水煤漿應用現狀及技術(shù)進(jìn)展

第46卷第10期煤炭工程Vol. 46. No 102014年第10期COAL ENGINEERINGNo.10.2014doi:10.11799ce201410016水煤漿應用現狀及技術(shù)進(jìn)展徐志強,孫美潔,劉建強(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京100083)摘要:論文分析了我國發(fā)展潔凈煤技術(shù)的重要性,說(shuō)明了水煤漿的潔凈煤特性;分析了我國水煤漿技術(shù)在發(fā)電、建材和煤化工等行業(yè)中的應用現狀;重點(diǎn)介紹了近年來(lái)在制漿裝備大型化、低階煤制漿和水煤漿鍋爐硏發(fā)等多個(gè)方面取得的水煤漿制備和應用技術(shù)新進(jìn)展,并指出了水煤漿技術(shù)利用和推廣的過(guò)程中應重視的問(wèn)題。關(guān)鍵詞:水煤漿制備;水煤漿鍋爐;制漿設備大型化;低階煤制漿中圖分類(lèi)號:TQ536文獻標識碼:A文章編號:1671-0959(2014)10006503Application Status and Technology Progress of Coal Water SlurryXU Zhi-qiang, SUN Mei-jie, LIU Jian-qiangSchool of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technol) Beijing 10008Abstract: The paper analyzed the significance of clean coal technology development in China, explained the clean coalcharacteristics of coal water slurry technology: introduced the application status of coal water slurry technology in the powergeneration, building materials and coal chemical industry in China: focused on the new progress of preparation andapplication of coal water slurry, such as production equipment upsizing, water coal slurry preparation with lowand development of water coal slurry boiler; and pointed out the existing problems in the application and promotion of coalwater slurry technology.Keywords: coal water slurry preparation; coal water slurry boiler; equipment upsizing: coal slurry preparation with low1概述水煤漿作為燃料與傳統的煤炭沒(méi)有區別,之所以稱(chēng)之為潔凈煤技術(shù),其潔凈煤特性主要表現為:①水煤漿制備從2010年起,中國一次能源消費量已經(jīng)超過(guò)美國,儲運全封閉,避免了傳統煤炭裝、儲、運中帶來(lái)的環(huán)境污2013年中國一次能源消費占世界總量的2.4%。我國煤多染;②水煤漿可經(jīng)長(cháng)管道距離輸送,減少了運輸過(guò)程中的油少,石油資源較為貧乏,大量依賴(lài)進(jìn)口,對外依存度逐損失,是解決煤炭運輸問(wèn)題的方法之一;③水煤漿的燃燒年提高,2013年石油進(jìn)口378.2M,占全國石油消耗量的效率可達99%,中小燃煤鍋爐熱效率在60%左右,而燃用59.0%。