水煤漿的能源優(yōu)勢及應用前景

第32卷第5期煤炭科學(xué)技術(shù)004年5月水煤漿的能源優(yōu)勢及應用前景馮武軍,王恒,趙立合,李棟,陳燕(北京科技大學(xué)熱能工程系,北京100083)摘要:從資源、技術(shù)、環(huán)保、經(jīng)濟性以及可適用領(lǐng)域5個(gè)方面,論述了新型煤基潔凈燃料水煤漿的能源優(yōu)勢,并分析了水煤漿可能最先得到推廣應用的領(lǐng)域。實(shí)踐證明,水煤漿技術(shù)是實(shí)現中國能源可持續發(fā)展戰略的重要途徑之一。關(guān)鍵詞:水煤漿;能源優(yōu)勢;可持續發(fā)展中圖分類(lèi)號:TK01.9文獻標識碼:A文章編號:0253-2336(2004)05-0070-0Energy advantage and applied outlook of coal water mixtureFENG Wu-jun, WANG Heng, ZHAO Li-he, LI Dong, CHEN YanDepartment of Thermal Engineering, Beying University of Science and Technology, Beiing 100083, ChinaAbstract: From the resources, technology, environment protection, economic and other applied five areas, the paper stated the energyadvantages of the new coal base clean combustion fuel coal water mixture. The paper analyzed that coal water mixture would be the first area to be applied. The practices showed that coal water mixture technology is one of the important accesses to the sustainable developmenKey words: coal water mixture; energy advantages; sustainable development1水煤漿的資源優(yōu)勢11.6%。在中國,煤炭是長(cháng)期可依賴(lài)的能源,在能源資源結構中占有重要地位。煤炭主要是自產(chǎn)自(1)2000年中國一次能源生產(chǎn)量達到19億銷(xiāo),參與國際能源市場(chǎng)流通的量不大,受?chē)H能源標準煤,其中煤炭占66%,占世界可采儲量的市場(chǎng)不穩定因素的影響很小,價(jià)格相對穩定。3非。0000。0·0心·心⊙⊙0·000。00·.°·⊙··。?！?°0。,⊙0⊙⊙⊙。00。。99◆⊙⊙⊙000⊙⊙·⊙0心⊙專(zhuān)G00●00。0●00004既有三產(chǎn)品也有兩產(chǎn)品;既有有壓給料也有無(wú)壓給煤廠(chǎng)就能生產(chǎn)什么產(chǎn)品。市場(chǎng)對煤炭的品種和質(zhì)量料;既有選前脫泥也有不脫泥全重介;既有大直徑要求愈來(lái)愈嚴,選煤廠(chǎng)為提高市場(chǎng)應變能力,實(shí)現也有小直徑,等等。眾多的先進(jìn)選煤工藝為選煤廠(chǎng)經(jīng)濟效益最優(yōu)化、產(chǎn)品結構多樣化是必然趨勢。和設計部門(mén)提供了選擇空間,用戶(hù)可根據入選物料性質(zhì)、市場(chǎng)需求及資本情況,以某種既定目標為約束條件,在先進(jìn)工藝中選擇并集成。無(wú)論是新建還國家宏觀(guān)政策的鼓勵,市場(chǎng)的引導,企業(yè)創(chuàng )新是老廠(chǎng)改造;無(wú)論是排矸還是動(dòng)力煤提質(zhì);無(wú)論是能力的提高,國外技術(shù)的融入,國家資助力度的加脫硫還是降灰;無(wú)論是深度加工還是選超低灰分精大,從不同層面推進(jìn)了選煤技術(shù)的快速發(fā)展。