水煤漿技術(shù)發(fā)展現狀及其新進(jìn)展

第35卷第5期煤炭科學(xué)技術(shù)2007年5月水煤漿技術(shù)發(fā)展現狀及其新進(jìn)展李安(煤炭工業(yè)合肥設計研究院,安徽合肥230041)摘要:介紹了我國普通水煤漿的發(fā)展現狀、采用的工藝流程、使用的主要設備和添加劑,以及普通水煤漿的應用領(lǐng)域及其使用效率,分析了普通水煤漿存在的問(wèn)題,并介紹了國內外精細水煤漿的研制情況,制備工藝、試驗結果及其應用前景。關(guān)鍵詞:水煤漿;超凈煤;精細水煤漿中圖分類(lèi)號:TQ536文獻標志碼:B文章編號:0253-2336(200)05-007-04Development status and new development of coal water mixture technologyLI AnHefei Design and Research Institute of Coal Industry, Hefei 230041, China)能源是社會(huì )和經(jīng)濟發(fā)展的重要物質(zhì)基礎,煤炭是我國的主要能源,在未來(lái)的相當長(cháng)的時(shí)間內,我1普通水煤漿及其技術(shù)現狀國能源以煤炭為主的格局不會(huì )改變,自1990~用普通的洗選精煤制備的水煤漿稱(chēng)為普通水煤2006年,煤炭在我國能源生產(chǎn)構成中的比例已經(jīng)漿,其制漿煤的灰分質(zhì)量分數在10%左右,水煤超過(guò)75%。漿的平均粒度約為45μm。經(jīng)過(guò)“六五”、“七五”2005年,我國能源生產(chǎn)構成:原煤76.3%,和“八五”技術(shù)攻關(guān),普通水煤漿已經(jīng)進(jìn)入了商原油12.6%,天然氣3.2%,水電7.9%山。由此業(yè)化階段,截至2005年底,全國水煤漿制漿廠(chǎng)已可見(jiàn),我國石油資源十分短缺,同年我國石油凈進(jìn)建成20座,總設計能力超過(guò)500萬(wàn)ta。正在建設口量1.36億t,對外依存度達到42.9%,預計到中的還有青島開(kāi)源熱力公司(50萬(wàn)ta)、廣東南2010年,國產(chǎn)原油只能滿(mǎn)足需求量的58%,2020海潔能燃料有限公司水煤漿廠(chǎng)(200萬(wàn)U/a)等。年我國石油對國際市場(chǎng)的依賴(lài)程度將達50%以上。與1999年底統計數據相比,水煤漿廠(chǎng)的數量增加因此,立足于我國能源資源的特點(diǎn),開(kāi)發(fā)煤代油技175%,生產(chǎn)能力增加400%。據不完全統計,術(shù),對于我國的經(jīng)濟建設和能源安全具有戰略意2003年全國燃燒水煤漿約200萬(wàn)t,替代燃油100萬(wàn)t,節約燃料費近6億元(水煤漿是70年代石油危機中發(fā)展起來(lái)的一種水煤漿添加劑是水煤漿中加人的各類(lèi)化學(xué)品的煤基流體燃料。它是由約70%的煤粉、30%的水總稱(chēng),主要包括分散劑和穩定劑。目前我國水煤漿和少量化學(xué)添加劑組成的混合體,約2t或2.5t普都使用國產(chǎn)的添加劑,我國生產(chǎn)的添加劑在性能通水煤漿代替1t重油。因水煤漿具有良好的流動(dòng)和價(jià)格上都優(yōu)于國外產(chǎn)品。分散劑有萘磺酸鹽系性和穩定性,可以象油一樣實(shí)現全密封儲運和高效列、丙烯酸系列、木質(zhì)素系列等,噸漿分散劑的成率的霧化燃燒本為19~30元。穩定劑多為無(wú)機鹽、纖維素、聚制漿過(guò)程基本上屬于物理過(guò)程,工藝簡(jiǎn)單,生丙V凵中國煤化工在12-4元。我國產(chǎn)成本低,投資小,屬于一種見(jiàn)效快、節能和環(huán)保水燈CNMHG京制漿廠(chǎng)和兗日制漿型的較為理想代油燃料。