水煤漿技術(shù)在鎂生產(chǎn)中的應用

加熱沒(méi)備《工業(yè)加熱》第35卷2006年第5期水煤漿技術(shù)在鎂生產(chǎn)中的應用李華清1,謝水生1,米緒軍1,劉金平2,陳金學(xué)3(1.北京有色金屬研究總院有色金屬材料制備加工國家重點(diǎn)實(shí)驗室,北京100088;2.南昌大學(xué)機電工程學(xué)院,江西南昌330029;3.維恩克(鶴壁)科技有限公司,河南鶴壁458020摘要:介紹了水煤漿技術(shù)的發(fā)展背景及現狀,以及水煤漿技術(shù)在煉鎂行業(yè)的應用現狀和前景。結合某試點(diǎn)企業(yè)自建水煤漿生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)際數據,介紹了自建水煤漿制備生產(chǎn)線(xiàn)的技術(shù)要點(diǎn),數據表明,水煤漿技術(shù)在原鎂生產(chǎn)方面具有節省能源,以及緩解污染狀況潛力關(guān)鍵詞:水煤漿;鎂;節能技術(shù);皮江工藝中圖分類(lèi)號:TQ5344:TG14622憲文獻標識碼:A文章編號:1002-1639200605-0021-03The application of Coal-water Slurry on the Production of Pedgion Magnesium Reduction ProcessLI Hua-qing, XIE Shui-sheng, MI Xu-jun', LIU Jin-ping2, CHEN Jin-xue3(1. General Research Institute for Nonferrous Metals, State Key Laboratory for Fabrication and processing of Nonferrous metals,Beijing 100088, China; 2. Nanchang University, College of Mechanical Engineering, Nanchang 330029, China;3. Winc(Hebi) Ltd, of Science and Technology, Hebi 458020, ChinaAbstract: The paper reviewed the background and the status in quo of Coal-water Slurry technology, and introduced the status and the outlookof its application in the industry of magnesium production. Based on the data during the constructing course of CWS production line, the keypoints on the production line construction was explained. Investigating data indicated application of Coal-water Slurry technology was efficientn saving energy, as well as the catabatic status of pollutionKey words: coal water slurry; Mg; technology of energy saving; pedgion reduction process中國是石油資源比較缺乏的國家。2000年,我國的的資料估算,煤在燃燒過(guò)程排放的主要大氣污染物(粉石油進(jìn)口依存度已經(jīng)達到30%,在未來(lái)的20年間,預計塵,二氧化硫,氮氧化合物,一氧化碳等)的總量,約會(huì )上升到40%以上。能源問(wèn)題成為關(guān)系到我國的經(jīng)濟發(fā)占總體燃料燃燒排放量的96%2。展,以及國家安全的戰略性問(wèn)題1。但是我國的煤炭資源因此,利用我國相對豐富的煤炭資源,開(kāi)發(fā)煤代油相對比較豐富,是世界上少數以煤炭為主要能源形式的技術(shù),實(shí)現對煤炭清潔、高效的利用,對我國經(jīng)濟發(fā)展國家之一。目前我國的總能源消耗中,煤炭占72.9%,油和能源安全具有重要的意義。占225%,其他能源形式占4.6%。由于煤炭的燃燒利用水煤漿技術(shù)是20世紀70年代逐漸成熟起來(lái)的,以率較低,傳統的燃煤方式造成的污染比較嚴重。