水煤浆气化技术在中国的应用及其发展

水煤浆技术水煤浆气化技术在中国的应用及其发展水煤浆系统技术的主要内容<－摘自中国洁净煤技术－>水煤浆技术是一种新型燃料，是由制备到储运分配和燃烧应用、环境处理等一个跨行业多学科的系统工程。其技术内容主要可分为四个部分如图1—1。即制备技术、装卸贮运技术、燃烧应用技术与环境保护技术。与此同时，化工系统对水煤浆制气工艺技术已进行了大量开展研究，冶金系统对于冶金系统使用的水煤浆技术也进行了大量研究。1-1我国水煤浆技术的主要内容（一）1-1我国水煤浆技术的主要内容（二）浅谈水煤浆的应用前景陶文生，荣绍斌0前言水煤浆是用一定级配粒度的煤粉和一定量的水及极少量的添加剂混合而成。典型的水煤浆是由70％左右的煤粉、30％左右的水和1％的添加剂组成。它具有石油一样的流动性和稳定性，可以采用泵送、雾化与稳定着火燃烧；也可以长距离输送和长时间保存。1水煤浆的背景1．1我国富煤贫油的能源结构我国煤炭储量约占石化能源总储量的90％，而石油和天然气储量约占10％，煤炭的消耗约占能源消耗的72％左右，因此说，煤炭是我国最可靠、最有保障的能源。专家预言，人类将面临一个能源时代的变革，未来的能源是一个以太阳能、核能、生物质能等可再生能源为主。但进入下一个能源时代之前，能源消耗需经过一个过渡时期，由于煤的蕴藏量超过石油甚多，这个过渡时期应是一个以煤为主的混合型能源结构阶段。但该阶段不是直接燃烧煤炭的用煤方式的重复，而是在高效、洁净、优质化基础上的高层次利用。1．2环保对燃料的约束一方面随着人们生活水平的提高，人们对自己生活质量的要求越来越高；另一方面随着社会的发展，人们生活的环境却不断的恶化，其中由散煤低层次利用造成的环境污染是其中重要的原因。这主要表现为由原煤直接燃烧造成的烟尘污染和高硫煤直接燃烧造成的$02污染。因此，洁净度成为人们选择燃料主要指标之一。山西煤正是由于硫份过高，而被请出北京市场。1．3国家能源供应安全随着国民经济的发展，我国对石油进口的需求急剧增加。我国1994年成为石油纯进口国。2000年进口石油达7000多万“随着轿车进入家庭步伐的加快，我国石油需求将进一步加大，据估计，2023年供需缺口将达到1．3-1．5亿to长期依赖国际市场补充国内燃料的不足，必将对国家液体燃料供应的安全形成问题。2水煤浆发展现状2．1生产能力我国从80年代初开始水煤浆技术的研究工作。在制浆工艺与装备、添加剂、贮存、运输、燃烧技术等方面均取得了多项成果。目前已建成能力从3万~25万t／a的制浆厂8座，总生产能力为1．5mt／a，其中：白杨河电厂制浆能力为60万t／a，八一、北京、兖州均为25万t／a，东北15万t／a，且开发了具有我国自己特色的浮选精煤制浆技术，取得了良好的效果。我国近20a来，针对煤质的特点，开发了价格低廉、效果好的添加剂，已形成了一定的生产能力，可以替代进口并能满足制浆和燃烧的需要。在工业锅炉、窑炉加热炉和电站锅炉进行了燃烧试验，一些厂投入正式的应用。我国的制浆和燃烧技术等方面已达到了国际先进水平。2．2应用情况水煤浆的用途主要有两个方面：①燃料。多年来，水煤浆已先后成功地在电厂锅炉、工业窑炉和锅炉上进行燃烧取得了成功。如：山东的白杨河电厂锅炉(320t／h)是燃煤改燃油后又改烧水煤浆的锅炉，已稳定燃烧4a多，燃烧效率达到98％以上。②化工原料。我国80年代引进了德士古气化技术，该技术属第2代气化技术已经实现工业化，目前在国际上是先进的技术。德士古气化炉是以水煤浆为进料的。采用该技术生产的煤气CO+H2含量高，CH4为0．1％左右，无焦油等高级烟类，是比较理想的合成气。该技术最先在山东鲁南化肥厂得到应用，以后又在上海焦化厂、首钢等单位得到应用。目前我国自主开发的新型水煤浆气化炉已完成日处理煤15t的中试考核。3应用状况分析从前面的情况可以看出，水煤浆生存环境比较良好，技术水平国际先进，但生产能力却仅为1．5mt／a。水煤浆技术是一个包括制备、运输、应用、环境处理等技术的跨行业多学科的系统工程技术。