實(shí)際上,水煤漿應用領(lǐng)域,幾乎全部采用一磨機高濃度制漿工藝,其特相當廣泛,如許多種類(lèi)工業(yè)鍋爐、窯爐等,可以實(shí)點(diǎn)是煤炭、分散劑和水一起加入磨機進(jìn)行高濃度磨現水煤漿替代燃油。礦,磨機出料再經(jīng)過(guò)除渣、攪拌、濾漿、穩定性處第35卷第5期煤炭科學(xué)技術(shù)2007年5月理、高剪切均質(zhì)熟化處理等工序,最終獲得成品油/水煤漿兩用的要求,燃油時(shí)能達到滿(mǎn)負荷運行。漿。原則工藝流程如圖1所示。燃水煤漿時(shí),如按鍋爐廠(chǎng)燃煤設計,也能達到滿(mǎn)負荷,如按燃油設計,一般能達到80%以上。改造原煤-破的-區濃度}押槳一成品水煤漿后燃燒效率在90%以上,鍋爐效率在80%以上,水添加劑穩定劑雜物排放達到環(huán)保要求4。但是,工業(yè)鍋爐爐膛較小水煤漿噴槍霧距較長(cháng),如果噴咀霧化效果欠佳,制圖1一磨機高濃度磨礦制漿工藝漿煤的灰熔點(diǎn)又比較低,在爐膛容易出現結渣,影響水煤漿的穩定燃燒該工藝流程簡(jiǎn)單,在高濃度下磨介表面可黏附勝利油田針對普通水煤漿在中小型工業(yè)鍋爐中較多的煤漿,有利于研磨作用產(chǎn)生較多的細粒,改燃燒存在的問(wèn)題,開(kāi)發(fā)了一種水煤漿流態(tài)化-懸浮善粒度分布。分散劑直接加入磨機可在磨礦過(guò)程中燃燒技術(shù),該技術(shù)特點(diǎn)是水煤漿不采用霧化懸浮燃很好地及時(shí)與煤顆粒新生表面接觸,提高制漿效燒,而是采用漿滴在流化床中懸浮燃燒,具有燃料果。在良好的工況運行時(shí),這種工藝的產(chǎn)品粒度分適應性強、啟動(dòng)迅速、高效、低污染等特點(diǎn)。實(shí)踐布可以獲得72%左右的堆積效率。但需要很好地證明,采用該技術(shù),使水煤漿在中小型工業(yè)鍋爐中掌握磨機的結構與運行參數,以免因煤漿濃度過(guò)高的燃燒效率達85%~91%,遠高于目前燃煤工業(yè)而喪失磨礦功效。此外,由于只有一臺磨機,對水鍋爐的平均燃燒效率,節能率達20%以上。在勝煤漿產(chǎn)品粒度分布的調整有一定的局限性。其中關(guān)利油田和周邊地區,已有20余臺鍋爐推廣應用。鍵設備磨機的規格有:1.83mx8m,2.4m×8m在冶金、化工、機械、陶瓷、玻璃、有色金屬或8.5m,9m),3mxl1m(或12m,13m)等行業(yè)存在大量工業(yè)窯爐,每年耗油約2000萬(wàn)38mx12m。磨機的生產(chǎn)能力因入料的粒度組成水煤漿曾經(jīng)成功地應用于濟南鋼鐵總廠(chǎng)、廣西桂林煤的可磨性、產(chǎn)品的質(zhì)量要求等因素不同而有較大鋼廠(chǎng)、山東萊蕪鋼廠(chǎng)鍛壓廠(chǎng),取得較好的效果。其的差別。如大慶水煤漿廠(chǎng)選用2臺3m×13m的磨中廣西桂林鋼廠(chǎng)的軋鋼廠(chǎng)應用普通水煤漿代替原來(lái)機,吉化水煤漿廠(chǎng)選用2臺3 m xll m的磨機,南的煤粉燃料,燃燒效率由70%提高到95%以上海水煤漿廠(chǎng)選用4臺3.8mx12m的磨機。爐渣質(zhì)量分數由3.7%降至0.59%,鋼表面氧化皮普通水煤漿用量最大的是電站鍋爐。目前全國平均厚度由2.79mm減少至0.44mm,少損率減少共有4家企業(yè)在電站鍋爐上燃用水煤漿,分別是山63%,煙氣排放都達到環(huán)保要求。東白楊河電廠(chǎng)、廣東茂名熱電廠(chǎng)、北京燕山石化第目前,水煤漿在工業(yè)窯爐中的應用主要集中在三熱電廠(chǎng)、廣東汕頭萬(wàn)豐熱電廠(chǎng)。這些企業(yè)共有7建材和冶金行業(yè),其中應用最廣泛的是陶瓷行業(yè)噴臺電站鍋爐燃燒水煤漿。