选精煤制备的水煤浆已经达到了商业化水平，为企业带来很好的经济和社会效益。但是，这种普通水煤浆由于粒度较粗平均粒度约为45μm，粒度上限小于0.3mm，且灰分较高制浆煤的灰分一般大约为10，如果应用于对喷咀精度要求比较高和燃烧空间比较小的燃用柴油的热工设备中，很容易造成喷咀堵塞、磨损和在燃烧空间积灰和结渣等情况，从而不能或很难替代柴油。但是这种水煤浆替代重油应用于一些电站的大型锅炉中已经取得了很好的效果，得到了广发的开发利用[5]。 中国矿业大学（北京）经过多年来的研究开发，用普通的洗精煤制备的普通水煤浆已经步入商业化，先后在山东白杨河电厂、广东茂名电厂和燕山石化热电厂等单位开始实施应用，为国家带来了比较好的经济效益。到目前为止，我国普通水煤浆的年产量已经突破了500多万吨。 由于超净煤灰分特别低，用超净煤可以制备出精细水煤浆。精细水煤浆是普通水煤浆技术的延伸，它像普通水煤浆一样，具有流动性、稳定性和可雾化性等特点。其制浆煤的粒度特别细（一般小于10μm），灰分特别低（一般在1％－2％，对有些煤种甚至小于1％），浓度可以达到50％－60％。对应剪切率100s-1的粘度小于1000mPa.s，不发生硬沉淀的稳定期不少于3个月。经估算，等热值的精细水煤浆的价格仅为柴油的50％，约为天然气的2/3，所以煤代油具有很好的经济效益和实际效益。 采用大同煤制备的超净煤制备的精细水煤浆的重量浓度为51.0％，粒度小于15.6μm的占90，低位热值为15.28MJ/kg，如果柴油的热值按45.98MJ/kg计算, 则3吨精细水煤浆便可替代1吨柴油。该精细水煤浆为胀塑性流体，但其粘度却很低，100s-1剪切率对应的粘度为225 mPa.s，不会出现硬沉淀的时间为1个月左右。 中国研制水煤浆在上个世纪, 由国家科委攻关局组织进行的, 年月国家科委将“ 水煤浆制备和燃烧技术”列为国家“ 六五”攻关项目, 其制备技术的开发由中国矿业大学（北京）研究生部来承担, 为此, 中国矿业大学（北京）专门成立了水煤浆制备与燃烧实验室。通过几十年的技术攻关, 开发和掌握了一系列水煤浆制备与燃烧技术, 主要包括制浆的用煤的选择与煤炭成浆性的判别，一般要求制浆用煤的挥发分比较大,煤种和煤质是影响水煤浆性质的主要因素。其主要衡量参数有含硫量、灰分、挥发分、热值、水分、固定炭与挥发分之比、燃烧指标、稳定燃烧温度、变形温度和流动温度等。煤炭的成浆性与煤炭的物理、化学性质有着非常密切的关系。“ 级配”技术制备高浓度的水煤浆中, 中国矿业大学‘ 工程学科建设重点项目作者任兰柱, 男, 黑龙江齐齐哈尔人, 副教授, 以前在中国矿业大学在读博士, 主要从事水煤浆燃烧与环保机械研究方面的工作。异煤种的精细水煤浆制备及其成浆性研究不仅需要把煤炭磨至一定的细度, 更重要的是控制它的粒度分布情况, 应能使大小颗粒互相填充, 以减少颗粒间的空隙空隙率越小, 颗粒堆积率越高, 用少量的水便能使浆体流动使颗粒堆积率高的技术称“ 级配” 。煤粉的堆积效率直接影响了悬浮体系的流体力学特征, 在粒度分布中双模粒度个粒级分布是提高煤浆浓度的一个有效方法。磨矿技术是指通过磨机使其产品既能达到比较细的粒度, 又有较高的堆积效率的磨矿技术。中国矿业大学研究了磨介运动规律、磨介对不同粒级煤破碎作用、磨矿过程中粒度减少过程连锁变化规律等。 化学添加剂技术中添加剂是保证水煤浆具有良好液态性能必不可少的成分, 性能优良的添加剂会对高浓度煤浆制备起着重要作用, 它改善了煤粒表面的亲水性, 增大煤水表面动电位,使煤易于分散, 形成比较均匀稳定的低粘度煤浆, 以有利用输送与应用, 其中最重要的是分散剂。