启用水煤浆这一技术，仅仅掌握水煤浆的制备技术，生产出合格的水煤浆，是远远不够的，必须是生产者和用户共同启用这一新技术，并且双方都有利可图，才能把这一技术付诸实施。从水煤浆的性能来看，水煤浆是适合长途运输的，但是，由于水煤浆中含30％左右的水份，因此长途运输会给用户增加很大的经济负担。水煤浆的经济性是相对于燃油用户。目前，国内的水煤浆的价格为320-350元／to重油的价格1500元／t以上，按2t浆代替1t重油算，则可节约800多元。水煤浆的经济性对燃煤用户而言，则很差。以精煤的价格220元／t计算，将同样的煤加工成的水煤浆按320元／t计算，水煤浆的浓度按70％计算，则相当于所用精煤的价格为320÷70％：457元／t因此，对于燃煤用户而言，使用水煤浆的积极性不会高。4结束语虽然以上因素限制了水煤浆的发展，但是从长远来看，随着国民经济的发展，我国液体燃料供需矛盾的进一步加大；随着环境对燃料的约束进一步加强；随着水煤浆技术的进一步提高，成本的下降，水煤浆的应用将突破这些障碍。特别是将水煤浆同治理工业废水结合起来，将会使水煤浆的社会效益更加明显，经济效益得到改善。因此，水煤浆的应用前景是广阔的，只是有待时日而已。<－摘自《煤炭技术》－>水煤浆技术1超净煤的分选\2精细水煤浆的制备王祖讷付晓恒王新文柴保明王新国中国矿业大学(北京校区)化环学院教授1超净煤的分选煤炭深度物理加工的目的是脱除煤中微细嵌布的矿物质，从而获得超净煤。这些矿物的嵌布粒度大多在10μm以下。煤炭的内隙微孔发达，用酸碱渗析等化学加工法可以脱除这些矿物，但其经济性不高，要用物理加工法脱除这些矿物而又要经济合理，需要解决一系列难题。1．1煤炭超细磨要解离煤中微细嵌布的矿物质，需要把原料煤磨到10μm或更细的粒度，面对的问题是能耗和磨机的生产能力。用常规长筒球磨机或振动球磨机，单位能耗很高，而且金属磨耗量大。高速气流对撞磨可以达到要求的细度，但能耗也很高，且单机的生产能力低。国内外现有的各类搅拌球磨机在磨矿细度和单机能力方面都可达到要求，但能耗仍较高，金属磨耗大；这反映了磨矿过程中产生的热量大，整个磨筒需要水套冷却。因此，需要寻找新型的搅拌球磨机，使磨介的撞击力主要消耗在磨煤上，而不是用于金属的磨剥。1．2超细煤泥的分选对超细煤泥，只能利用煤粒与矿物颗粒表面性的差异进行分选。对如此超细的煤泥，常规泡沫浮选法的选择性不高，很难选出灰分在1％—1．5％的超净煤。用常规的油团法，可以分出超净煤，但油耗极高，经济上不能接受。需要寻求一种其选择性在技术上、而油耗在经济上都能被接受的分选方法。原料煤超细磨后，不但能解离各种非金属矿物，也能解离微细嵌布的黄铁矿，且被解离的黄铁矿表面新鲜，可恢复其固有的亲水性；再加上适当的抑制剂和分散剂，可以实现同时大幅度脱灰和脱无机硫。1．3超细产物的脱水产物的粒度越细，其脱水难度越大，脱水难度还取决于要求的产物最终水分。这些细产物的最终水分要求达到10％～15％以下，易于装、储、运，因此必须借助热力脱水。如果超细产物都制备成浆体燃烧，则产物的水分可以允许在40％～50％，这样就大大减轻了脱水环节的难度，只需在浓缩后进行压滤即可。1．4原料煤的选择煤炭深度物理加工各环节，即使达到低能耗和低药耗，但它毕竟是生产费用较高的工艺。因此在选择原料时要考虑以下几点：(1)煤中矿物质的主要嵌布粒度在10μm或更粗，如过细，则需要磨得更细才能解离，能耗则增加。(2)煤的自然疏水性较强，这有利于低药耗和提高分选过程的选择性。(3)煤中含“纯”中煤较少。“纯”中煤其实就是细嵌布矿物密集的煤，即使超细磨也只能解离很少量超净煤，对其深加工，失大于得。深加工“纯”中煤含量少的原料煤，超净煤的产率较高。由此可见，最好选择低灰原煤或常规洗精煤作为超净煤的原料，而且以煤化程度中等偏低的煤为宜。2精细水煤浆的制备替代重油的常规水煤浆的制备已有可借鉴的成熟工艺与经验。精细水煤浆可作柴油的替代燃料，在设计燃油的锅炉或内燃机中燃用，因此对d1殊要求。2．1浆体的特性水煤浆的固体重量浓度约50％～55％。