近年來(lái)我國的一次能源消費正在健康的發(fā)展,水煤漿可達85%以上,因此中小燃煤鍋爐燃燒水煤漿可節隨著(zhù)水力發(fā)電和再生能源的快速發(fā)展,以及核能利用的穩煤1/3以上,在提高煤炭利用效率的同時(shí)也減少污染物的步增加,煤炭消費占一次能源消費的比例在逐漸減少,已排放;④燃燒水煤漿火焰中心溫度比燃油、燃氣低約由最高時(shí)的71.2%降至2013年的675%1,盡管如此,我1001且水蒸汽具有還原作用,因此燃燒水煤漿可顯著(zhù)減國以煤為主的能源消費結構在今后相當長(cháng)的時(shí)期內不會(huì )改少NO2的排放231。變。發(fā)展潔凈煤技術(shù),提高煤炭的利用效率,減少污染物2水煤漿應用現狀的排放是我國煤炭生產(chǎn)和消費的發(fā)展方向水煤漿是通過(guò)物理方法將煤炭從傳統的固體燃料轉化經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā)和工業(yè)性試驗,我國水煤漿技術(shù)為一種流體燃料,使其可以像油一樣泵送、霧化、穩定的在制漿工藝、裝備和應用規模方面均以已達到國際領(lǐng)先水貯存與燃燒。同時(shí)水煤漿還是煤化工領(lǐng)域氣化原料。平。水煤漿已在國內推廣應用,并已推廣至東南亞及臺灣收稿日期:2014-10-09作者簡(jiǎn)介:徐志強(1965-),男,安徽碭山人,教授,博士生導師,現從事水煤漿制備、潔凈煤技術(shù)教學(xué)與科研工fE,E-mail:xzq@cumtb,edu.cn引用格式:徐志強,孫美潔,劉建強.水煤漿應用現狀及技術(shù)進(jìn)展[J]·煤炭工程,2014,46(10):65專(zhuān)題綜述煤炭工程2014年第10期等地,目前國內水煤漿的應用主要集中在以下幾個(gè)領(lǐng)究所研制開(kāi)發(fā)單線(xiàn)50萬(wàn)ta水煤漿生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)與設備,域(,41并已用于南海潔能水煤漿廠(chǎng)和南海發(fā)電一廠(chǎng)水煤漿廠(chǎng)的建2.1電站鍋爐設,取得了良好的經(jīng)濟效益(。我國水煤漿開(kāi)發(fā)初期主要供燃油電站鍋爐及工業(yè)鍋爐單線(xiàn)一磨機制漿生產(chǎn)能力由目前約25萬(wàn)Ua擴大到50燃用。水煤漿在山東白楊河電廠(chǎng)、廣東茂名熱電廠(chǎng)、北京萬(wàn)ta,制漿生產(chǎn)的綜合能耗可以降低了10%-20%;在建燕山石化第三熱電站、廣東汕頭萬(wàn)豐熱電廠(chǎng)、廣東南海發(fā)設相同規模制漿廠(chǎng)情況下,單線(xiàn)制漿生產(chǎn)能力提高一倍電一廠(chǎng)的蒸發(fā)量為176/h、220h、410t/h、670th的鍋爐可以減少制漿工藝設備臺數和廠(chǎng)房面積約50%,從而減少上曾長(cháng)期燃用。水煤漿燃燒效率達99%以上,接近燃油水制漿廠(chǎng)的建設投資約35%左右;設備大型化、單線(xiàn)能力的平,鍋爐效率達到90%以上,負荷在40%-100%區間調提高降低了制漿單位能耗,減少了生產(chǎn)崗位定員和折舊費,節均能穩定燃燒。煙塵排放濃度、SO2排放濃度均符合國制漿生產(chǎn)成本顯著(zhù)降低。家排放標準。電站鍋爐水煤漿代油可節省燃料費50%以上。目前已具備建設300~500萬(wàn)t乃至更大的大型水煤漿近年來(lái)隨著(zhù)國家淘汰落后機組,上大壓小,部分電站鍋爐廠(chǎng)技術(shù)和裝備基礎。