第32卷第5期煤炭科學技術004年5月水煤漿的能源優(yōu)勢及應用前景馮武軍,王恒,趙立合,李棟,陳燕(北京科技大學熱能工程系,北京100083)摘要:從資源、技術、環(huán)保、經(jīng)濟性以及可適用領域5個方面,論述了新型煤基潔凈燃料水煤漿的能源優(yōu)勢,并分析了水煤漿可能最先得到推廣應用的領域。實踐證明,水煤漿技術是實現(xiàn)中國能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要途徑之關鍵詞:水煤漿;能源優(yōu)勢;可持續(xù)發(fā)展中圖分類號:TK01.9文獻標識碼:A文章編號:0253-2336(2004)05-0070-0Energy advantage and applied outlook of coal water mixtureFENG Wu-jun, WANG Heng, ZHAO Li-he, LI Dong, CHEn YanDepartment of Thermal Engineering, Beying University of Science and Technology, Beiing 100083, China)Abstract: From the resources, technology, environment protection, economic and other applied five areas, the paper stated the energyadvantages of the new coal base clean combustion fuel coal water mixture. The paper analyzed that coal water mixture would be the first ar-ea to be applied. The practices showed that coal water mixture technology is one of the important accesses to the sustainable developmentstrategy of China energyKey words: coal water mixture; energy advantages; sustainable developm1水煤漿的資源優(yōu)勢11.6%。在中國,煤炭是長期可依賴的能源,在能源資源結構中占有重要地位。煤炭主要是自產自(1)2000年中國一次能源生產量達到19億t銷,參與國際能源市場流通的量不大,受國際能源標準煤,其中煤炭占66%,占世界可采儲量的場不穩(wěn)定因素的影響很小,價格相對穩(wěn)定100·。00s0既有三產品也有兩產品;既有有壓給料也有無壓給煤廠就能生產什么產品。市場對煤炭的品種和質量料;既有選前脫泥也有不脫泥全重介;既有大直徑要求愈來愈嚴,選煤廠為提高市場應變能力,實現(xiàn)也有小直徑,等等。眾多的先進選煤工藝為選煤廠經(jīng)濟效益最優(yōu)化、產品結構多樣化是必然趨勢。和設計部門提供了選擇空間,用戶可根據(jù)入選物料性質、市場需求及資本情況,以某種既定目標為約4結語束條件,在先進工藝中選擇并集成。無論是新建還國家宏觀政策的鼓勵,市場的引導,企業(yè)創(chuàng)新是老廠改造;無論是排矸還是動力煤提質;無論是能力的提高,國外技術的融入,國家資助力度的加脫硫還是降灰;無論是深度加工還是選超低灰分精大,從不同層面推進了選煤技術的快速發(fā)展。選煤煤;無論是脫水還是煤泥的資源化利用,都能找到在裝備、工藝、材料、自動化等領域的最新研究成實用工藝。