第35卷第5期煤炭科學(xué)技術(shù)2007年5月水煤漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其新進(jìn)展李安(煤炭工業(yè)合肥設(shè)計(jì)研究院,安徽合肥230041)摘要:介紹了我國普通水煤漿的發(fā)展現(xiàn)狀、采用的工藝流程、使用的主要設(shè)備和添加劑,以及普通水煤漿的應(yīng)用領(lǐng)域及其使用效率,分析了普通水煤漿存在的問題,并介紹了國內(nèi)外精細(xì)水煤漿的研制情況,制備工藝、試驗(yàn)結(jié)果及其應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:水煤漿;超凈煤;精細(xì)水煤漿中圖分類號(hào):TQ536文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):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)能源是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),煤炭是我國的主要能源,在未來的相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi),我1普通水煤漿及其技術(shù)現(xiàn)狀國能源以煤炭為主的格局不會(huì)改變,自1990~用普通的洗選精煤制備的水煤漿稱為普通水煤2006年,煤炭在我國能源生產(chǎn)構(gòu)成中的比例已經(jīng)漿,其制漿煤的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%左右,水煤超過75%。漿的平均粒度約為45μm。經(jīng)過“六五”、“七五”2005年,我國能源生產(chǎn)構(gòu)成:原煤76.3%,和“八五”技術(shù)攻關(guān),普通水煤漿已經(jīng)進(jìn)入了商原油12.6%,天然氣3.2%,水電7.9%山。由此業(yè)化階段,截至2005年底,全國水煤漿制漿廠已可見,我國石油資源十分短缺,同年我國石油凈進(jìn)建成20座,總設(shè)計(jì)能力超過500萬ta。正在建設(shè)口量1.36億t,對外依存度達(dá)到42.9%,預(yù)計(jì)到中的還有青島開源熱力公司(50萬ta)、廣東南2010年,國產(chǎn)原油只能滿足需求量的58%,2020海潔能燃料有限公司水煤漿廠(200萬U/a)等。年我國石油對國際市場的依賴程度將達(dá)50%以上。與1999年底統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比,水煤漿廠的數(shù)量增加因此,立足于我國能源資源的特點(diǎn),開發(fā)煤代油技175%,生產(chǎn)能力增加400%。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),術(shù),對于我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和能源安全具有戰(zhàn)略意2003年全國燃燒水煤漿約200萬t,替代燃油100萬t,節(jié)約燃料費(fèi)近6億元(水煤漿是70年代石油危機(jī)中發(fā)展起來的一種水煤漿添加劑是水煤漿中加人的各類化學(xué)品的煤基流體燃料。它是由約70%的煤粉、30%的水總稱,主要包括分散劑和穩(wěn)定劑。目前我國水煤漿和少量化學(xué)添加劑組成的混合體,約2t或2.5t普都使用國產(chǎn)的添加劑,我國生產(chǎn)的添加劑在性能通水煤漿代替1t重油。因水煤漿具有良好的流動(dòng)和價(jià)格上都優(yōu)于國外產(chǎn)品。分散劑有萘磺酸鹽系性和穩(wěn)定性,可以象油一樣實(shí)現(xiàn)全密封儲(chǔ)運(yùn)和高效列、丙烯酸系列、木質(zhì)素系列等,噸漿分散劑的成率的霧化燃燒本為19~30元。穩(wěn)定劑多為無機(jī)鹽、纖維素、聚制漿過程基本上屬于物理過程,工藝簡單,生丙V凵中國煤化工在12-4元。我國產(chǎn)成本低,投資小,屬于一種見效快、節(jié)能和環(huán)保水燈CNMHG京制漿廠和兗日制漿型的較為理想代油燃料。實(shí)際上,水煤漿應(yīng)用領(lǐng)域,幾乎全部采用一磨機(jī)高濃度制漿工藝,其特相當(dāng)廣泛,如許多種類工業(yè)鍋爐、窯爐等,可以實(shí)點(diǎn)是煤炭、分散劑和水一起加入磨機(jī)進(jìn)行高濃度磨現(xiàn)水煤漿替代燃油。