第4章水煤漿本章重點煤炭成漿性的評定方法煤炭顆粒的堆積理論水煤漿常用分散劑及作用機理水煤漿的流變性水煤漿制備常用工藝本章難點煤炭顆粒的堆積理論水煤漿的流變性概論一、水煤漿的介紹

水煤漿是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種低污染、高效率、流動性強的代油新型煤基流體燃料，它是由一定級配粒度的煤粉、水和添加劑通過物理加工而成的漿體狀燃料，具有象油一樣的易于裝卸儲存及運輸?shù)奶攸c。

根據(jù)漿體濃度和制漿原料的不同，水煤漿可分為高濃度水煤漿、中濃度水煤漿、低濃度水煤漿、超純水煤漿、煤泥水煤漿、原煤水煤漿以及脫硫水煤漿等。不同種類水煤漿，其用途差別也較大。概論二、發(fā)展水煤漿的意義經(jīng)濟性水煤漿屬于煤基清潔燃料，鍋爐燃用水煤漿將會取得十分巨大的經(jīng)濟效益，如果以一臺4T/h的工業(yè)蒸汽爐為例，燃用水煤漿與燃用其它清潔燃料相比每月即可節(jié)約燃料成本5到17萬元。環(huán)保性

燃用含硫量低于1%的原煤制成的水煤漿，無須任何脫硫設(shè)備即可達到一類地區(qū)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。另外，可以爐前制漿，利用企業(yè)污水，如：造紙黑液、漿泊廢水、印染廢水等，制成水煤漿，達到以廢治廢的環(huán)保效果。安全性

水煤漿屬于非易燃流體，運輸、儲存和泵送過程在常溫下封閉進行，相對于油、氣、煤粉的易燃、易爆來說，其安全性大大提高。廣泛性

水煤漿適用于各種工業(yè)鍋爐，電站鍋爐，采暖鍋爐及冶金行業(yè)的加熱爐、均熱爐、煉鐵高爐，建材行業(yè)的隧道窯、干燥窯、燒結(jié)窯，化學(xué)行業(yè)的回轉(zhuǎn)爐、玻璃窯等。概論三、國內(nèi)外水煤漿技術(shù)發(fā)展簡況我國水煤漿的研究晚于發(fā)達國家。

自1981年起我國水煤漿技術(shù)的開發(fā)，連續(xù)被列為國家“六五”、“七五”重大科技攻關(guān)項目。在“六五”實驗室階段開發(fā)研究的基礎(chǔ)上，“七五”、“八五”水煤漿技術(shù)開發(fā)的重點轉(zhuǎn)移到建立相當(dāng)規(guī)模的水煤漿制備、燃燒、氣化等工業(yè)應(yīng)用示范工程體系上，已開始步入工業(yè)化實用階段，可以大面積推廣應(yīng)用。

我國的水煤漿制備技術(shù)已達到國際水平，產(chǎn)品具有良好的穩(wěn)定性和流動性，能滿足燃燒霧化的需求，到目前為止，建立了多個具有相當(dāng)規(guī)模的制漿廠，如袞州廠(中日合資)、北京廠(中瑞合作建設(shè))、棗莊八一廠，年生產(chǎn)能力均為250000t，還建立了質(zhì)優(yōu)價廉的添加劑廠。概論三、國內(nèi)外水煤漿技術(shù)發(fā)展簡況

美國是最早研究水煤漿的國家。從1979年起水煤漿技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用就已經(jīng)列入政府發(fā)展計劃，其水煤漿燃燒技術(shù)居世界領(lǐng)先水平。

瑞典是目前向國外輸出成套水煤漿制備和燃燒技術(shù)最多的，同時也是開發(fā)此技術(shù)最早、技術(shù)相對發(fā)達的國家。除進行一般的水煤漿技術(shù)研究外，瑞典還從事超低灰、潔凈煤漿的研究與開發(fā)，于1984年首次投產(chǎn)了250000t的商業(yè)性水煤漿廠。

日本水煤漿技術(shù)的應(yīng)用主要針對大型電站鍋爐，80年代中、后期開始，日本就在常磐共同火

力公司的勿來電廠260t/h、1940t/h鍋爐進行水煤漿長期燃燒試驗，取得成功。其中194t/h

鍋爐上使用的燃燒能力為11t/h的大型燃燒器，是迄今為止世界上最大的燃燒器。

前蘇聯(lián)水煤漿技術(shù)起步較晚，但發(fā)展迅速，80年代中期采用意大利先進的水煤漿制備、長距

離管道輸送技術(shù)，與1989年在別洛沃建成了年產(chǎn)5Mt的水煤漿制備廠，通過長達260km的管道

輸送線路，供新西伯利亞6×200MW鍋爐燃用。概論

北京燕山石化燃用脫硫型水煤漿系統(tǒng)工程第一節(jié)煤的成漿性煤的成漿性一、成漿性的評定

煤的成漿性是指將煤制備成水煤漿的難易程度。煤的成漿性一般可以用所制煤漿在常溫下，剪切速率為l00s-1表觀黏度達l000mPa?s時煤漿濃度來衡量，即在此條件下，煤漿的濃度越高，該煤成漿性越好。

