水煤浆制备技术与燃烧特性

化工进展·314·CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2008年第27卷增刊水煤浆制备技术与燃烧特性白雅琴,徐海平2,李森2,苏海全(呼和浩特职业学院,内蒙古呼和浩特0100:2内蒙古大学化学化工学院,内蒙古呼和浩特010021)摘要:水煤浆是一种应用广泛的煤基液体燃料,用于代替煤炭燃用,具有燃烧效率高、负荷调整便利、减少环境污染、改善劳动条件等特点。对于合理利用能源资源,解决煤炭运输等问题具有重要的意义。介绍了国内、外水煤浆技术发展,重点阐逑了水煤浆制备技术及燃烧特性关键词:水煤浆;制备技术;燃烧特性;煤炭水煤浆是一种煤基的液体燃料,一般是指由较高的成本。对于煤的成浆性,其影响因素很多60%~70%不同粒度分布的低硫煤、30%~40%的但一般认为:煤阶越高,内在水分越少,煤种中氧水和少量化学添加剂制成的混合物,是20世纪70和碳的比值越小,亲水官能团越少,孔隙越不发达,年代世界石油危机中发展起来的石油替代技术。水可磨指数越高煤中所含可溶性高价金属离子越少,煤浆既保持了煤炭原有的物理化学性质,又具有和制浆越容易。石油类似的流动性和稳定性。使煤炭从传统的固体1.1.2颗粒级配技术燃料转化为一种流体燃料。水煤浆中的煤炭不仅有粒度大小的限制,还要水煤浆的应用十分广泛,它可以像油一样管运、求有良好的粒度分布,即希望使不同粒径的煤粒能储存、泵送、雾化和稳定燃烧,其热值相当于燃料够相互填充,减少煤粒之间的空隙,达到较好的堆油的一半,因而可以育接替代燃煤、燃油作为工业积效果。堆积效果越高,由于空隙少就可以减少水锅炉或电站锅炉的直接燃料;水煤浆还是理想的气的消耗量,容易配制高浓度的水煤浆。在制备过程化燃料,产生的煤气可以用于煤化工或联合循环发中,这项技术又称为颗粒级配技术。电;对于特制的精细水煤浆,还可以作为燃气轮机1.13添加剂技术的燃料使用。对于合理利用能源资源,解决煤炭运通常情况下,要使水煤浆能够达到髙浓度高稳输问题,降低污染物排放具有十分重要的意义。水定性燃烧以及良好的流变特性,必须添加一些化学煤浆技术包括水煤浆制备技术、燃烧等关键技术。药剂。一般可以分为分散剂和稳定剂两类。分散剂1水煤浆制备技术是用来促进煤粒在水中均匀分散的化学药剂,通常当煤粉与水混合,煤颗粒之间存在着一种很强的引1.1水煤浆制备的关键技术力,使得煤颗粒成闭、凝结、黏度增髙,流动性变水煤浆制备的关键技术包括煤炭的选择及其成差。分散剂是一种表面活性机剂,可以显著地降低浆性、颗粒级配技术、添加剂技术、磨矿技术和质溶液的表面张力,提高煤粒表面的润湿性。而水煤量控制与检测技术浆稳定剂则是用来改善水煤浆稳定性,以使其在存1.1.1煤炭的选择及其成浆性储和输送期间保持特性均匀的状态。能起到稳定作成浆前必须根据需要选择煤种,如其灰分、硫用的稳定剂有无机盐、高分子有机化合物。目前国分、热值、挥发分及灰熔点等,这对水煤浆能否稳内外研制及筛选出的水煤浆添加剂主要分为以下几定燃烧、燃烧效率及污染排放都有很大的影响。如种类型:阴离子型的水煤浆分散剂和非离子型的水挥发分影响到水煤浆在炉膛中能否稳定着火燃烧。煤浆分散剂。般用于锅炉燃烧时要求制浆用煤的挥发分大于1.4磨矿技术25%,用于炉窑燃烧时要求制浆用煤的挥发分大于V凵中国煤化工产品能达到一定的15%。在煤种选取过程中,成浆性是用来表征其制细CNMHG项技术。目前通浆难易程度的参数,一般不同煤种的成浆性有着很过规俚、躇介对灬同粒级煤的破碎作大的差异。有的煤炭在常规条件下很容易制成高浓用,磨矿过程中粒度减少过程的链锁变化规律,提度的水煤浆,而有的则要求较为复杂的制浆工艺和出了磨介运动的散体理论、有用功耗分层计算法、增刊白雅琴等:水煤浆制备技术与燃烧特性315·配球理论及磨矿矩阵模型。的火焰温度下,水煤浆的燃烧速度比煤粉高,其燃1.1.5质量控制与检测技术烧效率与煤粉燃烧相当,对于大型水煤浆锅炉可以水煤浆的质量指标包含浓度、密度、粒度分布、稳定达到99%以上热值、稳定性(黏度)等。