已被淘汰,目前在用的燃用水煤漿的電站鍋爐只有廣東南3.2低階煤制漿及燃燒技術(shù)研發(fā)海發(fā)電一廠(chǎng)、廣東汕頭萬(wàn)豐熱電廠(chǎng)等幾臺鍋爐水煤漿廠(chǎng)大多利用成漿性較好的氣煤、13焦煤等制2.2中小燃油、燃氣、燃煤工業(yè)鍋爐漿,一方面在一定程度上與冶金用煤爭原料,造成煤炭資燃煤污染已日益受到政府與社會(huì )的關(guān)注,許多省市已源的不合理利用,同時(shí)也加大了制漿生產(chǎn)成本。我國的低限制散煤燃用,各地現有的大量中小型燒煤鍋爐將面臨替階煤儲量大,且價(jià)格相對低廉,但由于其成漿性差(如神木代燃料的選擇,改為燃用天然氣當然可行,但燃料成本太煤)而沒(méi)能被充分利用。高,許多企業(yè)若改用天然氣將面臨企業(yè)虧損的問(wèn)題。若燃低階煤的主要特點(diǎn)是內在水分高、煤的內孔隙發(fā)達用水煤漿,既可滿(mǎn)足環(huán)保要求,又比燒油或氣經(jīng)濟,目前比表面積大、富含極性官能團及含氧量高、絲質(zhì)組含量多、水煤漿已在山東、江蘇、浙江、福建、廣東、廣西等地大煤的可磨性差等。這些特性使低階煤的成漿性難度判別指批中小鍋爐中廣泛使用,取得了較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效標D值往往在7~10,甚至10以上,即屬于較難(如大同益。因此,燃料水煤漿主要應用將是中小工業(yè)鍋爐。煤)或極難成漿性(如多數神木煤)等級。同時(shí)低階煤(如多2.3陶瓷等建材領(lǐng)域數神木煤)一般灰熔點(diǎn)較低,給燃燒帶來(lái)一系列問(wèn)題。噴霧干燥塔是陶瓷等建材企業(yè)的主要工藝設備之」近年來(lái),有關(guān)科研單位和水煤漿生產(chǎn)使用企業(yè),開(kāi)發(fā)該環(huán)節的能耗占生產(chǎn)線(xiàn)總能耗的比例很大,噴霧干燥塔的了多種低階煤制漿工藝,采用配煤制漿,多磨機級配制漿燃料由原來(lái)的石油、天燃氣改為水煤漿,對陶瓷行業(yè)產(chǎn)生等工藝提高了低階煤制漿濃度,降低了制漿成本,成漿性的影響深遠。不僅節約了燃料費用,還減少了對大氣的污較差的神木煤被廣泛用于配煤制漿或單獨制漿染。采用水煤漿的成本與燃油、燃氣相比可降低費用50%褐煤的開(kāi)發(fā)利用是近年來(lái)的一個(gè)熱點(diǎn),褐煤由于內在以上,因此水煤漿在陶瓷等建材企業(yè)中得到了快速的推廣,水分高、熱值低等特點(diǎn),不利用運輸和利用。同時(shí)褐煤的其用量已遠遠超過(guò)電力行業(yè),成為水煤漿代油的主要領(lǐng)域內孔隙發(fā)達及比表面積大、富含極性官能團的特點(diǎn)使直接制漿濃度低于50%,無(wú)論作為氣化原料水煤漿還是燃料水2.4煤化工領(lǐng)域煤漿均滿(mǎn)足不了要求。目前對于褐煤制漿的研究主要集中水煤漿加壓氣化技術(shù)自20世紀90年代引入我國以后,在以下幾個(gè)方面0:①通過(guò)改善級配提高制漿濃度,對在合成氨、甲醇、二甲醚、烯烴以及城市煤氣等煤化工企大多數褐煤雖然可以提高其制漿濃度,但濃度很難超過(guò)業(yè)得到了廣泛應用,目前煤化工領(lǐng)域使用的水煤漿量已超55%;②通過(guò)改善制漿藥劑提高濃度,改善褐煤水煤漿的過(guò)燃料水煤漿的使用量6。流變性;③對褐煤進(jìn)行提質(zhì)后制漿,提質(zhì)的方法有煙氣提質(zhì)、蒸汽提質(zhì)、水熱提質(zhì)、微波提質(zhì)以及機械提質(zhì)等,經(jīng)3水煤漿技術(shù)的新進(jìn)展不同提質(zhì)處理后的褐煤成漿性均有不同程度的提高,有些水煤漿在不同領(lǐng)域的推廣應用為水煤漿制備及燃用提工藝提質(zhì)后的褐煤可以制備出濃度大于60%的高濃度水煤出了許多新的課題,近期水煤漿技術(shù)的新進(jìn)展有以下幾個(gè)漿,已能夠滿(mǎn)足燃料用和煤化工用水煤漿的要求,只是就方面目前的工藝技術(shù)其提質(zhì)成本過(guò)高3.1制漿裝備向大型化發(fā)展3.3大型水煤漿專(zhuān)用鍋爐與高效燃燒器的研發(fā)隨著(zhù)水煤漿生產(chǎn)規模的擴大,研制大型化水煤漿制備隨著(zhù)水煤漿應用規模的擴大,水煤漿專(zhuān)用鍋爐也向更成套技術(shù)裝備非常必要,如廣東南海龍光集團建設的200大噸位發(fā)展。