水煤浆应用现状及技术进展

第46卷第10期煤炭工程VoL 46. No 102014年第10期COAL ENGINEERINGo.10.2014doi:10.11799/ce201410016水煤浆应用现状及技术进展徐志强,孙美洁,刘建强(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083)摘要:论文分析了我国发展洁净煤技术的重要性,说明了水煤浆的洁净煤特性;分析了我国水煤浆技术在发电、建材和煤化工等行业中的应用现状;重点介绍了近年来在制浆装备大型化、低阶煤制浆和水煤浆锅炉硏发等多个方面取得的水煤浆制备和应用技术新进展,并指出了水煤浆技术利用和推广的过程中应重视的问题。关键词:水煤浆制备;水煤浆锅炉;制浆设备大型仳;低阶煤制浆中图分类号:TQ536文献标识码:A文章编号:1671-0959(2014)1040065403Application 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 Technology( Beijing), Beijing 100083, China)Abstract: 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 low rank coaland development of water coal slurry boiler; and pointed out the existing problems in the application and promotion of coalwater slurry technologyKeywords: coal water slurry preparation; coal water slurry boiler; equipment upsizing; coal slurry preparation with low1概述水煤浆作为燃料与传统的煤炭没有区别,之所以称之为洁净煤技术,其洁净煤特性主要表现为:①水煤浆制备、从2010年起,中国一次能源消费量已经超过美国,储运全封闭,避免了传统煤炭装、储、运中带来的环境污2013年中国一次能源消费占世界总量的22.4%。我国煤多染;②水煤浆可经长管道距离输送,减少了运输过程中的油少,石油资源较为贫乏,大量依赖进口,对外依存度逐损失,是解决煤炭运输问题的方法之一;③水煤浆的燃烧年提高,2013年石油进口378.2Mt,占全国石油消耗量的效率可达99%,中小燃煤锅炉热效率在60%左右,而燃用59.0%。近年来我国的一次能源消费正在健康的发展,水煤浆可达85%以上,因此中小燃煤锅炉燃烧水煤浆可节随着水力发电和再生能源的快速发展,以及核能利用的稳煤1/3以上,在提高煤炭利用效率的同时也减少污染物的步增加,煤炭消费占一次能源消费的比例在逐渐减少,已排放;④燃烧水煤浆火焰中心温度比燃油、燃气低约由最高时的n1.2%降至2013年的65%,尽管如此,我100℃,且水蒸汽具有还原作用,因此燃烧水煤浆可显著减国以煤为主的能源消费结构在今后相当长的时期内不会改少NO.的排放2,3。变。发展洁浄煤技术,提高煤炭的利用效率,减少污染物2水煤浆应用现状的排放是我国煤炭生产和消费的发展方向。水煤浆是通过物理方法将煤炭从传统的固体燃料转化经过多年的研究开发和工业性试验,我国水煤浆技术为一种流体燃料,使其可以像油一样泵送、雾化、稳定的在制浆工艺、装备和应用规模方面均以已达到国际领先水平。