近年來,模塊化選煤廠也受到選煤界的果為煤炭的清潔生產奠定了堅實的基礎,為全國關注,它具有廠房模塊化、工藝系統(tǒng)集成化、操作1700多座選煤廠的技改和將要建設選煤廠的企業(yè)自動化、建設速度快、工藝技術指標高等特點。從主提供了有力技術保障。選煤作為潔凈煤技術的源1997年至今,就建成了10座模塊式選煤廠,總設頭,必將為煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻。計能力超過25M/a。(5)選煤廠產品結構多樣化。隨著市場經(jīng)濟作者筒介:陳建中(1957-),男,江蘇揚州人,教授,現(xiàn)在的深入發(fā)展,競爭愈加激烈,煤炭企業(yè)要在激烈的中國礦業(yè)大學化工學院從事選煤工藝與設備的研究與教學工作。市場竟爭中站穩(wěn)腳跟,多占市場份額,就必須進行中國煤化工煤炭產品結構優(yōu)化、調整,市場需要什么產品,選8;責任編輯:劉軍娥CNMHG第32卷第5期煤炭科學技術004年5月(2)水煤漿應有較高的揮發(fā)分和熱值,以便易藝相結合,節(jié)省投資。一般水煤漿制備工藝采用濕于著火和有較髙的燃燒溫度。對于一般固態(tài)排渣燃磨,具有安全性好、工藝簡單、環(huán)境清潔、無粉塵燒,灰熔點在1300℃以上的煤均可應用,大多數(shù)污染等優(yōu)點煙煤適合制備水煤漿。為制取高濃度煤漿,張榮(3)水煤漿具有良好的穩(wěn)定性和流變性能,其曾等專家對20種中國煤炭進行了成漿性實驗研儲存、運輸十分方便,除公路、鐵路及水運之外究,發(fā)現(xiàn)可磨性指數(shù)HGI和空氣干燥基水分的影還可采用管道長距離運輸。響最大,而煤的孔隙度、揮發(fā)分、灰分等因素都與4)水煤漿燃燒系統(tǒng)與燃油一樣,為噴霧燃這2個因素有關?？赡バ灾笖?shù)越高,越易制取高濃燒,但煤漿系統(tǒng)不需要蒸汽加熱。北京科技大學開度煤漿,而空氣干燥基水分則反之發(fā)的水煤漿燃燒器結構簡單,體積小。在煤漿和霧(3)新型煤基潔凈燃料——水煤漿的燃燒技術化空氣壓力均為250~350kPa、氣耗率為0.2、助是實現(xiàn)中國能源可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一,水煤燃空氣壓力為1.5~2.0kPa的操作條件下,即可漿替代石油有著戰(zhàn)略意義。進行穩(wěn)定高效的燃燒。其火焰容易控制,溫度調節(jié)2水煤漿的技術優(yōu)勢方便,燃燒效率高。該燃燒器目前廣泛應用于各種工業(yè)爐窯和中小型工業(yè)鍋爐上。(1)水煤漿制備工藝簡單,與煤氣化、液化工5)由于水煤漿含有35%的水,它的著火是藝相比,水煤漿的制備工藝是最簡單可行的。目前否困難,燃燒后煙氣中是否含有大量水蒸氣,其燃常采用溢流式長徑比球磨機一段濕法磨礦工藝,該燒火焰溫度能否滿足一般工業(yè)鍋爐、爐窯的要求工藝具有設備簡單、經(jīng)濟性好、利用率高等優(yōu)點針對這些問題,對不同濃度水煤漿的燃燒性能進行(2)水煤漿的制備工藝形式多樣,可與選煤工計算,結果見表1和表2。表1水對水煤漿燃燒性能的影響水煤漿濃度/%6560水分蒸發(fā)熱占著火熱比例/%51.79水煤漿低位發(fā)熱量/MJ·kg123.522.08水分導致熱損失/%理論燃燒沮度/℃1860184017821758煙氣中水蒸氣含量/%9,5610.6713.2814.91注:*大同煙煤,d=1mm,爐溫1150℃,著火溫度520℃;**按一般工業(yè)鍋爐排煙溫度為150℃計算衰2各種典型燃料的燃燒溫度及煙氣中水蒸氣含量對比濃度為65%的水煤漿大港油田天然氣21大慶油田天然氣(21理論燃燒溫度/℃2042水蒸氣含量/%11.8911.5418.68從表1中可以看出,水對水煤漿的著火影響較系數(shù)為0.75的工業(yè)爐,其爐溫可達1355℃,爐溫大,如濃度為65%的水煤漿水分蒸發(fā)熱占著火熱系數(shù)為0.7時,爐溫可達1265℃。