據歷年煤代油的煤基清潔燃料技術(shù)3.4。西方國家以美國為首,處于研究及應用的領(lǐng)先地位。日本,英,德,前俄羅斯等工業(yè)技術(shù)發(fā)達的能源需求大國,在水煤漿的研究與應收稿日期:2006-06-02甚金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(50374014)用方面做了大量的工作,并得到了廣泛的商業(yè)應用。后作者簡(jiǎn)介:李華清(1967-),男,博士研究生,研究方向為有色來(lái)隨著(zhù)石油價(jià)格的下降,水煤漿的推廣工作一度放緩。但金屬及合金是作為戰略性的技術(shù)儲備,各國并未中斷相應的研究工部部部部部部部部部部部小部部部本部部本當部部部本當部本當部部體部部部補當學(xué)部年部部本本出部示部當部示部不部子部部本當子子流分布情況以及鋼坯內部溫度分布情況,可用于協(xié)助3周懷春.爐內火焰可視化檢測原理與技術(shù)[M]·北京:科學(xué)分析火嘴燃燒情況,提供各火嘴燃料量和風(fēng)量?jì)?yōu)化調出版社,2005.整,加熱工件在爐內最佳加熱時(shí)間等指導信息。該模[4]ZHOU H C, LOU C, CHENG Q, et al. Experimental Investigation型經(jīng)過(guò)數值模擬計算的驗證,并成功應用于實(shí)際測量on Visualization of Three-dimensional Temperature Distribu-數據,對于重建參數鋼坯表面熱流Q連續分布的系統是tions in a Large-scale Pulverized-coal-fired Boiler Furnace [C]Proceedings of the 30th International Symposium on Combus可行的。ion, USA. Chicago, 2004, 25-30參考文獻[5l曾仹,婁春,程強,等.大型電站鍋爐爐內三維燃燒[]巢海,王偉,李小平.步進(jìn)梁式加熱爐鋼溫預報的數學(xué)溫度場(chǎng)可視化試驗研究[J.工程熱物理學(xué)報,2004,25(3)523-526模型[J].東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1998,(5):119[2]沈丙振,周進(jìn),韓志強.熱軋步進(jìn)式加熱爐內鋼坯溫度場(chǎng)[6]程強,周懷春,婁春,等,工業(yè)爐三維溫度場(chǎng)可視化數值模擬[J.冶金能源,2002,21(4):17試驗研究[J.工業(yè)加熱,2005,34(1):19-2321加設備《工業(yè)加熱》第35卷2006年第5期作,其中日本和俄羅斯,一直堅持水煤漿的工業(yè)應用,積式,水煤漿在煉鎂工業(yè)領(lǐng)域的應用,具有巨大的優(yōu)勢累了大量的數據和豐富的經(jīng)驗。和潛力。隨著(zhù)全球性經(jīng)濟發(fā)展和能源的日趨緊張,水煤漿技22目前皮江工藝存在的主要問(wèn)題術(shù)的應用和推廣,再次成為節能和代油技術(shù)的首選。特(1)粉塵污染:包括原料制備過(guò)程和廢渣堆放造成別是我國的石油缺口較大,能源緊張的問(wèn)題日趨突出。大的粉塵污染,以及燃燒煙塵排放和煤渣造成的粉塵污染。力推廣水煤漿技術(shù)具有重大的戰略性意義。(2)硫化物和氮氧化物以及氯氣污染:其中由于直1水煤漿的優(yōu)點(diǎn)接燃燒塊煤和煤粉,是產(chǎn)生硫化物和氮氧化物的主要原因之一。(1)水煤漿是高效能源。水煤漿由70%左右的煤粉(3)燃燒率偏低:目前國內的皮江工藝,煅燒與還顆粒,30%左右的水以及1%左右的化學(xué)添加劑組成。煤原過(guò)程基本上全部采用直接燃燒塊煤和煤粉的形式供能。粉顆粒的平均直徑大約為50m,其中直徑<400m的燃煤的總體燃燒率在70%左右,顆粒不少于總量的95%。由于比表面積大幅度增加,其按照直接燃燒塊煤的傳統供能方式,目前國內制燃燒也更加充分。另外由于水煤漿燃燒過(guò)程蒸發(fā)出的水鎂企業(yè)生產(chǎn)1t粗鎂,大約需要消耗11t優(yōu)質(zhì)煤67。蒸氣,能與焦炭粒子發(fā)生水煤氣反應,使水煤漿能夠更采用水煤漿供能,燃燒率可以由70%提高到95%以土好的燃燒,一般燃燒率在96%以上,大幅度地提高了煤將普遍節能25%~35%。以年產(chǎn)1萬(wàn)t原鎂的企業(yè)為炭的燃燒率。