水煤浆技术在镁生产中的应用

加热没备《工业加热》第35卷2006年第5期水煤浆技术在镁生产中的应用李华清1,谢水生1,米绪军1,刘金平2,陈金学3(1.北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室,北京100088;2.南昌大学机电工程学院,江西南昌330029;3.维恩克(鹤壁)科技有限公司,河南鹤壁458020摘要:介绍了水煤浆技术的发展背景及现状,以及水煤浆技术在炼镁行业的应用现状和前景。结合某试点企业自建水煤浆生产线的实际数据,介绍了自建水煤浆制备生产线的技术要点,数据表明,水煤浆技术在原镁生产方面具有节省能源,以及缓解污染状况潜力关键词:水煤浆;镁;节能技术;皮江工艺中图分类号:TQ5344:TG14622憲文献标识码:A文章编号: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中国是石油资源比较缺乏的国家。2000年,我国的的资料估算,煤在燃烧过程排放的主要大气污染物(粉石油进口依存度已经达到30%,在未来的20年间,预计尘,二氧化硫,氮氧化合物,一氧化碳等)的总量,约会上升到40%以上。能源问题成为关系到我国的经济发占总体燃料燃烧排放量的96%2。展,以及国家安全的战略性问题1。但是我国的煤炭资源因此,利用我国相对丰富的煤炭资源,开发煤代油相对比较丰富,是世界上少数以煤炭为主要能源形式的技术,实现对煤炭清洁、高效的利用,对我国经济发展国家之一。目前我国的总能源消耗中,煤炭占72.9%,油和能源安全具有重要的意义。占225%,其他能源形式占4.6%。由于煤炭的燃烧利用水煤浆技术是20世纪70年代逐渐成熟起来的,以率较低,传统的燃煤方式造成的污染比较严重。据历年煤代油的煤基清洁燃料技术3.4。西方国家以美国为首,处于研究及应用的领先地位。日本,英,德,前俄罗斯等工业技术发达的能源需求大国,在水煤浆的研究与应收稿日期:2006-06-02甚金项目:国家自然科学基金资助项目(50374014)用方面做了大量的工作,并得到了广泛的商业应用。后作者简介:李华清(1967-),男,博士研究生,研究方向为有色来随着石油价格的下降,水煤浆的推广工作一度放缓。但金属及合金是作为战略性的技术储备,各国并未中断相应的研究工部部部部部部部部部部部小部部部本部部本当部部部本当部本当部部体部部部补当学部年部部本本出部示部当部示部不部子部部本当子子流分布情况以及钢坯內部温度分布情况,可用于协助3周怀春.炉内火焰可视化检测原理与技术[M]·北京:科学分析火嘴燃烧情况,提供各火嘴燃料量和风量优化调出版社,2005.整,加热工件在炉内最佳加热时间等指导信息。该模[4]ZHOU H C, LOU C, CHENG Q, et al. Experimental Investigation型经过数值模拟计算的验证,并成功应用于实际测量on Visualization of Three-dimensional Temperature Distribu-数据,对于重建参数钢坯表面热流Q连续分布的系统是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, 25-30参考文献[5l曾仹,娄春,程强,等.大型电站锅炉炉内三维燃烧[]巢海,王伟,李小平.步进梁式加热炉钢温预报的数学温度场可视化试验研究[J.工程热物理学报,2004,25(3)523-526模型[J].东北大学学报(自然科学版),1998,(5):119[2]沈丙振,周进,韩志强.热轧步进式加热炉内钢坯温度场[6]程强,周怀春,娄春,等,工业炉三维温度场可视化数值模拟[J.冶金能源,2002,21(4):17试验研究[J.工业加热,2005,34(1):19-2321加设备《工业加热》第35卷2006年第5期作,其中日本和俄罗斯,一直坚持水煤浆的工业应用,积式,水煤浆在炼镁工业领域的应用,具有巨大的优势累了大量的数据和丰富的经验。和潜力。随着全球性经济发展和能源的日趋紧张,水煤浆技22目前皮江工艺存在的主要问题术的应用和推广,再次成为节能和代油技术的首选。特(1)粉尘污染:包括原料制备过程和废渣堆放造成别是我国的石油缺口较大,能源紧张的问题日趋突出。