若采用預熱空的56.49%,從而導致著火熱增加,著火延遲。但氣助燃,爐溫還可以更高,完全可以滿足絕大多數(shù)水對水煤漿整個燃燒特性的影響并不是很大,如濃工業(yè)爐窯加熱工藝對爐溫的要求。濃度為65%的度為65%的水煤漿,水分導致實際熱損失僅為常規(guī)商品水煤漿,燃燒煙氣中的水蒸氣含量為4.86%,燃燒溫度為1806℃,比制漿煤的燃燒溫中國煤化工低于天然氣的。其度僅低170℃。即使在冷風助燃條件下,對于爐溫原CNMHG氣的貢獻遠大于燃第32卷第5期煤炭科學技術2004年5月料中的水,水煤漿的含水量雖高,但氫含量卻遠低除塵處理后,即可以滿足一般地區(qū)的環(huán)保要求。若于重油及天然氣的。從燃燒過程動力學的角度分經(jīng)水膜除塵、靜電除塵或布袋除塵就可以滿足高標析,水分蒸發(fā)使?jié){滴形成多孔性結構,有利于揮發(fā)準環(huán)保排放標準。水煤漿的硫含量低于0.4%,而分析出。水煤漿揮發(fā)分的析出速度比煤粉的快,析重油的硫含量為1.0%~2.5%,水煤漿燃燒后二出溫度也低。因此水煤漿的著火溫度比煤的著火溫氧化硫的排放濃度低于重油。度還低一些3。雖然水煤漿的著火過程與煤相比由于水煤漿含有約35%的水,其燃燒火焰溫有較大的差異,但實際上水煤漿點火并不比煤粉點度比煤粉燃燒時低100~200℃;與層燃煤相比火困難。在燃燒過程中,水蒸氣能對水煤漿中的碳空氣過剩系數(shù)小,而爐溫均勻,不會形成局部高溫及一氧化碳的燃燒起到催化作用,能加快燃燒反應區(qū)。因此,水煤漿燃燒產生的氮氧化物比其他燃煤速度。方式顯著減少。而重油由于燃燒溫度高,其氮氧化3水煤漿的環(huán)保優(yōu)勢物的排放髙于水煤漿。國家環(huán)保局對燃油鍋爐氮氧化物的排放濃度規(guī)定為400mg/m3,但現(xiàn)有燃油鍋(1)制備與使用條件清潔。燃水煤漿與燃煤粉爐仍很難達倒,而從已運行的水煤漿鍋爐測定值來相比,煤漿在制備時通常采用濕磨工藝,所以無粉看,氮氧化物排放濃度均低于該值。表3列出燃用塵污染,工藝簡單,安全性好。還可結合制漿工水煤漿工業(yè)鍋爐的煙氣檢測結果,燕山石化公司藝,治理其他工業(yè)廢液,如用造紙黑液、焦化廠廢20t/hQXS14-1.25-Yz型燃油鍋爐改燒水煤漿示水來制漿等。水煤漿在運輸和儲存過程中是在密閉范項目,于2002年3月18日通過了北京市科委組的條件下,不會造成用戶廠區(qū)環(huán)境污染,燃燒時爐織的鑒定。經(jīng)北京市環(huán)境保護監(jiān)測中心檢測,粉塵前非常清潔。及二氧化硫排放濃度均達到北京市2002年3月1(2)燃燒污染物的排放可以達標。商品水煤漿日起執(zhí)行的《鍋爐污染物綜合排放標準》DB1的灰含量一般在5.5%以下,燃燒后的煙氣經(jīng)多管139-2002B類地區(qū)Ⅱ時段要求。表3水煤漿工業(yè)鍋爐煙氣測定結果鍋爐容量s0排放濃度0.排放濃度項目煙氣處理裝置煙塵排放濃度天融環(huán)保公司多管除塵器60(實測)87(折算)120(實測)170(折算燕山石化公司20多管除塵器、濕法脫硫23424水煤漿的經(jīng)濟優(yōu)勢費用差異較大。當供熱功率較大時,水煤漿的投資費用相對降低。