绿色能源要求下的水煤浆行业的发展

煤炭加工与综合利No.2,2008COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTILIZATION绿色能源要求下的水煤浆行业的发展马少莲12,吴国光,杨泽坤3(1.中国矿业大学化工学院,2.中国矿业大学人事处,江苏徐州221116;3.神华股份广州销售分公司,广东广州510610)摘要:从绿色能源要求出发,水煤浆的制备要选择合适的工艺、原料煤、添加剂和水,如果用量不是很大,最好选择近距离制浆,大规模应用时,应釆取管道运输;水煤浆燃烧效率高,可有效减少SO2的排放,可以扩大中高硫煤的制浆;在我国应探讨进一步提高水煤浆洁净利用的规模,大力发展这一符合绿色能源要求的行业关键词:水煤浆;原料煤;药剂;制备工艺;燃烧;发展中图分类号:TQ536.9文献标识码:A文章编号:10058397(2008)02004503目前全球总能耗的74%来自化石能源,导致是非常重要的。了世界各地严重的环境污染和气候恶化。20世纪1)原料煤来源。从煤的成浆性考虑,制备水70年代在石油危机中发展起来的水煤浆目前在全煤浆的最佳原料是炼焦用煤。但是从我国的煤炭球很多地区已经得到了大量推广应用。在中国资源实际情况来看,低阶动力煤的储量、价格和经过几个五年计划的发展,已经进入了工业化阶煤质特性更适合我国的水煤浆工业,但该原料的段。水煤浆在工业窑炉、电站锅炉、工业锅炉上进一步洁净加工需要靠工艺来实现。的应用都有很成功的实例,另外将其作为气化原另外,出于环保和价格等多方面的考虑,利料的化工生产企业也都获得了很大的经济利益。用选煤厂的煤泥制成煤泥浆,已经得到广泛应可以说,经过20多年的发展,中国的水煤浆技用,成为近几年水煤浆行业绿色利用的先锋。该术已经进人工业示范推广应用阶段。然而,在其项技术依靠的是高浓度水煤浆技术的长足发展,成为绿色能源的道路上,仍有很长的一段路要具备的特点是:①相对于高浓度水煤浆来说,其走。水煤浆技术是一个涉及多学科的技术体系,制备工艺简单;②提高了煤炭综合利用效率;③本文仅从水煤浆的制备、储运和燃烧三个方面来减少选煤厂煤泥治理的压力;④集中处理有利于阐述,在现有基础上如何进一步提高水煤浆生产进一步的加工利用,以达到再次低污染利用的目和利用的“绿色指数”(中国能源企业绿色评价的。显然,这是一种高效率、低污染的煤炭综合体系)。利用途径。但是,目前煤泥浆的利用仍存在一些问题,例如:由于选煤工艺和煤质不同,洗选后1水煤浆的制备技术的煤泥存在粒度和灰分上的差异,如将煤泥全部1.1制备水煤浆的原料制浆后用于燃烧也会造成能源浪费。文献[2]水煤浆是由65%-70%的煤、29%~34%的指出,将兖矿国宏化工公司50万t甲醇厂配套的水和小于1%的化学添加剂,经过一定加工工艺选煤厂(120万t/a)所产生的煤泥,分成高灰煤制成的。因此,从原料上进一步提高其洁净利用泥和低灰煤泥后分别利用,比原有设计的煤泥全部进入热电站,可获得更大的经济效益;另外,由于煤泥浆一般是就近利用,因此,其锅炉的改收稿日期:2008402-20作者简介:马少莲(1981-),女,山东瞪清人,中玉矿业造与选煤厂工艺及原煤性质密切相关,要求对旧大学化工学院200级化学工艺专业在读顶士研究生,中国矿业锅炉改造有一定的设计余量。大学人事处师资办公室助理工程师,电活:0516-83590203。由此看来,虽然煤泥浆制备和应用的本身就煤炭加工与综合利用2008年第2期具有绿色能源利用的价值,但是如果能够将其作变稀的流变特性,另一方面是使沉淀物具有松软为选煤厂的一部分参与工艺流程设计,实现直接的结构,防止产生不可恢复的硬沉淀。常见的有成浆,则能够在总能量的利用效率上更进一步。