化工進(jìn)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(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特0100:2內(nèi)蒙古大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特010021)摘要:水煤漿是一種應(yīng)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(fù)荷調(diào)整便利、減少環(huán)境污染、改善勞動(dòng)條件等特點(diǎn)。對(duì)于合理利用能源資源,解決煤炭運(yùn)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(diǎn)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(duì)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(rèn)為:煤階越高,內(nèi)在水分越少,煤種中氧水和少量化學(xué)添加劑制成的混合物,是20世紀(jì)70和碳的比值越小,親水官能團(tuán)越少,孔隙越不發(fā)達(dá),年代世界石油危機(jī)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(jià)金屬離子越少,煤漿既保持了煤炭原有的物理化學(xué)性質(zhì),又具有和制漿越容易。石油類似的流動(dòng)性和穩(wěn)定性。使煤炭從傳統(tǒng)的固體1.1.2顆粒級(jí)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(yīng)用十分廣泛,它可以像油一樣管運(yùn)、求有良好的粒度分布,即希望使不同粒徑的煤粒能儲(chǔ)存、泵送、霧化和穩(wěn)定燃燒,其熱值相當(dāng)于燃料夠相互填充,減少煤粒之間的空隙,達(dá)到較好的堆油的一半,因而可以育接替代燃煤、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(xiàng)技術(shù)又稱為顆粒級(jí)配技術(shù)。電;對(duì)于特制的精細(xì)水煤漿,還可以作為燃?xì)廨啓C(jī)1.13添加劑技術(shù)的燃料使用。對(duì)于合理利用能源資源,解決煤炭運(yùn)通常情況下,要使水煤漿能夠達(dá)到髙濃度高穩(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(xué)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(jìn)煤粒在水中均勻分散的化學(xué)藥劑,通常當(dāng)煤粉與水混合,煤顆粒之間存在著一種很強(qiáng)的引1.1水煤漿制備的關(guān)鍵技術(shù)力,使得煤顆粒成閉、凝結(jié)、黏度增髙,流動(dòng)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(jī)劑,可以顯著地降低漿性、顆粒級(jí)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(cè)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1.1.1煤炭的選擇及其成漿性儲(chǔ)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(jī)鹽、高分子有機(jī)化合物。目前國分、熱值、揮發(fā)分及灰熔點(diǎn)等,這對(duì)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(shí)要求制漿用煤的揮發(fā)分大于1.4磨礦技術(shù)25%,用于爐窯燃燒時(shí)要求制漿用煤的揮發(fā)分大于V凵中國煤化工產(chǎn)品能達(dá)到一定的15%。在煤種選取過程中,成漿性是用來表征其制細(xì)CNMHG項(xiàng)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規(guī)俚、躇介對(duì)灬同粒級(jí)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(fù)雜的制漿工藝和出了磨介運(yùn)動(dòng)的散體理論、有用功耗分層計(jì)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(cè)技術(shù)燒效率與煤粉燃燒相當(dāng),對(duì)于大型水煤漿鍋爐可以水煤漿的質(zhì)量指標(biāo)包含濃度、密度、粒度分布、穩(wěn)定達(dá)到99%以上熱值、穩(wěn)定性(黏度)等。這些指標(biāo)影響水煤漿在在影響水煤漿燃燒過程的各個(gè)因素中,影響最使用、存儲(chǔ)和運(yùn)輸過程中的特性,在路線檢測(cè)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(biāo)(或部分)是水煤漿制備的關(guān)鍵技術(shù)之一的配風(fēng)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(jī)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(dòng)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(dòng)磨細(xì)粒煤髙濃度制漿工藝”、“中、高濃度兩磨機(jī)足要求。國內(nèi)霧化噴嘴主要有3種形式:旋流內(nèi)混級(jí)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(jí)霧化型,容量為100kg/h~4th煤漿,為我國獨(dú)創(chuàng)。它既改善了精煤的水分,降低級(jí)噴嘴已經(jīng)實(shí)現(xiàn)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(diǎn),并具有良好的霧煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)化與燃燒性能。2水煤漿燃燒特性3水煤漿技術(shù)的應(yīng)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(yīng)用的國家有美國、日化成細(xì)小的漿滴,一個(gè)漿滴通常包括若干細(xì)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(jìn)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(xué)、賓州東西埃德爾菲大學(xué)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(cái)力,進(jìn)行了廣泛的水煤漿制對(duì)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)硏究。著重開展了基礎(chǔ)如下特點(diǎn)。硏究,如超低灰煤漿和內(nèi)燃機(jī)燃用水煤漿的研究(1)由于水煤漿中含有30%~40%的水分,對(duì)大型電站鍋爐改造、大型燃燒劑的設(shè)計(jì)、煤漿制水煤漿著火前需要多余的熱量蒸發(fā)水分,同時(shí)因?yàn)閭?、燃燒工程設(shè)計(jì)也進(jìn)行了大量的研究并在許多鍋水煤漿霧炬的入口速度相當(dāng)髙,一般為200~300爐和75MW、120Mw電站鍋爐進(jìn)行水煤漿燃燒試m/s,是普通煤粉爐一次風(fēng)的近10倍,所以盡管水驗(yàn)。