本發明涉及節能環保技術領域，涉及一種用于水煤漿鍋爐的水煤漿及其制備方法、應用系統，尤其涉及一種用于流化床水煤漿鍋爐的水煤漿及其制備方法、應用系統。
背景技術：
水煤漿是新型煤基液體燃料，它具有石油一樣的流動性，熱值相當于油的一半，被稱為液態煤炭產品。水煤漿技術是一項涉及多門學科的系統技術，具有經濟性(燃燒效率高)，安全性，廣泛性，高效性和環保性(污染物排放低)等特點。其灰分及含硫量低，燃燒時火焰中心溫度較低，燃燒效率高，煙塵、SO2及NOX排放量都低于燃油和燃煤。許多國家基于長期的能源戰略考慮，將其作為以煤代油的燃料技術進行研究、開發和儲備。
我國的水煤漿研究工作起步于70年代末，80年代初，與國外同步。中國是一個富煤、少氣、貧油的國家，因此近年來，我國的水煤漿制備技術和燃燒技術發展很快，達到了國際水平。先后完成了工業鍋爐、電站鍋爐、軋鋼加熱爐、熱處理爐、爐窯等燃用水煤漿的工程試驗，水煤漿作為新型環保燃料，正被越來越多的企業所認識，采用水煤漿技術可進一步優化煤炭企業的產品結構，提高煤炭企業經濟效益。水煤漿按用途分為燃料用水煤漿和氣化用水煤漿，是一種低污染、高效率和可管道輸送的代油煤基流體燃料，水煤漿是一種最現實的煤基流體燃料，也是一種制備相對簡單，便于運輸儲存、安全可靠低污染的新型潔凈燃料。因此水煤漿技術是是當今潔凈煤技術的重要組成部分，也是21世紀最現實、最有市場的潔凈煤技術，在中國的能源戰略中占有非常重要的地位。從長遠來看，隨著國民經濟的發展，我國能源供需矛盾將進一步加大，環境對燃料的約束也進一步加強，水煤漿的使用量將逐步加大。因此，水煤漿的應用前景非常廣闊。
然而，現有的水煤漿對原料煤品質要求熱值高、灰分少，而且要求加工粒度細，使用時易造成鍋爐漿槍堵塞、爐膛結焦，進而導致生產應用系統運行不穩定。
因此，如何提供一種利用資源廣泛的低品質煤生產水煤漿的制備技術，并且結合流化床水煤漿鍋爐能夠穩定運行的應用系統，已成為潔凈能源水煤漿領域內科研人員研發的重點。
技術實現要素：
有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種用于流化床水煤漿鍋爐的水煤漿及其制備方法，特別用于懸浮流化或循環流化床水煤漿鍋爐的水煤漿及其制備方法。本發明設計的水煤漿和水煤漿應用系統，在使用資源廣泛、品質較低的原料煤情況下生產出的水煤漿，應用于流化床鍋爐時，可以確保鍋爐的穩定運行，而且產熱和排放指標均達到國家標準。
本發明提供了一種用于水煤漿鍋爐的水煤漿，包括：
優選的，所述煤的加入量為60～66重量份。
優選的，所述水煤漿為燃料水煤漿；
所述水煤漿中煤的最大粒徑小于等于0.5mm；
所述水煤漿中，粒徑為100～300μm的煤的質量占煤的質量比大于等于45％。
優選的，所述煤的種類包括煙煤、次煙煤、褐煤和半焦煤中的一種或多種。
優選的，所述穩定劑包括硫酸亞鐵、碳酸二甲酯、羧甲基纖維素鈉和聚丙烯酰胺中的一種或多種；
所述分散劑包括萘磺酸鹽、木質素磺酸鹽和磺化腐殖酸中的一種或多種。
優選的，所述水煤漿的熱值大于等于3600kcal/kg；
所述水煤漿的灰分為6％～20％；
所述水煤漿的粘度小于等于1500mpa·s。
本發明提供了一種用于水煤漿鍋爐的水煤漿的制備方法，包括以下步驟：
A)將經過初破碎的原煤、水和分散劑進行球磨，篩分過濾后，得到半成品漿料；
B)將上述步驟得到的半成品漿料和穩定劑混合后，剪切，均質得到水煤漿。
優選的，所述半成品漿料的最大粒徑小于等于0.5mm；
所述半成品漿料中，粒徑為100～300μm的煤的質量占煤的質量比大于等于45％。
優選的，所述混合為攪拌混合；
所述攪拌的轉速為24～59轉/分；
所述剪切的轉速為1290～1440轉/分。
本發明還提供了一種水煤漿應用系統，包括上述技術方案任意一項所述的水煤漿或上述技術方案任意一項所制備的水煤漿，和燃水煤漿鍋爐；
所述燃水煤漿鍋爐包括懸浮流化床鍋爐和/或流態重構循環流化床鍋爐。
本發明提供了一種用于水煤漿鍋爐的水煤漿，包括50～80重量份的煤、20～50重量份的水、0.1～0.5重量份的分散劑以及0.01～0.04重量份的穩定劑。本發明還提供了一種水煤漿應用系統，包括上述技術方案任意一項所述的水煤漿或上述技術方案任意一項所制備的水煤漿，和燃水煤漿鍋爐；所述燃水煤漿鍋爐包括懸浮流化床鍋爐和/或流態重構循環流化床鍋爐。與現有技術相比，本發明針對現有的水煤漿對原料煤品質要求熱值高、灰分少，而且要求加工粒度細，以及在使用時易造成鍋爐漿槍堵塞、爐膛結焦，進而導致生產應用系統運行不穩定的缺陷，對水煤漿的組分進行了優化調整，并且在特定的燃水煤漿鍋爐上進行搭配組合，不僅降低了水煤漿對原料煤品質的要求，而且還有效的解決了原水煤漿在爐膛內無法達到的循環燃燒，造成能源浪費的問題。此種水煤漿及其應用系統燃燒溫度更低，產生熱力型氮氧化物較少。
本發明提供的水煤漿應用系統能夠利用較低品質的原料煤生產出可供水煤漿鍋爐使用的水煤漿，保證鍋爐的穩定運行，而且產熱和排放均能達到國家標準。