礦,磨機(jī)出料再經(jīng)過除渣、攪拌、濾漿、穩(wěn)定性處第35卷第5期煤炭科學(xué)技術(shù)2007年5月理、高剪切均質(zhì)熟化處理等工序,最終獲得成品油/水煤漿兩用的要求,燃油時(shí)能達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行。漿。原則工藝流程如圖1所示。燃水煤漿時(shí),如按鍋爐廠燃煤設(shè)計(jì),也能達(dá)到滿負(fù)荷,如按燃油設(shè)計(jì),一般能達(dá)到80%以上。改造原煤-破的-區(qū)濃度}押槳一成品水煤漿后燃燒效率在90%以上,鍋爐效率在80%以上,水添加劑穩(wěn)定劑雜物排放達(dá)到環(huán)保要求4。但是,工業(yè)鍋爐爐膛較小水煤漿噴槍霧距較長,如果噴咀霧化效果欠佳,制圖1一磨機(jī)高濃度磨礦制漿工藝漿煤的灰熔點(diǎn)又比較低,在爐膛容易出現(xiàn)結(jié)渣,影響水煤漿的穩(wěn)定燃燒該工藝流程簡單,在高濃度下磨介表面可黏附勝利油田針對普通水煤漿在中小型工業(yè)鍋爐中較多的煤漿,有利于研磨作用產(chǎn)生較多的細(xì)粒,改燃燒存在的問題,開發(fā)了一種水煤漿流態(tài)化-懸浮善粒度分布。分散劑直接加入磨機(jī)可在磨礦過程中燃燒技術(shù),該技術(shù)特點(diǎn)是水煤漿不采用霧化懸浮燃很好地及時(shí)與煤顆粒新生表面接觸,提高制漿效燒,而是采用漿滴在流化床中懸浮燃燒,具有燃料果。在良好的工況運(yùn)行時(shí),這種工藝的產(chǎn)品粒度分適應(yīng)性強(qiáng)、啟動(dòng)迅速、高效、低污染等特點(diǎn)。實(shí)踐布可以獲得72%左右的堆積效率。但需要很好地證明,采用該技術(shù),使水煤漿在中小型工業(yè)鍋爐中掌握磨機(jī)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行參數(shù),以免因煤漿濃度過高的燃燒效率達(dá)85%~91%,遠(yuǎn)高于目前燃煤工業(yè)而喪失磨礦功效。此外,由于只有一臺(tái)磨機(jī),對水鍋爐的平均燃燒效率,節(jié)能率達(dá)20%以上。在勝煤漿產(chǎn)品粒度分布的調(diào)整有一定的局限性。其中關(guān)利油田和周邊地區(qū),已有20余臺(tái)鍋爐推廣應(yīng)用。鍵設(shè)備磨機(jī)的規(guī)格有:1.83mx8m,2.4m×8m在冶金、化工、機(jī)械、陶瓷、玻璃、有色金屬或8.5m,9m),3mxl1m(或12m,13m)等行業(yè)存在大量工業(yè)窯爐,每年耗油約2000萬38mx12m。磨機(jī)的生產(chǎn)能力因入料的粒度組成水煤漿曾經(jīng)成功地應(yīng)用于濟(jì)南鋼鐵總廠、廣西桂林煤的可磨性、產(chǎn)品的質(zhì)量要求等因素不同而有較大鋼廠、山東萊蕪鋼廠鍛壓廠,取得較好的效果。其的差別。如大慶水煤漿廠選用2臺(tái)3m×13m的磨中廣西桂林鋼廠的軋鋼廠應(yīng)用普通水煤漿代替原來機(jī),吉化水煤漿廠選用2臺(tái)3 m xll m的磨機(jī),南的煤粉燃料,燃燒效率由70%提高到95%以上海水煤漿廠選用4臺(tái)3.8mx12m的磨機(jī)。爐渣質(zhì)量分?jǐn)?shù)由3.7%降至0.59%,鋼表面氧化皮普通水煤漿用量最大的是電站鍋爐。目前全國平均厚度由2.79mm減少至0.44mm,少損率減少共有4家企業(yè)在電站鍋爐上燃用水煤漿,分別是山63%,煙氣排放都達(dá)到環(huán)保要求。東白楊河電廠、廣東茂名熱電廠、北京燕山石化第目前,水煤漿在工業(yè)窯爐中的應(yīng)用主要集中在三熱電廠、廣東汕頭萬豐熱電廠。這些企業(yè)共有7建材和冶金行業(yè),其中應(yīng)用最廣泛的是陶瓷行業(yè)噴臺(tái)電站鍋爐燃燒水煤漿。除了萬豐熱電廠的一臺(tái)電霧干燥塔中的熱風(fēng)爐,在廣東、福建、河南、山站鍋爐的蒸發(fā)量為176h,其余的蒸發(fā)量均為20東、湖南等地,已有百余家大型陶瓷企業(yè)的200余h。對于具有較大燃燒空間的電站鍋爐,普通水臺(tái)熱風(fēng)爐,由原來燃燒柴油、重油、天然氣、焦?fàn)t煤漿得到了成功的應(yīng)用。白楊河電廠原為煤粉爐,煤氣等改燒水煤漿,每年用水煤漿量超過20萬t,改燒重油,最后改燒水煤漿,采用四角燃燒方式,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。