如制备水油煤浆，则其间的比例范围很宽。浆体的流型在低剪切率范围应是假塑性；在剪切率为100s—1时，表观粘度在400～500mpa·s以下，以便于低压头自流。在高剪切率范围(>104s-1)应是近牛顿型流体，以便于高压微孔雾化。2．2浆体的稳定性影响稳定性的因素此消彼长。低浓度和窄级别的单峰级配不利于浆体稳定。固体粒度细的浆有利于稳定。如果在移动装置上应用，应能经受高频振动，也就是要有特定的动稳定性。在磨矿级配、分散剂和稳定剂的选择及浆体的浓度确定上，都应综合考虑，以满足这项要求。2．3浆体制备装置制浆的原料是超净煤压滤脱水后的滤饼，其物理性状是板结性和粘附性都很强，不利于仓储，不易于分散浆化。因此滤饼的转载、缓冲、给料等设备的结构都须有特殊的应对考虑。常规浮选精煤滤饼作制浆原料是采用双轴搅混机与两段搅拌机的联合装置，这对于超净煤的压滤滤饼不太合适。滤饼的碎化和分散必须是确切、完全的。不允许在浆体成品中有残存团粒，否则，在雾化喷嘴处堵塞微孔。搅拌分散设备的运动部件对泥团的作用必须是强制性的，并具有反复性。要符合这些原则，必须开发微细超净煤制浆设备。3精细水煤浆的燃用精细水煤浆是固液混合物，柴油是液体，两者的热值和燃烧特性差别很大。对燃柴油装置必须作相应的改造才能形成精细煤浆的代油市场。下面以两种典型的燃油装置为例。3．1精细水煤浆在柴油机中的燃用雾化柴油在气缸内是高压爆燃，压力达15～20MPa。柴油机燃料系统的关键部件是油泵和油喷嘴，两者都是柱塞型的；柱塞与塞套是精密的耦合件。小型农用柴油机是高速柴油机，运转速度达2000r／min。柱塞高速往复运动，柴油在偶合件表面形成薄膜，起到润滑作用。燃用浆体燃料，柴油机的改造有两种途径：另设浆泵和雾化喷嘴，取代原来的油泵和油喷嘴；对原有的油泵和油喷嘴加以改造，使其适用于浆体燃料。农用柴油机是廉价设备，在我国有上千万台，第二种改造途径如果成功，将具有巨大的现实意义。要采用高压油封系统润滑藕合件，并阻止浆体渗入藕合件的间隙。3．2精细水煤浆在小型燃油供暖锅炉上的燃用居室供暖燃油锅炉的体积很小，设备紧凑，自动化程度高。用精细水煤浆作替代燃料，需要解决三个问题。(1)提高浆体燃料的燃烧强度。采用常规的雾化悬浮燃烧方式，煤浆的容积热负荷仅为柴油的1／4～1／5，因此，需要的燃烧室体积为柴油的4～5倍。为保持居室设备的小型化，必须寻求浆体燃料高强度燃烧的技术。(2)简化浆体燃料的雾化方式。一般是用压缩空气雾化水煤浆，这就需要浆泵和空压机；这对居室设备脾显然控太复盆杂。塔必须屑寻找剧简单惰的浆搞体燃长料雾伴化方宫法，早以取元代浆国泵和在空压秋机。筑迅圣(3躲)适逗应燃咸浆的监温控庙系统躁。小销型燃支油供烂暖锅铃炉的现运转欺是靠拜点火刚、熄看火的树方式搁维持砌热载压体水胀的温固度，把达到厅温控层目的缸。柴寻油点腊火是考靠电宪火花罢，熄鞭火则奉靠停异供燃纤料。眉浆体月燃料闷频繁栏点火薯、熄煌火是孔难以牙实现幻的，键宜采丧用调宿节供盗浆量遵的控吓制策煌略，商达到贱控温共目的狐。抽4挎柴油座替代混燃料引——垂精细意水煤酬浆的心全方套位评怎价流炸却精细动水煤高浆技典术正狭处于鞋开发估阶段葛，还球未形读成产请业，介它是误否值络得继偿续向瞧前推眠进，阳要从哈多方潜面进欲行评艰价。恳4．掀1剖经济慰效益弊传愤直接患的经脸济效祝益是贪：产尾浆企词业创控造的厌利税顺额，竭用浆潮企业甩燃料台费用惧的节出约额拍，此朋外还犬有替没代出凤的柴雀油以趁不同拐方式手创造长的效羡益，阀例如锄，作趋为其搞它工指业原遭料创贤造的新价值驾，或联减少擦燃料驶进口逝而节编约国插家外著汇支制出。度以浆亲代油千的总姻效益震在产虹浆与茶用浆保企业学间的慨分配勉不宜馆过偏邪，否待则不洪利于傅该产照业的吊健康查发展艇。概4．荒2拜环境半效益展匙配应从搁更广简泛的挺角度亚去考络虑，绍也就障是精鲁细水振煤浆摇的生眼命周剥期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水煤浆技术工程部一、水煤浆锅炉开发及改造的前景

