化工進展314·CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2008年第27卷增刊水煤漿制備技術(shù)與燃燒特性白雅琴,徐海平2,李森2,蘇海全(呼和浩特職業(yè)學院,內(nèi)蒙古呼和浩特010050;2內(nèi)蒙古大學化學化工學院,內(nèi)蒙古呼和浩特010021)搐要:水煤漿是一種應用廣泛的煤基液體燃料,用于代替煤炭燃用,具有燃燒效率高、負荷調(diào)整便利、減少環(huán)境污染、改善勞動條件等特點對于合理利用能源資源,解決煤炭運輸?shù)葐栴}具有重要的意義。介紹了國內(nèi)、外水煤漿技術(shù)發(fā)展,重點闡逑了水煤漿制備技術(shù)及燃燒特性關(guān)鍵詞:水煤漿;制備技術(shù);燃燒特性;煤炭水煤漿是一種煤基的液體燃料,一般是指由較高的成本。對于煤的成漿性,其影響因素很多60%~70%不同粒度分布的低硫煤、30%~40%的但一般認為:煤階越高,內(nèi)在水分越少,煤種中氧水和少量化學添加劑制成的混合物,是20世紀70和碳的比值越小,親水官能團越少,孔隙越不發(fā)達,年代世界石油危機中發(fā)展起來的石油替代技術(shù)。水可磨指數(shù)越高煤中所含可溶性高價金屬離子越少,煤漿既保持了煤炭原有的物理化學性質(zhì),又具有和制漿越容易。石油類似的流動性和穩(wěn)定性。使煤炭從傳統(tǒng)的固體1.1.2顆粒級配技術(shù)燃料轉(zhuǎn)化為一種流體燃料。水煤漿中的煤炭不僅有粒度大小的限制,還要水煤漿的應用十分廣泛,它可以像油一樣管運、求有良好的粒度分布,即希望使不同粒徑的煤粒能儲存、泵送、霧化和穩(wěn)定燃燒,其熱值桕當于燃料夠相互填充,減少煤粒之間的空隙,達到較好的堆油的一半,因而可以直接替代燃煤、燃油作為工業(yè)積效果。堆積效果越高,由于空隙少就可以減少水鍋爐或電站鍋爐的直接燃料;水煤漿還是理想的氣的消耗量,容易配制高濃度的水煤漿。在制備過程化燃料,產(chǎn)生的煤氣可以用于煤化工或聯(lián)合循環(huán)發(fā)中,這項技術(shù)又稱為顆粒級配技術(shù)電;對于特制的精細水煤漿,還可以作為燃氣輪機1.3添加劑技術(shù)的燃料使用。對于合理利用能源資源,解決煤炭運通常情況下,要使水煤漿能夠達到高濃度高穩(wěn)輸問題,降低污染物排放具有十分重要的意義。水定性燃燒以及良好的流變特性,必須添加一些化學煤漿技術(shù)包括水煤漿制備技術(shù)、燃燒等關(guān)鍵技術(shù)。藥劑。一般可以分為分散劑和穩(wěn)定劑兩類。分散劑1水煤漿制備技術(shù)是用來促進煤粒在水中均勻分散的化學藥劑,通常當煤粉與水混合,煤顆粒之間存在著一種很強的引11水煤漿制備的關(guān)鍵技術(shù)力,使得煤顆粒成閉、凝結(jié)、黏度增高,流動性變水煤漿制備的關(guān)鍵技術(shù)包括煤炭的選擇及其成差。分散劑是一種表面活性機劑,可以顯著地降低漿性、顆粒級配技術(shù)、添加劑技術(shù)、磨礦技術(shù)和質(zhì)溶液的表面張力,提高煤粒表面的潤濕性。而水煤量控制與檢測技術(shù)。漿穩(wěn)定劑則是用來改善水煤漿穩(wěn)定性,以使其在存11.1煤炭的選擇及其成漿性儲和輸送期間保持特性均勻的狀態(tài)。能起到穩(wěn)定作成漿前必須根據(jù)需要選擇煤種,如其灰分、硫用的穩(wěn)定劑有無機鹽、高分子有機化合物。目前國分、熱值、揮發(fā)分及灰熔點等,這對水煤漿能否穩(wěn)內(nèi)外研制及篩選出的水煤漿添加劑主要分為以下幾定燃燒、燃燒效率及污染排放都有很大的影響。