影響煤炭成漿性的因素有：空氣干燥基水分Mad，干燥基灰分Ad，干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf，哈氏可磨性指數(shù)HGI，空氣干燥基C、H、O、N等。張榮增教授采用逐步回歸分析方法，對煤炭成漿性的影響因素進行了研究，剔除了其中不顯著因素，建立了制漿濃度C%與煤的Mad、HGI、O（有氧數(shù)據(jù)時）的最優(yōu)回歸方程，以及制漿濃度C%與煤的Mad、HGI的最優(yōu)回歸方程，提出了評定煙煤成漿性難易指標(biāo)D（D值越大，成漿性越差）和可制漿濃度C，并建立了成漿性難易指標(biāo)D和可制漿濃度C的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。成漿性易中等難很難指標(biāo)D＜44-77-10＞10可制漿濃度C/%＞7272-6868-65＜65表3-1煤炭成漿性分類煤的成漿性二、影響煤炭成漿性的因素從煤炭成漿性評定的角度看，Mad、HGI和氧是影響煤炭成漿性主要。而實際上煤炭成漿性的影響因素是多方面的，煤質(zhì)是影響成漿性的內(nèi)因，即主要因素，如：含氧極性官能團、孔隙率及比表面積、內(nèi)在水分、哈氏可磨性(HGI)、煤巖組分、礦物質(zhì)、煤化程度等；粒度級配、添加劑的類型和用量也是影響成漿性的重要因素；另外，溫度、水質(zhì)、制漿工藝等對煤炭成漿性也有影響。煤質(zhì)粒度級配添加劑煤漿溫度水質(zhì)制漿工藝煤的成漿性煤質(zhì)對煤炭成漿性的影響（主要因素）含氧極性官能團含氧極性官能團主要影響煤炭顆粒煤表面的潤濕性，即親水性。制備水煤漿所用分散劑都是一些兩親的表面活性劑，其分子結(jié)構(gòu)中一端是是非極性的親油基，另一端是極性的親水基，親油基吸附煤表面，親水基朝向水，使煤表面形成一層水化膜，提高煤的分散性以降低顆粒粘度。孔隙率及比表面積孔隙率越發(fā)達，煤的比表面積就越大，吸附能力就越強，吸附的空氣量也就越大，在成漿后從煤漿析出，會造成煤漿"鼓包"、"發(fā)干"，給水煤漿的制備、存儲、運輸?shù)葞砝щy。另外，高孔隙率的煤在空氣中會機會吸附較多的水，使其內(nèi)在水分增大；在制漿過程中會吸附大量添加劑，增大藥劑消耗。內(nèi)在水分在水煤漿中，起到流動介質(zhì)作用的水是水煤漿的外在水分。在全水分不變的情況下，水煤漿內(nèi)在水分越高，相對外在水分就越低，那么煤漿的流動性就越差，表觀黏度就越大，即內(nèi)在水分越高，就越難制的高濃度的水煤漿。煤的成漿性哈氏可磨性(HGI)煤的可磨性是指煤被磨碎成煤粉的難易程度。煤的可磨性指數(shù)HGI越大則容易粉碎，反之則較難粉碎?？赡バ院玫拿嚎梢灾频酶嗟奈⒓?xì)顆粒，使煤炭顆粒合理級配成為可能，進而提高顆粒的堆積效率，制得高濃度的水煤漿。煤巖組分煤巖顯微組分有鏡質(zhì)組、絲質(zhì)組和穩(wěn)定組。鏡質(zhì)組分中含有大量極性官能團，因此，鏡質(zhì)組分高的煤成漿性差；絲質(zhì)組分多孔結(jié)構(gòu)，孔隙大，含碳高，最高內(nèi)在水分含量高，哈氏可磨性指數(shù)減小，不易成漿；穩(wěn)定組成漿性較好。礦物質(zhì)煤中不溶或難溶礦物質(zhì)對煤漿的流動性幾乎無影響，而可溶性礦物質(zhì)對水煤漿的流動性影響較大，主要原因是金屬陽離子與顆粒表面陰離子發(fā)生電中和作用，降低了顆粒的分散性，提高了水煤漿的黏度。煤中礦物質(zhì)含量高，意味著煤灰分高?；曳指叩拿涸谥迫∠嗤瑵舛鹊乃簼{時，所用煤的體積數(shù)量小，因此水煤漿黏度低，流動性越好，所制得水煤漿熱值低，以及會對其應(yīng)用有影響。煤的成漿性煤化程度煤化程度不同的煤，其各方面性質(zhì)差別比較大，如：含氧極性官能團數(shù)量、煤孔隙率及比表面積越大、內(nèi)在水分、可磨性指數(shù)HGI、煤巖組分等?？傮w規(guī)律為：隨著煤化程度的增加，煤的成漿性逐漸提高，到達中等變質(zhì)程度煤時理論成漿性最好，隨著煤化程度繼續(xù)增加，煤的成漿性開始變差。這是因為：低變質(zhì)程度的煤疏松多孔，含氧極性官能團多，內(nèi)在水分高，制漿性就差；而中等變質(zhì)程度的煤含氧極性官能團少，結(jié)構(gòu)致密，內(nèi)在水分低，故成漿性好；而高變質(zhì)程度的煤內(nèi)部裂隙增加，導(dǎo)致內(nèi)在水分增加，成漿性變差。煤的成漿性三、提高煤炭成漿性的途徑煤炭顆粒改性提高煤炭的成漿性可以從提高煤炭質(zhì)量來著手，如：低階煤的干燥脫水、熱解干餾提質(zhì)等。另外，也可以通過改變煤炭顆粒表面性質(zhì)的方法，來提高煤炭的成漿性，如：添加疏水性的表面活性劑來改變低階煤的表面疏水性，以遏制低階煤在制漿過程中的反吸附現(xiàn)象，進而提高添加劑的分散效能，增強煤漿的抗剪切、抗溫升和抗老化的能力等，從而提高低階煤的成漿性。配煤制漿煤種成漿性能與煤質(zhì)特征密切相關(guān)，變質(zhì)程度較低的煤種成漿性差，而變質(zhì)程度較深的煤種成漿性好。因此，對于成漿性差的煤種，改善其成漿性能的途徑之一，可通過配入一定比例的易成漿煤種，達到改善其成漿性能的目的。另外，配煤技術(shù)的實施，還可擴大原料煤種的適用范圍，實現(xiàn)原料多樣化及資源的合理利用。煤的成漿性超聲波強化在制漿過程中，利用超聲波輻照的分散作用，可以使煤漿中的煤粒團聚狀態(tài)由大粒子簇向小粒子簇轉(zhuǎn)變；利用超聲波輻照的空化作用能夠破碎煤漿中的煤粒,使其由大粒子向小粒子轉(zhuǎn)變；利用超聲波輻照的擴孔作用,可以使煤的真密度的減小。因此，通過超聲波處理，煤炭的成漿性能得到很大程度的強化改善。磁化強化在制漿過程中，煤漿經(jīng)適當(dāng)?shù)拇艌鰪姸群痛呕瘯r間處理后，可使其制漿濃度提高，即提高其成漿性。主要是因為：水煤漿經(jīng)磁化處理后，一方面其黏度顯著降低,另一方面改善了顆粒與添加劑的吸附，使藥劑吸附量增加。煤的成漿性第二節(jié)水煤漿粒度水煤漿粒度一、粒度的表征顆粒粒度在制漿過程中，為了所制得水煤漿能充分燃燒，要求水煤漿中煤炭顆粒磨到很細(xì)的粒度。因此，水煤漿顆粒其實是一種嚴(yán)格意義上的粉體顆粒。粉體顆粒是指在物質(zhì)的本質(zhì)結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變的情況下，分散或細(xì)化而得到的固態(tài)基本顆粒。基本顆粒是指沒有堆積、絮聯(lián)等結(jié)構(gòu)的最小單元，即一次顆粒。水煤漿的煤粉是在一定程度上團聚了的二次顆粒。這是因為水煤漿煤粉由于比較微細(xì)，表面活性比較大，而導(dǎo)致的團聚。由于粉體是具有粒度分布的大量固體顆粒的分散相，因此不能用單一的顆粒大小來描述。因此，粉體的粒度是構(gòu)成粉體的顆粒群的平均粒徑大小。實際粉體的顆粒形狀有球狀、條狀、多邊形狀、片狀或各種形狀兼有的不規(guī)則體。表征顆粒群粒度的方法有：等面積球相當(dāng)徑、等體積球相當(dāng)徑、篩分直徑、等沉降速度相當(dāng)徑、顯微鏡下測得的顆粒徑等。粒度分布水煤漿中的固體粒度堆積時，希望不同大小的煤粒能夠互相充填，顆粒間盡可能地減少空隙，提高堆積效率，減少水的消耗，制成高濃度漿。因此，水煤漿中煤粉是一組顆粒大小不一致，但有一定分布范圍的粉體粒群組成的多分散體系。多分散體系中顆粒大小不均一程度都采用粒度分布進行表征。粒度分布范圍越窄，表明分散的程度越小，其集中度越高。水煤漿粒度粒度分布曲線（1）頻率分布圖1和2為顆粒粒度分布的頻率圖。橫坐標(biāo)表示各粒級的起止粒度,縱坐標(biāo)表示該粒級的顆粒所占百分?jǐn)?shù)ε。圖1表示所取粒級的粒度間隔相等的情況，圖2表示所取粒級的粒度間隔不相等的情況。很明顯,ε值就等于直方圖中所對應(yīng)矩形面積占所有矩形總面積的百分?jǐn)?shù)。粒度間隔相等的矩形圖粒度間隔不相等的矩形圖水煤漿粒度（2）累計分布曲線圖3是粉體粒度分布的另一種表現(xiàn)形式,即累積分布曲線。橫坐標(biāo)表示顆粒徑,縱坐標(biāo)表示在某d以下的顆粒占總顆粒的個數(shù)或質(zhì)量百分比。圖中ε=50%時所對應(yīng)的d50值,表示顆粒個數(shù)或質(zhì)量百分比為50%時，顆粒的分界粒度。在實際中，質(zhì)量百分比累計分布曲線較為廣泛應(yīng)用。圖3累計分布曲線水煤漿粒度二、粒度的測定水煤漿顆粒粒度分布的測定方法很多，常用有篩分法、沉降法、激光光散射法、觀察計數(shù)法、流體力學(xué)色譜法、電感應(yīng)法等。篩分法沉降法激光光散射法觀察計數(shù)法流體力學(xué)色譜法電感應(yīng)法水煤漿粒度水煤漿粒度水煤漿粒度激光粒度分布儀水煤漿粒度三、顆粒堆積理論基本概念堆積效率即顆粒堆積的緊密程度，一般用固體物料在堆積空間中占有的容積濃度來表征，以λ符號表示?？障堵适侵付逊e顆粒空隙所占有的容積濃度，以符號ε表示。顯然有λ十ε=1成立。粒孔比指顆粒直徑與顆粒堆積時的孔隙直徑之比，用符號B表示。堆積理論單一粒徑顆粒堆積多種離散粒徑顆粒的堆積連續(xù)分布顆粒的堆積隔層堆積理論水煤漿粒度單一粒徑顆粒堆積單一粒徑球體顆粒堆積即等徑球體顆粒堆積，是一種為研究需要而理想化的最簡單的顆粒堆積方式，同時也是研究實際顆粒堆積的基礎(chǔ)。單一球體顆粒堆積在空間上可以形成多種不同的形態(tài)，其堆積的緊密度相差也較大?？臻g正六面體堆積和空間正四面體堆積是兩種最典型的堆積形態(tài)，前者堆積最松散，而后者堆積最緊密。正六面體堆積效率為λ＝0.5236，?？妆菳＝2.44；正四面體堆積堆積效率λ=0.74，?？妆葹锽＝4.66。水煤漿粒度水煤漿粒度單一粒徑不規(guī)則顆粒的堆積效率比球體低。顆粒形狀的不規(guī)則程度一般用球形系數(shù)χ來表征，χ為體積與顆粒相同的球體表面積與顆粒表面積之比。Brown研究了堆積效率與顆粒形狀間的關(guān)系，研究結(jié)果表明顆粒的χ值越大即形狀越不規(guī)則，堆積孔隙越小，堆積效率越高。實際堆積中，顆粒的粒徑往往都不是等粒徑的，但可以把窄級別的一組顆粒近似看做是一組等粒徑的不規(guī)則顆粒的堆積。張榮曾教授對四種窄級別煤粒隨機堆積狀態(tài)在實驗室進行了研究，得出顆粒的堆積效率近似等于顆粒的視密度與堆密度之比的結(jié)論。多種離散粒徑顆粒的堆積小顆粒粒徑小于大顆粒間的孔隙，小顆粒能夠完全充填到大顆粒堆積形成的孔隙中去。Fayed研究指出發(fā)生這種堆積的條件是顆粒?？妆却笥?:l；而Hudson研究指出要使小顆粒能完全充填在大顆?？紫吨?，所需要的?？妆葢?yīng)高達5。小顆粒粒徑小于大顆粒間的孔隙，小顆粒充填到大顆粒堆積形成的孔隙中去，將本來呈緊密堆積的大顆粒間的間隙撐開，影響堆積效率。這是因為大顆粒間的孔隙不夠大，由于小顆粒比表面積大而重量輕不易克服周圍阻力，充填到大顆?？紫吨泻笮☆w粒堆積的孔隙增大所致。小顆粒粒徑不小于大顆粒間的孔隙，小顆粒不能夠充填到大顆粒堆積形成的孔隙中去。顯然，多種離散粒徑顆粒堆積時應(yīng)盡量創(chuàng)造條件以發(fā)生第一種堆積形態(tài)，才能得到最大的堆積效率。水煤漿粒度

