柴油機燃用配煤水煤漿的研究及前景

專(zhuān)題研究資源開(kāi)發(fā)與市場(chǎng) Resource Development& Market.20025柴油機燃用配煤水煤漿的研究及前景崔榮健1,高志芳2,張曉勇3(1江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院江蘇南京2001;2中國礦業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院,北京100033江蘇省環(huán)境監測中心,江蘇南京20036)摘要綜述了當今世界能源狀況以及國內外柴油機燃料的研發(fā)和利用進(jìn)展。結合國內外配煤水煤漿的研究及在柴油機上的應用現狀根據我國目前煤炭資源的開(kāi)采和利用,以及配煤水煤漿具有低灰、低污染的優(yōu)點(diǎn),指出柴油機燃用配煤水煤漿具有廣闊的應用前景關(guān)鍵詞:柴油機;燃料;煤炭;配煤水煤漿中圖分類(lèi)號:TK421·,7文獻標志碼:A文章編號:1005-8141(2009)11-101404Research Prospect of Combustion of Blended-coal Coal Water Shurry in Diesel EngineCUI Rong-jian', GAO Zhi-fang, ZHANG Xiao-yong'(1. Jiangsu Institute of Maritime Affairs Vocational Technology, Nanjing 210001,China2. School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China;3 Jiangsu Emvironmental Monitoring Center, Nanjing 210036, China)Abstract: Energy situation of world and comprehensive utilization of diesel fuel at home and abroad were discussed in the paper Blended-coalhad low ash and pollution combined with the study on blended-coal Cws and application in diesel engine, combustion of blended- coal coal waterslurry in diesel engine had broad application prospects according to coal mining and utilization at present in ChinaKey words: diesel engine; fuel; coal; blended-coal CWS1前言水平的提高,預計未來(lái)世界能源消費量將以每年3%當今世界能源結構中,人類(lèi)所利用的能源主要是的速度增長(cháng),到2020年世界一次能源消費總量將達到煤炭、石油、天然氣等化石能源。我國是世界上以煤炭200250億t標準煤以上{4為主要能源的國家之一,煤炭的消耗約占總能源構成表1200年世界主要國家能源消費統計【1萬(wàn)t油當量)的76%,我國75%的發(fā)電燃料、80%的居民生活燃料國家石油夭然氣媒炭核能水力。合計和60%的化工原料都來(lái)自煤炭1。20年1月份國中國20.8%3.3%70,4%0.7%5.9%100.0%土資源部發(fā)布了《全國礦產(chǎn)資源規劃》,預計到200年943.1595.7573.719.758.82361.4我國將消耗石油5億t煤炭35億t,即使到2050年煤美國39.9%252%24.3%82.5%100.0%炭在我國能源結構中的比例也不會(huì )少于35%12]。加拿大102.39.630.42118.3321.72007年全球能源消費總量為1093×105萬(wàn)t油法國91.337.312.09.714.4255.1當量(表1)。