如種類型:陰離子型的水煤漿分散劑和非離子型的水揮發(fā)分影響到水煤漿在爐膛中能否穩(wěn)定著火燃燒。煤漿分散劑般用于鍋爐燃燒時要求制漿用煤的揮發(fā)分大于1.14磨礦技術(shù)25%,用于爐窯燃燒時要求制漿用煤的揮發(fā)分大于磨礦技術(shù)是指通過磨機使其產(chǎn)品能達到一定的15%。在煤種選取過程中,成漿性是用來表征其制細度,又具有較髙的堆積效率的一項技術(shù)。目前通漿難易程度的參數(shù),一般不同煤種的成漿性有著很過研究磨介運動規(guī)律、磨介對不同粒級煤的破碎作大的差異。有的煤炭在常規(guī)條件下很容易制成高濃用,磨礦過程中粒度減少過程的鏈鎖變化規(guī)律,提度的水煤漿,而有的則要求較為復雜的制漿工藝和出了磨介運動的散體理論、有用功耗分層計算法、增刊白雅琴等:水煤漿制備技術(shù)與燃燒特性315·配球理論及磨礦矩陣模型。的火焰溫度下,水煤漿的燃燒速度比煤粉高,其燃1.1.5質(zhì)量控制與檢測技術(shù)燒效率與煤粉燃燒相當,對于大型水煤漿鍋爐可以水煤漿的質(zhì)量指標包含濃度、密度、粒度分布、穩(wěn)定達到99%以上。熱值、穩(wěn)定性(黏度)等。這些指標影響水煤漿在在影響水煤漿燃燒過程的各個因素中,影響最使用、存儲和運輸過程中的特性,在路線檢測這些大也是與普通煤粉爐所不同的是其霧化特性和特殊指標(或部分)是水煤漿制備的關(guān)鍵技術(shù)之的配風要求。水煤漿的霧化效果越好,其漿滴的粒12水煤漿的制備工藝徑越小,越容易著火,還能提高燃燒效率。霧化噴目前,國內(nèi)的水煤漿制備工藝包含“磨機高濃嘴是水煤漿燃燒的關(guān)鍵技術(shù),霧化性能的好壞直接度制漿工藝”、“震動磨煤泥高濃度制漿工藝”、“震影響水煤漿能否順利著火和燃燒,燃燒效率是否滿動磨細粒煤髙濃度制漿工藝”、“中、高濃度兩磨機足要求。國內(nèi)霧化噴嘴主要有3種形式:旋流內(nèi)混級配制漿工藝”以選煤廠或礦區(qū)煤泥為原料制備水型、型和沖擊式多級霧化型,容量為100kg/h~4th煤漿,為我國獨創(chuàng)。它既改善了精煤的水分,降低級噴嘴已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化。目前止在開發(fā)的新型霧化了制漿電耗和成本,又提高了煤炭資源的利用率和噴嘴具有防堵、不怕磨損的特點,并具有良好的霧煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效應化與燃燒性能。2水煤漿燃燒特性3水煤漿技術(shù)的應用與發(fā)展水煤漿燃燒過程一般先通過霧化器將水煤漿霧水煤漿技術(shù)主要開發(fā)和應用的國家有美國化成細小的漿滴,一個漿滴通常包括若干細小的煤本、法國、俄羅斯等。其中,美國是最早研制發(fā)展粉顆粒,進入爐膛之后,漿滴受熱蒸發(fā),將煤粉顆水煤漿技術(shù)的國家之一,在美國著名的麻省理工大粒暴露在爐膛內(nèi),然后發(fā)生與煤粉爐內(nèi)煤粒類似的學、賓州東西埃德爾菲大學等單位及美國能源部都燃燒過程,直至燃盡。投入了大量的人力、財力,進行了廣泛的水煤漿制對比煤粉爐內(nèi)煤粒的燃燒,水煤漿燃燒主要有備、輸送和燃燒技術(shù)的開發(fā)研究。著重開展了基礎(chǔ)如下特點。研究,如超低灰煤漿和內(nèi)燃機燃用水煤漿的研究1)由于水煤漿中含有30%~40%的水分,對大型電站鍋爐改造、大型燃燒劑的設(shè)計、煤漿制水煤漿著火前需要多余的熱量蒸發(fā)水分,同時因為備、燃燒工程設(shè)計也進行了大量的研究并在許多鍋水煤漿霧炬的入口速度相當髙,一般為200~300爐和75MW、120MW電站鍋爐進行水煤漿燃燒試s,是普通煤粉爐一次風的近10倍,所以盡管水驗。