水煤漿粒度隔層堆積理論張榮增教授研究連續(xù)分布顆粒堆積模型的計算機處理時，采用了對連續(xù)分布先作離散處理，再按粒徑與孔徑比劃分成若干窄級別，進行隔層隨機模擬堆積，從而可求出任一粒度分布堆積效率的計算值。該處理方法既可用于多粒徑離散顆粒體系，亦可用于單峰與多峰的連續(xù)分布顆粒體系的堆積效率計算。這種方法的前提假設(shè)是顆粒按隔層方式堆積，即張榮增教授提出的“隔層堆積理論”。所謂隔層堆積是按?？妆菳的等比級數(shù)劃分為許多窄粒級，第三層的顆粒(層數(shù)越大，垃徑越小)充填到第一層的顆?？紫吨?，第四層的顆粒充填到第二層的顆?？紫吨?，以此類推。因為相鄰兩層間上層的最小粒度與下層的最大粒度相差無幾，無法保證下層粒級都能充填到上層的孔隙中去，所以要進行隔層充填。此外，采用隔層充填，可使相鄰兩層的粒孔比達到前述所要求的B＝5，使小顆粒能完全充填在大顆粒的孔隙中去。張榮增教授所建立的計算機離散化隔層模擬堆積算法，可用于計算任意粒度分布的堆積效率、預(yù)測可制漿濃度、優(yōu)化制漿工藝、分析改進制漿效果的途徑，并成功地用于指導(dǎo)制漿試驗研究與工業(yè)生產(chǎn)。因此，該理論是對最優(yōu)粒度分布理論的進一步更為實用的發(fā)展。水煤漿粒度四、顆粒緊密堆積的經(jīng)驗關(guān)于顆粒如何達到最緊密堆積的問題一直受到國內(nèi)外研究者的關(guān)注和重視。經(jīng)長期生產(chǎn)實踐，對顆粒產(chǎn)生緊密堆積有如下經(jīng)驗：采用多組份顆?？梢援a(chǎn)生緊密堆積，并且要求組份顆粒尺寸相差在5倍以上；當(dāng)有兩個組份堆積時，粗細(xì)粒群數(shù)量比要求為7:3，而有三種組份時為7:1:2，此時細(xì)顆粒的數(shù)量才能滿足充填粗顆粒間孔隙的需要，才能使堆積率最高；適當(dāng)增加粗粒組份的數(shù)目，可提高堆積密度，使它接近最緊密堆積，但當(dāng)組份大于3時，實際意義不大；適當(dāng)增大臨界顆粒尺寸，可使各組份顆粒尺寸相差大些，提高堆積效率。第三節(jié)水煤漿添加劑水煤漿添加劑一、水煤漿添加劑的作用機理水煤漿添加劑實際上是一些表面活性劑，在水煤漿制備過程中，它可以改變煤粒的表面性質(zhì)，使煤粒能夠在水中分散，使煤漿體具有良好的流動性和穩(wěn)定性。水煤漿添加劑是一種兩親分子，由疏水基和親水基兩部分構(gòu)成。提高煤顆粒表面親水性增加煤顆粒表面電性空間位阻效應(yīng)水煤漿添加劑提高煤顆粒表面親水性煤炭是一種非極性的碳?xì)浠衔锝M成的混合物，屬于疏水性物質(zhì)。煤炭的疏水性大小可用水在其表面的潤濕接觸角大小分來表征，接觸角越大，其疏水性越強。不同煤種表面的接觸角如下表。煤種潤濕接觸角/(0)煤種潤濕接觸角/(0)

