水煤漿是一種新型漿體燃料，由60%～70%的煤粉、30%～40%的水以及約1%的添加劑混合而成，近年來(lái)已在我國(guó)動(dòng)力鍋爐和煤氣化爐上得到廣泛應(yīng)用。以往的文獻(xiàn)顯示，用有機(jī)工業(yè)廢水取代清潔水制備水煤漿，具有良好的漿體特性、燃燒特性和氣化特性，是一種有效的廢水資源化利用方式。楚天成等采用不同濃度的煤氣化分離廢水與褐煤制漿，發(fā)現(xiàn)隨著廢水濃度的增加，制得的水煤漿濃度逐漸增大，當(dāng)廢水摻混率達(dá)到時(shí)，水煤漿的濃度達(dá)到大值；木沙江等研究了焦化廢水中氨氮對(duì)水煤漿成漿特性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著氨氮濃度的升高，漿體黏度有上升的趨勢(shì)，但流動(dòng)性逐漸變差；向軼采用油田廢水制水煤漿，發(fā)現(xiàn)油田廢水的摻入能夠提高成漿濃度，對(duì)于兩種類型的水煤漿，添加劑FDN的效果均為佳；鄭福爾等進(jìn)行了利用高濃度印染廢水制備水煤漿的研究，發(fā)現(xiàn)在加入添加劑LS-A后，能夠制得濃度合理且黏度小于1200mPa?s的水煤漿，并能保持較好的流動(dòng)性?？梢?jiàn)，利用煤氣化廢水制備水煤漿是可行的，但是對(duì)于廢水中的各種成分對(duì)制備水煤漿的影響機(jī)理以及添加劑的適配性還有待深入的研究。

本文作者針對(duì)煤氣化廢水制備的水煤漿進(jìn)行了成漿性實(shí)驗(yàn)。同時(shí)采用多種添加劑，研究了廢水的加入對(duì)添加劑性能的影響，為煤氣化廢水制備水煤漿的實(shí)踐及添加劑的選擇提供理論依據(jù)。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)煤種采用神華煤，煤質(zhì)分析見(jiàn)表1，其粒度分布采用激光粒度分布儀測(cè)得，粒度分布見(jiàn)圖1。測(cè)得平均粒徑為31.19μm。分別采用煤氣化廢水和去離子水制漿，廢水取自浙江金華豐登化工股份有限公司水煤漿氣流床氣化爐合成氣的洗滌流程，簡(jiǎn)稱為洗氣水，成分分析見(jiàn)表2；添加劑包括甲基萘磺酸鹽甲醛縮合物（MF）、亞甲基雙萘磺酸鈉（NNO）、萘系分散劑（FDN）、木質(zhì)素磺酸鈉（LS），都具有良好的分散效果。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)采用干法制漿，具體步驟為：計(jì)算所需的煤粉、洗氣水（或去離子水）以及添加劑的質(zhì)量，分別加入攪拌罐，再用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌均勻，轉(zhuǎn)速為1000r/min，攪拌時(shí)間為15min，即可得到性能穩(wěn)定的水煤漿。

水煤漿的表觀黏度及流變特性均按照GB/T18856.4—2008規(guī)定的方法測(cè)量，用Brookfield流變儀測(cè)定。

水煤漿的穩(wěn)定性由析水法測(cè)得，將一定質(zhì)量的水煤漿倒入密閉容器內(nèi)靜置7天，用膠頭滴管吸取水煤漿表面上層的析出水，通過(guò)計(jì)算析出水質(zhì)量占水煤漿總質(zhì)量的比例，得到該水煤漿的析水率。析水率越小，則說(shuō)明水煤漿的穩(wěn)定性越好。

在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定水煤漿成漿特性時(shí)，表現(xiàn)為剪切應(yīng)力的“上行曲線”與“下行曲線”并不重疊，而是圍成一個(gè)梭形的封閉環(huán)，稱為觸變環(huán)。這個(gè)觸變環(huán)的面積決定了觸變性的量度，即破壞結(jié)構(gòu)所需要的能量。觸變環(huán)的面積越大，說(shuō)明觸變性越好。觸變環(huán)的面積可以根據(jù)公式T=?∑(τ1-τ2)計(jì)算，其中τ1、τ2分別代表相同轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)應(yīng)測(cè)得的上行和下行曲線的剪切應(yīng)力。