所建的包括制漿和管道運輸系統(tǒng)黑邁薩煤漿管分蒸發(fā)很快,但仍存在0.5~1m的脫火距離,這也道工程,運輸距離439km,年輸送煤量415M,幾是水煤漿燃燒組織的關(guān)鍵。十年來為莫哈夫電廠的1580MW發(fā)電機組提供了(2)雖然水分蒸發(fā)會浪費部分熱量(3%~上億噸燃料。4%),但從其后揮發(fā)分析出燃燒及焦炭燃燒來看,日本于1981年開始研究水煤漿,從1984年起水煤漿的燃燒特性要優(yōu)于煤粉燃燒。這是因為水分發(fā)展工業(yè)制漿、輸送和燃燒的研究。在小名濱建成蒸發(fā)時,煤粒之間發(fā)生結(jié)閉形成了多孔性結(jié)構(gòu),其50萬噸/的水煤漿廠,通過9km管道供給世界應比表面和微孔容積都要比煤粉顆粒大,從而有利于用規(guī)模最大的東京勿來4號機組(75MW)268th揮發(fā)分的析出,提高焦炭燃燒的速度鍋爐和8號機組(600MW)1940加h鍋爐燃用水煤(3)水煤漿的燃燒火焰穩(wěn)定,但火焰溫度低。漿。該鍋爐原設(shè)計能力為油和煤粉的混燒,加入水水煤漿的霧化燃燒可以使其流動組織更加穩(wěn)定,而煤漿后,3種燃料混燒比例為50%水煤漿、20%油、能達到良好的穩(wěn)定著火與燃燒。同時由于水分的存30%煤粉,燃燒效率在98%以上。采用脫氮脫硫裝在,使得其火焰溫度平均比煤粉火焰溫度低100~置,污染物排放水平:SO2為不大于88pm,NO2200℃。不大于60ppm,粉塵不大于50mgm3。此后,日本(4)水煤漿具有與煤粉一樣的燃盡水平和燃燒對水煤漿的研究τ作并未中斷,還準備計劃一個效率。水煤漿的燃燒效率除了受煤質(zhì)自身因素影響ACC工程,把水力釆煤、制漿、管道運輸及應用組外,還與霧化質(zhì)量、水煤漿水分、受熱條件等因素織在一起成為一個獨立的系統(tǒng),進一步提高水煤漿有關(guān)。由于前面講的水分蒸發(fā)的影響,即使在較低的利用率316·化工進展2008年第27卷法國艾米路希電廠是世界上最成功的煤泥水煤水煤漿廠擴建工程、吉林石化水煤漿廠、遼河油田漿用戶,自1990年以來,367如h循環(huán)流化床鍋爐水煤漿廠、廣東南海水煤漿廠和陜西謂北銅川市水帶125Mw機組)一直燃用煤泥制成的水煤漿,煤漿廠等。桂林鋼廠水煤漿代替煤粉燃燒,進行水濃度為67%,低位發(fā)電量⑩047MJ№kg燃燒效率煤漿、煤粉的經(jīng)濟和環(huán)境效應對比,節(jié)煤3%,煙在98%塵排放由732mg/m3降至240mgm3,NO2含量由俄羅斯1988年建成世界規(guī)模上最大的水煤漿280.8mgm3降至44mgm3環(huán)境和勞動條件得到明制備管輸-發(fā)電工程,水煤漿生產(chǎn)能力達到500萬顯改善。此外,燃燒水煤漿工藝性能好。鋼材的燒噸/,管輸距離260km,管道直徑為530mm,可損率由1.8%下降到15%供6×200MW電站機組670th鍋爐燃用。我國自1982年從事水煤漿技術(shù)研究。國家科中國水煤漿技術(shù)的研究起始于20世紀70年代委、計委及煤炭部門先后撥款,共有三十多個單位末,1981年開始進行水煤漿技術(shù)的基礎(chǔ)研究,由國參加了開發(fā)、研究及工程實踐的推廣應用,目前已家科委攻關(guān)局組織進行,1983年1月國家科委將“水取得一些成果,但水煤漿技術(shù)面臨著進一步優(yōu)化水煤漿制備與燃燒技術(shù)”正式列為國家“六五”攻關(guān)煤漿流變特性、物化特性、燃燒特性及提高產(chǎn)品競項目。