丙烯酰胺絮凝剂、羧甲基纤维素等。但因其用量2)添加剂。水煤浆添加剂,按功能分主要有较少,因此对其绿色来源的研究也相对较少。分散剂和稳定剂,另外也有一些辅助的药剂,如3)制浆用水。水煤浆制备用水采用当地非饮消泡剂、表面改性剂等。这里就添加剂的来源阐用水源是非常方便的途径。无论是干法制浆,述其在绿色能源利用上的价值。干、湿法联合制浆,还是高浓度磨矿制浆工艺分散剂是一种表面活性剂,它可以改变煤粒等,最终的用水量都很大,因此探求各种工业废的表面性质,使其表面紧紧地被添加剂分子和水水的制浆非常必要。文献[5]通过实验比较得化膜包围,从而均匀地分散在水中,以提高水煤出,通过一些调整手段,应用高矿化度的工业废浆的流动性。分散剂可分为离子型与非离子型两水制备高浓度水煤浆是可行的,并可改善浆体质大类。目前,我国常用的分散剂为阴离子型分散量,具有比较明显的经济效益。但是,对于一些剂,如萘磺酸盐、木质素磺酸盐和磺化腐植酸盐独立的规模较小的企业来说,相对于取之方便的等。其中,萘磺酸盐的原料是萘,可从煤焦化厂公用水源,这种需进行后续处理的废水再利用的脱萘环节中获得;木质素磺酸盐主要来源于造是否具有实际的经济价值,尚需继续探讨。纸废液;另外还有磺化腐殖酸盐等。1.2制备工艺文献[3]利用焦油馏分中的有效成分合成目前,我国大部分企业和世界上的很多大公出水煤浆萘油添加剂与蒽油添加剂,并通过庞庄如美国的大西洋(ARC)公司、KVS公司等均采煤的制浆实验,证明应用这两种添加剂的混合用高浓度磨矿制浆工艺,其主要优点是能耗低,物,与纯萘磺酸缩甲醛制浆相比,具有更好的成流程简单,制浆效果好。浆性。这种来源于焦油馏分的添加剂制备,在一除了水煤浆自身的制备工艺外,结合选煤厂定程度上为焦油馏分的工业应用提供了一个新的建制浆厂,是我国的一项宝贵经验,也是倡导环途径保、高效的重要绿色工艺相对其他分散剂来说,人们对来自造纸废液我国的低阶动力煤具有低灰、低硫、低磷、的木质素磺酸盐给予了更多关注,这主要是由于高挥发分和高发热量的特性,因而现有的水煤浆碱法造纸废液的pH值高,对农田会造成不可挽制备工艺的绿色进程与选煤技术的发展有着直接回的严重污染。另外通过对碱法造纸废液(黑液)关系。的分析,发现其中的有机和无机固体悬浮物分别通过当今先进的模块化厂区设计和一体化引占约30%和0%,而其中由植物纤维原料溶解进技术及设备的建厂理念,使得与选煤厂设计相出的碱木质素和皂化物本身就具有较高的表面活统一的水煤浆厂的建造和运营成为可能,不仅如性。但是作为一种工业废液的再加工利用,由于此,包括炼焦厂、水煤浆气化等一系列煤化工相其生产工艺和原料不同,一般都要经过进一步的关技术的综合生产流程都可以一并实现。纯化和改性。而文献[4]对造纸废液和腐殖酸按一定比例复合后制浆的实验得出,其定粘浓度2水煤浆的储运技术要比单独使用两种添加剂效果好。水煤浆储运技术的发展,对于水煤浆的推广根据物质守恒,对于各种磺酸盐分散剂,我利用有着重要意义。因为水煤浆的结构性和流变们很容易联想到选煤过程中的脱硫,也许在将来性对于储运非常重要,主要是要防止水煤浆的粘的某一天,我们或许可以将硫元素按其需要量单度和添加剂的物理化学性质发生变化,造成软沉独置换在选煤产品中,创造不同的化学环境,直淀、表面析水及硬沉淀。接进行分散剂的合成,以减少脱硫和加入磺酸盐对比公路和铁路的罐车运输,水路运输有着的能源及资源的浪费。输送距离远、输送量大的优点。但是相关港口和稳定剂的作用,一方面是使水煤浆具有剪切船舶的装卸设施、防沉淀设备及防冻加温装置都2008年第2期马少莲,等:绿色能源要求下的水煤浆行业的发展47应配套安置,这必然会提高运输费用。