大的粉尘污染,以及燃烧烟尘排放和煤渣造成的粉尘污染。力推广水煤浆技术具有重大的战略性意义。(2)硫化物和氮氧化物以及氯气污染:其中由于直1水煤浆的优点接燃烧块煤和煤粉,是产生硫化物和氮氧化物的主要原因之一。(1)水煤浆是高效能源。水煤浆由70%左右的煤粉(3)燃烧率偏低:目前国内的皮江工艺,煅烧与还颗粒,30%左右的水以及1%左右的化学添加剂组成。煤原过程基本上全部采用直接燃烧块煤和煤粉的形式供能。粉颗粒的平均直径大约为50m,其中直径<400m的燃煤的总体燃烧率在70%左右,颗粒不少于总量的95%。由于比表面积大幅度增加,其按照直接燃烧块煤的传统供能方式,目前国内制燃烧也更加充分。另外由于水煤浆燃烧过程蒸发出的水镁企业生产1t粗镁,大约需要消耗11t优质煤67。蒸气,能与焦炭粒子发生水煤气反应,使水煤浆能够更采用水煤浆供能,燃烧率可以由70%提高到95%以土好的燃烧,一般燃烧率在96%以上,大幅度地提高了煤将普遍节能25%~35%。以年产1万t原镁的企业为炭的燃烧率。同时这也意味着,燃煤废渣数量的大幅度例、一年可以节省大约2万~3万t原煤,经济效益十减少。分可观。(2)水煤浆是清洁能源。在水煤浆的制备过程中,通23应用水煤浆技术需要解决的基本问题过洗煤,可以去除原煤中50%以上的灰分,去除原煤中中国制镁行业已经充分认识到了能源对全行业带来40%~90%的黄铁矿;向水煤浆中添加适量的脱硫剂,的冲击。提高能源的利用率,是涉及到进一步降低成本,可以有效地去除烟尘中的SO2含量,配合尾烟处理,脱硫增加企业效益,继续保持国际市场份额的重大问题。在效果高达95%以上;由于水蒸气在燃烧时的还原作用可制镁行业推丿水煤浆技术,首先要解决以下带有普遍性以有效地减少NO2的生成,因此,水煤浆作为代油燃料,的问题。可以有效地减轻环境污染25。(1)解决好对原有供能设备的水煤浆燃烧系统改造。(3)水煤浆是安全能源。水煤浆含有30%左右的水实践证明,对原有加热设备的改造,在技术上是可行的。分,不属于易燃流体,因此水煤浆在生产、输送、运输、结合水煤浆输送管线的铺设,通过合理的改造工艺,能贮存以及使用过程中,不会发生自燃和爆炸够以较低的改造费用完成供能设备的改造工作。4)使用方便。水煤浆可以像使用重油一样输送(2)解决好水煤浆的供给。目前我国水煤浆的大型贮存和燃烧,可以釆用泵送的方式进行长距离输送,水制浆企业分布不均匀,制浆能力有限,没有实现普遍的煤浆以管道形式直接送至燃烧室,减少了运输过程的损管道输送。而镁厂属于高耗能单位,因此较大的制镁企失和粉尘污染;不需要防火、防静电,并且流量容易控业,自建水煤浆生产线是可取的方式制,能够像控制重油那样进行负荷变化、启动、停炉等(3)掌握利用本地煤炭制浆的技术。采用本地煤炭资操作。源制浆,是在制镁行业推广水煤浆技术的前提条件。要取2水煤浆技术在炼镁工业中的应用及前景得经济效益,镁厂必须以本地的廉价能源为主要供能形式,21皮江工艺的发展现状这也是镁厂选址的依据。但是作为天然矿藏,煤炭的有机中国目前是世界上最大的金属镁生产国和出口国,质含量、灰分、挥发分等指标各不相同。灰分高、有机质2004年中国生产原镁45万t,占世界总产量的67%,其含量低、挥发分低的煤,制浆难度较大。需要解决针对不中出口28.3万t。中国的制镁企业,基本上采用皮江法生同煤种的制浆技术,才能有效利用水煤浆这一高效、清洁产粗镁,其产量约占国内全部粗镁产量的98%。的能源。选择适当的添加剂,制定合理的煤粉制粒工艺,皮江工艺主要依靠燃烧煤炭为供能形式,能源消得到最佳的颗粒堆积庋,是获得优质水煤浆的关键。但是耗量大,燃煤造成的污染严重,这些缺陷是皮江制镁到目前为止,国内尚缺乏广普、高效、廉价的添加剂,这工艺半个多世纪来,直无法回避的问题。随着全球是今后相关科技工作者努力的方向310能源形势的日渐紧张,以及我国政府对环保要求的不断提高,能耗高和污染严重的皮江制镁工艺,受到日3某企业水煤浆生产线流程及制浆过程的技术关键点益严峻的挑战。因此,作为高效、清洁的能源利用形磨料工序,是关系到制浆浓度的重要环节。煤粉颗亲m请没备《工业加热》第35卷2006年第5期粒度应该有一定的分布宽度,不同粒径的煤粉颗粒,目前该水煤浆生产线的造浆能力为12th,可以满以更加有效的占据空间,提高颗粒的堆垛度,有利于得足企业全部燃烧设备改造后的用浆需求。