實驗結果表明，所述水煤漿的粒度參數為150目通篩率在35％～45％，燃燒使用時，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物排放指標，均低于國家標準要求的排放指標。
附圖說明
圖1為本發明提供的用于水煤漿鍋爐的水煤漿的制備工藝流程簡圖。
具體實施方式
為了進一步了解本發明，下面結合實施例對本發明的優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點而不是對本發明專利要求的限制。
本發明所有原料，對其來源沒有特別限制，在市場上購買的或按照本領域技術人員熟知的常規方法制備的即可。
本發明所有原料，對其純度沒有特別限制，本發明優選采用工業純或水煤漿領域常規的純度即可。
本發明提供了一種用于水煤漿鍋爐的水煤漿，包括：
本發明對所述煤沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的煤的種類即可，本領域技術人員可以根據實際應用情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明所述煤的種類優選包括煙煤、次煙煤、褐煤和半焦煤中的一種或多種。本發明對所述煤的使用量沒有特別限制，本領域技術人員可以根據實際應用情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明通過優化組合，結合適當的燃水煤漿鍋爐，所述煤的用量優選為50～80重量份，也可以為53～75重量份，也可以為55～70重量份，也可以為60～66重量份。
本發明對所述水的加入量沒有特別限制，本領域技術人員可以根據實際應用情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明通過優化組合，結合適當的燃水煤漿鍋爐，所述水的加入量優選為20～50重量份，也可以為25～47重量份，也可以為30～45重量份，也可以為34～40重量份。
本發明對所述分散劑沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的分散劑的種類即可，本領域技術人員可以根據實際應用情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明所述分散劑優選包括萘磺酸鹽、木質素磺酸鹽和磺化腐殖酸中的一種或多種，更優選為萘磺酸鹽、木質素磺酸鹽或磺化腐殖酸。本發明對所述分散劑的使用量沒有特別限制，本領域技術人員可以根據實際應用情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明通過優化組合，結合適當的燃水煤漿鍋爐，所述分散劑的用量優選為0.1～0.5重量份，也可以為0.15～0.45重量份，也可以為0.17～0.4重量份，也可以為0.2～0.35重量份。
本發明對所述穩定劑沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的分散劑的種類即可，本領域技術人員可以根據實際應用情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明所述穩定劑優選包括硫酸亞鐵、碳酸二甲酯、羧甲基纖維素鈉和聚丙烯酰胺中的一種或多種，更優選為硫酸亞鐵、碳酸二甲酯、羧甲基纖維素鈉或聚丙烯酰胺。本發明對所述穩定劑的使用量沒有特別限制，本領域技術人員可以根據實際應用情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明通過優化組合，結合適當的燃水煤漿鍋爐，所述穩定劑的用量優選為0.01～0.04重量份，也可以為0.013～0.035重量份，也可以為0.015～0.03重量份，也可以為0.018～0.025重量份。
本發明對所述水煤漿鍋爐沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的水煤漿鍋爐即可，本領域技術人員可以根據實際應用情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明通過優化組合，結合適當的燃水煤漿鍋爐，所述水煤漿鍋爐優選為流化床水煤漿鍋爐，更具體優選為懸浮流化床鍋爐和/或流態重構循環流化床鍋爐，最優選為懸浮流化床鍋爐或流態重構循環流化床鍋爐。
本發明對所述水煤漿的粒徑沒有特別限制，本領域技術人員可以根據實際應用情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明通過優化組合，結合適當的燃水煤漿鍋爐，所述水煤漿中煤的最大粒徑優選小于等于0.5mm，更優選小于等于0.4mm，最優選小于等于0.3mm。所述水煤漿中，粒徑為100～300μm的煤的質量優選占煤的質量比大于等于45％，更優選大于等于50％，最優選大于等于55％。