長焰煤60~63焦煤86~90氣煤65~72瘦煤79~92肥煤83~85貧煤71~75水煤漿添加劑水是一種典型的極性物質(zhì)，表面張力大；而煤炭是疏水性物質(zhì)，表面張力小。因此，只有降低水的表面張力，增大煤炭表面張力，才能使煤達到充分濕潤。水煤漿用分散劑都是—些兩親的表面活性劑，一端是由碳?xì)浠衔飿?gòu)成非極性的親油基，另一端是親水的極性基。分散劑分子通過其疏水基和煤表面結(jié)合，以親水基朝水的定向排列方式把水分子吸附在煤粒表面，變疏水性為親水性，借水化膜將煤粒隔離開，減少煤粒間的阻力，從而達到降粘的作用。增加煤顆粒表面電性根據(jù)DLVO理論，膠體顆粒穩(wěn)定存在的前提條件是顆粒間的靜電斥力大于顆粒間的范德華引力。當(dāng)增加了煤粒電位以后，煤粒之間因靜電斥力增大，呈現(xiàn)穩(wěn)定懸浮不易接近，難以形成聚集狀態(tài)。但是，這并不是煤粒分散的充分條件。如非離子表面活性劑不能使煤粒表面荷電，卻分散性很好的事實也證明了，除了靜電斥力外,還有空間隔離位阻效應(yīng)的存在。水煤漿添加劑空間位阻效應(yīng)顆粒表面水化膜因受到表面電場的吸引而呈定向排列，當(dāng)顆粒相互靠近時，水化膜受擠壓變形，引力則力圖恢復(fù)原來的定向，這樣就使水化膜表現(xiàn)出一定的彈性。煤粒表面吸附添大加劑分子時，顆粒間就增加了一層障礙，煤粒、添加劑分子的親水鏈及水分子就構(gòu)成了三維立體結(jié)構(gòu)，當(dāng)顆粒相互靠近時，可機械地阻擋聚結(jié)，這就是立體障礙的作用。其中穩(wěn)定劑的作用機理主要體現(xiàn)在使煤粒與水之間形成一種較弱，但又有一定強度的三維空間結(jié)構(gòu)，從而對顆粒的沉淀起到阻礙作用。水煤漿添加劑