所建的包括制漿和管道運(yùn)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(yùn)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(jī)組提供了(2)雖然水分蒸發(fā)會(huì)浪費(fèi)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年起水煤漿的燃嬈特性要優(yōu)于煤粉燃燒。這是閃為水分發(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(shí),煤粒之間發(fā)生結(jié)閉形成了多孔性結(jié)構(gòu),其50萬噸/年的水煤漿廠,通過9km管道供給世界應(yīng)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(hào)機(jī)組(75MW)268h揮發(fā)分的析出,提高焦炭燃燒的速度。鍋爐和8號(hào)機(jī)組(600MwW)1940th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(jì)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(dòng)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(dá)到良好的穩(wěn)定著火與燃燒。同時(shí)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℃。不中國煤化工-gm此后,日本4)水煤漿具有與煤粉一樣的燃盡水平和燃燒對(duì)效率。水煤漿的燃燒效率除了受煤質(zhì)自身因素影響ACCCNMH還準(zhǔn)備計(jì)劃一個(gè)管道運(yùn)輸及應(yīng)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(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),進(jìn)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?！?16·化工進(jìn)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(kuò)建工程、吉林石化水煤漿廠、遼河油田漿用戶,自1990年以來,367加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(jī)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(jìn)行水濃度為67%,低位發(fā)電量10.47MJ/kg燃燒效率煤漿、煤粉的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效應(yīng)對(duì)比,節(jié)煤33%,煙俄羅斯198年建成世界規(guī)模上最大的水煤漿280320mgm2,N2含量由在98%。塵排放由732降至44mgm3環(huán)境和勞動(dòng)條件得到明制備管輸-發(fā)電工程,水煤漿生產(chǎn)能力達(dá)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,損率由18%下降到1.5%。供6×200MW電站機(jī)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(jì)70年代委、計(jì)委及煤炭部門先后撥款,共有三十多個(gè)單位末,1981年開始進(jìn)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(shí)踐的推廣應(yīng)用,目前已家科委攻關(guān)局組織進(jìn)行,1983年1月因家科委將“水取得一些成果,但水煤漿技術(shù)面臨著進(jìn)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(jìng)項(xiàng)目。其后的20年來,水煤漿在國家科技攻關(guān)和技爭(zhēng)能力的問題,這同時(shí)也為科研工作者提供了廣闊術(shù)應(yīng)用研究方面先后取得了數(shù)十項(xiàng)國家及省部級(jí)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(xiàng)成果得到了工程化應(yīng)用和測(cè)定方面統(tǒng)一的測(cè)定和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等等問題。面對(duì)我推廣國的能源結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)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(yīng)的現(xiàn)實(shí),水煤漿技術(shù)的發(fā)展具有廣闊的前且自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的水平也有了飛速的提高。1998年景,對(duì)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。以前,我國只有北京水煤漿示范廠、日水煤漿廠棗莊礦物局八一水煤漿廠、株州選煤廠水煤漿車間、參考文獻(xiàn)撫順勝利礦水煤漿廠五家水煤漿制備企業(yè),總設(shè)計(jì)李五林,胡瑞生,白雅琴煤化工基礎(chǔ)隊(duì)北京化學(xué)工業(yè)出版能力為65萬噸/。其中規(guī)模較大的北京水煤漿示社,20062】高晉生,張德祥.煤液化技術(shù)M]北京:化學(xué)工業(yè)出版,2005范廠(25萬噸/年)、日水煤漿廠(25萬噸/年)為姚強(qiáng)潔凈煤技術(shù)隊(duì)n1北京:化學(xué)工業(yè)出版社,205.引進(jìn)國外水煤漿制備技術(shù)建廠。其后我國擴(kuò)建或新{俞珠峰.浩凈煤技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用M北京:化學(xué)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25萬噸年制漿生產(chǎn)線,并擁有了我國自主知識(shí)S]當(dāng)少蓮,吳國光楊澤坤.綠色能源要求下的水煤漿行業(yè)的發(fā)展門煤炭加工與綜合利用,2008,2:4547.產(chǎn)權(quán)的制備技術(shù)。新建了白揚(yáng)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(shì)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,何國鋒等.神府煤制備高質(zhì)量水媒漿技術(shù)研究時(shí)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,2007,5:28308]王共遠(yuǎn),吳國光,李啟輝,等水煤漿制備技術(shù)的最新進(jìn)展能同的新源水煤漿廠、河北霸州水煤漿廠等。目前水源技術(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⑨91袁善錄,戴愛軍,制備高濃度水煤漿的影響因素探討門應(yīng)用化喜的是這些新建的水煤能廠都是由我國自主設(shè)計(jì),工,2007,12:1242-1244.采用我國的制漿技術(shù)、設(shè)備、添加劑。現(xiàn)在還有一0 GU Tian-ye. WU Guo-guang, LI Qi-hu,. 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[]. Journal of China University ofMining Technology, 2008, 18: 0050-0054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(jiǎn)介:白雅琴(1961-),女,副教H中國煤化工與科研。Emaby61@126.comCNMHG