水煤浆技术

课程内容简介一、课程的性质、目的及任务《水煤浆制备技术》是一门专业选修课。主要研究水煤浆制备过程的基本原理和方法及实施此过程的工艺流程。目的是培养学生运用基本的理论知识来理解和掌握水煤浆制备方法、设备的选择、操作控制及工程实践能力，拓宽学生在煤炭深度加工和洁净煤技术领域的专业知识面。二、课程的基本要求通过本课程的学习，应该达到下列要求：了解水煤浆的发展历史、基本特性质及其对煤质的要求，掌握水煤浆制浆工艺、水煤浆添加剂、磨矿工艺与设备，学会水煤浆质量检测方法。三、学时及学分32学时2学分主要参考书1、张荣曾著，《水煤浆制浆技术》，科学出版社，1996年10月2、郝临山等.《水煤浆制备与应用技术》，煤炭工业出版社，2003.3、任瑞晨徐志强等，《煤炭资源综合开发利用》，中国矿业大学出版社，2008.64、郝临山等，《洁净煤技术》，化工出版社，2010●绪论●制浆用煤的选择●水煤浆的粒度分布●水煤浆的流变特性●磨矿工艺与设备●水煤浆制浆工艺●水煤浆添加剂●水煤浆搅拌混合与剪切●水煤浆的燃烧与气●水煤浆质量检测方主要内容一、中国能源状况引论能源是人类社会发展的重要基础资源，是现代文明的动力，从整个人类文明发展历史长河来看，文明积累和提升，人类社会可持续发展，无不以能源利用为基础。煤炭石油天然气核能水能风能太阳能海洋能地热能生物能还能维持多久？如何去开发？不可再生能源可再生能源2005年世界各种能源在总能耗中的比重能源种类占总能耗比重石油36%煤炭28%天然气24%核能6%其它6%注：世界能源消耗总量—153亿吨标准煤•我国能源探明剩余可采储量1392亿吨标准煤，58.8%煤炭、3.4%石油、1.3%天然气、36.5%水能•石油的储采比15(世界平均为40)，2007年进口约2亿吨（占50%），石油的缺口很大。未来20年石油需求有2/3要靠进口。•天然气虽有好的前景，但资源量有限。•我国能源储量中国2008年全年进口原油1.88亿吨，价值1293亿美元，进口成品油3885万吨，价值300亿美元。石油进口量已经达到2.27亿吨。中国2008年原油产量仅增长了2.2%，达到1.9亿吨。一项关于中国未来能源供需的报告曾预测：到2020年，中国石油供需缺口将达2.5亿吨，石油消费量将达4.5亿-6.1亿吨。但是，国内可以供应的量却只有1.8亿-2亿吨，缺口达2.5亿-4.3亿吨。目前，中国已成为世界第二大能源消费国，能源消费的增长势头还将继续。国际能源机构(IEA)预测，随着越来越多中国消费者购买汽车，到2030年，中国石油消耗量的80%需要依靠进口。原煤68.40%核电0.52%水电7.06%天然气3.07%原油20.95%•我国一次能源消费构成（2006）能源名称2000年2010年2030年2050年煤73.6768.2254.0548.6石油15.7314.9113.775.0天然气2.684.106.105.0水能7.369.249.8719.4核能0.463.3113.4616.0新能源0.100.172.756.0中国能源消费成构的预测（%）国家可持续发展的能源战略预期目标：2020年一次能源需求小于25亿吨标准煤，节能8亿吨标准煤，煤炭消费比例控制在60%左右，可再生能源利用5.25亿吨标准煤，石油进口依存度控制在60%左右，主要污染物削减率45-60%。•煤炭在我国一次能源结构中居主导地位的格局，在本世纪前期不会发生根本性改变30405060708019902000201020202030204020502060消费构成（%）正常消费方案节能消费方案（据国家计委能源所，1999）•能源分布/经济分布重心不相匹配•能源资源总量：一次能源丰富，煤炭是最主要能源资源，是执行“立足国内，走向世界”能源可持续发展战略的重要物质基础保证。•能源资源总量分布：北多南少，西富东贫。•能源品种分布：北煤，南水，西油气。•能源流向：西向东，北向南。