水煤浆技术发展现状及其新进展

第35卷第5期煤炭科学技术2007年5月水煤浆技术发展现状及其新进展李安(煤炭工业合肥设计研究院,安徽合肥230041)摘要:介绍了我国普通水煤浆的发展现状、采用的工艺流程、使用的主要设备和添加剂,以及普通水煤浆的应用领域及其使用效率,分析了普通水煤浆存在的问题,并介绍了国内外精细水煤浆的研制情况,制备工艺、试验结果及其应用前景。关键词:水煤浆;超净煤;精细水煤浆中图分类号:TQ536文献标志码:B文章编号: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)能源是社会和经济发展的重要物质基础,煤炭是我国的主要能源,在未来的相当长的时间内,我1普通水煤浆及其技术现状国能源以煤炭为主的格局不会改变,自1990~用普通的洗选精煤制备的水煤浆称为普通水煤2006年,煤炭在我国能源生产构成中的比例已经浆,其制浆煤的灰分质量分数在10%左右,水煤超过75%。浆的平均粒度约为45μm。经过“六五”、“七五”2005年,我国能源生产构成:原煤76.3%,和“八五”技术攻关,普通水煤浆已经进入了商原油12.6%,天然气3.2%,水电7.9%山。由此业化阶段,截至2005年底,全国水煤浆制浆厂已可见,我国石油资源十分短缺,同年我国石油净进建成20座,总设计能力超过500万ta。正在建设口量1.36亿t,对外依存度达到42.9%,预计到中的还有青岛开源热力公司(50万ta)、广东南2010年,国产原油只能满足需求量的58%,2020海洁能燃料有限公司水煤浆厂(200万U/a)等。年我国石油对国际市场的依赖程度将达50%以上。与1999年底统计数据相比,水煤浆厂的数量增加因此,立足于我国能源资源的特点,开发煤代油技175%,生产能力增加400%。据不完全统计,术,对于我国的经济建设和能源安全具有战略意2003年全国燃烧水煤浆约200万t,替代燃油100万t,节约燃料费近6亿元(水煤浆是70年代石油危机中发展起来的一种水煤浆添加剂是水煤浆中加人的各类化学品的煤基流体燃料。它是由约70%的煤粉、30%的水总称,主要包括分散剂和稳定剂。目前我国水煤浆和少量化学添加剂组成的混合体,约2t或2.5t普都使用国产的添加剂,我国生产的添加剂在性能通水煤浆代替1t重油。因水煤浆具有良好的流动和价格上都优于国外产品。分散剂有萘磺酸盐系性和稳定性,可以象油一样实现全密封储运和高效列、丙烯酸系列、木质素系列等,吨浆分散剂的成率的雾化燃烧本为19~30元。稳定剂多为无机盐、纤维素、聚制浆过程基本上属于物理过程,工艺简单,生丙V凵中国煤化工在12-4元。我国产成本低,投资小,属于一种见效快、节能和环保水灯CNMHG京制浆厂和兖日制浆型的较为理想代油燃料。实际上,水煤浆应用领域,几乎全部采用一磨机高浓度制浆工艺,其特相当广泛,如许多种类工业锅炉、窑炉等,可以实点是煤炭、分散剂和水一起加入磨机进行高浓度磨现水煤浆替代燃油。矿,磨机出料再经过除渣、搅拌、滤浆、稳定性处第35卷第5期煤炭科学技术2007年5月理、高剪切均质熟化处理等工序,最终获得成品油/水煤浆两用的要求,燃油时能达到满负荷运行。浆。原则工艺流程如图1所示。燃水煤浆时,如按锅炉厂燃煤设计,也能达到满负荷,如按燃油设计,一般能达到80%以上。改造原煤-破的-區浓度}押桨一成品水煤浆后燃烧效率在90%以上,锅炉效率在80%以上,水添加剂稳定剂杂物排放达到环保要求4。但是,工业锅炉炉膛较小水煤浆喷枪雾距较长,如果喷咀雾化效果欠佳,制图1一磨机高浓度磨矿制浆工艺浆煤的灰熔点又比较低,在炉膛容易出现结渣,影响水煤浆的稳定燃烧该工艺流程简单,在高浓度下磨介表面可黏附胜利油田针对普通水煤浆在中小型工业锅炉中较多的煤浆,有利于研磨作用产生较多的细粒,改燃烧存在的问题,开发了一种水煤浆流态化-悬浮善粒度分布。