除了萬(wàn)豐熱電廠(chǎng)的一臺電霧干燥塔中的熱風(fēng)爐,在廣東、福建、河南、山站鍋爐的蒸發(fā)量為176h,其余的蒸發(fā)量均為20東、湖南等地,已有百余家大型陶瓷企業(yè)的200余h。對于具有較大燃燒空間的電站鍋爐,普通水臺熱風(fēng)爐,由原來(lái)燃燒柴油、重油、天然氣、焦爐煤漿得到了成功的應用。白楊河電廠(chǎng)原為煤粉爐,煤氣等改燒水煤漿,每年用水煤漿量超過(guò)20萬(wàn)t,改燒重油,最后改燒水煤漿,采用四角燃燒方式,經(jīng)濟效益十分顯著(zhù)。燃燒效率達98%以上,鍋爐效率90%~91%,灰普通水煤漿由于灰分較高,粒度較粗,限制了渣含碳量穩定在8%左右,飛灰含碳量穩定在10%其使用范圍。①新建火力電廠(chǎng)不可能采用水煤漿,以?xún)?SO2和NO,排放低于國家標準。因為煤粉燃料成本低于水煤漿,因此,水煤漿適合水煤漿不僅應用于電站鍋爐,還逐漸應用于各于現有燃油電廠(chǎng)的改造;②工業(yè)鍋爐由于燃燒空種工業(yè)鍋爐、取暖鍋爐,替代油和天然氣。最早的間較小,雖然在較大型鍋爐上運行工況較好,但隨工業(yè)鍋爐改燒水煤漿是北京造紙一廠(chǎng)的20t/h燃著(zhù)中國煤化工重,經(jīng)常需要人工不油鍋爐和60υh的燃油發(fā)電鍋爐,燃燒效率分別定CNMH灰,影響水煤漿穩定為93%~95%和95%-98%,鍋爐效率分別為燃烷,行力是對丁一些用丁買(mǎi)館、超市、寫(xiě)字樓的80%~82.5%和82%以上。目前正在使用的水煤小型鍋爐或中央空調,因為以燃油和燃氣為主,燃漿工業(yè)鍋爐有五六十臺,這些鍋爐改造后都能達到燒強度高,爐膛小,因結渣更不適合使用普通水煤第35卷第5期煤炭科學(xué)技術(shù)2007年5月漿,而且一般都布置于地下室。為一臺小型鍋爐裝質(zhì)量分數可以降到1%以下,超純煤的產(chǎn)率可以達套投資高、體積大的除塵器不經(jīng)濟,也很難布50%以上。該工藝經(jīng)過(guò)試驗室小試和每小時(shí)200kg置;③大量的工業(yè)窯爐對燃料的灰分十分敏感生產(chǎn)能力的中試,部分煤種的試驗結果見(jiàn)表1高燃料灰分將影響產(chǎn)品的質(zhì)量,如各種金屬熔爐玻璃窯爐、陶瓷窯爐等均不適合使用普通的水煤表1部分煤樣絮團一浮選分選超凈煤結果漿;④普通水煤漿更無(wú)法用于內燃機,因內燃機精煤灰精煤產(chǎn)尾煤灰料灰中的油泵、噴咀屬于精密部件,噴咀孔也特別細分/%分/%普通水煤漿粗的粒度和高的灰分將造成磨損、卡死焦作精煤和堵塞。太西精煤0.9548.4020.2910.932精細水煤漿及其技術(shù)現狀大同精煤l1.40可北東龐煤8.14精細水煤漿是由灰分特別低的超凈煤制備的水新汶精煤2.34593820.149.57煤漿。其不僅具有普通水煤漿的流動(dòng)性和穩定性好密魯煤51.7618.51等優(yōu)點(diǎn),更主要的是其灰分質(zhì)量分數小于1%,平均粒度小于10μm,因此可以應用于普通水煤漿無(wú)法應用的場(chǎng)合。制備精細水煤漿的關(guān)鍵問(wèn)題是超凈采用上述某種超純煤制備的精細水煤漿的質(zhì)量煤的制備。20世紀70年代的石油危機,誘發(fā)了世分數為510%,粒度為90%的小于40.6μm,低界范圍內以煤代油的研究。80年代美、澳、日位熱值為15.28MJ/kg,若柴油的熱值按45.98法等國投巨資開(kāi)發(fā)超低灰煤、化學(xué)煤、精細水煤漿MJ/kg計算,則3t精細水煤漿可以替代1t柴油等技術(shù),目的是以煤炭代替柴油直接用于內燃機、該精細水煤漿的流變曲線(xiàn)為假塑性流體,黏度很燃氣輪機或用于燃油爐。低,100s剪切率對應的黏度為225mPa·s,為超凈煤的制備分為化學(xué)方法和物理方法。有代霧化燃燒創(chuàng )造了很好的條件,不出現硬沉淀的時(shí)間表性的化學(xué)方法有氫氟酸法、常規酸堿法、熔融堿為1個(gè)月左右。