本發明對所述水煤漿的其他條件沒有特別限制，本領域技術人員可以根據實際應用情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明所述水煤漿優選為燃料水煤漿。
本發明所述水煤漿的熱值優選大于等于3600kcal/kg，更優選大于等于3800kcal/kg，最優選大于等于4000kcal/kg；所述水煤漿的灰分優選為6％～20％，更優選為8％～18％，最優選為10％～15％；所述水煤漿的粘度優選小于等于1500mpa·s，更優選小于等于1400mpa·s，最優選小于等于1300mpa·s。
本發明通過組分上的優化和細化，再結合適當的燃水煤漿鍋爐，使得本發明提供的水煤漿能夠在較低的添加劑和較粗顆粒的基礎上，依然能夠保證鍋爐的穩定運行，而且產熱和排放均能達到國家標準；有效的解決了現有的水煤漿對原料煤品質要求熱值高、灰分少，而且要求加工粒度細，以及在使用時易造成鍋爐漿槍堵塞、爐膛結焦，進而導致生產應用系統運行不穩定的缺陷，而且還有效的解決了原水煤漿在爐膛內無法達到的循環燃燒，造成能源浪費的問題。此種水煤漿及其應用系統燃燒溫度更低，產生熱力型氮氧化物較少。具有運行成本低和應用前景廣的優勢。
本發明還提供了一種用于水煤漿鍋爐的水煤漿的制備方法，包括以下步驟：
A)將經過初破碎的原煤、水和分散劑進行球磨，篩分過濾后，得到半成品漿料；
B)將上述步驟得到的半成品漿料和穩定劑混合后，剪切，均質得到水煤漿。
本發明對所述制備方法中的原料的選擇范圍和優選原則，與前述用于水煤漿鍋爐的水煤漿中的選擇范圍和優選原則均一致，在此不再一一贅述。
本發明首先將經過初破碎的原煤、水和分散劑進行球磨，篩分過濾后，得到半成品漿料。
本發明對所述初破碎沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的初破碎的條件和設備即可，本領域技術人員可以根據實際生產情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明所述初破碎后的粒度優選小于等于5mm，更優選小于等于4mm，最優選為小于等于3mm。
本發明對所述球磨沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的球磨的條件和設備即可，本領域技術人員可以根據實際生產情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明所述球磨的設備優選為濕式球磨機；所述球磨后的粒度優選為500～75μm，更優選為355～85μm，更優選為330～95μm，最優選為300～100μm。
本發明對所述篩分過濾的設備和操作步驟沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的篩分過濾的步驟和設備即可，本領域技術人員可以根據實際生產情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明所述篩分過濾的設備優選為振動篩；所述篩分過濾后的粒度優選為400～75μm，更優選為355～85μm，更優選為330～95μm，最優選為300～100μm；所述篩分過濾后的粗顆粒優選重新與球磨后的原料混合，再次進行篩分過濾。
本發明將上述步驟得到的半成品漿料和穩定劑混合后，剪切，均質得到水煤漿。
本發明對所述混合的設備和操作步驟沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的混合的步驟和設備即可，本領域技術人員可以根據實際生產情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明所述混合優選為攪拌混合。本發明對所述攪拌混合的具體參數沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的攪拌參數即可，本領域技術人員可以根據實際生產情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明所述攪拌混合的轉速為24～59轉/分，更優選為29～54轉/分，最優選為34～49轉/分。
本發明對所述剪切的具體參數沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的剪切的參數即可，本領域技術人員可以根據實際生產情況、原料情況以及產品要求進行選擇和調整，本發明所述剪切優選為高剪切處理，所述剪切的轉速優選為1290～1440轉/分，更優選為1330～1400轉/分，最優選為1350～1380轉/分。
參見圖1，圖1為本發明提供的用于水煤漿鍋爐的水煤漿的制備工藝流程簡圖。
本發明還提供了一種水煤漿應用系統，包括上述技術方案任意一項所述的水煤漿或上述技術方案任意一項所制備的水煤漿，和燃水煤漿鍋爐。