如果水煤漿采用壓縮空氣霧化,而4.1燃料價格比較且又必須增加除塵裝置時,其耗電量要遠高于煤制燃料價格隨地域而不同、隨時間而波動,最近氣的耗電量。但如果采用蒸汽霧化,而熱工設備由水煤漿與煤、混合發(fā)生爐煤氣、城市煤氣、天然于工藝需要已經(jīng)裝有除塵裝置時,耗電量反而低于氣、液化石油氣、輕柴油及重油的燃料價格比較見煤制氣的耗電量,而且供熱功率越大低得越多。如表4。從表4中可以看出,水煤漿和混合煤氣發(fā)生當供熱功率為15MW時,煤制氣的耗電量反而是爐煤氣的可比價格相當,均遠低于其他燃料。它們水煤漿耗電量的262倍分別為煤炭的物理和化學加工產品,燃燒時均克服水煤漿系統(tǒng)的人工費與供熱功率的大小基本沒了散煤燃燒不充分,排放污染嚴重以及對一些爐型有關系,只需1~2人即可,因為它完全是機械化及加熱工藝難以適應等弊端。操作。而煤氣發(fā)生爐的上煤、出渣、打釬均需人工4.2水煤漿與煤制氣的投資及運行費用比較來完成,功率越大,煤氣發(fā)生爐數(shù)量越多,所需人水煤漿與煤制氣系統(tǒng)的投資與電耗比較如圖1工費越高結合設各拇咨、運行及人工費用所示。2種燃燒系統(tǒng)完全不同,所以其投資和運行中國煤化工CNMHG第32卷第5期煤炭科學技術2004年5月表4各種燃料價格比較燃料種類低位發(fā)熱量/MJ·kg1(m3)價格/元·t-1(100m3)可比熱值價格/元·GJ1相對價格(以煙煤為標準)19.4719.51煙煤(優(yōu)混)25.12煙煤(小塊)混合發(fā)生爐煤氣顯熱不計顯熱2.13城市煤氣39.78180045.25液化石油氣111. 53輕柴油77.6239.8液的企業(yè)可用廢液制漿就地使用,既解決廢液污染又改善廠區(qū)環(huán)境。用洗選煤泥制漿,應用于礦區(qū)鍋爐,解決了煤泥出路。(3)水煤漿價格一般企業(yè)都可以接受。有煉油能力的企業(yè)由燃油改燒水煤漿更是效益顯著,節(jié)省的油可以深加工升值。由燒其他燃料改為燒水煤漿,改造費用不高,尤其對于一些原設備已經(jīng)裝有共熱功率/MW除塵設備的,如噴霧干燥塔和一些散料加熱及燒成的回轉窯等。綜合水煤漿的優(yōu)勢,以下企業(yè)可能最先得到推廣應用:排放不能達標的燃煤企業(yè);經(jīng)濟效益較差inLl的燃油燃氣企業(yè);有廢液產生難以治理的企業(yè);有煉油能力的燃油企業(yè);對環(huán)保要求較高的北方城市取暖鍋爐;距離大型制漿廠較近的一般企業(yè)。隨著國家對空氣質量要求的提高及治理燃煤排供熱功率/MW放污染力度不斷加強,水煤漿無疑是節(jié)約能源、減圖煤制氣圖空氣霧化,不含除塵國空氣霧化,含除塵少污染的最佳途徑。蒸氣霧化,不含除塵圜蒸氣霧化,含除塵參考文圖1水煤漿和煤制氣系統(tǒng)的投資、電耗比較[]王恒,王世均,趙立合.一種高濃度水煤漿燃燒器的開發(fā)系統(tǒng)投資;與應用[J].鋼鐵,1994(1)[2]郭伯翔.工程師通用手冊[M].南京:江蘇科技出版杜5水煤漿應用適應性優(yōu)勢3]岑可法,姚強,曹欣玉,等.煤漿燃燒、流動、傳熱和氣(1)水煤漿燃燒方式為噴燃,適應原燃油燃氣化的理論與應用技術[M].杭州:浙江大學出版社,1997的絕大多數(shù)工業(yè)爐窯、工業(yè)鍋爐和電站鍋爐。如軋鋼加熱爐、鍛造加熱爐、熱處理爐、隧道式陶瓷燒作者簡介:馮武軍(1968-),男,河北趙縣人,高級工程成窯、耐火磚倒焰窯、陶瓷噴霧干燥塔熱風爐、水師,博士研究生,主要從事燒、節(jié)能與環(huán)保及其相關領域的研究和工程營理工作泥回轉窯、鐵礦石燒結機點火器等均可應用,且燃燒技術容易掌握。中國煤化工;責任編輯:劉軍娥(2)燒水煤漿可以治廢。造紙、化工等產生廢CNMHG