如廣東南海龍光集團發(fā)電一廠(chǎng)原有兩臺670萬(wàn)ta水煤漿廠(chǎng),若采用原有單線(xiàn)25萬(wàn)t/a的配套設備則蒸噸的燃油鍋爐,其中一臺改為670蒸噸的水煤漿鍋爐,需要8條生產(chǎn)線(xiàn)。為此,中國礦業(yè)大學(xué)(北京)制漿技術(shù)研外新上了一臺670蒸噸水煤漿專(zhuān)用鍋爐,這是目前國內662014年第10期煤炭工程專(zhuān)題綜述最大的水煤漿鍋爐。國內有多家鍋爐企業(yè)能夠設計生產(chǎn)130在水煤漿用戶(hù)比較集中的地區建設設計規范的水煤漿廠(chǎng),至670蒸噸水煤漿電站鍋爐及配套的水煤漿燃燒器。同時(shí)加強煤源的監管和產(chǎn)品質(zhì)量的檢測。3.4中小型水煤漿工業(yè)鍋爐的開(kāi)發(fā)4.2水煤漿燃燒環(huán)保新技術(shù)的推廣中小型水煤漿專(zhuān)用工業(yè)鍋爐、水煤漿熱媒爐等技術(shù)已水煤漿的燃燒與電站鍋爐煤粉的燃燒類(lèi)似,因此水煤逐漸成熟,目前山東、浙江以及江蘇等多家鍋爐企業(yè)生產(chǎn)漿燃后的除塵、脫硫以及脫硝環(huán)節是必不可少的,對于大有系列水煤漿工業(yè)鍋爐和熱媒爐。型的電站水煤漿鍋爐,其處理裝置與燃煤電站相同,這方3.5水煤漿脫硫技術(shù)的研究面的技術(shù)已經(jīng)比較成熟,對于中小型水煤漿工業(yè)鍋爐的的燃煤排放粉塵、SO2和NO,給大氣帶來(lái)的污染已成為除塵、脫硫等技術(shù)裝備因成本和環(huán)保監管的問(wèn)題,尚沒(méi)有社會(huì )關(guān)注的熱點(diǎn),由于水煤漿和煤粉的燃燒沒(méi)有本質(zhì)的區形成規范化的配套產(chǎn)品。應篩選適用于中小水煤漿鍋爐的別,因此燃燒水煤漿的污染物的控排也非常關(guān)鍵。脫硫除塵技術(shù)裝備加以推廣有關(guān)科研單位研究在制漿過(guò)程中加入脫硫劑,制備出4.3加強排放監測,避免一刀切脫硫型水煤漿,脫硫型水煤漿燃用過(guò)程中SO2的排放明顯2014年5月16日環(huán)境部發(fā)布了新的《鍋爐大氣污染物降低,但這種辦法難以實(shí)現煙氣SO2達標排放。針對中小排放標準》(GB13271-2014),新標準出臺后,有些地區水煤漿工業(yè)鍋爐近年來(lái)與之配套的除塵、脫硫、脫氮技術(shù)為了貫徹新標準要求中小鍋爐只能燃用天然氣,對此企業(yè)與設備也逐步成熟,只要選用的技術(shù)裝備合理水煤漿鍋爐反映強烈能夠達標排放最近許多煤電企業(yè)對標燃氣機組進(jìn)行“超潔凈排放3.6工業(yè)廢水制漿改造,已達到了預期的目標,環(huán)境監管部門(mén)針對水煤漿鍋我國造紙、制革、印染、煤化工等行業(yè)廢水產(chǎn)生量大,爐不能一刀切,應參照煤電企業(yè)的做法,允許燃用,并對污染嚴重,工業(yè)水污染防治,是一項十分艱巨的任務(wù)。有其進(jìn)行類(lèi)似“超潔凈排放”改造,加強排放監測,只要排關(guān)科研單位對造紙廢水、印染廢水、焦化廢水制備水煤漿放達標就應該允許使用水煤漿,只有這樣才能保障我國能開(kāi)展了大量研究,實(shí)驗研究證明,將以上廢液與煤炭一起源的可持續發(fā)展。