分散剂直接加入磨机可在磨矿过程中燃烧技术,该技术特点是水煤浆不采用雾化悬浮燃很好地及时与煤颗粒新生表面接触,提高制浆效烧,而是采用浆滴在流化床中悬浮燃烧,具有燃料果。在良好的工况运行时,这种工艺的产品粒度分适应性强、启动迅速、高效、低污染等特点。实践布可以获得72%左右的堆积效率。但需要很好地证明,采用该技术,使水煤浆在中小型工业锅炉中掌握磨机的结构与运行参数,以免因煤浆浓度过高的燃烧效率达85%~91%,远高于目前燃煤工业而丧失磨矿功效。此外,由于只有一台磨机,对水锅炉的平均燃烧效率,节能率达20%以上。在胜煤浆产品粒度分布的调整有一定的局限性。其中关利油田和周边地区,已有20余台锅炉推广应用。键设备磨机的规格有:1.83mx8m,2.4m×8m在冶金、化工、机械、陶瓷、玻璃、有色金属或8.5m,9m),3mxl1m(或12m,13m)等行业存在大量工业窑炉,每年耗油约2000万38mx12m。磨机的生产能力因入料的粒度组成水煤浆曾经成功地应用于济南钢铁总厂、广西桂林煤的可磨性、产品的质量要求等因素不同而有较大钢厂、山东莱芜钢厂锻压厂,取得较好的效果。其的差别。如大庆水煤浆厂选用2台3m×13m的磨中广西桂林钢厂的轧钢厂应用普通水煤浆代替原来机,吉化水煤浆厂选用2台3 m xll m的磨机,南的煤粉燃料,燃烧效率由70%提高到95%以上海水煤浆厂选用4台3.8mx12m的磨机。炉渣质量分数由3.7%降至0.59%,钢表面氧化皮普通水煤浆用量最大的是电站锅炉。目前全国平均厚度由2.79mm减少至0.44mm,少损率减少共有4家企业在电站锅炉上燃用水煤浆,分别是山63%,烟气排放都达到环保要求。东白杨河电厂、广东茂名热电厂、北京燕山石化第目前,水煤浆在工业窑炉中的应用主要集中在三热电厂、广东汕头万丰热电厂。这些企业共有7建材和冶金行业,其中应用最广泛的是陶瓷行业喷台电站锅炉燃烧水煤浆。除了万丰热电厂的一台电雾干燥塔中的热风炉,在广东、福建、河南、山站锅炉的蒸发量为176h,其余的蒸发量均为20东、湖南等地,已有百余家大型陶瓷企业的200余h。对于具有较大燃烧空间的电站锅炉,普通水台热风炉,由原来燃烧柴油、重油、天然气、焦炉煤浆得到了成功的应用。白杨河电厂原为煤粉炉,煤气等改烧水煤浆,每年用水煤浆量超过20万t,改烧重油,最后改烧水煤浆,采用四角燃烧方式,经济效益十分显著。燃烧效率达98%以上,锅炉效率90%~91%,灰普通水煤浆由于灰分较高,粒度较粗,限制了渣含碳量稳定在8%左右,飞灰含碳量稳定在10%其使用范围。①新建火力电厂不可能采用水煤浆,以内,SO2和NO,排放低于国家标准。因为煤粉燃料成本低于水煤浆,因此,水煤浆适合水煤浆不仅应用于电站锅炉,还逐渐应用于各于现有燃油电厂的改造;②工业锅炉由于燃烧空种工业锅炉、取暖锅炉,替代油和天然气。最早的间较小,虽然在较大型锅炉上运行工况较好,但随工业锅炉改烧水煤浆是北京造纸一厂的20t/h燃着中国煤化工重,经常需要人工不油锅炉和60υh的燃油发电锅炉,燃烧效率分别定CNMH灰,影响水煤浆稳定为93%~95%和95%-98%,锅炉效率分别为燃烷,行力是对丁一些用丁买馆、超市、写字楼的80%~82.5%和82%以上。目前正在使用的水煤小型锅炉或中央空调,因为以燃油和燃气为主,燃浆工业锅炉有五六十台,这些锅炉改造后都能达到烧强度高,炉膛小,因结渣更不适合使用普通水煤第35卷第5期煤炭科学技术2007年5月浆,而且一般都布置于地下室。为一台小型锅炉装质量分数可以降到1%以下,超纯煤的产率可以达套投资高、体积大的除尘器不经济,也很难布50%以上。