在2007年全球能源能源消費結構中,8%14.6%4.7%39.1%5.6%100.09石油平均占35.6%(比2006年的35.8%下降了德國112.674586.031.86.2311.036.2%24.0%27.7%10.2%2.0%100.0%02%)天然氣平均占25.6%(比200年的23.7%上意大利8.8179.6升了1.9%)煤炭平均占28.6%(比2006年的28.4%46.4%39.9%97%78.282.339.214.12.1215.9上升了0.2%)核能平均占56%、水力平均占64%。英國36.2%381%18.2%6.5%1.0%100.0%1259394.99.536.240.5692,0在世界主要能源消費國的能源消費結構中,石油一般俄羅斯18%571%13.7%52%5:8%100%仍占38%左右天然氣一般占23%左右。雖然石油在日本發(fā)達國家能源結構中的比例上升很快但煤炭仍將是44.2%15.7%24.2%12.2%3.7%100.0%未來(lái)幾十年內主要的能源供應來(lái)源。韓國107633.359.732.31.1234.0煤炭作為世界一次能源的重要組成部分,對世界JV中國煤化工40217404經(jīng)濟發(fā)展起著(zhù)重要作用。隨著(zhù)人口的增加,社會(huì )生活,0%6.8%100.0%CNMH2.0721093世界收稿日期:200-09-11修訂日期:200-10-24356%25.6%28.6%5.6第一作者簡(jiǎn)介:崔榮健(1980-)男河北省滄州人,江蘇海事職業(yè)注資料來(lái)源于“ BP Statistical Review of World Energy”,200年技術(shù)學(xué)院教師主要從事輪機工程方面的研究目前雖然核能水電能等能源比重在逐步加大,但014資源開(kāi)發(fā)與市場(chǎng) Resoure Deyelopment&Mnkt200025(11專(zhuān)題研究石油煤炭和天然氣仍然在能源格局中處于主體地位,于基油燃料許多科學(xué)家已經(jīng)考慮到原油的儲存量燃2007年三者所占比例分別為36%286%和256%。油的生產(chǎn)和原油的消耗等。廉價(jià)油的時(shí)代已經(jīng)結束,圖1為我國歷年原煤生產(chǎn)量,由圖1可見(jiàn)隨著(zhù)經(jīng)濟所以各國都在積極考慮開(kāi)發(fā)應用可替代燃料{0。針的發(fā)展,我國原煤生產(chǎn)量呈現明顯增長(cháng)趨勢,因此充分對這種情況,使用可替代燃料是必然的趨勢。對內燃而且有效地利用煤炭至關(guān)重要。機來(lái)說(shuō),有大量基油替代燃料可提供:①天然氣及其天2922353022然氣衍生燃料、甲醇、液化氣(CL)、二甲醚(DME)等。②氣態(tài)或液態(tài)的煤基代油燃料、液化煤、水煤漿。③生25物燃料,如油菜籽、甲酯(RME)、乙醇、液化生物(BmL)。④氫氣。雖然天然氣是最早被應用到點(diǎn)火式內燃機中的,但是天然氣和乙醇這些低十六烷值的燃199719981999200020012002200320042005200620072008料在柴油機中的應用可能性較?、?。氫氣經(jīng)常被認田1我國歷年原煤生產(chǎn)量為是解決當今能源問(wèn)題的一個(gè)重要能源,但實(shí)際上并不是這樣,主要原因是氫并不是資源型能源,而是類(lèi)似2柴油機燃料的研究于電的能源載體。氫的產(chǎn)生需要高代價(jià),耗費大量能目前柴油機燃料主要以柴油為主要燃料未來(lái)柴量。電這種高階能量載體不應該被應用到氫的產(chǎn)生過(guò)油機的發(fā)展主要以減少排放降低能耗為宗旨而且排程中此外氫很難在機動(dòng)車(chē)上存儲。放標準將更加嚴格,歐洲計劃到2030年達到零排放。生物燃料是道路機動(dòng)車(chē)最好的替代能源然而它由于全球變暖各國要通過(guò)法律控制減少溫室氣體的的實(shí)際應用在歐盟國家只占全部能源消耗量的排放。這就意味著(zhù)必須提高燃燒效率或使用二氧化1%-12%3,其他能源如太陽(yáng)能潮汐能風(fēng)能和地碳零排放的燃料,如使用生物燃料。最終油基燃料的熱能很難直接代替基燃料應用與機動(dòng)車(chē)油。水煤漿是獲得是很有限的,或者出現短缺。世界大部分燃油資20世紀70年代末世界石油危機以后開(kāi)發(fā)出來(lái)的煤炭源來(lái)自政治不穩定的國家或地區,國際能源署(IA)對新產(chǎn)品,是一種可代替重油和煤的新型潔凈燃料。