•能源品种及人均资源：能源资源贫国，煤炭人均资源量只有世界人均的58%，储采比（85）只有世界人均的38%。224852493642272862672120100200300400世中美澳印德南波储采比（年）世界前7位国家煤炭储采比的比较其它省区13.96%江南九省5.96%华东七省2.49%东三省0.58%晋陕蒙新77.00%中国预测煤炭资源总量区域分布东部7%，西部93%我国的单位产值能耗是世界水平的2.3倍。在1980年我国万元GDP能耗7.98吨标准煤，到1990年下降到2.68吨标准煤，下降了2/3；2007年下降到1.06吨标准煤，又下降60%多。能源系统的总效率更低。仅为10%，不到发达国家的一半。煤炭开采效率约32%，中间环节效率为70%，终端利用效率为41%。•我国的能源利用率低过去20年（1980—2000）中，中国实现了GDP翻两番而能源消耗仅翻一番，具体地说，GDP年均增长9.7%，而能源消耗年均仅增长4.6%。2003年，我国经济快速发展，GDP比2002年增长9.1％，而能源消耗增长11.0%（原煤产量和发电量同比分别增长15％和15.52％，钢材产量增长25.28％）,高能耗行业无序发展。2006中国消耗了世界上40%左右的煤炭、50%左右的水泥、60%左右的钢铁和70%左右的油气，却只创造了占世界5%左右的GDP，单位GDP能耗在世界平均水平的5倍以上。这样的状况继续下去，中国能源形势将十分严峻，也不能实现国民经济持续、快速、良性发展。解决这个问题的关键—节约能源和优化能源结构。作为我国今后主要能源的煤炭，其高效洁净利用的任务将十分紧迫。•今后中国的能源结构将是多种能源的组合；•可再生能源(水能、风能、生物质能、太阳能等）将加速发展，但份额（水电除外）不会很大；•核能（裂变）乐观估计不超过10～20%，争议较大；•工业和民用液体、气体燃料将有相当一部分来自煤的转化；•仍有相当大部分的化工原料来源于煤。因此，尽管能源需求量不断增长，但根据中国的国情，至少到2020年煤炭在能源结构中仍占主导地位。二、煤炭利用与环境问题煤炭在开发利用过程中造成了严重的环境污染和生态问题二氧化硫污染和酸雨氮氧化物与光化学雾污染燃烧颗粒物污染煤矸石堆积成山，煤泥水流成河土地与植被破坏矿山重大地质灾害频频发生燃煤排放物占燃料燃烧源、工业废气源、流动源等总排放量的比例（%）SO285酸雨82粉尘70NOx60CO71CO285表燃煤排放物污染情况引自：中国工程院《先进能源技术咨询研究总报告2001年》表不同年份SO2、烟尘排放量年份煤产量（亿吨）SO2排放量（万吨）粉尘排放量（万吨）199513.6123701720199613.9723281552199713.2523461873199812.202090145219999.701857115920009.5119951165200111.1019471059200213.9319261012200316.672158.71048.7200419.562254.91095.0200521.12549.31182.5200623.82588.81078.4200725.232468.1986.6200827.92321.2901.6•常见12种大气污染物的危害：SO2，悬浮颗粒物，NOx，COX，挥发性有机化合物，光化学氧化物，有毒微量有机污染物，重金属，有毒化学品，难闻气味，放射性物质，温室气体；能源开采与利用导致的占10种•我国大气污染的80％来源于燃煤污染烟尘型城市污染的污染状况2006年，全国酸雨发生频率在5%以上的区域占国土面积的32.6%，酸雨发生频率在25%以上区域占国土面积的15.4%。全国酸雨分布区域主要集中在长江以南，四川、云南以东的区域。