本發明所述燃水煤漿鍋爐優選為流化床水煤漿鍋爐，更優選具體包括懸浮流化床鍋爐和/或流態重構循環流化床鍋爐，最優選為懸浮流化床鍋爐或流態重構循環流化床鍋爐。
本發明上述步驟提供了一種用于水煤漿鍋爐的水煤漿以及該水煤漿應用系統，本發明針對現有的水煤漿對原料煤品質要求熱值高、灰分少，而且要求加工粒度細，以及在使用時易造成鍋爐漿槍堵塞、爐膛結焦，進而導致生產應用系統運行不穩定的缺陷，對水煤漿的組分進行了優化調整，并且在特定的燃水煤漿鍋爐上進行搭配組合，不僅降低了水煤漿對原料煤品質的要求，而且還有效的解決了原水煤漿在爐膛內無法達到的循環燃燒，造成能源浪費的問題。此種水煤漿及其應用系統燃燒溫度更低，產生熱力型氮氧化物較少。本發明提供的水煤漿應用系統能夠利用較低品質的原料煤生產出可供水煤漿鍋爐使用的水煤漿，保證鍋爐的穩定運行，而且產熱和排放均能達到國家標準。
實驗結果表明，所述水煤漿的粒度參數為150目通篩率在35％～45％，燃燒使用時，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物排放指標，均低于國家標準要求的排放指標。
為了進一步說明本發明，以下結合實施例對本發明提供的一種用于水煤漿鍋爐的水煤漿及其制備方法、應用系統進行詳細描述，但是應當理解，這些實施例是在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，只是為進一步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的限制，本發明的保護范圍也不限于下述的實施例。
實施例1
本實施例用的原料煤為山東新汶礦煤，其全水Mt＝11％，分析水為Mad＝5％，收到基灰分Aar＝16.45％。
所述方法包括以下步驟：
將新汶礦煤初破碎至粒徑小于3mm的煤粒；
將小于3mm的煤粒與水、分散劑按照65.7:34.1:0.2質量比投入球磨機進行研磨混合篩分過濾后，得到半成品漿料；
將上述步驟得到的半成品漿料，再投入0.03質量比例的穩定劑進行混合、均質后，得到水煤漿成品；
上述水煤漿濃度為62.4wt％，煤粉最大粒徑≤0.5mm，50～150目粒徑的煤粉占比為52.84％，150目以下的煤粉占比為39.15％，粘度為1050mpa·s，穩定性良好。
實施例2
本實施例用的原料煤為山西陽泉煤，其全水Mt＝6.65％，分析水為Mad＝2.03％，收到基灰分Aar＝18.21％。
所述方法包括以下步驟：
將山西陽泉煤初破碎至粒徑小于3mm的煤粒；
將小于3mm的煤粒與水、分散劑按照66.3:33.5:0.25質量比投入球磨機進行研磨混合篩分過濾后，得到半成品漿料；
將上述步驟得到的半成品漿料，再投入0.035質量比例的穩定劑進行混合、均質后，得到水煤漿成品；
上述水煤漿濃度為63wt％，煤粉最大粒徑≤0.5mm，50～150目粒徑的煤粉占比為51.23％，150目以下的煤粉占比為40.25％，粘度為986mpa·s，穩定性良好。
實施例3
本實施例用的原料煤為陜西神木煤，其全水Mt＝15.9％，分析水為Mad＝3.13％，收到基灰分Aar＝15.35％。
所述方法包括以下步驟：
將陜西神木煤初破碎至粒徑小于3mm的煤粒；
將小于3mm的煤粒與水、分散劑按照65.4:34.3:0.3質量比投入球磨機進行研磨混合篩分過濾后，得到半成品漿料；
將上述步驟得到的半成品漿料，再投入0.04質量比例的穩定劑進行混合、均質后，得到水煤漿成品；
上述水煤漿濃度為61.5wt％，煤粉最大粒徑≤0.5mm，50～150目粒徑的煤粉占比為52.22％，150目以下的煤粉占比為34.81％，粘度為715.7mpa·s，穩定性良好。
水煤漿循環流化床鍋爐，采用我國地域內所使用的常規煤種制成的水煤漿，其顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物排放指標，均低于國家標準要求的排放指標。參見表1，表1為本發明實施例1～3制備的水煤漿鍋爐排放與國家標準排放對比。
表1本發明實施例1～3制備的水煤漿鍋爐排放與國家標準排放對比
以上對本發明提供的一種用于水煤漿鍋爐的水煤漿及其制備方法、應用系統進行了詳細的介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本領域的任何技術人員都能夠實踐本發明。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。本發明專利保護的范圍通過權利要求來限定，并可包括本領域技術人員能夠想到的其他實施例。如果這些其他實施例具有不是不同于權利要求文字表述的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的文字表述無實質差異的等同結構要素，那么這些其他實施例也應包含在權利要求的范圍內。