水煤浆技术
摘要：能源是人类社会和经济发展的重要物质基础。当今世界,特别是中国,使用的一次能源主要是化石能源,
它们在一次能源中所占的比例分别是90％与97.5%。化石能源是不可再生的不洁净能源,按不洁净程度排序,
依次为:煤炭,石油,天然气。分析了几种煤代油的途径后,认为建设煤炭液化示范工厂作为技术储备是非常必
要的,但目前还难以大规模商业化运作.以水煤浆代油虽有局限性,却是当前经济、现实和有效的途径,而且对
目前的燃油用户有显著的经济效益.提出了将煤炭转换为水煤浆使用后,可减少燃煤污染的6个方面.分析了
现有油炉改为烧煤或水煤浆的利弊与适用的范畴.为治理大量分散的中小型燃煤锅炉的燃煤污染,在大多数
情况下,改烧水煤浆是一条经济可行的途径。
关键词：水煤浆 技术 环境
一．
水煤浆是八十年代初出现的一种新型煤基流体燃料，，国际上英文称为CWM
（Coal Water Mixture）或CWF（Coal Water Fuel），它含煤约70％，化学添加剂约１％，其余为
水和1%的添加剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。其中
的水并不能提供热量，在燃烧过程中还会因蒸发造成热损失，不过这种损失并不大。以含煤70％的水
煤浆为例，1公斤水煤浆中含水0.3公斤，水的气化潜热不到600大卡/公斤，故燃烧1公斤水煤浆因
其中水造成的热损失不到180大卡，约占水煤浆热值的4％。可是它却使煤炭从传统的固体燃料转化
为一种流体燃料，从而带来很多优点。水煤浆像油一样，可以泵送、雾化、贮存与稳定着火燃烧。两
吨水煤浆可代一吨油。由于水煤浆与燃油在相同热值下相比，其价格仅为重油的1/2左右，以水煤浆
代油具有显著的经济效益，因此是目前企业通过技术改造解困的有效途径之一。燃用水煤浆与直接烧
煤相比，具有燃烧效率高、负荷易调控、节能和环境效益好等显著优点。水煤浆经长距离管道输送到
终端后可直接燃用，储运过程全封闭，既减少损失又不污染环境，是解决我国煤炭运力不足的重要运
输方式之一。
石油是重要的战略物资，我国每年烧油量仍在三千万吨以上，占石油产量的五分之一。我国煤多油
少、并致力于控制燃煤污染，所以水煤浆技术在我国受到政府的特别重视，国家领导人多次亲临考察。1996
年初江泽民总书记在中国矿业大学北京校区等考察煤炭科技工作时，对水煤浆技术给予了高度评价，并指
出“从战略上看，中国煤炭资源丰富，要充分发挥煤的作用。中国的燃料在相当长的时期要依靠煤，要把水
煤浆作为一个战略问题来考虑，这是一件十分重要的工作。
当今全世界在石油能源危机的经济大衰退之后，清醒地认识到石油天然气作为清洁能源，并不是取
之不尽用之不竭的，丰富的煤炭依然是长期可靠的主要能源。然而，传统的燃煤方式造成严重大气污染的
历史教训是不容重现的。于是煤炭液化、汽化和浆化成为先进工业国家普遍重视的研究课题。水煤浆则是
煤炭液化的最佳成果，也是煤炭洁净利用最廉价的实用技术。
我国煤炭资源分布集中在“三西”，即山西、陕西及内蒙西部。目前有63%的煤炭要从“三西”调出，我
国长期存在北煤南运、西煤东调的格局。煤炭的管道运输投资少、建设周期短、营运费低、为全密闭输送，
不污染环境。水煤浆经管道输送到终端即可供用户燃用，而且可长期密闭储存。
二、
1、水煤浆成分
水煤浆就是煤与水的混合物，由3部分组成，即煤粉、水和添加剂。煤粉是燃烧的主体，约占水煤浆