水煤漿添加劑三、水煤漿穩(wěn)定劑水煤漿的穩(wěn)定性：煤漿在儲存與運輸期間保持性態(tài)均勻的特性。水煤漿是一種高濃度固液兩相粗分散體系，無論是分子熱運動的布朗運動作用力、顆粒間的范德華引力，還是顆粒間的靜電吸引力，都不足以阻止水煤漿中顆粒的沉淀。因此，固體顆粒的沉降是造成水煤漿不穩(wěn)定的根源。而觸變性流體具有高的剪切應(yīng)力，應(yīng)用時一經(jīng)外力作用，粘度能迅速降低，有良好的流動性；再靜止時義能恢復(fù)原來的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。那么使水煤漿流體變?yōu)橛|變性流體就是解決其不穩(wěn)定的主要手段，所添加的藥劑即穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑具有使煤漿中巳分散的煤粒能與周圍其它煤粒及水結(jié)合成一種較弱但又有一定強度的三維空間結(jié)構(gòu)，使已分散的固體顆粒相互交聯(lián)形成空間結(jié)構(gòu)的作用。穩(wěn)定劑的用量隨煤種、穩(wěn)定劑類型、要求的穩(wěn)定期而異，在干煤量的0.006-0.1%之間變化。水煤漿常用穩(wěn)定劑主要有無機鹽和高分子有機化合物兩類，如常見的聚丙烯酣胺望凝劑、羧甲基纖維素以及一些微細(xì)膠體粒子等。水煤漿添加劑四、水煤漿其它輔助添加劑消泡劑：在制備水煤漿過程中，所用原料煤為浮選精煤時，其表面會殘留很多氣泡劑；再者，當(dāng)所用分散劑為非離子型分散劑時，由于非離子型分散劑往往也具有很好的起泡功能，故也會產(chǎn)生大量氣泡。當(dāng)水煤漿中含過多氣泡，特別是微泡時，其流動性會大受影響。因此，需要補加消泡劑。調(diào)整劑：添加劑在水中的離解度、添加劑與煤炭表面及溶液中其他物質(zhì)的作用，均與溶液的酸堿度有關(guān)。實踐表明，制漿時往往以弱堿性的溶液環(huán)境較好，因此為了取得較好的制漿效果，存制漿時住住要加入pH調(diào)整劑以調(diào)整煤漿的pH值。防毒劑：添加劑都是一些有機物質(zhì)，有的在長期貯存中易受細(xì)菌的分解而失效．這時往往要使用防霉劑進行殺菌。不過這種情況較少見。表面處理劑：表面改性劑是改變煤粒表面特性以增強其成漿性，特別是對難制漿煤種。水煤漿添加劑NNO-分散劑水煤漿添加劑水煤漿添加劑第四節(jié)水煤漿流變性水煤漿流變性一、流體的流變性牛頓型流體基本概念：流體的流變性是指受外力作用發(fā)生流動與變形的特性。剪切應(yīng)力是指當(dāng)流體相鄰層間發(fā)生相對運動時，流體質(zhì)點間的內(nèi)摩擦力，用符號τ表示。剪切速率是指層間相對速度或流動平面法向的速度梯度dv／dy。牛頓內(nèi)摩擦定律：牛頓內(nèi)摩擦定律即粘性定律的表達式為：。式中μ表示粘度。剪切速率與剪切應(yīng)力成正比，剪切速率為零時，剪切應(yīng)力也為零，二者間的關(guān)系與流體性質(zhì)（粘度）有關(guān)。牛頓流體的粘度隨溫度升高而減小，氣體的粘度隨溫度的升高而增加。符合此定律的流體成為牛頓型流體。水煤漿流變性非牛頓型流體不服從牛頓粘性定律的流體，通稱為非牛頓流體。如下圖幾種典型流體剪切應(yīng)力與剪切速率間的關(guān)系圖(即流變圖)。（1）假塑性流體：假塑性流體在不同剪切速率下，有不同的斜率，即存在不同的粘度。因此對假塑性流體定義一個表觀粘度，用符號μα來表示。它也是剪切應(yīng)力與剪切速率dv／dy的比值，但不是固定值，它隨剪切速率而變，所以在應(yīng)用表現(xiàn)粘度時，必須注明相應(yīng)的剪切速率。假塑性流體隨剪切速率增高，曲線斜率減小，即表觀粘度變小。剪切速率為零時，剪切應(yīng)力為零。假塑性流體如曲線2所示。（2）脹塑性流體：脹塑性流體如曲線3所示。脹塑性流體隨剪切速率增高，曲線斜率增大，即表觀粘度也增加。脹塑性流體的流變特性表達式與假塑性流體表達式相同，區(qū)別是表達式中n＞1。脹塑件流體的流變特性曲線也過原點，表明剪切速率為零時，剪切應(yīng)力也為零，即此時不存在切應(yīng)力。與假塑性流體相比，脹塑性流體是較為少見的。這種現(xiàn)象目前尚沒有完全合乎情理的解釋?？赡苁且驗榧羟袝r顆粒被打亂，強制形成較松散的排列，，因而有一些液體吸入到原來由上層顆粒占據(jù)的空隙，使流動阻力增加，這種重新排列也是可逆的。脹流現(xiàn)象與漿體中固體的濃度、顆粒形狀、粒度分布及添加劑類型等因素有關(guān)，尤其在高濃度及高剪切作用下易于發(fā)生。水煤漿流變性（3）賓漢流體：某些流體如濃稠的烴類潤滑油脂、瀝青、細(xì)粒中等濃度礦漿等，需要施加一定的剪切應(yīng)力才可開始流動，即在剪切速率為零條件下，也存在一定的剪切應(yīng)力，這個起始剪切應(yīng)力稱屈服應(yīng)力，用符號τy表示。超過這個剪切應(yīng)力后，剪切應(yīng)力與剪切速率之間仍呈線形關(guān)系，這類流體稱賓漢流體，如曲線4所示。（4）屈服假塑性流體與屈服脹塑性流體：屈服假塑性流體與假塑性流體、以及屈服脹塑性流體與脹塑性流體的流變特性不同之處在于當(dāng)剪切速率為零時，其剪切應(yīng)力不為零。屈服假塑性流體與屈服脹塑性流體如曲線2’和3’所示。水煤漿流變性水煤漿流變性水煤漿流體（1）漿體流變復(fù)雜性漿體流變性是一個十分復(fù)雜的問題。