同時(shí)這也意味著(zhù),燃煤廢渣數量的大幅度例、一年可以節省大約2萬(wàn)~3萬(wàn)t原煤,經(jīng)濟效益十減少。分可觀(guān)。(2)水煤漿是清潔能源。在水煤漿的制備過(guò)程中,通23應用水煤漿技術(shù)需要解決的基本問(wèn)題過(guò)洗煤,可以去除原煤中50%以上的灰分,去除原煤中中國制鎂行業(yè)已經(jīng)充分認識到了能源對全行業(yè)帶來(lái)40%~90%的黃鐵礦;向水煤漿中添加適量的脫硫劑,的沖擊。提高能源的利用率,是涉及到進(jìn)一步降低成本,可以有效地去除煙塵中的SO2含量,配合尾煙處理,脫硫增加企業(yè)效益,繼續保持國際市場(chǎng)份額的重大問(wèn)題。在效果高達95%以上;由于水蒸氣在燃燒時(shí)的還原作用可制鎂行業(yè)推丿水煤漿技術(shù),首先要解決以下帶有普遍性以有效地減少NO2的生成,因此,水煤漿作為代油燃料,的問(wèn)題?？梢杂行У販p輕環(huán)境污染25。(1)解決好對原有供能設備的水煤漿燃燒系統改造。(3)水煤漿是安全能源。水煤漿含有30%左右的水實(shí)踐證明,對原有加熱設備的改造,在技術(shù)上是可行的。分,不屬于易燃流體,因此水煤漿在生產(chǎn)、輸送、運輸、結合水煤漿輸送管線(xiàn)的鋪設,通過(guò)合理的改造工藝,能貯存以及使用過(guò)程中,不會(huì )發(fā)生自燃和爆炸夠以較低的改造費用完成供能設備的改造工作。4)使用方便。水煤漿可以像使用重油一樣輸送(2)解決好水煤漿的供給。目前我國水煤漿的大型貯存和燃燒,可以釆用泵送的方式進(jìn)行長(cháng)距離輸送,水制漿企業(yè)分布不均勻,制漿能力有限,沒(méi)有實(shí)現普遍的煤漿以管道形式直接送至燃燒室,減少了運輸過(guò)程的損管道輸送。而鎂廠(chǎng)屬于高耗能單位,因此較大的制鎂企失和粉塵污染;不需要防火、防靜電,并且流量容易控業(yè),自建水煤漿生產(chǎn)線(xiàn)是可取的方式制,能夠像控制重油那樣進(jìn)行負荷變化、啟動(dòng)、停爐等(3)掌握利用本地煤炭制漿的技術(shù)。采用本地煤炭資操作。源制漿,是在制鎂行業(yè)推廣水煤漿技術(shù)的前提條件。要取2水煤漿技術(shù)在煉鎂工業(yè)中的應用及前景得經(jīng)濟效益,鎂廠(chǎng)必須以本地的廉價(jià)能源為主要供能形式,21皮江工藝的發(fā)展現狀這也是鎂廠(chǎng)選址的依據。但是作為天然礦藏,煤炭的有機中國目前是世界上最大的金屬鎂生產(chǎn)國和出口國,質(zhì)含量、灰分、揮發(fā)分等指標各不相同?；曳指?、有機質(zhì)2004年中國生產(chǎn)原鎂45萬(wàn)t,占世界總產(chǎn)量的67%,其含量低、揮發(fā)分低的煤,制漿難度較大。需要解決針對不中出口28.3萬(wàn)t。中國的制鎂企業(yè),基本上采用皮江法生同煤種的制漿技術(shù),才能有效利用水煤漿這一高效、清潔產(chǎn)粗鎂,其產(chǎn)量約占國內全部粗鎂產(chǎn)量的98%。的能源。選擇適當的添加劑,制定合理的煤粉制粒工藝,皮江工藝主要依靠燃燒煤炭為供能形式,能源消得到最佳的顆粒堆積庋,是獲得優(yōu)質(zhì)水煤漿的關(guān)鍵。但是耗量大,燃煤造成的污染嚴重,這些缺陷是皮江制鎂到目前為止,國內尚缺乏廣普、高效、廉價(jià)的添加劑,這工藝半個(gè)多世紀來(lái),直無(wú)法回避的問(wèn)題。隨著(zhù)全球是今后相關(guān)科技工作者努力的方向310能源形勢的日漸緊張,以及我國政府對環(huán)保要求的不斷提高,能耗高和污染嚴重的皮江制鎂工藝,受到日3某企業(yè)水煤漿生產(chǎn)線(xiàn)流程及制漿過(guò)程的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)益嚴峻的挑戰。因此,作為高效、清潔的能源利用形磨料工序,是關(guān)系到制漿濃度的重要環(huán)節。煤粉顆親m請沒(méi)備《工業(yè)加熱》第35卷2006年第5期粒度應該有一定的分布寬度,不同粒徑的煤粉顆粒,目前該水煤漿生產(chǎn)線(xiàn)的造漿能力為12th,可以滿(mǎn)以更加有效的占據空間,提高顆粒的堆垛度,有利于得足企業(yè)全部燃燒設備改造后的用漿需求。還原爐和回到濃度較高的漿料1:12轉窯的水煤漿燃燒設備改造工程完畢后,用漿量可達某企業(yè)自建水煤漿制漿工藝流程如圖1所示。到1萬(wàn)ta,節煤效果相當可觀(guān)。屆時(shí)企業(yè)的能耗大幅度原煤、破碎緩沖倉電子磅秤|「水下降,由于燃煤造成的污染將得到徹底扭轉。