该工艺经过试验室小试和每小时200kg置;③大量的工业窑炉对燃料的灰分十分敏感生产能力的中试,部分煤种的试验结果见表1高燃料灰分将影响产品的质量,如各种金属熔炉玻璃窑炉、陶瓷窑炉等均不适合使用普通的水煤表1部分煤样絮团一浮选分选超净煤结果浆;④普通水煤浆更无法用于内燃机,因内燃机精煤灰精煤产尾煤灰料灰中的油泵、喷咀属于精密部件,喷咀孔也特别细分/%分/%普通水煤浆粗的粒度和高的灰分将造成磨损、卡死焦作精煤和堵塞。太西精煤0.9548.4020.2910.932精细水煤浆及其技术现状大同精煤l1.40可北东庞煤8.14精细水煤浆是由灰分特别低的超净煤制备的水新汶精煤2.34593820.149.57煤浆。其不仅具有普通水煤浆的流动性和稳定性好密鲁煤51.7618.51等优点,更主要的是其灰分质量分数小于1%,平均粒度小于10μm,因此可以应用于普通水煤浆无法应用的场合。制备精细水煤浆的关键问题是超净采用上述某种超纯煤制备的精细水煤浆的质量煤的制备。20世纪70年代的石油危机,诱发了世分数为510%,粒度为90%的小于40.6μm,低界范围内以煤代油的研究。80年代美、澳、日位热值为15.28MJ/kg,若柴油的热值按45.98法等国投巨资开发超低灰煤、化学煤、精细水煤浆MJ/kg计算,则3t精细水煤浆可以替代1t柴油等技术,目的是以煤炭代替柴油直接用于内燃机、该精细水煤浆的流变曲线为假塑性流体,黏度很燃气轮机或用于燃油炉。低,100s剪切率对应的黏度为225mPa·s,为超净煤的制备分为化学方法和物理方法。有代雾化燃烧创造了很好的条件,不出现硬沉淀的时间表性的化学方法有氢氟酸法、常规酸碱法、熔融碱为1个月左右。沥滤法,这些方法的基本原理都是通过强酸、强碱为了将精细水煤浆应用于中小型燃油锅炉或中溶解煤炭中的无机矿物达到降低煤炭灰分和硫分的央空调,结合精细水煤浆的热值比柴油低的特点,目的,其降灰效果十分明显,但由于成本高、环境开发了专门用于精细水煤浆燃烧的燃烧器。该燃烧污染严重,一直难以工业化。物理方法的基本原理由喷枪和预燃室组成,采用压缩空气雾化精细水是将煤超细粉碎,使煤炭中的无机矿物充分解离,煤浆。雾化的精细水煤浆从预燃室的割线方向喷再用一些特殊的分选方法分选出超净煤,其降灰、入,在切线方向给入一、二次助燃风。因为采用高降硫效果不如化学方法。美国的TSKA公司开发速旋流燃烧方式,燃烧稳定,燃烧热强度与柴油接了用正戊烷作桥联剂的油团聚分选工艺,分选出灰近,高达8.12GJ(m·h),远高于普通水煤浆分低于1%的超纯煤,制备成质量分数为50%的精的燃烧热强度。细水煤浆在通用电气公司内燃机试验获得成功,同由于浆体的灰分特别低,燃尽后少量的飞灰随时也供给通用汽车公司的燃汽轮机使用,美国腈胺烟气排出,在燃烧室中没有积灰和结渣的情况。对公司和 Buthe公司采用化学方法深度脱除煤炭中于烟气排除的少量飞灰,可以采用小型除尘器来脱的灰分,获得灰分质量分数低于1%的超纯煤。不除。该燃烧器的开发,为精细水煤浆代替柴油应用过,上述美国的2种技术制备的精细水煤浆的价格于中小型燃油锅炉和中央空调打下了基础术没有进一步的商业化,而是作为技术储备冬与柴油价格相当,随着当时油价的下跌,美国的由超净煤、水和柴油混合而成的精细油水煤浆还中国煤化工农用柴油机进行了运中国矿业大学(北京)开发的絮团-浮选方行NMHG数为1.25%,挥发法是一种低成本的超净煤物理分选方法。采用分质重门51./%%,固定碳质量分数为该工艺对绝大部分煤种灰分质量分数能降到3%以64.84%,全硫质量分数为0.265%,粒度分布为下,超纯煤的产率在63%以上,对部分煤种灰分90%小于24.5μm,50%小于10.0μm,平均直径第35卷第5期煤炭科学技术2007年5月为12.2μm。