水煤浆已在国内推广应用,并已推广至东南亚及台湾贮存与燃烧。同时水煤浆还是煤化工领域气化原料。收稿日期:2014-10-09V中国煤化工作者简介:徐志强(1965-),男,安徽砀山人,教授,博士生导师,现从CNMH学与科研工t,E-mail:xzq@cumtb,edu.cno引用格式:徐志强,孙美洁,刘建强.水煤浆应用现状及技术进展[J].煤炭工程,2014,46(10):65-67专题综述煤炭工程2014年第10期等地,目前国内水煤浆的应用主要集中在以下几个领究所研制开发单线50万Ua水煤浆生产关键技术与设备,域并已用于南海洁能水煤浆厂和南海发电一厂水煤浆厂的建2.1电站锅炉设,取得了良好的经济效益(。我国水煤浆开发初期主要供燃油电站锅炉及工业锅炉单线一磨机制浆生产能力由目前约25万U/a扩大到50燃用。水煤浆在山东白杨河电厂、广东茂名热电厂、北京万ta,制浆生产的综合能耗可以降低了10%~20%;在建燕山石化第三热电站、广东汕头万丰热电厂、广东南海发设相同规模制浆厂情况下,单线制浆生产能力提高一倍,电一厂的蒸发量为176h、220/h、410t/h、670t/h的锅炉可以减少制浆工艺设备台数和厂房面积约50%,从而减少上曾长期燃用。水煤浆燃烧效率达9%以上,接近燃油水制浆厂的建设投资约35%左右;设备大型化、单线能力平,锅炉效率达到∞0%以上,负荷在40%~100%区间调提高降低了制浆单位能耗,减少了生产岗位定员和折旧费,节均能稳定燃烧。烟尘排放浓度、SO2排放浓度均符合国制浆生产成本显著降低。家排放标准。电站锅炉水煤浆代油可节省燃料费50%以上。目前已具备建设300~500万t乃至更大的大型水煤浆近年来随着国家淘汰落后机组,上大压小,部分电站锅炉厂技术和装备基础已被淘汰,目前在用的燃用水煤浆的电站锅炉只有广东南3.2低阶煤制浆及燃烧技术研发海发电一厂、广东汕头万丰热电厂等几台锅炉。水煤浆厂大多利用成浆性较好的气煤、1/3焦煤等制2.2中小燃油、燃气、燃煤工业锅炉浆,一方面在一定程度上与冶金用煤争原料,造成煤炭资燃煤污染已日益受到政府与社会的关注,许多省市已源的不合理利用,同时也加大了制浆生产成本。我国的低限制散煤燃用,各地现有的大量中小型烧煤锅炉将面临替阶煤储量大,且价格相对低廉,但由于其成浆性差(如神木代燃料的选择,改为燃用天然气当然可行,但燃料成本太煤)而没能被充分利用。高,许多企业若改用天然气将面临企业亏损的问题。若燃低阶煤的主要特点是内在水分高、煤的内孔隙发达用水煤浆,既可满足环保要求,又比烧油或气经济,目前比表面积大、富含极性官能团及含氧量高、丝质组含量多、水煤浆已在山东、江苏、浙江、福建、广东、广西等地大煤的可磨性差等。这些特性使低阶煤的成浆性难度判别指批中小锅炉中广泛使用,取得了较好的经济效益和环境效标D值往往在7~10,甚至10以上,即属于较难(如大同益。因此,燃料水煤浆主要应用将是中小工业锅炉。煤)或极难成浆性(如多数神木煤)等级。同时低阶煤(如多2.3陶瓷等建材领域数神木煤)一般灰熔点较低,给燃烧带来一系列问题。喷雾干燥塔是陶瓷等建材企业的主要工艺设备之近年来,有关科研单位和水煤浆生产使用企业,开发该环节的能耗占生产线总能耗的比例很大,喷雾干燥塔的了多种低阶煤制浆工艺,采用配煤制浆,多磨机级配制浆燃料由原来的石油、天燃气改为水煤浆,对陶瓷行业产生等工艺提高了低阶煤制浆浓度,降低了制浆成本,成浆性的影响深远。