加工制備成廢液水煤漿,用于燃燒發(fā)電,既可以解決環(huán)保參考文獻問(wèn)題又可以節約水資源、同時(shí)也充分利用廢液中的有效成分和熱量,并進(jìn)行了小規模的工業(yè)試驗,為工業(yè)廢水污染1BP014年世界能源統計[EB/OL](2014-7-8)的治理提供了一條有效途徑,21。[2014-10-8].http://www.bp.com/zh_cn/china.html3.7多噴嘴水煤漿氣化爐的開(kāi)發(fā)利用[2]張榮曾.水煤漿制備技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社由華東理工大學(xué)、原魯南化肥廠(chǎng)開(kāi)發(fā)的多噴嘴對置式1996水煤漿氣化爐采用四噴嘴對置結構,煤漿以撞擊式射流形[3]徐志強,張榮曾·水煤漿技術(shù)的現狀與發(fā)展[C]·第十屆式,強化了熱質(zhì)傳遞過(guò)程,有利于進(jìn)行氣化反應和延長(cháng)耐全國煤炭分選及加工學(xué)術(shù)研討會(huì )論文集,2004火磚的使用壽命。目前運行和協(xié)議許可使用的有38個(gè)項目[4]梁興,閆黎黎,徐堯.水煤漿技術(shù)現狀分析及發(fā)展方向[J.潔凈煤技術(shù),2012(6):62-695臺氣化爐,并向美國公司進(jìn)行了許可。對置式多噴嘴和[5]傅文慶.水煤漿在建筑陶瓷工業(yè)中的應用分析[J].煤炭高的爐體長(cháng)徑比設計,與其它單噴嘴技術(shù)相比,煤的氣化技術(shù),2014(2):205-207更加充分,氣體有效成分高,灰渣含碳量低,煤的轉化率[6]高聚忠.煤氣化技術(shù)的應用與發(fā)展[J].潔凈煤技術(shù),高等特點(diǎn),推動(dòng)了我國水煤漿加壓氣化技術(shù)的發(fā)展。013(1):65-71[]曾鳴,徐志強,孫宗岳,等.大型水煤漿廠(chǎng)的球磨機選4水煤漿應用中應重視的問(wèn)題型設計[J].煤炭工程,2006(11):22-25.盡管水煤漿在中國的研究與開(kāi)發(fā)應用已經(jīng)有近30年的81馬艷梅,紀龍,趙洪宇,等褐煤制漿和配煤制漿技術(shù)歷史,但目前在水煤漿的生產(chǎn)和使用過(guò)程中還存在許多問(wèn)[].潔凈煤技術(shù),2012(4):49-51題,應該引起有關(guān)部門(mén)的重視。[9]楊明順,康善嬌,劉鑫,等.褐煤水煤漿提濃制備工藝4.1加強監管規范生產(chǎn)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2014(7):118-121水煤漿作為一項潔凈煤技術(shù)是不容置疑的,但是如果[101白中華,趙玉冰,黃海東,等、中國褐煤提質(zhì)技術(shù)現狀及發(fā)展趨勢[J.潔凈煤技術(shù),2013(6):25-29監管部門(mén)管理不到位,也會(huì )出現水煤漿技術(shù)非潔凈利用的(11王衛東,徐志強,崇立芹,印染退漿廢水制備水煤漿的實(shí)現象。目前有些小型水煤漿廠(chǎng),設計管理不規范,采用簡(jiǎn)驗研究[J.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2012(3):154-158陋制漿工藝,生產(chǎn)過(guò)程中原料煤露天堆放,水煤漿生產(chǎn)過(guò)[12]徐志強,王風(fēng)寅,崇立芹,等.用堿性造紙黑液制備水煤程污染嚴重。同時(shí)這類(lèi)廠(chǎng)家為了降低制漿成本選用高灰高漿的研究[J].中國煤炭,2005(5):52-54硫煤和廉價(jià)的添加劑,水煤漿產(chǎn)品濃度低,不僅燃燒效率[13]劉樂(lè )利.水煤漿加壓氣化主要技術(shù)與裝備進(jìn)展[冂.煤化低而且燃燒過(guò)程中污染物排放高。有關(guān)部門(mén)應該加強管理,工,2013(1):63-65(責任編輯楊蛟洋)67