添加剂还包括了稳定和助燃等功能的剂性型, 主要是不同性能的单一或复合表面活性剂。煤质不同, 所适宜的表面活性剂及加人量不同。但对大多数煤来说, 通常以阴离子型表面活性剂效果为最好, 特别是磺酸盐及木质素磺酸盐性能优良,这是由于绝大多数的煤粒表面呈现正电性的缘故。为了改善煤的成浆性, 提高煤浆质量分数,使煤浆既具有良好的流动性, 又具有很好的稳定性, 除添加剂的应用是在成浆工艺中最重要的因素之外, 采用配煤成浆、压力处理和热力处理等也较为重要。 精细水煤浆燃烧器为了使精细水煤浆应用于中小型燃油锅炉和中央空调中使用, 燃烧精细水煤浆的小容量燃烧器，结合了精细水煤浆的热值比柴油低的特点, 开发了专门用于精细水煤浆燃烧的燃烧器.燃烧器由喷枪和预燃室组成, 采用压缩空气雾化精细水煤浆,雾化的精细水煤浆从预燃室的割线方向喷入, 在切线方向给入一、二次助燃风。实验表明, 因为采用高速旋流燃烧的方式, 延长了浆滴的燃烧时间; 在预燃器的不同旋转半径之间存在着速度差, 使浆滴很快的脱离惰性气体的包裹, 及时与空气中的氧接触, 提高了氧的反应强度; 高强度旋流造成大量的高温烟气回流, 从而使燃烧稳定, 燃烧热强度与柴油接近, 高达8112 106 kJ / m3h , 远高于普通水煤浆的燃烧热强度。因为浆体的灰分特别低, 燃尽后少量的飞灰随烟气排出, 在燃烧室中没有积灰和结渣情况. 对于水烟气排除的飞灰, 正在研制一种低成本、低能耗的小型静电除尘器来进行脱除. 该燃烧器的开发, 为精细水煤浆代替柴油应用于中小型燃油锅炉、中央空调打下了坚实的基础[7-8]。 1.6课题的提出与研究内容 1.6.1课题的提出 我国的能源特征是“富煤、少油”，在全部能源的总消耗量中, 煤炭占75以上, 石油占17。面对这样的能源结构，煤炭作为我国第一能源的重要性不言而喻。但是我国的煤炭资源精煤的含量不高，大部分都需要经过分选过程来实现煤的有效利用，然而我国煤炭利用水平低，很多有用的成分都没有被合理的利用，这样就会对环境造成危害。选煤厂是分选煤炭的场所，然而在分选的过程中会产生大量的煤泥，而煤泥因为具有灰分高、粘度大、水分高等特点使其很难被正当合理的利用。面对以上的诸多问题，有必要研究和开发高效利用选煤厂煤泥的新技术。 由煤泥来制备低灰煤是处理煤泥过剩现象的一种有效处理方法，国内一些选煤厂现在已经尝试用此工艺来处理煤泥。煤泥先通过常规浮选，得到的粗选精煤通过超细粉碎，再经过絮团浮选流程可以达到对煤泥深度降灰的目的，但此工艺由于流程复杂，耗能比较高，还没有实现工业化。 用煤泥制备净煤特点如下 1 分选超净煤需要把煤炭粉碎到微米级，才能使嵌布于煤炭中的无机矿物解离出来，而煤泥本身的粒度比较细，省去了粗碎环节，节省了能耗。 2 超净煤的灰分特别低，可以作为碳电极、高档活性炭等碳素材料的原料，可以取代目前供货紧缺的、而且质量日益下降的石油焦。 3 在对煤泥超细粉碎的过程中，黄铁矿也得到较充分的解离，而且表面未经氧化，可以在分选过程很好的去除，因此，超净煤的硫分较低。 1.6.2选题的目的及意义 同煤集团选煤厂的煤泥年产量达到约300万吨，远景产量将突破1000万吨，所有煤泥都是通过压滤后掺入精煤销售。因为煤泥水分含量高，使精煤的总水分增加，影响精煤产品的销售，在冬季冻结车皮现象严重，容易造成卸车事故和质量事故，引发煤质纠纷，影响产品的信誉。 