水世界油燃料的預測表明,到2030年世界油消耗從2004煤漿在各種工業(yè)應用中燃燒效率達到到9%以上是年的82.1億桶/d增長(cháng)到114億桶/d,具體預測見(jiàn)圖燃燒散煤的1倍接近或達到燃油水平。一般2水煤2。根據圖2預測,中國和印度的油耗將在此時(shí)期增長(cháng)漿可代替It重油可在工業(yè)鍋爐、電站鍋爐和工業(yè)窯超過(guò)目前的2倍。1995年中國沒(méi)有進(jìn)口任何原油,但爐等代替油或煤、氣燃用。是到2005年中國變?yōu)槭澜绲诙笤瓦M(jìn)口國家。因此,未來(lái)的發(fā)動(dòng)機不能僅僅考慮以石油為基本燃料,還3配煤水煤漿的研究現狀有考慮使用其他新能源來(lái)取代石油。水煤漿作為新型燃料,具有易燃、穩定、流動(dòng)性強等特點(diǎn),在工業(yè)鍋爐、電站鍋爐、工業(yè)窯爐上能代替油、總需求量■油砂氣、煤燃燒。其燃燒效率高,產(chǎn)生煙塵、二氧化硫、氮氧團萍海油口普通油化物等污染物相對較低,是當今世界潔凈能源的一個(gè)每需重要品種,已顯示出了明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢,包括代油效益、節能效益、環(huán)境效益、綜合利用效益。201年原國家計委發(fā)布的《國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十個(gè)五年計劃普通油能源發(fā)展重點(diǎn)專(zhuān)項規劃》和《當前優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域指南》中,也把水煤漿技術(shù)作為加快開(kāi)發(fā)昌昌雖目昌昌目普和推廣的技術(shù)之-。201年原國家經(jīng)貿委發(fā)布的《節圖2世界原油生產(chǎn)預測圖約和替代燃料油“十五”規劃》中更是把水煤漿技術(shù)作20世界70年代,普通原油的生產(chǎn)量開(kāi)始增加;為替代燃料油的首選技術(shù)。20002010年保持平穩生產(chǎn),之后開(kāi)始下降,這段時(shí)間性七世質(zhì)糙紅密切相關(guān)變質(zhì)程度較深海油生產(chǎn)出現增長(cháng)趨勢,隨后開(kāi)始下降;而世界上對淺的中國煤化工交難制備高濃度水煤油燃料的總需求量出現明顯增長(cháng)趨勢⑨。世界能源消漿CNMH或漿煤種,可制備出較耗繼續增長(cháng)的主要原因是:世界人口不斷增長(cháng)和發(fā)展高濃度的水煤漿。因此,對難成漿煤種可改善其成漿中國家對能源需求的增長(cháng)。發(fā)達國家的經(jīng)濟主要依賴(lài)性能的途徑除了從原料煤種粒度級配制漿工藝及分1015·專(zhuān)題研究資源開(kāi)發(fā)與市場(chǎng) Resource Development& Market.20025散劑技術(shù)等方面加以解決外,還可通過(guò)配人一定比例源。二次世界大戰之前和大戰期間,德國的公司已將的易成漿煤種,達到改善其成漿性能的目的。采用配柴油機燃煤這項技術(shù)投人商用2。20世紀5060年煤方法可改善難制漿煤的成漿性能,而且簡(jiǎn)易經(jīng)代末美國西南研究所、弗吉尼亞工業(yè)大學(xué)和霍華德大濟1。此外配煤技術(shù)的實(shí)施可擴大原料煤種的適用學(xué)等都針對這一技術(shù)做了大量工作。1930-1945年,范圍,實(shí)現原料多樣化及資源的合理利用。目前國內德國的帕列克斯基對煤和煤基燃料在柴油機上燃用的運行的幾套水煤漿加壓氣化制合成氣裝置,受原料煤有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。美國西南研究所和霍懷特質(zhì)的限制。為了提高生產(chǎn)能力,降低氣化過(guò)程中的能大學(xué)、弗吉尼亞綜合工程研究所相繼研究了煤和煤基耗氧耗和煤耗,大都采用配煤技術(shù)來(lái)改善原料煤種的燃料在柴油機上燃用的可行性3]。20世紀70年代,成漿性能,提高制漿濃度,實(shí)現水煤漿加壓氣化裝置的南非采用了 Fishcher- Tropsch法研究了煤作為內燃機長(cháng)周期安全穩定、經(jīng)濟運行。