選煤煤;無(wú)論是脫水還是煤泥的資源化利用,都能找到在裝備、工藝、材料、自動(dòng)化等領(lǐng)域的最新研究成實(shí)用工藝。近年來(lái),模塊化選煤廠(chǎng)也受到選煤界的果為煤炭的清潔生產(chǎn)奠定了堅實(shí)的基礎,為全國關(guān)注,它具有廠(chǎng)房模塊化、工藝系統集成化、操作1700多座選煤廠(chǎng)的技改和將要建設選煤廠(chǎng)的企業(yè)自動(dòng)化、建設速度快、工藝技術(shù)指標高等特點(diǎn)。從主提供了有力技術(shù)保障。選煤作為潔凈煤技術(shù)的源1997年至今,就建成了10座模塊式選煤廠(chǎng),總設頭,必將為煤炭工業(yè)的可持續發(fā)展做出更大貢獻計能力超過(guò)25Mt/a。(5)選煤廠(chǎng)產(chǎn)品結構多樣化。隨著(zhù)市場(chǎng)經(jīng)濟作者筒介:陳建中(1957-),男,江蘇揚州人,教授,現在的深入發(fā)展,競爭愈加激烈,煤炭企業(yè)要在激烈的中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院從事選煤工藝與設備的研究與教學(xué)工作市場(chǎng)競爭中站穩腳跟,多占市場(chǎng)份額,就必須進(jìn)行煤炭產(chǎn)品結構優(yōu)化、調整,市場(chǎng)需要什么產(chǎn)品,選收稿日期:2003-12-18;責任編輯:劉軍娥第32卷第5期煤炭科學(xué)技術(shù)2004年5月(2)水煤漿應有較高的揮發(fā)分和熱值,以便易藝相結合,節省投資。一般水煤漿制備工藝采用濕于著(zhù)火和有較髙的燃燒溫度。對于一般固態(tài)排渣燃磨,具有安全性好、工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境清潔、無(wú)粉塵燒,灰熔點(diǎn)在1300℃以上的煤均可應用,大多數污染等優(yōu)點(diǎn)。煙煤適合制備水煤漿。為制取高濃度煤漿,張榮(3)水煤漿具有良好的穩定性和流變性能,其曾等專(zhuān)家對20種中國煤炭進(jìn)行了成漿性實(shí)驗研儲存、運輸十分方便,除公路、鐵路及水運之外究,發(fā)現可磨性指數HGI和空氣干燥基水分的影還可采用管道長(cháng)距離運輸。響最大,而煤的孔隙度、揮發(fā)分、灰分等因素都與(4)水煤漿燃燒系統與燃油一樣,為噴霧燃這2個(gè)因素有關(guān)?？赡バ灾笖翟礁?越易制取高濃燒,但煤漿系統不需要蒸汽加熱。北京科技大學(xué)開(kāi)度煤漿,而空氣干燥基水分則反之。發(fā)的水煤漿燃燒器結構簡(jiǎn)單,體積小。在煤漿和霧(3)新型煤基潔凈燃料——水煤漿的燃燒技術(shù)化空氣壓力均為250~350kPa、氣耗率為0.2、助是實(shí)現中國能源可持續發(fā)展的重要途徑之一,水煤燃空氣壓力為15~2.0kPa的操作條件下,即可漿替代石油有著(zhù)戰略意義。進(jìn)行穩定高效的燃燒。其火焰容易控制,溫度調節2水煤漿的技術(shù)優(yōu)勢方便,燃燒效率高。該燃燒器目前廣泛應用于各種工業(yè)爐窯和中小型工業(yè)鍋爐上。(1)水煤漿制備工藝簡(jiǎn)單,與煤氣化、液化工(5)由于水煤漿含有35%的水,它的著(zhù)火是藝相比,水煤漿的制備工藝是最簡(jiǎn)單可行的。目前否困難,燃燒后煙氣中是否含有大量水蒸氣,其燃常采用溢流式長(cháng)徑比球磨機一段濕法磨礦工藝,該燒火焰溫度能否滿(mǎn)足一般工業(yè)鍋爐、爐窯的要求。工藝具有設備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟性好、利用率高等優(yōu)點(diǎn)。針對這些問(wèn)題,對不同濃度水煤漿的燃燒性能進(jìn)行(2)水煤漿的制備工藝形式多樣,可與選煤工計算,結果見(jiàn)表1和表2。