组分的70% ，其粒级有严格的要求，通常要经过粉碎、洗选、去灰、沉淀，颗粒直径在40～120Lm。添加
剂的比例大约是水煤浆组分的1%～2% ，其余28%～29% 为水。成品水煤浆具有一定的稳定性，静置一个月
时间可以不沉淀、不分层。而且具有一定的流动性，可以象燃油一样车装、船载或通过管道输送。其次是
雾化性能好，在一定压力下通过喷嘴形成雾状，充分燃烧。目前，我国工业生产的水煤浆，一般浓度在70% 左
右，粘度在1000MPa.s 左右，稳定性不低于1个月，燃烧效率可达到98% ，单位热强度和燃烧负荷都优于
燃煤。
”
2、水煤浆的配制与水煤浆的质量特征
1）水煤浆配制
水煤浆配制有3大要素： 一是煤炭；二是煤浆的粒度级配； 三是添加剂。要生产出质量优良、性能
稳定的水煤浆必须有优质的煤炭作为基础。煤炭由于产地、埋深和经过地质年代不同，煤的质量有较大差
异。如何选用优质煤炭来配制水煤浆呢？这就需要做好煤源调查和煤质检验工作，按以下质量指标来选择
优质原料煤。
a. 煤的灰分要低。制浆用煤必须进行洗选以降低灰分。低灰分煤的表面有较为均匀的物理化学性质，易于
制浆且燃烧效率高、热值高。
b. 煤的挥发分高。含有较高挥发分的煤易于燃烧，热效率高。研究表明，挥发分小于17% 的水煤浆不易
燃烧，必须添加更多的助燃剂。制备水煤浆一般采用挥发分大于25% 的煤。
c. 煤的内在水分低。煤的内在水分是影响制浆的重要因素，直接影响水煤浆的浓度，并在一定程度上影响
水煤浆的稳定性和可燃性。
d. 煤的可研磨性好。煤的研磨系数直接影响煤浆的粒度分布，研磨系数越高，粒度越细小，成浆性也越好，
煤的其它性质如O/C (氧碳原子比)、表面张力、孔隙度等也对成浆性有一定影响。
2) 水煤浆和一般的煤泥水不同，因为它是一种燃料，所以必须具备某些便于燃烧、使用的性质，主要有：
1>．为利于燃烧，水煤浆的含煤浓度要高。通常要求在62％～70% 左右；
2>．为便于泵送和雾化，粘度要低。通常要求在100（1/秒）剪切率及常温下，表观黏度不高于1000
～1200毫帕秒
3>．为防止在贮运过程中产生沉淀，应有良好的稳定性。一般要求能静置存放一个月不产生不可恢复的
硬沉淀；
4>．为提高煤炭的燃烧效率，其中煤粒应达到一定的细度。一般要求粒度上限为300微米，其中小于
200网目（74微米）的含量不少于75％。
使水煤浆能满足其中单项性能并不难，但要同时满足各项要求就会遇到许多困难，因为有些性能间是相
互制约的。例如，要使水煤浆中含煤浓度高，就不能多用水；水少了，又会引起粘度高，流动性差；要流
动性好，粘度就应低，但粘度低又会使稳定性变差。所以它的制备技术难度大，涉及煤化学、颗粒学、胶
体与有机化学及流变学等多学科技术。高浓度水煤浆的制备技术，在八十年代初期只有瑞典和美国掌握，
并严加保密。引进技术代价太高，1982年我国开始自主研制。
3) 制浆技术简介： 要做出符合上述性能要求的高浓度水煤浆，单用细煤粉与水简单混合起来是无法实现
的，还必须采取一些特殊的技术措施，主要有：
1）．要使煤与水能混为一体，至少必须使煤粒能全部为水所浸没。通常情况下，煤粉中颗粒间往往存
有较多的空隙，水首先要将这些空隙充满才可浸没全部煤粒，所以耗水量大，难以做成高浓度水煤浆。为
了提高制浆浓度，必需使煤的粒度分布具有较高的堆积效率，即颗粒间空隙要少。使空隙最少的技术称“级