我國低階褐煤燃燒值低,液體燃料;瑞士的蘇爾壽公司在大型低速柴油機上進(jìn)但是含硫量低,如果和髙熱值髙硫煤配煤可以充分利行了燃用煤粉和油煤漿的研究。1978年美國能源部用各個(gè)煤種的優(yōu)勢,相互補充彼此的劣勢,達到充分利下屬的能源保護和再生部門(mén)對柴油機和燃汽輪機以煤用和降低污染的目的6漿為燃料開(kāi)展了專(zhuān)門(mén)的研究,進(jìn)行了大量的試驗。由淮南工業(yè)學(xué)院化學(xué)工程系李寒旭、紀明俊等研究于燃汽輪機和柴油機銹蝕和磨損等難以解決的問(wèn)題,了配合煤制水煤漿表明利用兩種煤的優(yōu)勢可有效提放棄了以煤為燃料的研究冽)。進(jìn)入20世紀80年代,高難成漿煤種的制漿濃度。中國科學(xué)院山西煤炭澳大利亞墨爾本理工學(xué)院的卡斯迪克試驗研究了利用化學(xué)研究所尉遲唯、李保慶、李文等選用三種性能較褐煤粉加柴油組成的煤漿油在柴油機上的燃用,并取差、不適宜制漿的煤作為原料煤選用成漿性、穩定性得了可喜的成果;20世紀8090年代,美國通用汽車(chē)或流變性較好的三種煤作為配煤進(jìn)行混合煤制備水煤公司、通用電氣公司、 COOPER能源系統公司、底特律漿1。安徽理工大學(xué)湯永新等研究結果證明配煤可柴油機公司和西南研究所在柴油機上對煤基代用燃料顯著(zhù)降低高灰熔融性煤的灰溶點(diǎn)。葉向榮等劉獲的燃燒進(jìn)行了大量的試驗研究,其中包括固定式柴油得了使用不同分散劑對水煤漿性能最佳時(shí)所對應的粒機、機用中速柴油機以及卡車(chē)用高速柴油機等。實(shí)驗度級配。劉定平等利用最小二乘支持向量機結果表明,在中速和髙速柴油機上燃燒煤基代用燃料( LSSVM)對球磨機電流和水煤漿濃度進(jìn)行多目標建是可行的0模,并得出了最佳配煤方案,從而確定了水煤漿生產(chǎn)優(yōu)我國對柴油機燃燒水煤漿的研究主要集中在燃燒化配煤策略。安徽理工大學(xué)化學(xué)系陳曉玲{2研究了特性及排放。正當該技術(shù)在世界范圍內蓬勃發(fā)展并過(guò)配煤線(xiàn)性規劃模型,結果證明動(dòng)力配煤的分析基水分、渡到實(shí)用化階段時(shí),1985年底國際石油價(jià)格暴跌,給灰分硫分、揮發(fā)分、發(fā)熱量可認為具有線(xiàn)性可加性。煤代油研究以沉重打擊。美國、瑞典等西方國家因此紀明俊等2研究了安徽淮化集團公司 Texaco工藝所放慢甚至停止了水煤漿商業(yè)化的步伐,而將其作為采用淮南煤配煤制取水煤漿結果表明配煤可以提高項新技術(shù)儲備起來(lái)。但從國際資源看,石油資源遠不煤漿濃度和改善流變特性能夠滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際及煤炭豐富。據1980年統計,全球石油儲量?jì)H夠世界需要。水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心周壽消耗34年。專(zhuān)家預言,油價(jià)回升是必然的,以煤代油祖x4研究了水煤漿加壓氣化裝置的優(yōu)化配煤證明配是大方向3。煤可以有效提高水煤漿的性能滿(mǎn)足一定的工業(yè)需要國外許多研究人員320針對配煤煤質(zhì)指標可加性的5柴油機燃用配煤水煤漿的前景爭論從理論上探討了動(dòng)力配煤煤質(zhì)指標的可加性,并基于減少油的利用和較高的燃料成本,應開(kāi)發(fā)利用數理統計的方法進(jìn)行了論證,得出動(dòng)力配煤的灰分、用天然氣和可持續新型燃料,對一些煤炭豐富的國家,水分硫分、揮發(fā)分發(fā)熱量等主要煤質(zhì)指標的分析基開(kāi)發(fā)煤基代油的技術(shù)對經(jīng)濟發(fā)展是非常有利的。從發(fā)指標具有線(xiàn)性可加性的重要結論,為動(dòng)力配煤提供了動(dòng)機的工作原理方面來(lái)講,在柴油機上使用水煤漿是理論基礎。完全可行的尤其是中速增壓柴油機,而柴油發(fā)電站多用此和4柴油機應用水煤漿的研究現狀宜的中國煤化工行改進(jìn),使其使用便量的柴油機改為燃用柴油機使用煤作燃料可上溯到柴油機的早期發(fā)展水煤CNMHG從環(huán)保和可持續發(fā)階段。