表1水對水煤漿燃燒性能的影響水煤漿濃度/%項目水分蒸發(fā)熱占著(zhù)火熱比例/%40.0546.2551.7964.32水煤漿低位發(fā)熱量/M]kg123.5117.663.02理論燃燒溫度/℃煙氣中水蒸氣含量/%9.5610.67注:·大同煙煤,d=1mm,爐溫1150℃,著(zhù)火溫度520℃;**按一般工業(yè)鍋爐排煙溫度為150℃計算表2各種典型燃料的燃燒溫度及煙氣中水蒸氣含量對比濃度為65%的水煤漿重油大港油田天然氣21大慶油田天然氣(21理論燃燒溫度/℃2042水蒸氣含量/%6.111.891.5417.78從表1中可以看出,水對水煤漿的著(zhù)火影響較系數為0.75的工業(yè)爐,其爐溫可達1355℃,爐溫大,如濃度為65%的水煤漿水分蒸發(fā)熱占著(zhù)火熱系數為0.7時(shí),爐溫可達1265℃。若采用預熱空的56.49%,從而導致著(zhù)火熱增加,著(zhù)火延遲。但氣助燃,爐溫還可以更高,完全可以滿(mǎn)足絕大多數水對水煤漿整個(gè)燃燒特性的影響并不是很大,如濃業(yè)爐窯加熱工藝對爐溫的要求。濃度為6%的度為65%的水煤漿,水分導致實(shí)際熱損失僅為常規商品水煤漿,燃燒煙氣中的水蒸氣含量為4.86%,燃燒溫度為1806℃,比制漿煤的燃燒溫1.89%,與重油的相當,而遠低于天然氣的。其度僅低170℃。即使在冷風(fēng)助燃條件下,對于爐溫原因是燃料中的氫對煙氣中水蒸氣的貢獻遠大于燃第32卷第5期煤炭科學(xué)技術(shù)2004年5月料中的水,水煤漿的含水量雖高,但氫含量卻遠低除塵處理后,即可以滿(mǎn)足一般地區的環(huán)保要求。若于重油及天然氣的。從燃燒過(guò)程動(dòng)力學(xué)的角度分經(jīng)水膜除塵、靜電除塵或布袋除塵就可以滿(mǎn)足高標析,水分蒸發(fā)使漿滴形成多孔性結構,有利于揮發(fā)準環(huán)保排放標準。水煤漿的硫含量低于0.4%,而分析出。水煤漿揮發(fā)分的析出速度比煤粉的快,析重油的硫含量為1.0%~2.5%,水煤漿燃燒后二出溫度也低。因此水煤漿的著(zhù)火溫度比煤的著(zhù)火溫氧化硫的排放濃度低于重油。度還低一些3。雖然水煤漿的著(zhù)火過(guò)程與煤相比由于水煤漿含有約35%的水,其燃燒火焰溫有較大的差異,但實(shí)際上水煤漿點(diǎn)火并不比煤粉點(diǎn)度比煤粉燃燒時(shí)低100~200℃;與層燃煤相比火困難。在燃燒過(guò)程中,水蒸氣能對水煤漿中的碳空氣過(guò)剩系數小,而爐溫均勻,不會(huì )形成局部高溫及一氧化碳的燃燒起到催化作用,能加快燃燒反應區。因此,水煤漿燃燒產(chǎn)生的氮氧化物比其他燃煤速度。方式顯著(zhù)減少。而重油由于燃燒溫度高,其氮氧化3水煤漿的環(huán)保優(yōu)勢物的排放高于水煤漿。國家環(huán)保局對燃油鍋爐氮氧化物的排放濃度規定為400mg/m3,但現有燃油鍋(1)制備與使用條件清潔。燃水煤漿與燃煤粉爐仍很難達倒,而從已運行的水煤漿鍋爐測定值來(lái)相比,煤漿在制備時(shí)通常采用濕磨工藝,所以無(wú)粉看,氮氧化物排放濃度均低于該值。表3列出燃用塵污染,工藝簡(jiǎn)單,安全性好。還可結合制漿工水煤漿工業(yè)鍋爐的煙氣檢測結果,燕山石化公司藝,治理其他工業(yè)廢液,如用造紙黑液、焦化廠(chǎng)廢20t/hQXs14-1.25-Yz型燃油鍋爐改燒水煤漿示水來(lái)制漿等。水煤漿在運輸和儲存過(guò)程中是在密閉范項目,于2002年3月18日通過(guò)了北京市科委組的條件下,不會(huì )造成用戶(hù)廠(chǎng)區環(huán)境污染,燃燒時(shí)爐織的鑒定。經(jīng)北京市環(huán)境保護監測中心檢測,粉塵前非常清潔及二氧化硫排放濃度均達到北京市2002年3月1(2)燃燒污染物的排放可以達標。商品水煤漿日起執行的《鍋爐污染物綜合排放標準》DB1的灰含量一般在5.5%以下,燃燒后的煙氣經(jīng)多管139-2002B類(lèi)地區Ⅱ時(shí)段要求表3水煤漿工業(yè)鍋爐煙氣測定結果鍋爐容量煙塵排放濃度排放濃度項目NO,排放濃度煙氣處理裝置天融環(huán)保公司多管除塵器60(實(shí)測)87(折算120(實(shí)測)170(折算)燕山石化公司多管除塵器、濕法脫硫水煤漿的經(jīng)濟優(yōu)勢費用差異較大。當供熱功率較大時(shí),水煤漿的投資費用相對降低。