不仅节约了燃料费用,还减少了对大气的污较差的神木煤被广泛用于配煤制浆或单独制浆。染。采用水煤浆的成本与燃油、燃气相比可降低费用50%褐煤的开发利用是近年来的一个热点,褐煤由于内在以上,因此水煤浆在陶瓷等建材企业中得到了快速的推广,水分高、热值低等特点,不利用运输和利用。同时褐煤的其用量已远远超过电力行业,成为水煤浆代油的主要领域内孔隙发达及比表面积大、富含极性官能团的特点使直接之-5。制浆浓度低于50%,无论作为气化原料水煤浆还是燃料水2.4煤化工领域煤浆均满足不了要求。目前对于褐煤制浆的研究主要集中水煤浆加压气化技术自20世纪90年代引入我国以后,在以下几个方面:①通过改善级配提高制浆浓度,对在合成氨、甲醇、二甲醚、烯烃以及城市煤气等煤化工企大多数褐煤虽然可以提高其制浆浓度,但浓度很难超过业得到了广泛应用,目前煤化工领域使用的水煤浆量已超55%;②通过改善制浆药剂提高浓度,改善褐煤水煤浆的过燃料水煤浆的使用量6。流变性;③对褐煤进行提质后制浆,提质的方法有烟气提质、蒸汽提质、水热提质、微波提质以及机械提质等,经3水煤浆技术的新进展不同提质处理后的褐煤成浆性均有不同程度的提高,有些水煤浆在不同领域的推广应用为水煤浆制备及燃用提工艺提质后的褐煤可以制备出浓度大于60%的高浓度水煤出了许多新的课题,近期水煤浆技术的新进展有以下几个浆,已能够满足燃料用和煤化工用水煤浆的要求,只是就方面目前的工艺技术其提质成本过高。3.1制浆装备向大型化发展3.3大型水煤浆专用锅炉与高效燃烧器的研发随着水煤浆生产规模的扩大,研制大型化水煤浆制备随着水煤浆V中国煤化工目锅炉也向更成套技术装备非常必要,如广东南海龙光集团建设的200大吨位发展。如CNMHG原有两台670万La水煤浆厂,若采用原有单线25万t/a的配套设备则蒸吨的燃油锅炉,其中一台改为670蒸吨的水煤浆锅炉需要8条生产线。为此,中国矿业大学(北京)制浆技术研另外新上了一台670蒸吨水煤浆专用锅炉,这是目前国内2014年第10期煤炭工程专题综述最大的水煤浆锅炉。国内有多家锅炉企业能够设计生产130在水煤浆用户比较集中的地区建设设计规范的水煤浆厂,至670蒸吨水煤浆电站锅炉及配套的水煤浆燃烧器。同时加强煤源的监管和产品质量的检测。3.4中小型水煤浆工业锅炉的开发4.2水煤浆燃烧环保新技术的推广中小型水煤浆专用工业锅炉、水煤浆热媒炉等技术已水煤浆的燃烧与电站锅炉煤粉的燃烧类似,因此水煤逐渐成熟,目前山东、浙江以及江苏等多家锅炉企业生产浆燃后的除尘、脱硫以及脱硝环节是必不可少的,对于大有系列水煤浆工业锅炉和热媒炉。型的电站水煤浆锅炉,其处理装置与燃煤电站相同,这方3.5水煤浆脱硫技术的研究面的技术已经比较成熟,对于中小型水煤浆工业锅炉的的燃煤排放粉尘、SO2和NO给大气带来的污染已成为除尘、脱硫等技术装备因成本和环保监管的问题,尚没有社会关注的热点,由于水煤浆和煤粉的燃烧没有本质的区形成规范化的配套产品。应筛选适用于中小水煤浆锅炉的别,因此燃烧水煤浆的污染物的控排也非常关键脱硫除尘技术装备加以推广有关科研单位研究在制浆过程中加入脱硫剂,制备出4.3加强排放监测,避免一刀切脱硫型水煤浆,脱硫型水煤浆燃用过程中SO2的排放明显2014年5月16日环境部发布了新的《锅炉大气污染物降低,但这种办法难以实现烟气SO2达标排放。针对中小排放标准》(CB13271-2014),新标准出台后,有些地区水煤浆工业锅炉近年来与之配套的除尘、脱硫、脱氮技术为了贯彻新标准要求中小锅炉只能燃用天然气,对此企业与设备也逐步成熟,只要选用的技术装备合理水煤浆锅炉反映强烈能够达标排放。