狄賽爾發(fā)明柴油機時(shí)其名稱(chēng)為多種燃料發(fā)動(dòng)展角度看,對柴油機燃用水煤漿的主要限制因素就是機而煤則為首選燃料因為當時(shí)煤是德國的主要能排放后處理設備龐大而固定式柴油電站則由于空間1016·資源開(kāi)發(fā)與市場(chǎng) Resource develogment&Maks200925(1)→·專(zhuān)題研究相對富裕而不受此影響。從配煤水煤漿的優(yōu)勢上看,Z]. Int J Alternat Propul(UAP),2007:1配煤水煤漿具有較低的灰分,對柴油機的磨損較小。[14劉煥杰艾綴用水煤漿燃料替代燃料油燃燒的經(jīng)濟效益[]華因此應對柴油機燃用水煤漿技術(shù)進(jìn)行深人研究特別5y可法,姚強曹欣玉等煤漿燃燒流動(dòng)傳熱和氣化的理論與應是燃料噴射混合及其燃燒的研究,以找到降低水煤漿用技術(shù)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1997制作成本的途徑。目前柴油機燃用水煤漿主要的問(wèn)題6]Humg2 H, Wang H W, hen Y. Study on Combustion Characteristics d是灰份太大、自燃點(diǎn)是否合適、霧化困難燃料供給泵compression Ignition Engine Fueled with Dimethylether[J].Joumal of Auto-送及儲存、廢氣排放和熱值大小。mobile Engineering, 2000, 213(3): 647-652[I門(mén)]李寒旭紀明俊李軍等混合煤對水煤漿性能的影響[門(mén)]選煤技術(shù),2001,(3):54-56[18】尉遲唯李保慶李文混合煤制漿對水煤漿性質(zhì)的影響[J]燃料化[]《中國能源發(fā)展報告》編輯委員會(huì ).200中國能源發(fā)展報告[M].北學(xué)學(xué)報,2004,32(1):31-36京:中國水利水電出版社,2007:19-31[19]湯永新陳迎,紀明俊配煤對煤灰熔點(diǎn)和水煤漿性能影響的研究]張玉卓煤制油技術(shù)現狀和發(fā)展前景[C]北京:2006中國科協(xié)年會(huì )[J]煤炭技術(shù),2008,21(11):15-18.節約能源與循環(huán)經(jīng)濟分會(huì ),2006:9[20]葉向榮,劉定平陳其粒度級配對混煤水煤漿濃度與黏度的影響[3]范維唐成玉琪等中國未來(lái)能源與潔凈煤技術(shù)科技進(jìn)步與學(xué)科[J]煤炭轉化,208,31(2):28發(fā)展[M]北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,200[4]陳清如潔凈煤炭能源[C]北京:20中國科協(xié)年會(huì )—節約能源[21]劉定平葉向榮鄧華?；贚sM-MODE的水煤漿優(yōu)化配煤研究[J.選煤技術(shù),2008,(3):16-22.與循環(huán)經(jīng)濟分會(huì ),2006:9[2]陳曉玲配煤線(xiàn)性規劃模型的研究[J煤炭加工與綜合利用,200[5]科技信息[EBoL].hp://w.chinase.com/ww/dwv/sinfor(2):34-37.[23]紀明俊李寒旭燕春?；椿疶eo氣化配煤制取水煤漿的研究[6]Roberts CE, Syder JC, Stowell C, d dd. The Heavy-duty Gasoline En.[J]安徽化工,2002,(6):4-6An Altemative to Mee Emission Standards o Tomorow[s.Wr(x]周壽祖朱風(fēng)梅張繼嫌水煤漿加壓氣化裝置的優(yōu)化配媒[],化肥dale, PA: Society of Automotive Engineers Inc, 2004設計,2003,41(1):32-387] Van Waalwijk M. nels for Homogeneous Charge Compresion Ignition(HC[25陳文敏,等動(dòng)力配煤主要煤質(zhì)指標的可加性[煤質(zhì)技術(shù)與科學(xué)C1)Engine [Z). Automo Fuels Surv, 2001: 6管理,199,(4):30-32.