燃燒效率達(dá)98%以上,鍋爐效率90%~91%,灰普通水煤漿由于灰分較高,粒度較粗,限制了渣含碳量穩(wěn)定在8%左右,飛灰含碳量穩(wěn)定在10%其使用范圍。①新建火力電廠不可能采用水煤漿,以內(nèi),SO2和NO,排放低于國家標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)槊悍廴剂铣杀镜陀谒簼{,因此,水煤漿適合水煤漿不僅應(yīng)用于電站鍋爐,還逐漸應(yīng)用于各于現(xiàn)有燃油電廠的改造;②工業(yè)鍋爐由于燃燒空種工業(yè)鍋爐、取暖鍋爐,替代油和天然氣。最早的間較小,雖然在較大型鍋爐上運(yùn)行工況較好,但隨工業(yè)鍋爐改燒水煤漿是北京造紙一廠的20t/h燃著中國煤化工重,經(jīng)常需要人工不油鍋爐和60υh的燃油發(fā)電鍋爐,燃燒效率分別定CNMH灰,影響水煤漿穩(wěn)定為93%~95%和95%-98%,鍋爐效率分別為燃烷,行力是對丁一些用丁買館、超市、寫字樓的80%~82.5%和82%以上。目前正在使用的水煤小型鍋爐或中央空調(diào),因?yàn)橐匀加秃腿細(xì)鉃橹?燃漿工業(yè)鍋爐有五六十臺(tái),這些鍋爐改造后都能達(dá)到燒強(qiáng)度高,爐膛小,因結(jié)渣更不適合使用普通水煤第35卷第5期煤炭科學(xué)技術(shù)2007年5月漿,而且一般都布置于地下室。為一臺(tái)小型鍋爐裝質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以降到1%以下,超純煤的產(chǎn)率可以達(dá)套投資高、體積大的除塵器不經(jīng)濟(jì),也很難布50%以上。該工藝經(jīng)過試驗(yàn)室小試和每小時(shí)200kg置;③大量的工業(yè)窯爐對燃料的灰分十分敏感生產(chǎn)能力的中試,部分煤種的試驗(yàn)結(jié)果見表1高燃料灰分將影響產(chǎn)品的質(zhì)量,如各種金屬熔爐玻璃窯爐、陶瓷窯爐等均不適合使用普通的水煤表1部分煤樣絮團(tuán)一浮選分選超凈煤結(jié)果漿;④普通水煤漿更無法用于內(nèi)燃機(jī),因內(nèi)燃機(jī)精煤灰精煤產(chǎn)尾煤灰料灰中的油泵、噴咀屬于精密部件,噴咀孔也特別細(xì)分/%分/%普通水煤漿粗的粒度和高的灰分將造成磨損、卡死焦作精煤和堵塞。太西精煤0.9548.4020.2910.932精細(xì)水煤漿及其技術(shù)現(xiàn)狀大同精煤l1.40可北東龐煤8.14精細(xì)水煤漿是由灰分特別低的超凈煤制備的水新汶精煤2.34593820.149.57煤漿。其不僅具有普通水煤漿的流動(dòng)性和穩(wěn)定性好密魯煤51.7618.51等優(yōu)點(diǎn),更主要的是其灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%,平均粒度小于10μm,因此可以應(yīng)用于普通水煤漿無法應(yīng)用的場合。制備精細(xì)水煤漿的關(guān)鍵問題是超凈采用上述某種超純煤制備的精細(xì)水煤漿的質(zhì)量煤的制備。20世紀(jì)70年代的石油危機(jī),誘發(fā)了世分?jǐn)?shù)為510%,粒度為90%的小于40.6μm,低界范圍內(nèi)以煤代油的研究。80年代美、澳、日位熱值為15.28MJ/kg,若柴油的熱值按45.98法等國投巨資開發(fā)超低灰煤、化學(xué)煤、精細(xì)水煤漿MJ/kg計(jì)算,則3t精細(xì)水煤漿可以替代1t柴油等技術(shù),目的是以煤炭代替柴油直接用于內(nèi)燃機(jī)、該精細(xì)水煤漿的流變曲線為假塑性流體,黏度很燃?xì)廨啓C(jī)或用于燃油爐。低,100s剪切率對應(yīng)的黏度為225mPa·s,為超凈煤的制備分為化學(xué)方法和物理方法。有代霧化燃燒創(chuàng)造了很好的條件,不出現(xiàn)硬沉淀的時(shí)間表性的化學(xué)方法有氫氟酸法、常規(guī)酸堿法、熔融堿為1個(gè)月左右。瀝濾法,這些方法的基本原理都是通過強(qiáng)酸、強(qiáng)堿為了將精細(xì)水煤漿應(yīng)用于中小型燃油鍋爐或中溶解煤炭中的無機(jī)礦物達(dá)到降低煤炭灰分和硫分的央空調(diào),結(jié)合精細(xì)水煤漿的熱值比柴油低的特點(diǎn),目的,其降灰效果十分明顯,但由于成本高、環(huán)境開發(fā)了專門用于精細(xì)水煤漿燃燒的燃燒器。該燃燒污染嚴(yán)重,一直難以工業(yè)化。