水煤漿應用技術可行性報告

1、水煤漿應用技術可行性報告中國科學院力學研究所2020年3月25日一、水煤漿水煤漿是煤炭深加工的新型產品，是由約6570%的煤粉和2934%的水及1%左右的微量化學添加劑制備成的漿體，俗稱高濃度水煤漿，英文縮寫為“CWM”（coal water mixture）或“CWS”(coal water slurry)。水煤漿是新型潔凈的代油燃料，具有良好的流動性和穩(wěn)定性，裝卸自如，貯運不沉淀，可長距離泵送管道運輸，也可鐵路罐車、汽車槽車運輸、船舶運輸。水煤漿霧化性能良好，可穩(wěn)定著火，直接燃燒，水煤漿的熱值取決于原煤料的熱值和制備濃度，一般相當于重油熱值的一半，在工業(yè)鍋爐、工業(yè)窯爐、電站鍋爐可代油燃燒。

2、二、水煤漿技術的發(fā)展水煤漿是在中濃度煤漿和油漿基礎上發(fā)展起來的一種新型的漿體燃料。地球有限的石油資源促進了水煤漿技術的出現。二十世紀七十年代世界范圍內發(fā)生兩次石油危機，石油價格暴漲加快了水煤漿代油技術的開發(fā)和工業(yè)應用。二十世紀八十年代初，我國和世界技術發(fā)達國家同時起步研究水煤漿技術，并逐步進入工業(yè)應用，技術業(yè)已成熟。我國現有水煤漿制備廠10座以上，總生產能力約為400萬噸/年，所生產的水煤漿作為替代油的燃料，廣泛應用于冶金、建材、輕工、化工等各種工業(yè)行業(yè)的燃油工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐、電力行業(yè)燃油電廠、石油行業(yè)燃油熱電站及油田燃油各種鍋爐。我國水煤漿工業(yè)應用技術正在向廣度和深度方向發(fā)展，向大型化和系

3、統(tǒng)化方向發(fā)展，有廣泛的應用前景。三、制備水煤漿原料煤的選擇制備水煤漿原料煤，一般盡量選擇低灰、低硫、低水分、中高發(fā)熱量、高揮發(fā)份、高灰熔點的優(yōu)質動力煤。如氣煤、肥煤、長焰煤、弱粘煤、不粘煤、褐煤等煤種均可作為制備水煤漿的原料煤種。原料煤經洗選加工，用浮選精煤或水洗精煤制漿。四、水煤漿添加劑制備水煤漿需要添加劑，添加劑量約為0.51.0%。添加劑的作用是改變煤顆粒的表面性質，需添加兩種添加劑，一種為分散劑，另一種為穩(wěn)定劑。分散劑屬表面活性劑，其作用是在水煤漿制備過程中，提高煤顆粒的表面潤濕性，促進煤顆粒在水中分散，改善水煤漿流變特性，降低水煤漿粘度，使水煤漿具有良好的流動性。穩(wěn)定劑的作用是使水煤

4、漿在儲存和輸運期間能保持性態(tài)均勻，使煤顆粒在固液兩相混合物中保持穩(wěn)定，阻止煤顆粒沉淀，使煤顆粒均勻地懸浮在水中，保持水煤漿的穩(wěn)定性。五、制漿工藝及主要工藝設備根據制漿精煤物態(tài)的不同，我國自行開發(fā)兩種水煤漿制備工藝：浮選精煤制漿工藝和水選精煤制漿工藝。一般采用濕法磨制，主要工藝設備為球磨機或振動球磨機。定量向磨機供煤、水、添加劑，磨機按設計工況運行，磨出的漿經濾漿、攪拌，加穩(wěn)定劑后存貯在專用的水煤漿貯罐中待外運。六、水煤漿特性重量濃度：67±2（%）平均粒徑：4550mm粒度分布：<75mm，（%）>75<150mm，（%）>93最大粒度：250mm常溫粘度：1

5、0001200cp低位熱值：46004800kcal/kg七、水煤漿貯存水煤漿制備廠制備出的成品漿貯存在專用的水煤漿貯罐中。水煤漿貯罐有鋼結構的，也有鋼筋混凝土結構的。水煤漿貯罐帶有加熱、保溫、防腐、防沉淀、清洗、計量等技術措施。八、水煤漿輸運水煤漿的輸運方式有：管道輸運：用于大運量、長距離水煤漿輸運。鐵路罐車輸運：用于中小運量、長距離水煤漿輸運。汽車罐車輸運：用于小運量、短距離水煤漿輸運。船舶輸運：用于沿海港口至港口間的水煤漿輸運。上述水煤漿輸運方式均有工業(yè)應用實例。如山東棗莊八一水煤漿廠至廣西桂林鋼廠，鐵路罐車輸運距離長達2200公里。山東兗日水煤漿廠生產的水煤漿由山東日照市5000噸海船

