水煤浆的能源优势及应用前景

第32卷第5期煤炭科学技术004年5月水煤浆的能源优势及应用前景冯武军,王恒,赵立合,李栋,陈燕(北京科技大学热能工程系,北京100083)摘要:从资源、技术、环保、经济性以及可适用领域5个方面,论述了新型煤基洁净燃料水煤浆的能源优势,并分析了水煤浆可能最先得到推广应用的领域。实践证明,水煤浆技术是实现中国能源可持续发展战略的重要途径之关键词:水煤浆;能源优势;可持续发展中图分类号:TK01.9文献标识码:A文章编号: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水煤浆的资源优势11.6%。在中国,煤炭是长期可依赖的能源,在能源资源结构中占有重要地位。煤炭主要是自产自(1)2000年中国一次能源生产量达到19亿t销,参与国际能源市场流通的量不大,受国际能源标准煤,其中煤炭占66%,占世界可采储量的场不稳定因素的影响很小,价格相对稳定100·。00s0既有三产品也有两产品;既有有压给料也有无压给煤厂就能生产什么产品。市场对煤炭的品种和质量料;既有选前脱泥也有不脱泥全重介;既有大直径要求愈来愈严,选煤厂为提高市场应变能力,实现也有小直径,等等。众多的先进选煤工艺为选煤厂经济效益最优化、产品结构多样化是必然趋势。和设计部门提供了选择空间,用户可根据入选物料性质、市场需求及资本情况,以某种既定目标为约4结语束条件,在先进工艺中选择并集成。无论是新建还国家宏观政策的鼓励,市场的引导,企业创新是老厂改造;无论是排矸还是动力煤提质;无论是能力的提高,国外技术的融入,国家资助力度的加脱硫还是降灰;无论是深度加工还是选超低灰分精大,从不同层面推进了选煤技术的快速发展。选煤煤;无论是脱水还是煤泥的资源化利用,都能找到在装备、工艺、材料、自动化等领域的最新研究成实用工艺。近年来,模块化选煤厂也受到选煤界的果为煤炭的清洁生产奠定了坚实的基础,为全国关注,它具有厂房模块化、工艺系统集成化、操作1700多座选煤厂的技改和将要建设选煤厂的企业自动化、建设速度快、工艺技术指标高等特点。从主提供了有力技术保障。选煤作为洁净煤技术的源1997年至今,就建成了10座模块式选煤厂,总设头,必将为煤炭工业的可持续发展做出更大贡献。计能力超过25M/a。(5)选煤厂产品结构多样化。随着市场经济作者筒介:陈建中(1957-),男,江苏扬州人,教授,现在的深入发展,竞争愈加激烈,煤炭企业要在激烈的中国矿业大学化工学院从事选煤工艺与设备的研究与教学工作。市场竟争中站稳脚跟,多占市场份额,就必须进行中国煤化工煤炭产品结构优化、调整,市场需要什么产品,选8;责任编辑:刘军娥CNMHG第32卷第5期煤炭科学技术004年5月(2)水煤浆应有较高的挥发分和热值,以便易艺相结合,节省投资。一般水煤浆制备工艺采用湿于着火和有较髙的燃烧温度。对于一般固态排渣燃磨,具有安全性好、工艺简单、环境清洁、无粉尘烧,灰熔点在1300℃以上的煤均可应用,大多数污染等优点烟煤适合制备水煤浆。为制取高浓度煤浆,张荣(3)水煤浆具有良好的稳定性和流变性能,其曾等专家对20种中国煤炭进行了成浆性实验研储存、运输十分方便,除公路、铁路及水运之外究,发现可磨性指数HGI和空气干燥基水分的影还可采用管道长距离运输。响最大,而煤的孔隙度、挥发分、灰分等因素都与4)水煤浆燃烧系统与燃油一样,为喷雾燃这2个因素有关。可磨性指数越高,越易制取高浓烧,但煤浆系统不需要蒸汽加热。北京科技大学开度煤浆,而空气干燥基水分则反之发的水煤浆燃烧器结构简单,体积小。在煤浆和雾(3)新型煤基洁净燃料——水煤浆的燃烧技术化空气压力均为250~350kPa、气耗率为0.2、助是实现中国能源可持续发展的重要途径之一,水煤燃空气压力为1.5~2.0kPa的操作条件下,即可浆替代石油有着战略意义。进行稳定高效的燃烧。