这些指标影响水煤浆在在影响水煤浆燃烧过程的各个因素中,影响最使用、存储和运输过程中的特性,在路线检测这些大也是与普通煤粉炉所不同的是其雾化特性和特殊指标(或部分)是水煤浆制备的关键技术之一的配风要求。水煤浆的雾化效果越好,其浆滴的粒12水煤浆的制备工艺径越小,越容易着火,还能提高燃烧效率。雾化喷目前,国内的水煤浆制备工艺包含“磨机高浓嘴是水煤浆燃烧的关键技术,雾化性能的好坏直接度制浆工艺”、“震动磨煤泥高浓度制浆工艺”、“震影响水煤浆能否顺利着火和燃烧,燃烧效率是否满动磨细粒煤髙浓度制浆工艺”、“中、高浓度两磨机足要求。国内雾化喷嘴主要有3种形式:旋流内混级配制浆工艺”。以选煤厂或矿区煤泥为原料制备水型、型和冲击式多级雾化型,容量为100kg/h~4th煤浆,为我国独创。它既改善了精煤的水分,降低级喷嘴已经实现业化。目前止在开发的新型雾化了制浆电耗和成本,又提高了煤炭资源的利用率和喷嘴具有防堵、不怕磨损的特点,并具有良好的雾煤炭企业的经济效应化与燃烧性能。2水煤浆燃烧特性3水煤浆技术的应用与发展水煤浆燃烧过程一般先通过雾化器将水煤浆雾水煤浆技术主要开发和应用的国家有美国、日化成细小的浆滴,一个浆滴通常包括若干细小的煤本、法国、俄罗斯等。其中,美国是最早研制发展粉颗粒,进入炉膛之后,浆滴受热蒸发,将煤粉颗水煤浆技术的国家之一,在美国著名的麻省理工大粒暴露在炉膛内,然后发生与煤粉炉内煤粒类似的学、宾州东西埃德尔菲大学等单位及美国能源部都燃烧过程,直至燃尽。投入了大量的人力、财力,进行了广泛的水煤浆制对比煤粉炉内煤粒的燃烧,水煤浆燃烧主要有备、输送和燃烧技术的开发硏究。着重开展了基础如下特点。硏究,如超低灰煤浆和内燃机燃用水煤浆的研究(1)由于水煤浆中含有30%~40%的水分,对大型电站锅炉改造、大型燃烧剂的设计、煤浆制水煤浆着火前需要多余的热量蒸发水分,同时因为备、燃烧工程设计也进行了大量的研究并在许多锅水煤浆雾炬的入口速度相当髙,一般为200~300炉和75MW、120Mw电站锅炉进行水煤浆燃烧试m/s,是普通煤粉炉一次风的近10倍,所以尽管水验。所建的包括制浆和管道运输系统黑迈萨煤浆管分蒸发很快,但仍存在0.5~1m的脱火距离,这也道工程,运输距离439km,年输送煤量415M;,几是水煤浆燃烧组织的关键。十年来为莫哈夫电厂的1580MW发电机组提供了(2)虽然水分蒸发会浪费部分热量(3%~上亿吨燃料。4%),但从其后挥发分析出燃烧及焦炭燃烧来看日本于1981年开始研究水煤浆,从1984年起水煤浆的燃娆特性要优于煤粉燃烧。这是閃为水分发展工业制浆、输送和燃烧的研究。在小名滨建成蒸发时,煤粒之间发生结闭形成了多孔性结构,其50万吨/年的水煤浆厂,通过9km管道供给世界应比表面和微孔容积都要比煤粉颗粒大,从而有利于用规模最大的东京勿来4号机组(75MW)268h挥发分的析出,提高焦炭燃烧的速度。锅炉和8号机组(600MwW)1940th锅炉燃用水煤(3)水煤浆的燃烧火焰稳定,但火焰温度低。浆。该锅炉原设计能力为油和煤粉的混烧,加入水水煤浆的雾化燃烧可以使其流动组织更加稳定,而煤浆后,3种燃料混烧比例为50%水煤浆、20%油、能达到良好的稳定着火与燃烧。同时由于水分的存30%煤粉,燃烧效率在98%以上。采用脱氮脱硫装在,使得其火焰温度平均比煤粉火焰温度低100~置,污染物排放水平:SO2为不大于88pm,NO2200℃。不中国煤化工-gm此后,日本4)水煤浆具有与煤粉一样的燃尽水平和燃烧对效率。水煤浆的燃烧效率除了受煤质自身因素影响ACCCNMH还准备计划一个管道运输及应用组外,还与雾化质量、水煤浆水分、受热条件等因素织在一起成为一个独立的系统,进一步提高水煤浆有关。由于前面讲的水分蒸发的影响,即使在较低的利用率。·316·化工进展2008年第27卷法国艾米路希电厂是世界上最成功的煤泥水煤水煤浆厂扩建工程、吉林石化水煤浆厂、辽河油田浆用户,自1990年以来,367加h循环流化床锅炉水煤浆厂、广东南海水煤浆厂和陕西谓北铜川市水带125MW机组)一直燃用煤泥制成的水煤浆,煤浆厂等。