其后的20年來,水煤漿在國家科技攻關(guān)和技爭能力的問題,這同時也為科研工作者提供了廣闊術(shù)應用研究方面先后取得了數(shù)十項國家及省部級研的研究空間。如添加劑的研制開發(fā)、漿體的穩(wěn)定性究成果,其中有二十余項成果得到了工程化應用和測定方面統(tǒng)一的測定和評價標準等等問題。面對我推廣國的能源結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境保護的壓力及能源近些年來,我國水煤漿生產(chǎn)能力發(fā)展較快,而安全供應的現(xiàn)實,水煤漿技術(shù)的發(fā)展具有廣闊的前且自主設(shè)計生產(chǎn)的水平也有了飛速的提高。1998年景,對我國經(jīng)濟發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。以前,我國只有北京水煤漿示范廠、日水煤漿廠、參考文獻棗莊礦物局八一水煤漿廠、株州選煤廠水煤漿車間、撫順勝利礦水煤漿廠五家水煤漿制備企業(yè),總設(shè)計李玉林,胡瑞生,白雅琴媒化工基礎(chǔ),北京:化學工業(yè)出版能力為65萬噸/年。其中規(guī)模較大的北京水煤漿示張德祥.煤液化技術(shù)M]北京:化學工業(yè)出版,2005范廠(25萬噸/年)、日水煤漿廠(25萬噸)為凈煤技術(shù)M北京:化學工業(yè)出版社,2005引進國外水煤漿制備技術(shù)建廠。其后我國擴建或新{4潔凈煤技術(shù)發(fā)展及應用M]北京:化學工業(yè)出版社建了一批水煤漿生產(chǎn)線,如將八一水煤漿廠改建成了25萬噸庫制漿生產(chǎn)線,并擁有了我國自主知識吳國光,楊澤坤綠色能源要求下的水煤漿行業(yè)的發(fā)展門工與綜合利用,2008,2:4547產(chǎn)權(quán)的制備技術(shù)。新建了白揚河發(fā)電廠自備漿廠6謝克昌.煤利用技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢門煤田地質(zhì)與勘探,大同匯海水煤漿廠、勝利油田水煤漿廠、廣東茂名2004,32:8-17熱電廠自備漿廠和北京燕化新東方水煤漿廠等。同⑦段清兵,張貴,何國,等神府煤制備高質(zhì)量水媒漿技術(shù)研究四時也建起了一些非國有企業(yè)的水煤漿制備廠,如大煤炭加工與綜合利用,2007,5:2830同的新源水煤漿廠、河北霸州水煤漿廠等。目前水8]王共遠,吳國光,李啟輝,等水煤漿制備技術(shù)的最新進展門能源技術(shù)與管理,2006,2:57-58煤漿廠的數(shù)量和總生產(chǎn)能力居世界第一位。更為可陰1袁普錄,戴愛軍制備高濃度水煤漿的影響因素探討應用化喜的是這些新建的水煤能廠都是由我國自主設(shè)計,工,2007,12:12421244.采用我國的制漿技術(shù)、設(shè)備、添加劑?，F(xiàn)在還有10] GU Tian-ye, WU Guo-guang, LI Qi-hu, et al. Blended coals for批正在建設(shè)中的水煤漿廠,如沈陽石蠟水煤漿廠improved coal water slurries[J]. Journal of China University ofMining Technology, 2008, 18: 0050-00S4大慶盛泰水煤漿廠、青島新源水煤漿廠、廣東茂名第一作者及聯(lián)系人簡介:白雅琴(1961—),女,副教授,研究方向為煤化工教學與科研。E-mabyq6l@126com。