瀝濾法,這些方法的基本原理都是通過(guò)強酸、強堿為了將精細水煤漿應用于中小型燃油鍋爐或中溶解煤炭中的無(wú)機礦物達到降低煤炭灰分和硫分的央空調,結合精細水煤漿的熱值比柴油低的特點(diǎn),目的,其降灰效果十分明顯,但由于成本高、環(huán)境開(kāi)發(fā)了專(zhuān)門(mén)用于精細水煤漿燃燒的燃燒器。該燃燒污染嚴重,一直難以工業(yè)化。物理方法的基本原理由噴槍和預燃室組成,采用壓縮空氣霧化精細水是將煤超細粉碎,使煤炭中的無(wú)機礦物充分解離,煤漿。霧化的精細水煤漿從預燃室的割線(xiàn)方向噴再用一些特殊的分選方法分選出超凈煤,其降灰、入,在切線(xiàn)方向給入一、二次助燃風(fēng)。因為采用高降硫效果不如化學(xué)方法。美國的TSKA公司開(kāi)發(fā)速旋流燃燒方式,燃燒穩定,燃燒熱強度與柴油接了用正戊烷作橋聯(lián)劑的油團聚分選工藝,分選出灰近,高達8.12GJ(m·h),遠高于普通水煤漿分低于1%的超純煤,制備成質(zhì)量分數為50%的精的燃燒熱強度。細水煤漿在通用電氣公司內燃機試驗獲得成功,同由于漿體的灰分特別低,燃盡后少量的飛灰隨時(shí)也供給通用汽車(chē)公司的燃汽輪機使用,美國腈胺煙氣排出,在燃燒室中沒(méi)有積灰和結渣的情況。對公司和 Buthe公司采用化學(xué)方法深度脫除煤炭中于煙氣排除的少量飛灰,可以采用小型除塵器來(lái)脫的灰分,獲得灰分質(zhì)量分數低于1%的超純煤。不除。該燃燒器的開(kāi)發(fā),為精細水煤漿代替柴油應用過(guò),上述美國的2種技術(shù)制備的精細水煤漿的價(jià)格于中小型燃油鍋爐和中央空調打下了基礎術(shù)沒(méi)有進(jìn)一步的商業(yè)化,而是作為技術(shù)儲備冬與柴油價(jià)格相當,隨著(zhù)當時(shí)油價(jià)的下跌,美國的由超凈煤、水和柴油混合而成的精細油水煤漿還中國煤化工農用柴油機進(jìn)行了運中國礦業(yè)大學(xué)(北京)開(kāi)發(fā)的絮團-浮選方行NMHG數為1.25%,揮發(fā)法是一種低成本的超凈煤物理分選方法。采用分質(zhì)重門(mén)51./%%,固定碳質(zhì)量分數為該工藝對絕大部分煤種灰分質(zhì)量分數能降到3%以64.84%,全硫質(zhì)量分數為0.265%,粒度分布為下,超純煤的產(chǎn)率在63%以上,對部分煤種灰分90%小于24.5μm,50%小于10.0μm,平均直徑第35卷第5期煤炭科學(xué)技術(shù)2007年5月為12.2μm。油水煤漿中的煤:柴油水比值為28.7為重油、天然氣的替代燃料,已經(jīng)在發(fā)電、工業(yè)鍋53.8:17.5,熱值30.72MJ/kg,剪切率100s-對爐、窯爐等領(lǐng)域進(jìn)入了工業(yè)應用。針對普通水煤漿應的黏度為220mPa·s。對該柴油機的供油泵和存在的局限性,中國礦業(yè)大學(xué)(北京)開(kāi)發(fā)的精噴咀進(jìn)行改造,另設高壓油封解決了油泵和噴咀的細水煤漿已經(jīng)在小型燃燒器中實(shí)現了高強度燃燒,部件磨損和卡死問(wèn)題。試驗室連續試驗結果表明并且在一臺小型單缸柴油機上進(jìn)行了運行試驗,進(jìn)在輸出功率和轉速相同的條件下,燃用油水煤漿的步擴大了水煤漿的代油范圍。熱效率稍低于柴油,NO的排放量卻遠低于柴油,參考文獻原因是油-水-煤精細漿的燃燒溫度低于柴油。燃用柴油時(shí)未測出SO2,而燃燒油-水-煤精細漿11黃盛初200年中國煤炭發(fā)展報告[M].北京:煤炭工業(yè)時(shí),SO2的濃度也不高,原因是制漿煤的硫分很出版社,2007低?？梢?jiàn),普通柴油機稍經(jīng)改造,就可以穩定地燃[2]朱書(shū)全,崔廣文.當代世界的礦物加工技術(shù)與裝備-第十屆燒油一水-煤精細漿。選礦年評[M].