如果水煤漿采用壓縮空氣霧化,而1燃料價(jià)格比較且又必須增加除塵裝置時(shí),其耗電量要遠高于煤制燃料價(jià)格隨地域而不同、隨時(shí)間而波動(dòng),最近氣的耗電量。但如果采用蒸汽霧化,而熱工設備由水煤漿與煤、混合發(fā)生爐煤氣、城市煤氣、天然于工藝需要已經(jīng)裝有除塵裝置時(shí),耗電量反而低于氣、液化石油氣、輕柴油及重油的燃料價(jià)格比較見(jiàn)煤制氣的耗電量,而且供熱功率越大低得越多。如表4。從表4中可以看出,水煤漿和混合煤氣發(fā)生當供熱功率為15MW時(shí),煤制氣的耗電量反而是爐煤氣的可比價(jià)格相當,均遠低于其他燃料。它們水煤漿耗電量的2.62倍分別為煤炭的物理和化學(xué)加工產(chǎn)品,燃燒時(shí)均克服水煤漿系統的人工費與供熱功率的大小基本沒(méi)了散煤燃燒不充分,排放污染嚴重以及對一些爐型有關(guān)系,只需1~2人即可,因為它完全是機械化及加熱工藝難以適應等弊端。操作。而煤氣發(fā)生爐的上煤、出渣、打釬均需人工4.2水煤漿與煤制氣的投資及運行費用比較來(lái)完成,功率越大,煤氣發(fā)生爐數量越多,所需人水煤漿與煤制氣系統的投資與電耗比較如圖1費越高。因此,結合設備投資、運行及人工費用所示。2種燃燒系統完全不同,所以其投資和運行綜合考慮,水煤漿還略占優(yōu)勢。第32卷第5期煤炭科學(xué)技術(shù)004年5月表4各種燃料價(jià)格比較燃料種類(lèi)低位發(fā)熱量/MJ·kg1(m3)價(jià)格/元·t1(1000m3)可比熱值價(jià)格/元·GJ1相對價(jià)格(以煙煤為標準)水煤漿19,4725.2煙煤(小塊)27.22混合發(fā)生爐煤氣不計顯熱22.042.13城市煤氣62.85天然氣39.7845.25液化石油氣111. 53輕柴油325077.62重油402液的企業(yè)可用廢液制漿就地使用,既解決廢液污染又改善廠(chǎng)區環(huán)境。用洗選煤泥制漿,應用于礦區鍋60爐,解決了煤泥出路。(3)水煤漿價(jià)格一般企業(yè)都可以接受。有煉油000能力的企業(yè)由燃油改燒水煤漿更是效益顯著(zhù),節省的油可以深加工升值。由燒其他燃料改為燒水煤漿,改造費用不高,尤其對于一些原設備已經(jīng)裝有供熱功率/MW除塵設備的,如噴霧干燥塔和一些散料加熱及燒成的回轉窯等。綜合水煤漿的優(yōu)勢,以下企業(yè)可能最先得到推多廣應用:排放不能達標的燃煤企業(yè);經(jīng)濟效益較差山r山的燃油燃氣企業(yè);有廢液產(chǎn)生難以治理的企業(yè);有煉油能力的燃油企業(yè);對環(huán)保要求較高的北方城市取暖鍋爐;距離大型制漿廠(chǎng)較近的一般企業(yè)隨著(zhù)國家對空氣質(zhì)量要求的提高及治理燃煤排供熱功率/MW放污染力度不斷加強,水煤漿無(wú)疑是節約能源、減圈煤制氣圖空氣霧化,不含除塵空氣霧化,含除塵少污染的最佳途徑。泅蒸氣霧化,不含除塵圜蒸氣霧化,含除塵參考文獻:圖1水煤漿和煤制氣系統的投資、電耗比較[1]王恒,王世均,趙立合.一種高濃度水煤漿燃燒器的開(kāi)發(fā)a系統投資;b一系統耗電與應用[J].鋼鐵,1994(1)[2]郭伯翔.工程師通用手冊[M].南京:江蘇科技出版杜,5水煤漿應用適應性?xún)?yōu)勢[3]岑可法,姚強,曹欣玉,等.煤漿燃燒、流動(dòng)、傳熱和氣(1)水煤漿燃燒方式為噴燃,適應原燃油燃氣化的理論與應用技術(shù)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1997的絕大多數工業(yè)爐窯、工業(yè)鍋爐和電站鍋爐。如軋鋼加熱爐、鍛造加熱爐、熱處理爐、隧道式陶瓷燒作者簡(jiǎn)介:馮武軍(1968-),男,河北趙縣人,高級工程成窯、耐火磚倒焰窯、陶瓷噴霧干燥塔熱風(fēng)爐、水師,博士研究生,主要從事蠣燒、節能與環(huán)保及其相關(guān)領(lǐng)城的研究泥回轉窯、鐵礦石燒結機點(diǎn)火器等均可應用,且燃和工程營(yíng)理工作燒技術(shù)容易掌握。收橫日期:2004-02-19;責任編輯:劉軍娥(2)燒水煤漿可以治廢。造紙、化工等產(chǎn)生廢