桂林钢厂水煤浆代替煤粉燃烧,进行水浓度为67%,低位发电量10.47MJ/kg燃烧效率煤浆、煤粉的经济和环境效应对比,节煤33%,烟俄罗斯198年建成世界规模上最大的水煤浆280320mgm2,N2含量由在98%。尘排放由732降至44mgm3环境和劳动条件得到明制备管输-发电工程,水煤浆生产能力达到500万显改善。此外,燃烧水煤浆工艺性能好。钢材的烧吨/,管输距离260km,管道直径为530mm,损率由18%下降到1.5%。供6×200MW电站机组670th锅炉燃用。我国自1982年从事水煤浆技术研究。国家科中国水煤浆技术的研究起始于20世纪70年代委、计委及煤炭部门先后拨款,共有三十多个单位末,1981年开始进行水煤浆技术的基础研究,由国参加了开发、研究及工程实践的推广应用,目前已家科委攻关局组织进行,1983年1月因家科委将“水取得一些成果,但水煤浆技术面临着进一步优化水煤浆制备与燃烧技术”正式列为国家“六五”攻关煤浆流变特性、物化特性、燃烧特性及提高产品竞项目。其后的20年来,水煤浆在国家科技攻关和技争能力的问题,这同时也为科研工作者提供了广阔术应用研究方面先后取得了数十项国家及省部级研的研究空间。如添加剂的研制开发、浆体的稳定性究成果,其中有二十余项成果得到了工程化应用和测定方面统一的测定和评价标准等等问题。面对我推广国的能源结构、经济发展、环境保护的压力及能源近些年来,我国水煤浆生产能力发展较快,而安全供应的现实,水煤浆技术的发展具有广阔的前且自主设计生产的水平也有了飞速的提高。1998年景,对我国经济发展具有战略意义。以前,我国只有北京水煤浆示范厂、日水煤浆厂枣庄矿物局八一水煤浆厂、株州选煤厂水煤浆车间、参考文献抚顺胜利矿水煤浆厂五家水煤浆制备企业,总设计李五林,胡瑞生,白雅琴煤化工基础队北京化学工业出版能力为65万吨/。其中规模较大的北京水煤浆示社,20062】高晋生,张德祥.煤液化技术M]北京:化学工业出版,2005范厂(25万吨/年)、日水煤浆厂(25万吨/年)为姚强洁净煤技术队n1北京:化学工业出版社,205.引进国外水煤浆制备技术建厂。其后我国扩建或新{俞珠峰.浩净煤技术发展及应用M北京:化学工业出版社,建了一批水煤浆生产线,如将八一水煤浆厂改建成了25万吨年制浆生产线,并拥有了我国自主知识S]当少莲,吴国光杨泽坤.绿色能源要求下的水煤浆行业的发展门煤炭加工与综合利用,2008,2:4547.产权的制备技术。新建了白扬河发电厂自备浆厂6谢克昌.煤利用技术研发现状及发展趋势门煤田地质与勘探,大同汇海水煤浆厂、胜利油田水煤浆厂、广东茂名2004,32:8-17热电厂自备浆厂和北京燕化新东方水煤浆厂等。同⑦段清兵,张贵,何国锋等.神府煤制备高质量水媒浆技术研究时也建起了一些非国有企业的水煤浆制备厂,如大煤炭加工与综合利用,2007,5:28308]王共远,吴国光,李启辉,等水煤浆制备技术的最新进展能同的新源水煤浆厂、河北霸州水煤浆厂等。目前水源技术与管理,2006,2:57-58煤浆厂的数量和总生产能力居世界第一位。更为可⑨91袁善录,戴爱军,制备高浓度水煤浆的影响因素探讨门应用化喜的是这些新建的水煤能厂都是由我国自主设计,工,2007,12:1242-1244.采用我国的制浆技术、设备、添加剂。现在还有一0 GU Tian-ye. WU Guo-guang, LI Qi-hu,. al. Blended coals for批正在建设中的水煤浆厂,如沈阳石蜡水煤浆厂、improved coal water slurries[]. Journal of China University ofMining Technology, 2008, 18: 0050-0054大庆盛泰水煤浆厂、青岛新源水煤浆厂、广东茂名第一作者及联系人简介:白雅琴(1961-),女,副教H中国煤化工与科研。Emaby61@126.comCNMHG