油水煤浆中的煤:柴油水比值为28.7为重油、天然气的替代燃料,已经在发电、工业锅53.8:17.5,热值30.72MJ/kg,剪切率100s-对炉、窑炉等领域进入了工业应用。针对普通水煤浆应的黏度为220mPa·s。对该柴油机的供油泵和存在的局限性,中国矿业大学(北京)开发的精喷咀进行改造,另设高压油封解决了油泵和喷咀的细水煤浆已经在小型燃烧器中实现了高强度燃烧,部件磨损和卡死问题。试验室连续试验结果表明并且在一台小型单缸柴油机上进行了运行试验,进在输出功率和转速相同的条件下,燃用油水煤浆的步扩大了水煤浆的代油范围。热效率稍低于柴油,NO的排放量却远低于柴油,参考文献原因是油-水-煤精细浆的燃烧温度低于柴油。燃用柴油时未测出SO2,而燃烧油-水-煤精细浆11黄盛初200年中国煤炭发展报告[M].北京:煤炭工业时,SO2的浓度也不高,原因是制浆煤的硫分很出版社,2007低。可见,普通柴油机稍经改造,就可以稳定地燃[2]朱书全,崔广文.当代世界的矿物加工技术与装备-第十届烧油一水-煤精细浆。选矿年评[M].北京:科学出版社,2006¨[3]黄隆焜,邱卓伟,张传名,等.我国精煤水煤浆生产应用因此,精细水煤浆是结合我国的国情,依托我现状及市场前景分析[J.中国电力,2003(4)国的资源优势,利用煤炭中的最优成分开发的一种4]马玉峰,姜秀民,万启科,等.水煤浆流化一悬浮燃烧技适合城市使用的经济、洁净和可靠的代油燃料,与术在胜利油田的应用[J].热能动力工程,2006(6)普通水煤浆相比具有更广阔的应用前景,使煤代油5]梁兴,何国锋,王秀月,等.水煤浆在工业窑炉中应用现状及发展[J].煤炭科学技术,2006(8)技术向前跨出了一大步,具有更大的应用市场。精[6]曾凡,胡永平.矿物加工颗粒学[M].徐州:中国矿业细水煤浆的制备与应用已经完成了中试,下一步将大学出版社,1995进入工业试验。[7]付晓恒,王祖讷.精细水煤浆的制备与应用技术的研究[J].煤炭学报,2004(2)3结论鉴于我国富煤贫油的国情,开发煤代油技术属作者简介:李安(1958-),女,陕西西安人,高级工程师于我国的基本能源政策。由于水煤浆技术与煤炭的现在煤炭工业合肥设计研究院从事选煤厂设计工作。Tel:0515852139,E-maillaswp(@126.com液化和气化相比,是一种相对简单的物理加工过程,属于一种低能耗、低成本、见效快的煤代油技收稿日期:2007-02-05;贵任编辑:刘军娥术。我国的普通水煤浆技术经过20多年历程,作(上接第91页冲击相对较大4结论参考文献(1)在一定的初始速度下,不同的制动减速1宋伟刚.散状物料带式输送机设计[M].沈阳:东北大学度方式对钢丝绳牵引带式输送机在防倒转制动时动版社,200张力峰值的大小影响较大。可以得出,在防倒转制[2]李光布.带式输送机动力学及设计[M].北京:机械工业出版社,1998动时,阶跃激励对钢丝绳牵引带式输送机的动态冲[3]程耀东,机械振动学[M].杭州:浙江大学出版社,击最大,斜坡激励产生的动态冲击次之,梯形激励产生的动态冲击较小,正弦激励产生的动态冲击最小,即最佳的制动减速度曲线为正弦形式。作者简介:马丽(1962-),女,河南平顶山人,高级工程(2)在同一制动减速度方式下,钢丝绳牵引师中国煤化工科产业中0输护机带式输送机不同位置的动张力峰值相差很大。钢丝CNMHG绳牵引带式输送机中部的动张力峰值明显大于输送机头部和输送机尾部的动张力峰值,即在防倒转制收稿日期:2007-01-15;责任编辑:王宗禹动过程中,钢丝绳牵引带式输送机中部受到的动态100