809010011012013010203040500St,d=0.500.50St,d=1.001.00St,d=1.501.50St,d=2.002.00St,d=3.00St,d3.00煤泥堆积如山，还严重污染环境煤泥堆如山，流成河，还严重污染环境煤泥水流成河，生态破坏严重•环境保护滞后于资源开采•全国54万公顷塌陷•2.0公顷/万吨产量•年增塌陷地2.0万公顷•复垦率不足10%生态重建生态重建采动裂隙宽度0.25～0.45m间距0.5～2.0m平均错距0.2m采动导水裂隙带发育到地表，砂层水全部漏入地下采空区，地下水位急剧下降，地面沙漠化加剧采动裂隙宽度0.25～0.45m间距0.5～2.0m平均错距0.2m采动导水裂隙带发育到地表，砂层水全部漏入地下采空区，地下水位急剧下降，地面沙漠化加剧•失水0.5-7m3/吨煤,平均0.88m3/吨煤•每年采煤失水8.8亿m3•煤矿井水排放（22亿m3）占全国废水排放总量的10%•北方已有19％的岩溶水资源被煤矿排出1500余座矸石山占地5000公顷总量30亿吨，新排3亿吨/年资源率不足10%140余座矸石山自燃•每年采煤排放甲烷量80-100亿m3，占世界甲烷排放总量的27-31%•2000年，我国煤矿甲烷排放量占世界采煤排放量的46%•与CO2相比，甲烷温室效应高20倍，臭氧破坏能力高7倍24.48.88.41.83.41.32.21.20.60.7051015202530释放量(亿m3)中苏美德南英波澳印捷1997年世界主要产煤国家煤层甲烷释放量自燃火灾矿井占火灾矿井总数的90-94%新疆、内蒙、宁夏等大面积煤田自燃火灾烧损煤量1000-1360万吨/年经济损失超过200亿元克拉扎火区准南煤田准东煤田24%11%65%020406080西北东北华北煤火年损失煤量未来20年我国不仅将遭遇十分严重的能源“瓶颈”，而且还将面临因煤炭非洁净利用而造成的严重环境污染，形成对我国可持续发展的重大威胁。突破“瓶颈”，解决矛盾的出路之一是实施中国洁净煤战略。三、中国洁净煤三大任务:1、污染物及温室气体排放的控制；2、降低对进口石油的依赖；3、提高利用效率。洁净煤技术——中国未来能源发展的战略选择3.1洁净煤的基本概念洁净煤技术(CCT)是指煤炭开发和利用过程中，旨在减少污染排放和提高效率的煤炭开采、加工、燃烧、转化和污染控制等一系列高新技术的总称，是使煤炭作为一种能源应达到最大潜能的利用而释放的污染物控制在最低水平，实现煤的高效、洁净利用目的的技术。3.1洁净煤的基本概念洁净煤技术将煤炭利用的经济效益、社会效益与环保效益结合为一体，成为能源工业中国际高新技术竞争的一个主要领域。洁净煤技术构成—煤炭加工（选煤、型煤、水煤浆等）：源头、基础煤炭高效清洁燃烧及先进发电技术：核心煤炭转化：气化为先导、碳一化工、多联产为重点污染排放控制：终端技术3.2洁净煤技术构成第一章绪论1.1煤浆代油燃料的演变由于70年代的石油危机给以石油为主要能源的西方各国以很大冲击，世界各国在考虑能源安全战略。人们纷纷研究以煤代油的战略。1973年美国开始研究煤油混合物COM（CoalOilMixture）----油煤浆燃料。(49%的煤、0.2%添加剂及油混合而成，热值取决于煤和油的质量，其中65%的热值来自油）1980年在日本东京电力公司火电厂机组上成功运行。1984年在日本建成两条能力各70吨／时COM生产线。由于COM中的煤含量最高只能达50%，只能用煤取代35%的油。1979-1981年瑞典、美国等研究成功完全不依赖油的水煤浆---CWM。水煤浆含煤约70%，添加剂约1%，其余为水，在常温下粘度为1000-1500毫帕秒。可以像油一样泵送、雾化、贮存和稳定着火燃烧，其热值相当燃料油的一半。1985年底，国际石油价格猛跌，美国、瑞典等西方国家放慢甚至停顿了水煤浆商业化步伐。但是从资源来看，石油资源有限，而煤炭资源丰富得多。第一章绪论1.1煤浆代油燃料的演变1986年以后，日本、意大利、中国与前苏联都正是在国际油价格低谷时，加速了水煤浆代油的工业化步伐。1989年，前苏联建成了世界