还原炉和回到浓度较高的浆料1:12转窑的水煤浆燃烧设备改造工程完毕后,用浆量可达某企业自建水煤浆制浆工艺流程如图1所示。到1万ta,节煤效果相当可观。届时企业的能耗大幅度原煤、破碎缓冲仓电子磅秤|「水下降,由于燃煤造成的污染将得到彻底扭转。尤其是烟尘排放,目前已经达到林格曼黑度零级,严重的燃煤烟尘污染局面得到彻底扭转。滤浆、搅拌球磨机棒磨机分散剂4结论稳定剂(1)水煤浆技术是应该大力发展的高效、清洁能源储浆池废浆池技术(2)在原镁生产企业推广水煤浆技术,可以节省20%图1水煤浆制浆工艺生产线流程示意图3⑩0%的原煤,并能够极大的改善由于燃煤造成的污染为了得到颗粒细小,有一定的粒度分布宽度,颗状况。在全行业中推厂水煤浆技术,具有巨大的市场需粒分布比例适当的煤粒,从而提高水煤浆的燃烧质量。求和潜力。为了达到这一目的,磨料工序采用二级磨浆工艺。试(3)有实力的炼镁企业自建水煤浆制备生产线,在验证明,二级磨料制备的颗粒较细,颗粒分布较宽。依技术上可行,在效益上可观,是水煤浆技术推广的一个方向。据为某企业开发的制浆工艺,制备的煤粉粒径<75μm,质量密度>90%,水煤浆浓度为65%,燃烧性能良好。參考文献一级磨料顺序首先为棒磨,然后进行球磨造粒。这[付哓恒,王祖衲、柴保明、等.精细水煤浆制备与应用技术样的安排可以体现棒磨机选择性粉磨的特点,发挥其出的研究[.煤炭学报,2004,29(2):226-229料均匀,消除大颗粒能力强的优点,以及球磨机出料颗[2]陈俊丽,余首炜,陈春华.多灰水煤浆生产应用现状及市场粒度分布范围较大,细颗粒造粒能力较强的特点,得到前景分析[J.工业炉,2005,27(1):15-18定量的细颗粒比例。通过试验,调整球磨机的研磨介[3]朱箴,陈俊水煤浆燃烧技术探讨.工业锅炉,200质尺度配比,得到了合格的浆料。浆料颗粒的规格数据3:18-20如表1[4]于海龙,赵翔,周志军,等.煤浆浓度对水煤浆气化影响表1水煤浆生产线制备的成品水煤浆颗粒度分布数据%的数值模拟[.中国动力工程学报,2005,25(2):217-221.颗粒直径:目/m<14(1180)<40(380)<200(75)<325(45)[5]张延霖,邱学清,王卫星.水煤浆添加剂的发展方向[.现代化工,2004,23(3):16-19通过率100999965[6] LI HUAQING, XIE SHUISHENG. Research on Development将水煤浆引人改造后的1,2精炼炉燃烧室,一次点of Dolomite-ferrosilicon Thermal Reduction Process of Mag-火成功,试运行三个月。该炉为三班轮换,连续生产。试nesium Production[J] Journal of Rare Earth, 2005, (23 ): 606-610运行结果表明设备运行平稳,改造及水煤浆燃烧比较成[7]李华清,谢水生,吴朋越,等硅热还原炼镁工艺的发展探功。使用水煤浆前后的节能数据对比表明,节能效果显讨[.轻金属,2005(9):47-50.著(表2)。水煤浆燃烧充分,燃烧室内的积渣现象不明[8蒹敬,赵亚明,刘奎生.八级精煤制备水煤浆的特性分析显,燃煤废渣污染状况得到扭转。J.节能,204,(8):51-529]范丽娟.水煤浆添加剂的研究进展{.日用化学工业,2002,表21,?“精炼炉经改造燃烧水煤浆前后的节能数据对比32(1):46-48.评价项目平均小时指标平均年度指标[10]王晨,劭志勇,李书平,等.木质素的综合利用[.辽改造前耗电kW·h497131.2宁化工,2002,31(2):55-57.[11] MOHANTY MK, PALIT A, DUBE B. A Comparative Evalu改造后耗电/kW·h35.12290793.6ation of New Fine Partivle Size Separation Technologies J)平均节电量kWh24,92206337.6Minerals Engineering, 2002,(15):727-736平均节款量/元12.46103168.8[12]董平,吕玉庭,陈俊涛.超细煤水煤浆流变特性的硏究.选煤技术,2004,(4):45-4923