其火焰容易控制,温度调节2水煤浆的技术优势方便,燃烧效率高。该燃烧器目前广泛应用于各种工业炉窑和中小型工业锅炉上。(1)水煤浆制备工艺简单,与煤气化、液化工5)由于水煤浆含有35%的水,它的着火是艺相比,水煤浆的制备工艺是最简单可行的。目前否困难,燃烧后烟气中是否含有大量水蒸气,其燃常采用溢流式长径比球磨机一段湿法磨矿工艺,该烧火焰温度能否满足一般工业锅炉、炉窑的要求工艺具有设备简单、经济性好、利用率高等优点针对这些问题,对不同浓度水煤浆的燃烧性能进行(2)水煤浆的制备工艺形式多样,可与选煤工计算,结果见表1和表2。表1水对水煤浆燃烧性能的影响水煤浆浓度/%6560水分蒸发热占着火热比例/%51.79水煤浆低位发热量/MJ·kg123.522.08水分导致热损失/%理论燃烧沮度/℃1860184017821758烟气中水蒸气含量/%9,5610.6713.2814.91注:*大同烟煤,d=1mm,炉温1150℃,着火温度520℃;**按一般工业锅炉排烟温度为150℃计算衰2各种典型燃料的燃烧温度及烟气中水蒸气含量对比浓度为65%的水煤浆大港油田天然气21大庆油田天然气(21理论燃烧温度/℃2042水蒸气含量/%11.8911.5418.68从表1中可以看出,水对水煤浆的着火影响较系数为0.75的工业炉,其炉温可达1355℃,炉温大,如浓度为65%的水煤浆水分蒸发热占着火热系数为0.7时,炉温可达1265℃。若采用预热空的56.49%,从而导致着火热增加,着火延迟。但气助燃,炉温还可以更高,完全可以满足绝大多数水对水煤浆整个燃烧特性的影响并不是很大,如浓工业炉窑加热工艺对炉温的要求。浓度为65%的度为65%的水煤浆,水分导致实际热损失仅为常规商品水煤浆,燃烧烟气中的水蒸气含量为4.86%,燃烧温度为1806℃,比制浆煤的燃烧温中国煤化工低于天然气的。其度仅低170℃。即使在冷风助燃条件下,对于炉温原CNMHG气的贡献远大于燃第32卷第5期煤炭科学技术2004年5月料中的水,水煤浆的含水量虽高,但氢含量却远低除尘处理后,即可以满足一般地区的环保要求。若于重油及天然气的。从燃烧过程动力学的角度分经水膜除尘、静电除尘或布袋除尘就可以满足高标析,水分蒸发使浆滴形成多孔性结构,有利于挥发准环保排放标准。水煤浆的硫含量低于0.4%,而分析出。水煤浆挥发分的析出速度比煤粉的快,析重油的硫含量为1.0%~2.5%,水煤浆燃烧后二出温度也低。因此水煤浆的着火温度比煤的着火温氧化硫的排放浓度低于重油。度还低一些3。虽然水煤浆的着火过程与煤相比由于水煤浆含有约35%的水,其燃烧火焰温有较大的差异,但实际上水煤浆点火并不比煤粉点度比煤粉燃烧时低100~200℃;与层燃煤相比火困难。在燃烧过程中,水蒸气能对水煤浆中的碳空气过剩系数小,而炉温均匀,不会形成局部高温及一氧化碳的燃烧起到催化作用,能加快燃烧反应区。因此,水煤浆燃烧产生的氮氧化物比其他燃煤速度。方式显著减少。而重油由于燃烧温度高,其氮氧化3水煤浆的环保优势物的排放髙于水煤浆。国家环保局对燃油锅炉氮氧化物的排放浓度规定为400mg/m3,但现有燃油锅(1)制备与使用条件清洁。燃水煤浆与燃煤粉炉仍很难达倒,而从已运行的水煤浆锅炉测定值来相比,煤浆在制备时通常采用湿磨工艺,所以无粉看,氮氧化物排放浓度均低于该值。表3列出燃用尘污染,工艺简单,安全性好。还可结合制浆工水煤浆工业锅炉的烟气检测结果,燕山石化公司艺,治理其他工业废液,如用造纸黑液、焦化厂废20t/hQXS14-1.25-Yz型燃油锅炉改烧水煤浆示水来制浆等。水煤浆在运输和储存过程中是在密闭范项目,于2002年3月18日通过了北京市科委组的条件下,不会造成用户厂区环境污染,燃烧时炉织的鉴定。经北京市环境保护监测中心检测,粉尘前非常清洁。及二氧化硫排放浓度均达到北京市2002年3月1(2)燃烧污染物的排放可以达标。