最近许多煤电企业对标燃气机组进行“超洁净排放”3.6工业废水制浆改造,已达到了预期的目标,环境监管部门针对水煤浆锅我国造纸、制革、印染、煤化工等行业废水产生量大,炉不能一刀切,应参照煤电企业的做法,允许燃用,并对污染严重,工业水污染防治,是一项十分艰巨的任务。有其进行类似“超洁净排放”改造,加强排放监测,只要排关科研单位对造纸废水、印染废水、焦化废水制备水煤浆放达标就应该允许使用水煤浆,只有这样才能保障我国能开展了大量研究,实验研究证明,将以上废液与煤炭一起源的可持续发展。加工制备成废液水煤浆,用于燃烧发电,既可以解决环保参考文献问题又可以节约水资源、同时也充分利用废液中的有效成分和热量,并进行了小规模的工业试验,为工业废水污染1]BP2014年世界能源统计[EB/OL].(2014-7-8)的治理提供了一条有效途径:21[2014-10-8.http://www.bp.com/zh_cn/china.html3.7多喷嘴水煤浆气化炉的开发利用[2]张荣曾.水煤浆制备技术[M].北京:科学出版社由华东理工大学、原鲁南化肥厂开发的多喷嘴对置式1996水煤浆气化炉采用四喷嘴对置结构,煤浆以撞击式射流形3]徐志强,张荣曾.水煤浆技术的现状与发展[C·第十届式,强化了热质传递过程,有利于进行气化反应和延长耐全国煤炭分选及加工学术研讨会论文集,2004火砖的使用寿命。目前运行和协议许可使用的有38个项目[4]梁兴,闫黎黎,徐尧.水煤浆技术现状分析及发展方向[J.洁净煤技术,2012(6):62-6695台气化炉,并向美国公司进行了许可。对置式多喷嘴和[5]傅文庆.水煤浆在建筑陶瓷工业中的应用分析[J煤炭高的炉体长径比设计,与其它单喷嘴技术相比,煤的气化技术,2014(2):205-207更加充分,气体有效成分高,灰渣含碳量低,煤的转化率[6]高聚忠、煤气化技术的应用与发展[J.洁净煤技术,高等特点,推动了我国水煤浆加压气化技术的发展3。013(1):65-71[冂]曾鸣,徐志强,孙宗岳,等.大型水煤浆厂的球磨机选水煤浆应用中应重视的问题型设计[J].煤炭工程,2006(11):22-25.尽管水煤浆在中国的研究与开发应用已经有近30年的81马艳梅,纪龙,赵洪宇,等褐煤制浆和配煤制浆技术历史,但目前在水煤浆的生产和使用过程中还存在许多问[].洁净煤技术,2012(4):49-51题,应该引起有关部门的重视。[9]杨明顺,康善娇,刘鑫,等.褐煤水煤浆提浓制备工艺研究[J].煤炭科学技术,2014(7):118-1214.1加强监管规范生产水煤浆作为一项洁净煤技术是不容置疑的,但是如果[101白中华,赵玉冰,黄海东,等.中国褐煤提质技术现状及发展趋势[J].洁净煤技术,2013(6):25-29监管部门管理不到位,也会出现水煤浆技术非洁净利用的(1王卫东,徐志强,崇立芹印染退浆废水制备水煤浆的实现象。目前有些小型水煤浆厂,设计管理不规范,采用简验研究[J矿业大学学报,2012(3):154-158陋制浆工艺,生产过程中原料煤露天堆放,水煤浆生产过「12]徐志强中国煤化工黑液制备水煤程污染严重。同时这类厂家为了降低制浆成本选用高灰高浆的研究CNMHGS4硫煤和廉价的添加剂,水煤浆产品浓度低,不仅燃烧效率[13]刘乐利.水煤墚浆加压气化主要技术与装备进展[J.煤化低而且燃烧过程中污染物排放高。有关部门应该加强管理,工,2013(1):63-65(责任编辑杨蛟洋)