而管道运输则可减少上述费用,并因全程封5当前进一步提高水煤浆洁净利用存在的问题闭无污染,占地少,所需劳动力少,适应地域从现有水煤浆的利用情况不难发现,扩大水和少能耗成为运输水煤浆的最佳绿色手段。然煤浆的洁净利用还存在一些问题。主要是而,由于管道输送前期工程量大,投入多,目前(1)地区经济发展的差异,使得对待水煤浆大型水煤浆利用企业,如广东南海发电一厂、兖的认识存在很大不同。当前水煤浆利用效率高、矿国去化工公司等企业都是采用近距离的水煤浆发展速度快的地区都是经济发达地区,这说明这生产。因此,国内真正意义上的跨越南北的水煤些地区更注重水煤浆在环保方面高于直接用煤的浆远距离管道运输并未实现,这一方面是由于水优越性。煤浆利用量还比较小,另一方面也是由于长距离(2)水煤浆应用的整体技术水平与其他国家运输水煤浆技术并不成熟。文献[6]通过数值还有一定差距。以水煤浆在电站锅炉的应用来模拟技术对水煤浆的管道输运进行研究,得到较说,日本在电站应用水煤浆方面始终处于世界领合理模型,以求对今后的研究提供方向先水平,而我国目前燃用水煤浆的电站锅炉只有20台,绝大部分发电厂仍以块煤为主要原料,这3水煤浆燃烧技术不但对环境造成了一定污染,也影响了媒炭的高在浙江大学岑可法院士等人员以及其他科研效洁净利用。机构长期努力下,我国在水煤浆的燃烧方面取得(3)大范围水煤浆运输短期内难以实现。这了很大进展,目前,正在向着进一步的绿色环保不足,极大地限制了华南等经济发达地区对水媒方向努力浆的应用,也直接造成了这些地区对其他能源产工业实验结果表明,水煤浆的燃烧效率可以品的依赖,主要表现在石油需求量的不断提高,达到99.8%。而水煤浆燃烧技术的发展不仅仅只这在一定程度上增加了我国进口石油的压力。限于此。对于水煤浆燃烧时的喷嘴和雾化技术、6实施绿色水煤浆的意义燃烧器改进和老锅炉改造的硬件技术提高,以及作为一种在制备和应用阶段都具有环保效果雾化过程中煤、水、蒸汽三者压力控制和热量分的绿色能源,水煤浆以其不可替代的经济和社会布的研究、水分蒸发后煤粒的物理特性和化学反效益越来越得到人们的重视。水煤浆的应用对有应特性、水煤浆引燃点的研究、产生烟尘的收效减少SO2的排放,提高煤炭的综合利用效率集、SO2和NOx的控制、结渣等技术的进步,更减咸少其它化工环节的废水废料,改造老锅炉节省是对我国水煤浆的工业应用提供了可靠保证成本等方面都有着非常积极的现实意义。因此大尤其是对固硫技术的研究,对于我国大区域力发展水煤浆行业符合绿色能源的要求,是一项使用水煤浆有着更加深远的影响,也是我国实现利国利民的好举措。SO2减排的一个重要技术支持。而该技术与选煤参考文献技术相结合,又使得中高硫煤制备脱硫型水煤浆[1」郝临山,彰建喜.水媒浆制备与应用技术[M].北京成为可能,从而进一步扩大了我国制浆用煤的范煤炭工业出版社,2003围,也为中高硫煤的环保利用提供了出路。[2]苏杰,程显冬.兖矿国宏化工公司煤泥利用的研究[打].煤,2007,16(8):24-254水煤浆的其他应用[3]郭照冰,吴国光,等.焦油馏分添加剂对庞庄煤咸浆性能的影响[J].洁净煤技术,2006,12(3):54-57德士古水煤浆气化工艺在我国的广泛应用和[4]黄定国,朱瑞,等造纸废液及木质素制水煤浆添加改进,进一步扩大了水煤浆的需求,也使得水煤剂的研究[J].煤炭工程,2007(6):83-85浆从能量供给的角色转变为生产原料。而其环保[5]刘崇江,曾凡水质对水煤浆性能的影响与制浆用水的合理选择[门].煤炭加工与综合利用,200(4):28-30效果,不仅和气化设备有关,也和水煤浆的各项[6】]赵国华,段钰锋,等水煤浆管道输送数值模拟研究进展技术指标存在着直接联系。[打]南京师范大学学报(工程技术版),2m,7(2):18-2