北京:科學(xué)出版社,2006¨[3]黃隆焜,邱卓偉,張傳名,等.我國精煤水煤漿生產(chǎn)應用因此,精細水煤漿是結合我國的國情,依托我現狀及市場(chǎng)前景分析[J.中國電力,2003(4)國的資源優(yōu)勢,利用煤炭中的最優(yōu)成分開(kāi)發(fā)的一種4]馬玉峰,姜秀民,萬(wàn)啟科,等.水煤漿流化一懸浮燃燒技適合城市使用的經(jīng)濟、潔凈和可靠的代油燃料,與術(shù)在勝利油田的應用[J].熱能動(dòng)力工程,2006(6)普通水煤漿相比具有更廣闊的應用前景,使煤代油5]梁興,何國鋒,王秀月,等.水煤漿在工業(yè)窯爐中應用現狀及發(fā)展[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2006(8)技術(shù)向前跨出了一大步,具有更大的應用市場(chǎng)。精[6]曾凡,胡永平.礦物加工顆粒學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)細水煤漿的制備與應用已經(jīng)完成了中試,下一步將大學(xué)出版社,1995進(jìn)入工業(yè)試驗。[7]付曉恒,王祖訥.精細水煤漿的制備與應用技術(shù)的研究[J].煤炭學(xué)報,2004(2)3結論鑒于我國富煤貧油的國情,開(kāi)發(fā)煤代油技術(shù)屬作者簡(jiǎn)介:李安(1958-),女,陜西西安人,高級工程師于我國的基本能源政策。由于水煤漿技術(shù)與煤炭的現在煤炭工業(yè)合肥設計研究院從事選煤廠(chǎng)設計工作。Tel:0515852139,E-maillaswp(@126.com液化和氣化相比,是一種相對簡(jiǎn)單的物理加工過(guò)程,屬于一種低能耗、低成本、見(jiàn)效快的煤代油技收稿日期:2007-02-05;貴任編輯:劉軍娥術(shù)。我國的普通水煤漿技術(shù)經(jīng)過(guò)20多年歷程,作(上接第91頁(yè)沖擊相對較大4結論參考文獻(1)在一定的初始速度下,不同的制動(dòng)減速1宋偉剛.散狀物料帶式輸送機設計[M].沈陽(yáng):東北大學(xué)度方式對鋼絲繩牽引帶式輸送機在防倒轉制動(dòng)時(shí)動(dòng)版社,200張力峰值的大小影響較大?？梢缘贸?在防倒轉制[2]李光布.帶式輸送機動(dòng)力學(xué)及設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998動(dòng)時(shí),階躍激勵對鋼絲繩牽引帶式輸送機的動(dòng)態(tài)沖[3]程耀東,機械振動(dòng)學(xué)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,擊最大,斜坡激勵產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)沖擊次之,梯形激勵產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)沖擊較小,正弦激勵產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)沖擊最小,即最佳的制動(dòng)減速度曲線(xiàn)為正弦形式。作者簡(jiǎn)介:馬麗(1962-),女,河南平頂山人,高級工程(2)在同一制動(dòng)減速度方式下,鋼絲繩牽引師中國煤化工科產(chǎn)業(yè)中0輸護機帶式輸送機不同位置的動(dòng)張力峰值相差很大。鋼絲CNMHG繩牽引帶式輸送機中部的動(dòng)張力峰值明顯大于輸送機頭部和輸送機尾部的動(dòng)張力峰值,即在防倒轉制收稿日期:2007-01-15;責任編輯:王宗禹動(dòng)過(guò)程中,鋼絲繩牽引帶式輸送機中部受到的動(dòng)態(tài)100