商品水煤浆日起执行的《锅炉污染物综合排放标准》DB1的灰含量一般在5.5%以下,燃烧后的烟气经多管139-2002B类地区Ⅱ时段要求。表3水煤浆工业锅炉烟气测定结果锅炉容量s0排放浓度0.排放浓度项目烟气处理装置烟尘排放浓度天融环保公司多管除尘器60(实测)87(折算)120(实测)170(折算燕山石化公司20多管除尘器、湿法脱硫23424水煤浆的经济优势费用差异较大。当供热功率较大时,水煤浆的投资费用相对降低。如果水煤浆采用压缩空气雾化,而4.1燃料价格比较且又必须增加除尘装置时,其耗电量要远高于煤制燃料价格随地域而不同、随时间而波动,最近气的耗电量。但如果采用蒸汽雾化,而热工设备由水煤浆与煤、混合发生炉煤气、城市煤气、天然于工艺需要已经装有除尘装置时,耗电量反而低于气、液化石油气、轻柴油及重油的燃料价格比较见煤制气的耗电量,而且供热功率越大低得越多。如表4。从表4中可以看出,水煤浆和混合煤气发生当供热功率为15MW时,煤制气的耗电量反而是炉煤气的可比价格相当,均远低于其他燃料。它们水煤浆耗电量的262倍分别为煤炭的物理和化学加工产品,燃烧时均克服水煤浆系统的人工费与供热功率的大小基本没了散煤燃烧不充分,排放污染严重以及对一些炉型有关系,只需1~2人即可,因为它完全是机械化及加热工艺难以适应等弊端。操作。而煤气发生炉的上煤、出渣、打钎均需人工4.2水煤浆与煤制气的投资及运行费用比较来完成,功率越大,煤气发生炉数量越多,所需人水煤浆与煤制气系统的投资与电耗比较如图1工费越高结合设各拇咨、运行及人工费用所示。2种燃烧系统完全不同,所以其投资和运行中国煤化工CNMHG第32卷第5期煤炭科学技术2004年5月表4各种燃料价格比较燃料种类低位发热量/MJ·kg1(m3)价格/元·t-1(100m3)可比热值价格/元·GJ1相对价格(以烟煤为标准)19.4719.51烟煤(优混)25.12烟煤(小块)混合发生炉煤气显热不计显热2.13城市煤气39.78180045.25液化石油气111. 53轻柴油77.6239.8液的企业可用废液制浆就地使用,既解决废液污染又改善厂区环境。用洗选煤泥制浆,应用于矿区锅炉,解决了煤泥出路。(3)水煤浆价格一般企业都可以接受。有炼油能力的企业由燃油改烧水煤浆更是效益显著,节省的油可以深加工升值。由烧其他燃料改为烧水煤浆,改造费用不高,尤其对于一些原设备已经装有共热功率/MW除尘设备的,如喷雾干燥塔和一些散料加热及烧成的回转窑等。综合水煤浆的优势,以下企业可能最先得到推广应用:排放不能达标的燃煤企业;经济效益较差inLl的燃油燃气企业;有废液产生难以治理的企业;有炼油能力的燃油企业;对环保要求较高的北方城市取暖锅炉;距离大型制浆厂较近的一般企业。随着国家对空气质量要求的提高及治理燃煤排供热功率/MW放污染力度不断加强,水煤浆无疑是节约能源、减圖煤制气图空气雾化,不含除尘國空气雾化,含除尘少污染的最佳途径。蒸气雾化,不含除尘圜蒸气雾化,含除尘参考文图1水煤浆和煤制气系统的投资、电耗比较[]王恒,王世均,赵立合.一种高浓度水煤浆燃烧器的开发系统投资;与应用[J].钢铁,1994(1)[2]郭伯翔.工程师通用手册[M].南京:江苏科技出版杜5水煤浆应用适应性优势3]岑可法,姚强,曹欣玉,等.煤浆燃烧、流动、传热和气(1)水煤浆燃烧方式为喷燃,适应原燃油燃气化的理论与应用技术[M].杭州:浙江大学出版社,1997的绝大多数工业炉窑、工业锅炉和电站锅炉。如轧钢加热炉、锻造加热炉、热处理炉、隧道式陶瓷烧作者简介:冯武军(1968-),男,河北赵县人,高级工程成窑、耐火砖倒焰窑、陶瓷喷雾干燥塔热风炉、水师,博士研究生,主要从事烧、节能与环保及其相关领域的研究和工程营理工作泥回转窑、铁矿石烧结机点火器等均可应用,且燃烧技术容易掌握。中国煤化工;责任编辑:刘军娥(2)烧水煤浆可以治废。造纸、化工等产生废CNMHG