配”，是制浆的关键技术之一。其中涉及两项技术，首先是要能判定什么样的粒度分布才具有较高的堆积效
率；更重要的是如何根据给定的煤炭性质与粒度组成，制定合理的制浆工艺、选择磨碎设备的类型、设计
磨机的结构与运行参数，使产品能达到具有较高堆积效率的粒度分布。
2）．煤炭的主体是有机质，它是结构十分复杂的大分子碳氢化合物。这些有机质的表面具有强烈的疏
水性，不易为水所润湿。细煤粉又具有极大的比表面积，在水中很容易自发地彼此聚结，这就使煤粒与水
不能密切结合成为一种浆体，在较高浓度时只会形成一种湿的泥团。所以制浆中必需加入少量的化学添加
剂，即分散剂，以改变煤粒的表面性质，使煤粒表面紧紧地为添加剂分子和水化膜包围，让煤粒均匀地分
散在水中，防止煤粒聚结，并提高水煤浆的流动性。由于各地煤炭的性质千差万别，适用的添加剂会因煤
而异，不是一成不变的。
3）．煤浆毕竞是一种固、液两相粗分散体系，煤粒又很容易自发地彼此聚结。在重力或其他外力作用
下，很容易发生沉淀。为防止发生硬沉淀，必需加入少量的化学添加剂，即稳定剂。稳定剂有两种作用，
一方面使水煤浆具有剪切变稀的流变特性，即当静置存放时水煤浆有较高的粘度，开始流动后粘度又可迅
速降下来；另一方面是使沉淀物具有松软的结构，防止产生不可恢复的硬沉淀。
从以上可以看出，煤炭的制浆效果与煤炭本身的理化性质有着密切关系，制浆用原料的性质直接影响到
水煤浆的质量与生产成本。所以，建设制浆厂时，根据用户对煤浆质量的需求，以及煤炭成浆性规律，合
理选择制浆用煤是十分重要的
从燃烧角度出发，制浆用煤的挥发分含量不能太低，锅炉用水煤浆时，通常要求>28%，否则煤浆不易
稳定着火燃烧。此外，为防止炉内结渣，对于大多数采用固态排渣的炉子，要求煤炭的灰熔点（T2）高于
1250℃。至于煤炭的发热量、灰分与硫分指标，则应根据用户的需求而定。至于煤炭的成浆性，则需要对
有代表性的煤样进行专门的试验研究后才能判定。一般地说，煤炭的内在水分越低、可磨性越好、煤中氧
含量越低，则成浆性越佳。
水煤浆添加剂
百科名片
水煤浆添加剂，按其功能不同，有分散剂、稳定剂及其他一些辅助化学药剂，如消泡剂、pH调整剂、防酶
剂、表面改性剂及促进剂等多种。其中不可缺少的是分散剂与稳定剂。添加剂与原煤和水的性质密切相关。
合理的添加剂配方必须根据制浆用煤的性质和用户对水煤浆产品质量的要求，经过试验后方可确定。
一、水煤浆分散剂
1. 分散剂的作用机理
(1) 提高煤表面的亲水性 分散剂是一种可促进分散相（水煤浆中的煤粒）在分散介质（水煤浆
中的水）中均匀分散的化学药剂。煤炭主体是非极性的碳氢化合物，属疏水性物质。煤炭的润湿性
可按水在其表面的接触角大小分成四等。按触角为零者，称强亲水性煤炭；小于 40°者称弱水性煤
炭；40°~90°者，称疏水性煤炭；超过90°者称强疏水性煤炭。各种煤炭的表面均显疏水性。
另外，水的表面张力大，煤炭表面张力小，只有降低水的表面张力，增大煤炭表面张力，减少
固液间的界面张力，才能达到充分湿润；煤粒表面即使湿润，其巨大的比表面积也会促使它们聚集
到一块，无法分散均匀。
制浆用分散剂都是一些两亲的表面活性剂，一端是由碳氢化合物构成的非极性的亲油基，另一
端是亲水的极性基，非极性的疏水端极易与碳氢化合物的煤炭表面结合，吸附在煤粒表面上，将另
一端亲水基朝外引入水中。极性基的强亲水性使煤粒的表面由疏水转化为亲水，可形成一层水化膜。