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 成漿性

成漿性是評(píng)價(jià)水煤漿性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。一般要求水煤漿在保持合理黏度的同時(shí)，應(yīng)具有較高的濃度。定義表觀黏度ηc=1000mPa?s時(shí)對(duì)應(yīng)的水煤漿濃度為該漿體的定黏濃度SCmax，以定黏濃度作為成漿性能的衡量值。一般SCmax的值越大，則表明成漿性越好。

2.1.1 水煤漿的“黏度-濃度”特性曲線

圖2是去離子水和洗氣水制備的水煤漿的“黏度-濃度”特性曲線，由圖可見(jiàn)，去離子水水煤漿（CWS）和洗氣水水煤漿（CGWS）的黏-濃特性變化規(guī)律基本一致，即隨著水煤漿濃度的增大，水煤漿的濃度也隨之增大。這是由于隨著濃度的增大，漿體內(nèi)起到潤(rùn)滑作用的自由水含量減少，煤顆粒之間的摩擦力增加，因而導(dǎo)致漿體的黏度增大。

由兩種水樣制得的水煤漿的定黏濃度如表3所示。對(duì)于使用相同添加劑，洗氣水水煤漿的定黏濃度要比去離子水水煤漿的定黏濃度高2個(gè)百分點(diǎn)左右，即洗氣水能提高水煤漿的成漿濃度。原因見(jiàn)后文分析。

2.1.2 添加劑適配性

由圖2和表3發(fā)現(xiàn)采用FDN和NNO的漿體濃度相對(duì)較高，說(shuō)明這兩種添加劑在對(duì)于該煤種的成漿具有較好的適配性。

造成這種現(xiàn)象的原因是由于后兩種添加劑更易吸附在煤表面上，根據(jù)非極性吸附的“相似相親”原理，添加劑在煤粒表面的吸附強(qiáng)弱為“多核芳烴＞單核芳烴＞烷烴類”。因此FDN和NNO在煤表面的吸附量更多，更易形成水化膜，防止顆粒之間相互團(tuán)聚，從而起到了更好的分散降黏的作用，對(duì)成漿的促進(jìn)作用更加顯著。

從表3和圖2中可以發(fā)現(xiàn)，采用不同添加劑制得的洗氣水水煤漿定黏濃度相差不大，為60.89%～61.15%之間；而不同添加劑下去離子水水煤漿定黏濃度差距較大，為58.17%～59.98%。說(shuō)明洗氣水對(duì)于成漿性的影響比添加劑對(duì)于成漿性的影響更大，在成漿過(guò)程中占主導(dǎo)地位。這可能是因?yàn)橄礆馑蟹宇?、大分子有機(jī)物等物質(zhì)，這些物質(zhì)不僅僅能起到分散作用，甚至能夠改善煤表面特性，增加添加劑在煤表面的吸附量。由表2可以發(fā)現(xiàn)，洗氣水中含有大量的化學(xué)耗氧量（COD）。COD為還原性物質(zhì)，可被氧化劑氧化，而煤表面的羧基具有氧化性，可與這些還原性物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)從而被氧化。文獻(xiàn)中指出，煤表面的含氧官能團(tuán)中，羧基束縛水的能力要強(qiáng)于甲氧基和酚羥基。同時(shí)，羧基被還原，將會(huì)導(dǎo)致煤表面結(jié)合水的能力被減弱。在水煤漿中，親水性越弱的煤顆粒表面束縛的水越少，起潤(rùn)滑作用的自由水就越多，有利于漿體的流動(dòng)，提高煤的成漿濃度。

2.2 流變性

流變特性是水煤漿的一個(gè)重要特性，它直接影響著水煤漿的運(yùn)輸、儲(chǔ)存、霧化、燃燒和氣化等。從工業(yè)應(yīng)用角度來(lái)講，一般都要求水煤漿為剪切變稀的假塑性流體。

2.2.1 流變特性

圖3、圖4分別為去離子水水煤漿和洗氣水水煤漿的流變特性曲線。可以發(fā)現(xiàn)，大部分漿體的流變特性相似，總體都呈現(xiàn)出剪切變稀的假塑性流體的特征。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，去離子水水煤漿和洗氣水水煤漿的漿體濃度較高時(shí)，假塑性流體的特性越明顯，即隨著漿體濃度的增大，漿體黏度隨剪切速率的變大而逐漸減小。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是由于當(dāng)漿體濃度較高時(shí)，煤顆粒、水分子、添加劑之間會(huì)相互連接形成復(fù)雜的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使?jié){體能夠保持穩(wěn)定；當(dāng)漿體被剪切時(shí)，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)被破壞，自由水流動(dòng)到顆粒間降低了漿體的黏度。而濃度越大，這種變化的趨勢(shì)越明顯。