首先，其流變性與漿體的濃度密切相關(guān)。即：一種漿體在低濃度時可能表現(xiàn)為牛頓流體或假塑性流體；濃度稍高產(chǎn)生絮團后，可能表現(xiàn)為賓漢流體；更高的濃度下又可能會出現(xiàn)脹塑性流體。其次，漿體的流變性與漿體所受到的剪切速率有關(guān)，如對同一種礦漿，在剪切率不太高時，不出現(xiàn)脹流現(xiàn)象，剪切率高時又可能轉(zhuǎn)化為脹塑性流體；又如有些非牛頓流體在低剪切速率和高剪切速率下都可能呈現(xiàn)牛頓流體形象。

再者，漿體的流變性與漿體體系的結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。一方面，結(jié)構(gòu)的破壞與重建進程很快時，流變性將是可逆的，也就是說它的流變待性與剪切經(jīng)歷無關(guān)。如假塑性流體具有隨剪切速率增大表觀粘度降低的特性，另一方面，如果結(jié)構(gòu)的破壞與重建很慢，如脹塑性流體，則表現(xiàn)出表現(xiàn)粘度與剪切應(yīng)力將隨剪切時間延長而增大，這種流體稱流凝體；假塑性則表現(xiàn)出表觀粘度與剪切應(yīng)力將隨剪切時間延長而減小，這種流體稱觸變體。水煤漿流變性（2）水煤漿流體的流變特性綜上所述水煤漿由于煤種不同、制漿工藝也粒度分布不同、添加劑類型及用量不同、甚至在不同的剪切速率區(qū)間，都可導(dǎo)致水煤漿表現(xiàn)出具有不問的流變特征。

關(guān)于水煤漿的流變類型目前說法不一，多數(shù)學(xué)者為了簡化研究，通常把它當(dāng)成賓漢流體來處理。高濃度水煤漿有明顯的結(jié)構(gòu)化，所以多半會表現(xiàn)出有一定程度的屈服應(yīng)力，也可能具有某些粘彈性。而當(dāng)剪切強度鉸大時，隨著空間結(jié)構(gòu)被破壞，彈性現(xiàn)象逐漸減弱，而趨向純粘性。所以有些學(xué)者認(rèn)為，在研究水煤漿流動狀態(tài)的特性時，可以近似地按純粘性流體來處理。水煤漿流變性二、水煤漿流變性的測定方法按照漿體的流動性質(zhì)，可將測量方法分為兩類。