[8]amela F, Pock WF, Same T Potenzial Altemativer Verbrermungsverfahr[26]Seiji Nomura, TakaShi Arima, Kenji Kato. Coal Blending Theory forhanging Process]Fod,200,(83):171-1776.branrmungsmotors Universitat Graz, 2003[27]韓樹(shù),畢小平張更云柴油機燃用水煤漿技術(shù)的綜述[刀內燃機工[9]Hy-SPACE, FP 5 Growth, Contr. No[ EB/OL].G3RD-CT-2002程,198,19(4):5-1000787.SeeAlso:/http://cordis.europaew/en/home.htmls.2005[28]Tracy E W Jr Feasibility Study o Powdered Coal as Fuel Engines[R][1o]Biaggini G, Knecht W. The Advanced Iveco CurSor 10 Heavy Duty TruckWRI Report.Diesel Engine[c].FISITA Congress, Seoul,Korea,2000[29 JHUANG Z H, LU H B JLANG D M, ed ad. Study on Cambuation Character-[I1JELEGT FPS Growth, Contr. No[EB/OL ].G3RD-CT-2002-00788Seeistics a DI Died Engine Operating on Dietl/Methanol 6Lendsc [J]Also:/http://cordis.europaew/en/home.htmls.2005[12]Johnson M Developments in Auxiliary Power for Vehiclea[J].Clobal Emis[30]Rushdi A, Sharma A, Gupta R. An Experimental Study of the Effoct o Coelsion Manage,205,(2):8-9Blending on Ash Deposition [J]. Fuel, 2004, (83): 495-506[13] Hountalas D, Katano CO, Kouremenog DA,aa, Study o Available Ex-[31袁紅莉楊金水,王風(fēng)芹等不可再生能源物質(zhì)褐煤的生物可持續haust Gas Heat Reoowery Technologies for HD Diesel Engine Applications發(fā)展問(wèn)題展望[]世界科技研究與發(fā)展,00,(3):13-17(上接第1005頁(yè))經(jīng)濟,2006,(2):62-63棕櫚油的需求增長(cháng),中國可在海南建立油棕種植基地[3]張希財林位夫棕油供需及其競爭力分析[J]中國油脂,200,30培育并發(fā)展自己的棕櫚油加工產(chǎn)業(yè)。④積極實(shí)施海外(1):61-41.[4]莫漢姆德阿卜德棕橢油在全球的貿易[刀日用化學(xué)品科學(xué)200投資戰略0。中國應充分利用Wo規則及外匯儲備通過(guò)對外直接投資的方式到中東、南美、非洲地區[5]程黔207年國內棕櫚油市場(chǎng)行情回顧和展望[]糧油加工,200建立油棕種植及棕櫚油加工基地,突破自身資源稟賦(2):25-31方面的局限控制更多國際棕櫚油資源,也可應對印馬[6]周正海淺談棕橢油進(jìn)口[.糧食與油脂20)15-17兩國的貿易保護政策,緩解對印馬兩國棕櫚油進(jìn)口的71施康生,王麗娜世界棕橢油市場(chǎng)供求與價(jià)格走勢[浙江經(jīng)濟,依賴(lài)2003,(15):64[8汪中國煤化工工19(12)[9]范[].中國經(jīng)濟周刊,200,參考文獻CNMHG]李竹風(fēng)對棕側油的綜合分析與開(kāi)發(fā)展望[農產(chǎn)品加工203)[0曹旭平中印馬三國棕擱油國際貿易比較之實(shí)證分析U]糧油加工,2008,(12):18-21.[2]張蓉芳,丁士軍從馬來(lái)西亞棕櫚油產(chǎn)業(yè)看中國油脂業(yè)[門(mén)江蘇農村1017