云岗矿和晋华宫矿两个选煤厂的煤泥大多都是掺入重选的精煤作为高炉喷吹用煤，其中煤泥占10左右，煤泥的灰分约为20，与用户签订的合同灰分是小于9，因此，没有分选的煤泥掺入精煤，增加了精煤的灰分和水分。 可见，因为本集团各矿选煤厂的煤泥没有一种妥善的处理方式，一直是同煤集团需要解决的难题。 煤泥的粒度已经很细，根据前期的初步分析和研究，完全可以从中分选出灰分低于3、甚至低于1的超净煤，也就是说分选出的超低灰精煤中的可燃体达到97、甚至达到99以上。 1.6.3主要研究内容 主要研究内容包括 （1）对选煤厂的煤泥按照国标要求制定采样量和采样时间，获取具有代表性生产大样； （2）对选煤厂的煤泥进行粒级组成、密度组成、灰分分布的分析与研究，并对煤泥的煤质特性进行测试与分析； （3）研究煤泥的解离特性，为超净煤的分选提供依据； （4）对选煤厂的煤泥进行小浮沉实验、小筛分实验以及分布释放试验，对选煤厂煤泥的分选特性进行研究，提出有效的煤泥分选方法； （5）研究超净煤的精细水煤浆成浆特性，提出精细水煤浆制备的基本参数与工艺。 本课题在已有的一些专家的一些研究理论的基础上又加入了一些新的方法加以研究，以往的煤泥制备超净煤都要先经过粗磨矿，而本实验由于煤泥粒度很低，故省去粗磨环节，节省了一些能耗，可先直接进行常规浮选，所得粗选精煤再作接下来的试验，所以有不同以往的地方，是一个创新。当然本课题的目标是分选出灰分尽量低的煤，但是由于有些煤样的灰分过高，无法分选出超精煤。我们会对试验的几种煤样做一些比较，来总结出分选超净煤的一些不一样的处理方法。 1.6.4现有技术基础及条件 我的导师曾带领的课题组从20世纪90代初便开始从事超净煤的分选研究，进行了大量的基础研究，而且相继取得了一些阶段性的成果。因此，本课题组经过长时间的技术积累，已经具备了完成该课题的能力以及各种有关的实验室设备和试验测试仪器。实验室中具备的能力包括药剂乳化；小筛分试验；小浮沉试验；小浮选试验；煤颗粒中无机矿物的镜下观测等等。除此之外，还可以依托我校的“煤炭资源与安全开采国家重点实验室”相关仪器进行煤结构、表面性质等的分析，对微细煤粒的浮选、黄铁矿的抑制、粘土矿的分散的药剂的选择以及煤颗粒解理等提供依据。经过对我国的部分煤样的试验研究表明对于大部分煤种，可以把超净煤的灰分降低到3以下，对于一些个别煤种可以把超净煤的灰分降到1的程度，超净煤的产率可以达到50以上。利用超净煤来制备的精细水煤浆已经在0.58MW小型燃油锅炉上实现了稳定燃烧，炉膛没有出现结渣情况。由超净煤制备的油水煤浆已经在一台12马力单缸农用高速柴油机上实现压燃。 该项目作为我校的第一期“211工程”的标志性成果已得到验收专家组的高度的评价。分选超纯煤的絮团-浮选方法作为国家“九五”技术攻关子课题已经通过国家的验收，获得国家的发明专利。 我校既有一批经验丰富、具有高级职称的从事矿物加工工程的科研人员，又有可以依托的“煤炭资源与安全开采国家重点实验室”的分析仪器和设备，与该项目有关的仪器和设备如下 自动量热仪 LECO AC-300 LECO公司 元素测定仪 LECO CHN-600 LECO公司 工业分析仪 LECO MAC-400 LECO公司 傅里叶红外光谱仪 510型 电动电位仪 3000型 激光粒度仪 MICROTRAL MALVEN INSTRUMENTS Ltd. 硫分测定仪 LECO SC-132 LECO公司 絮团发生器