一類是純剪切流動條件下的流變特性測量，可用雙筒體旋轉(zhuǎn)粘度計等測定。這種測量方法精度高，易于實驗室操作，適合于流變機理和各種影響因素的研究。

另一類是壓力驅(qū)動流動條件下的流變特性測量。根據(jù)流體在直管段內(nèi)流量和壓力降的關(guān)系求出其粘度和剪切應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系，這屬于間接的測量方法，也稱管流法。如常用的管道流動阻力法，毛細(xì)管粘度計等。兩種方法相比，第二種方法可以達到更寬的剪切速率范圍。水煤漿流變性水煤漿流變性水煤漿流變性三、水煤漿流變特性的影響因素影響水煤漿流變特性的主要因素有煤種及煤的理化特性、固相含量、顆粒大小及分布、添加劑的種類和用量、漿液的pH值、溫度等。（1）煤種及煤的理化特性：水煤漿的流變特性與煤的理化特性密切相關(guān)。如煤的親水性大大影響水煤漿的流變性與穩(wěn)定性,而它是煤中O/C比的函數(shù),當(dāng)O/C比增加時,羧基和羥基等官能團氧在煤表面上增多,從而使煤的親水性增大。煤的理化特性有煤的內(nèi)水含量、灰分含量、礦物組分、固定碳與揮發(fā)分比例和可溶性無機離子含量等，這些特性主要影響到成漿性能，進而影響水煤漿的流變性。（2）固相含量：固相含量對水煤漿的流變特性具有最直接的影響。在較低濃度下水煤漿呈現(xiàn)牛頓流體特性；質(zhì)量分?jǐn)?shù)>50%時，隨濃度的增加，擬塑性特征迅速增加。屈服應(yīng)力與煤粉含量、煤粉的顆粒大小分布、內(nèi)孔面積等因素間存在密切的相關(guān)性。另外，固體容積含量還影響水煤漿的粘度。水煤漿的粘度隨容積濃度增加而增加，并在溶劑濃度達到40%以上時開始表現(xiàn)出非牛頓流體特性。工業(yè)用水煤漿的煤粉含量非常接近可達到的濃度上限，即使是濃度的微小增加也會對流變特性產(chǎn)生顯著影響。因此，在制備水煤漿時，煤粉含量應(yīng)控制在粘度急劇增加的濃度范圍以下。水煤漿流變性（3）顆粒大小及分布顆粒大小及分布對水煤漿流動性能的影響主要體現(xiàn)在：