水煤浆是一种新型、高效，清洁的煤基燃料，是燃料家族的新成员。是当今洁净煤技术的重要组成部分。在我国石油资源相对比较短缺的情况下，以煤代油适合我国的国情，而水煤浆是以煤代油最理想的煤炭产品。水煤浆具有浓度高，粒度细、流变好、长期储存不沉淀等特点，完全能够代替燃油在工业锅炉、窑炉、电站锅炉等制热设备上充分发挥潜能。水煤浆并能够象燃油一样泵送，雾化。它成功地将原煤炭60％的燃烧率提升到97％以上，而炉渣中的含炭量则由烧煤炭的13．7％降到烧水煤浆的0．59％。从而充分体现了环保，节能的主题。同时水煤浆的开发及推广应用，使广大用户走出燃油的价格昂贵，烧不起的阴影，降低锅炉的运行成本，保障用户的经济效益、社会效益和环保效益。

目前，在国内的燃煤锅炉中，中小型锅炉(35吨以下)占90％以上，中小型燃煤锅炉又是国家环保政策中首先要淘汰的产品，而燃油锅炉由于油的价格昂贵，从而使得广大锅炉用户就为中小型锅炉改造成燃烧水煤浆的锅炉的研制、开发、推广、应用提供了广阔的市场前景。二、水煤浆锅炉的特点与优势二、水煤浆锅炉的特点与优势