物理方法的基本原理由噴槍和預(yù)燃室組成,采用壓縮空氣霧化精細(xì)水是將煤超細(xì)粉碎,使煤炭中的無機(jī)礦物充分解離,煤漿。霧化的精細(xì)水煤漿從預(yù)燃室的割線方向噴再用一些特殊的分選方法分選出超凈煤,其降灰、入,在切線方向給入一、二次助燃風(fēng)。因?yàn)椴捎酶呓盗蛐Ч蝗缁瘜W(xué)方法。美國的TSKA公司開發(fā)速旋流燃燒方式,燃燒穩(wěn)定,燃燒熱強(qiáng)度與柴油接了用正戊烷作橋聯(lián)劑的油團(tuán)聚分選工藝,分選出灰近,高達(dá)8.12GJ(m·h),遠(yuǎn)高于普通水煤漿分低于1%的超純煤,制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的精的燃燒熱強(qiáng)度。細(xì)水煤漿在通用電氣公司內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)獲得成功,同由于漿體的灰分特別低,燃盡后少量的飛灰隨時(shí)也供給通用汽車公司的燃汽輪機(jī)使用,美國腈胺煙氣排出,在燃燒室中沒有積灰和結(jié)渣的情況。對公司和 Buthe公司采用化學(xué)方法深度脫除煤炭中于煙氣排除的少量飛灰,可以采用小型除塵器來脫的灰分,獲得灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1%的超純煤。不除。該燃燒器的開發(fā),為精細(xì)水煤漿代替柴油應(yīng)用過,上述美國的2種技術(shù)制備的精細(xì)水煤漿的價(jià)格于中小型燃油鍋爐和中央空調(diào)打下了基礎(chǔ)術(shù)沒有進(jìn)一步的商業(yè)化,而是作為技術(shù)儲(chǔ)備冬與柴油價(jià)格相當(dāng),隨著當(dāng)時(shí)油價(jià)的下跌,美國的由超凈煤、水和柴油混合而成的精細(xì)油水煤漿還中國煤化工農(nóng)用柴油機(jī)進(jìn)行了運(yùn)中國礦業(yè)大學(xué)(北京)開發(fā)的絮團(tuán)-浮選方行NMHG數(shù)為1.25%,揮發(fā)法是一種低成本的超凈煤物理分選方法。采用分質(zhì)重門51./%%,固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為該工藝對絕大部分煤種灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)能降到3%以64.84%,全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.265%,粒度分布為下,超純煤的產(chǎn)率在63%以上,對部分煤種灰分90%小于24.5μm,50%小于10.0μm,平均直徑第35卷第5期煤炭科學(xué)技術(shù)2007年5月為12.2μm。油水煤漿中的煤:柴油水比值為28.7為重油、天然氣的替代燃料,已經(jīng)在發(fā)電、工業(yè)鍋53.8:17.5,熱值30.72MJ/kg,剪切率100s-對爐、窯爐等領(lǐng)域進(jìn)入了工業(yè)應(yīng)用。針對普通水煤漿應(yīng)的黏度為220mPa·s。對該柴油機(jī)的供油泵和存在的局限性,中國礦業(yè)大學(xué)(北京)開發(fā)的精噴咀進(jìn)行改造,另設(shè)高壓油封解決了油泵和噴咀的細(xì)水煤漿已經(jīng)在小型燃燒器中實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度燃燒,部件磨損和卡死問題。試驗(yàn)室連續(xù)試驗(yàn)結(jié)果表明并且在一臺(tái)小型單缸柴油機(jī)上進(jìn)行了運(yùn)行試驗(yàn),進(jìn)在輸出功率和轉(zhuǎn)速相同的條件下,燃用油水煤漿的步擴(kuò)大了水煤漿的代油范圍。熱效率稍低于柴油,NO的排放量卻遠(yuǎn)低于柴油,參考文獻(xiàn)原因是油-水-煤精細(xì)漿的燃燒溫度低于柴油。燃用柴油時(shí)未測出SO2,而燃燒油-水-煤精細(xì)漿11黃盛初200年中國煤炭發(fā)展報(bào)告[M].北京:煤炭工業(yè)時(shí),SO2的濃度也不高,原因是制漿煤的硫分很出版社,2007低。可見,普通柴油機(jī)稍經(jīng)改造,就可以穩(wěn)定地燃[2]朱書全,崔廣文.當(dāng)代世界的礦物加工技術(shù)與裝備-第十屆燒油一水-煤精細(xì)漿。選礦年評(píng)[M].北京:科學(xué)出版社,2006¨[3]黃隆焜,邱卓偉,張傳名,等.