一方面，在漿體流動過程中，顆粒粒徑差異對顆粒層間的相對運動影響不同；

另一方面，顆粒粒徑及分布變化時，引起顆粒間的堆積效率不同，導(dǎo)致水煤漿的粘度不同。

其中，后者的影響更為顯著，要獲得低粘度的水煤漿，煤粉必須具有合理的粒徑及粒度分布。采用合理的粒徑分布或顆粒級配是改善水煤漿流動性和穩(wěn)定性的最有效和最常用的方法。如漿性能較差的高水分煤種，通過優(yōu)化粒徑分布使?jié){體的穩(wěn)定性顯著改善，漿體的粘度降低，獲得最佳的水煤漿流變特性。這主要是因為粗細(xì)顆粒配比形成了合理的排列結(jié)構(gòu)，提高了顆粒的流動性能。另外，顆粒形狀對流變特性也具有顯著的影響。一般地，顆粒偏離球形的程度越大，水煤漿的粘度越大，非牛頓流體特性也越顯著。水煤漿流變性（4）添加劑及漿液的pH值：化學(xué)添加劑的主要作用在于改變煤粒的表面性質(zhì)，促使顆粒在水中分散,使?jié){體具有良好的流變性和穩(wěn)定性。此外,還要借助添加劑調(diào)節(jié)煤漿的酸堿性，消除有害因素。水煤漿用化學(xué)添加劑是改善水煤漿性質(zhì)的重要因素。不同種類添加劑，其作用和效果也不相同。分散劑是最重要的添加劑,它的加入會改變煤粒表面的親水性,影響漿體的粘度、分散性和穩(wěn)定性;穩(wěn)定劑的加入也將直接影響到漿體的穩(wěn)定性。pH值對水煤漿的流變性影響也很大。pH值主要是通過影響水煤漿固體顆粒、添加劑的表面電位以及二者的相互作用等，進而影響水煤漿的粘度，分散性，穩(wěn)定性和流變性的。（5）溫度：溫度影響水煤漿流體的粘度，溫度升高，水煤漿流體粘度降低，同時也使?jié){體的非牛頓流體特性弱化，有利于提高水煤漿的流動性。Sandra研究發(fā)現(xiàn)溫度的影響還與溫度所在范圍有關(guān)。當(dāng)溫度低于100℃時，水煤漿粘度隨溫度升高而降低，在溫度高于100℃時則呈相反趨勢。此外，Gurses發(fā)現(xiàn)溫度的影響與剪切速率有關(guān)，低剪切速率下升高溫度會增加顆粒間的碰撞機率，從而使顆粒聚集趨勢增加，最終導(dǎo)致漿體的粘度升高。在高溫條件下，由于煤粉顆粒發(fā)生分解和化學(xué)反應(yīng)引起了漿體內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構(gòu)的顯著變化，導(dǎo)致漿體的流變特性隨溫度的變化規(guī)律比常規(guī)條件下更加復(fù)雜。第五節(jié)水煤漿制漿工藝水煤漿制漿工藝分選：分選作業(yè)的目的是降低原料煤的灰分、硫分，提高其熱值。破碎與磨礦：破碎與磨礦作業(yè)目的是是使煤的粒度分布具有較高的堆積效率。該作業(yè)是制漿廠中能耗最大的環(huán)節(jié)。為了減少磨礦功耗，磨礦前必須先經(jīng)破碎（粉煤或煤泥制漿例外）。捏混：捏混作業(yè)目的使磨礦或經(jīng)過濾機脫水后的產(chǎn)品與水和分散劑均勻混合，并初步形成有一人流動性的漿體，為下一攪拌作業(yè)做準(zhǔn)備。攪拌：在制漿工藝中，攪拌作業(yè)在不同的環(huán)節(jié)有著不同的用途。如攪拌可以使煤漿混勻，還可以使煤漿受到強力剪切，加強添加劑與煤粒表面間作用，改善漿體流變性能的功能等。不同環(huán)節(jié)攪拌設(shè)備選擇型號不同。濾漿：濾漿作業(yè)目的是剔除在制漿過程中產(chǎn)生的一部分超粒和雜物。一般用可連續(xù)工作的篩網(wǎng)（條）濾漿器。制漿工藝的主要作業(yè)環(huán)節(jié)水煤漿制漿工藝制漿工藝干法制漿工藝濕法制漿工藝干、濕法聯(lián)合制漿工藝高濃度制漿工藝中濃度制漿工藝高、中濃度磨礦級配制漿工藝煤泥制漿工藝其他制漿工藝浮選精煤或煤泥制備水煤漿工藝浮選尾煤制漿工藝超純煤水煤漿褐煤水煤漿水煤漿制漿工藝干法制漿工藝干法制漿工藝流程如下圖所示。原煤破碎后進行干燥，干燥后進行捏混，初步形成有一定流動性的漿體，然后加入穩(wěn)定劑攪拌混勻、剪切，使?jié){體進一步熟化。最后濾漿去除雜質(zhì)，得到產(chǎn)品。原煤破碎干磨捏混攪拌攪拌濾漿穩(wěn)定劑水煤漿產(chǎn)品雜物水分散劑水煤漿制漿工藝制漿工藝干法制漿工藝濕法制漿工藝干、濕法聯(lián)合制漿工藝高濃度制漿工藝中濃度制漿工藝高、中濃度磨礦級配制漿工藝煤泥制漿工藝其他制漿工藝浮選精煤或煤泥制備水煤漿工藝浮選尾煤制漿工藝超純煤水煤漿褐煤水煤漿水煤漿制漿工藝干、濕法聯(lián)合制漿工藝干、濕法聯(lián)合制漿工藝如下圖所示。與干法制漿工藝的區(qū)別是，從干法磨礦的產(chǎn)品中分出一部分用于濕法細(xì)磨的工藝。與干法工藝相比，該工藝可以實現(xiàn)雙降級配，改善最終產(chǎn)品的粒度分布，從而提高制漿效果。但是其存在于法磨礦的缺點，因此在國內(nèi)外的制漿廠中也很少被采用。原煤破碎干磨捏混攪拌攪拌濾漿穩(wěn)定劑水煤漿產(chǎn)品雜物分散劑中濃度細(xì)磨水水煤漿制漿工藝制漿工藝干法制漿工藝濕法制漿工藝干、濕法聯(lián)合制漿工藝高濃度制漿工藝中濃度制漿工藝高、中濃度磨礦級配制漿工藝煤泥制漿工藝其他制漿工藝浮選精煤或煤泥制備水煤漿工藝浮選尾煤制漿工藝超純煤水煤漿褐煤水煤漿水煤漿制漿工藝高濃度制漿工藝高濃度磨礦制漿工藝如下圖所示。原煤經(jīng)破碎后，與分散劑和水一起加入磨機；然后加入穩(wěn)定劑經(jīng)攪拌混勻、剪切，使?jié){體進一步熟化；最后經(jīng)過濾漿去除雜物形成水煤漿產(chǎn)品。水煤漿制漿工藝中濃度制漿工藝中濃度制漿工藝即采用50％左右濃度磨礦的制漿工藝統(tǒng)。中濃度磨礦工藝多采用二段中濃度，是因為單段磨礦的產(chǎn)品粒度分布不合理，堆積效率不高。二段中濃度磨礦制漿工藝如下圖所示。水煤漿制漿工藝高、中濃度磨礦級配制漿工藝（1）高、中濃度磨礦級配工藝一下圖日本日揮公司在中、日合資的兗日制漿廠中采用的制漿工藝。該工藝是在日揮公司的兩段中濃度磨礦工藝基礎(chǔ)上改進而來，即二段中濃度磨礦級配采用高濃度磨礦，高濃度磨礦磨機的給料直接來自破碎產(chǎn)品，中濃度粗磨產(chǎn)品經(jīng)過濾脫水后與高濃度產(chǎn)品一起捏混調(diào)漿。該工藝具有粗磨與細(xì)磨兩個系統(tǒng)獨立工作，避免了相互干擾等優(yōu)點。水煤漿制漿工藝高、中濃度磨礦級配制漿工藝

（2）高、中濃度磨礦級配工藝二下圖為中國礦業(yè)大學(xué)設(shè)計的大同制漿廠的水煤漿制備工藝。該工藝與日本日揮公司制漿工藝的區(qū)別是：粗磨采用高濃度磨礦，細(xì)磨則采用中濃度磨礦，細(xì)磨的原料是由粗磨產(chǎn)品中分流而來，粗磨產(chǎn)品即是最終的水煤漿產(chǎn)品。該工藝主要優(yōu)點為：1、粗磨產(chǎn)品作為最終產(chǎn)品，省去了過濾、脫水及捏混環(huán)節(jié)，簡化了生產(chǎn)工藝。2、細(xì)磨入料來自