1、水煤浆锅炉与燃煤、燃油锅炉相比较有着明显的优势。

①燃烧水煤浆锅炉热效率高可达85％以上。与燃油锅炉热效率接近。在同等热值下，大大节约了燃料的费用。

②水煤浆的锅炉的燃烧耗量是烧油锅炉的2倍左右，热值总数1/2(5000kcal／kg)左右，但其价格，为轻油的1/6以下，重油的1/4以下，在同等热值的情况下，大大减少了然料的费用。

③烧水煤浆与燃煤锅炉相比，由子其燃烧效率和锅炉设备热效率的提高，出渣量大幅喊少，可以减少除渣周期及灰渣存储面积，从而减少灰渣的二次污染。

④水煤浆锅炉与燃煤锅炉相比，减小了燃料的占地面积和输送环节。水煤浆密封运输，减小了散煤运输过程中的损失与污染，与城市环保相符，节约了人力、物力及财力。

2,水煤浆的发热量在4800—5200千卡/公斤，约两吨水煤浆可代替一吨重油。其主要技术指标如下：序号项目单位指标

1重量浓度％66土22粘度mPa.s(100S)1200土2003粒度上限微米3004平均粒度微米38-455灰分Ad％<10.O6硫分Std％<0.57挥发分Vdaf％28.02-34.538发热量Qnet,ar千卡/kg4800-52009灰熔点sT℃1270-130010稳定期天60以上三，浆锅炉与燃油锅炉运行费用的比较三，浆锅炉与燃油锅炉运行费用的比较

1,以4万吨锅炉为例水煤浆锅炉与燃油锅炉运行费用对照如下：名称项目柴油锅炉重油锅炉水煤浆锅炉单价3500元／吨1500元/吨360元／吨lT／h蒸汽的燃料耗量75公斤90公斤15O公斤4T／h蒸汽的燃料耗量75公斤360公斤600公斤24小时／天，300天/年计算300X24X300=2160吨360X24X300=2592吨600x24x300=4320吨年燃料耗费2160x3500=756万元2592X1500=388.8万元4320x360=-155.5万元通过上表可以看出：采用烧水煤浆比烧柴油每年要节省：756万元—155.5万元=600万元

采用烧水煤浆比烧重油每年要节省：388.88万元—155.5万元=233．3万元。若：锅炉运行按供暖季节140天计,24小时／天计算

采用烧水烘浆比烧柴油每年要节省(3500x300—360X600)=24x140=280.2万元

采用烧水煤浆比烧重油每年要节省(1500x360一360x600)X24x140=108.8万元

注：1．上表数据以现行市场价格为依据。2，按同等几种燃料单位价格对比表：序号项目北京市场价单位发热量1千大卡发热量折合价备注1液化气4元/公斤tdwidth="82">1万大卡0.04元2天然气1.8元/立方米8000大卡0.257元工业用3城市煤气0.9元/立方米3800大卡0.237元4重油1.5元/公斤10000大卡0.165元5水煤浆0.36元/公斤4500大卡0.08元6煤0.22元/公斤6200大卡0.04元四，燃油锅炉改造成水煤浆的基本费用四，燃油锅炉改造成水煤浆的基本费用

1,水煤浆锅炉相关的技术参数：蒸发量额定蒸汽压蒸汽温度给水温度本体受热面积省煤气受热面积热效率燃料种类燃料耗量T/H(MW)Mpa℃℃平方米平方米%CWMKg/hDZS1-0.69-T1(0.7)0.691692032.486.9585CWM150DZS2-0.69-T

DZS2-0.98-T2(1.4)0.69

0.98169

1832055.5620.8585CWM300DZS4-0.69-T

DZS4-0.98-T4(2.8)0.69

0.9818320108.0034.7586CWM600SZS2-1.27-T2(1.4)1.271942065.227.885CWM300SZS4-1.27-T4(