尤其是煙塵排放,目前已經(jīng)達到林格曼黑度零級,嚴重的燃煤煙塵污染局面得到徹底扭轉。濾漿、攪拌球磨機棒磨機分散劑4結論穩定劑(1)水煤漿技術(shù)是應該大力發(fā)展的高效、清潔能源儲漿池廢漿池技術(shù)(2)在原鎂生產(chǎn)企業(yè)推廣水煤漿技術(shù),可以節省20%圖1水煤漿制漿工藝生產(chǎn)線(xiàn)流程示意圖3⑩0%的原煤,并能夠極大的改善由于燃煤造成的污染為了得到顆粒細小,有一定的粒度分布寬度,顆狀況。在全行業(yè)中推廠(chǎng)水煤漿技術(shù),具有巨大的市場(chǎng)需粒分布比例適當的煤粒,從而提高水煤漿的燃燒質(zhì)量。求和潛力。為了達到這一目的,磨料工序采用二級磨漿工藝。試(3)有實(shí)力的煉鎂企業(yè)自建水煤漿制備生產(chǎn)線(xiàn),在驗證明,二級磨料制備的顆粒較細,顆粒分布較寬。依技術(shù)上可行,在效益上可觀(guān),是水煤漿技術(shù)推廣的一個(gè)方向。據為某企業(yè)開(kāi)發(fā)的制漿工藝,制備的煤粉粒徑<75μm,質(zhì)量密度>90%,水煤漿濃度為65%,燃燒性能良好。參考文獻一級磨料順序首先為棒磨,然后進(jìn)行球磨造粒。這[付嘵恒,王祖衲、柴保明、等.精細水煤漿制備與應用技術(shù)樣的安排可以體現棒磨機選擇性粉磨的特點(diǎn),發(fā)揮其出的研究[.煤炭學(xué)報,2004,29(2):226-229料均勻,消除大顆粒能力強的優(yōu)點(diǎn),以及球磨機出料顆[2]陳俊麗,余首煒,陳春華.多灰水煤漿生產(chǎn)應用現狀及市場(chǎng)粒度分布范圍較大,細顆粒造粒能力較強的特點(diǎn),得到前景分析[J.工業(yè)爐,2005,27(1):15-18定量的細顆粒比例。通過(guò)試驗,調整球磨機的研磨介[3]朱箴,陳俊水煤漿燃燒技術(shù)探討.工業(yè)鍋爐,200質(zhì)尺度配比,得到了合格的漿料。漿料顆粒的規格數據3:18-20如表1[4]于海龍,趙翔,周志軍,等.煤漿濃度對水煤漿氣化影響表1水煤漿生產(chǎn)線(xiàn)制備的成品水煤漿顆粒度分布數據%的數值模擬[.中國動(dòng)力工程學(xué)報,2005,25(2):217-221.顆粒直徑:目/m<14(1180)<40(380)<200(75)<325(45)[5]張延霖,邱學(xué)清,王衛星.水煤漿添加劑的發(fā)展方向[.現代化工,2004,23(3):16-19通過(guò)率100999965[6] LI HUAQING, XIE SHUISHENG. Research on Development將水煤漿引人改造后的1,2精煉爐燃燒室,一次點(diǎn)of Dolomite-ferrosilicon Thermal Reduction Process of Mag-火成功,試運行三個(gè)月。該爐為三班輪換,連續生產(chǎn)。試nesium Production[J] Journal of Rare Earth, 2005, (23 ): 606-610運行結果表明設備運行平穩,改造及水煤漿燃燒比較成[7]李華清,謝水生,吳朋越,等硅熱還原煉鎂工藝的發(fā)展探功。使用水煤漿前后的節能數據對比表明,節能效果顯討[.輕金屬,2005(9):47-50.著(zhù)(表2)。水煤漿燃燒充分,燃燒室內的積渣現象不明[8蒹敬,趙亞明,劉奎生.八級精煤制備水煤漿的特性分析顯,燃煤廢渣污染狀況得到扭轉。J.節能,204,(8):51-529]范麗娟.水煤漿添加劑的研究進(jìn)展{.日用化學(xué)工業(yè),2002,表21,?“精煉爐經(jīng)改造燃燒水煤漿前后的節能數據對比32(1):46-48.評價(jià)項目平均小時(shí)指標平均年度指標[10]王晨,劭志勇,李書(shū)平,等.木質(zhì)素的綜合利用[.遼改造前耗電kW·h497131.2寧化工,2002,31(2):55-57.[11] MOHANTY MK, PALIT A, DUBE B. A Comparative Evalu改造后耗電/kW·h35.12290793.6ation of New Fine Partivle Size Separation Technologies J)平均節電量kWh24,92206337.6Minerals Engineering, 2002,(15):727-736平均節款量/元12.46103168.8[12]董平,呂玉庭,陳俊濤.超細煤水煤漿流變特性的硏究.選煤技術(shù),2004,(4):45-4923