我國精煤水煤漿生產(chǎn)應(yīng)用因此,精細(xì)水煤漿是結(jié)合我國的國情,依托我現(xiàn)狀及市場前景分析[J.中國電力,2003(4)國的資源優(yōu)勢,利用煤炭中的最優(yōu)成分開發(fā)的一種4]馬玉峰,姜秀民,萬啟科,等.水煤漿流化一懸浮燃燒技適合城市使用的經(jīng)濟(jì)、潔凈和可靠的代油燃料,與術(shù)在勝利油田的應(yīng)用[J].熱能動(dòng)力工程,2006(6)普通水煤漿相比具有更廣闊的應(yīng)用前景,使煤代油5]梁興,何國鋒,王秀月,等.水煤漿在工業(yè)窯爐中應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2006(8)技術(shù)向前跨出了一大步,具有更大的應(yīng)用市場。精[6]曾凡,胡永平.礦物加工顆粒學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)細(xì)水煤漿的制備與應(yīng)用已經(jīng)完成了中試,下一步將大學(xué)出版社,1995進(jìn)入工業(yè)試驗(yàn)。[7]付曉恒,王祖訥.精細(xì)水煤漿的制備與應(yīng)用技術(shù)的研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2004(2)3結(jié)論鑒于我國富煤貧油的國情,開發(fā)煤代油技術(shù)屬作者簡介:李安(1958-),女,陜西西安人,高級(jí)工程師于我國的基本能源政策。由于水煤漿技術(shù)與煤炭的現(xiàn)在煤炭工業(yè)合肥設(shè)計(jì)研究院從事選煤廠設(shè)計(jì)工作。Tel:0515852139,E-maillaswp(@126.com液化和氣化相比,是一種相對簡單的物理加工過程,屬于一種低能耗、低成本、見效快的煤代油技收稿日期:2007-02-05;貴任編輯:劉軍娥術(shù)。我國的普通水煤漿技術(shù)經(jīng)過20多年歷程,作(上接第91頁沖擊相對較大4結(jié)論參考文獻(xiàn)(1)在一定的初始速度下,不同的制動(dòng)減速1宋偉剛.散狀物料帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)[M].沈陽:東北大學(xué)度方式對鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)在防倒轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)動(dòng)版社,200張力峰值的大小影響較大?？梢缘贸?在防倒轉(zhuǎn)制[2]李光布.帶式輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)及設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998動(dòng)時(shí),階躍激勵(lì)對鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)沖[3]程耀東,機(jī)械振動(dòng)學(xué)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,擊最大,斜坡激勵(lì)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)沖擊次之,梯形激勵(lì)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)沖擊較小,正弦激勵(lì)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)沖擊最小,即最佳的制動(dòng)減速度曲線為正弦形式。作者簡介:馬麗(1962-),女,河南平頂山人,高級(jí)工程(2)在同一制動(dòng)減速度方式下,鋼絲繩牽引師中國煤化工科產(chǎn)業(yè)中0輸護(hù)機(jī)帶式輸送機(jī)不同位置的動(dòng)張力峰值相差很大。鋼絲CNMHG繩牽引帶式輸送機(jī)中部的動(dòng)張力峰值明顯大于輸送機(jī)頭部和輸送機(jī)尾部的動(dòng)張力峰值,即在防倒轉(zhuǎn)制收稿日期:2007-01-15;責(zé)任編輯:王宗禹動(dòng)過程中,鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)中部受到的動(dòng)態(tài)100