6、運至日本北九州1100公里，又轉至岡山港400公里。九、水煤漿燃燒水煤漿燃燒是通過霧化器噴成霧滴在爐膛內燃燒，其燃燒過程大體可分為四個階段：水分受熱蒸發(fā)、揮發(fā)分析出著火燃燒、固定碳燃燒、焦碳燃燼。水煤漿著火溫度：一般為425550，比同煤種煤粉的著火溫度約低100。水煤漿燃燒的霧化介質：水煤漿霧化可采用蒸汽，也可采用壓縮空氣進行霧化，均能達到預期的霧化效果。爐膛燃燒溫度：水煤漿燃燒時，爐膛溫度在沒有助燃劑情況下可達1350以上，比燃油時低100200。水煤漿燃燒器及噴嘴：必須采用水煤漿專用的燃燒器及噴嘴。噴嘴的材料要選擇耐磨、耐腐蝕的材料，要求噴嘴有良好的霧化性能、防堵性能、調節(jié)性能，并能降低

7、氣耗性，提高經濟性。鍋爐負荷調節(jié)范圍：燃水煤漿鍋爐負荷調節(jié)范圍為40100%，均能穩(wěn)定燃燒。燃水煤漿污染物排放量：由于水煤漿中的灰分只有5%左右，水煤漿燃燒灰渣量較少。由于水煤漿燃燒溫度較低，因此燃燒時的NOX排放量低，容易達到環(huán)保標準。二氧化硫的的排放量取決于原料煤的含硫量，為降低二氧化硫的排放量，可在爐前在水煤漿中加入一定量的脫硫劑，在爐內燃燒脫硫。十、水煤漿經濟性水煤漿制備廠建設投資，噸漿投資約為100元/噸。規(guī)模越大，噸漿投資越少。由于各地原煤價格差別加大，因此水煤漿的生產價格也會有差異。目前水煤漿出廠價約為350400元/噸，而重油市場價為11001300元/噸。以一臺230t/h鍋

8、爐為例，燃水煤漿與燃油相比，單位發(fā)電成本降0.07元/度，年燃料費節(jié)約13001500多萬元。十一、力學所水煤漿技術應用實例1. 北京印染廠15 t/h與20 t/h工業(yè)鍋爐水煤漿代油燃燒技術應用北京印染廠有七臺工業(yè)鍋爐，總供氣量為130 t/h，向紡織廠和印染廠等單位供汽，年耗重油1.5萬噸，耗煤2.5萬噸。為貫徹“以煤代油”的政策，1984年該廠與中國科學院合作開發(fā)水煤漿代油燃燒技術。采用的是中國科學院力學研究所的水煤漿燃燒技術。首先在15 t/h燃油鍋爐試燒水煤漿，并取得成功。在此基礎上，又對三臺20 t/h油煤混燒鍋爐進行改造，建立了水煤漿卸、儲、運系統(tǒng)，達到了連續(xù)輸送和穩(wěn)定燃燒。90

9、年代初,為擴大蒸汽用量,該廠投資建成了一臺20t/h水煤漿鍋爐。該鍋爐由于全燒水煤漿,一年可節(jié)油3000噸以上,社會效益和經濟效益是顯著的。1.1.15 t/h燃油鍋爐改造工程試驗 燃燒器采用兩個預燃室和一個主噴槍,集中布置在前墻。使用直流型低壓氣動霧化噴嘴,每個噴嘴水煤漿流量為600900 kg/h;預燃室出口溫度可達12501350°C。水煤漿燃燒器結構簡單，操作方便。經過多次試驗，在鍋爐上實現了冷風冷爐條件下的點火啟動和穩(wěn)定燃燒水煤漿。水煤漿的燃燒效率90%。對不同濃度和粘度的水煤漿進行了試驗，都可正常燃燒，預燃室穩(wěn)燃性能好，適應性強。1.2.20 t/h油煤混燒鍋爐改造工程八

10、十年代末,對北京印染廠1#、2#、3#三臺20 t/h油煤混燒鍋爐進行了改造。該20 t/h油煤鍋爐原是SHL-13型雙鍋筒橫置式鏈條鍋爐,后因煤質多變,且有變差趨勢,因此,在側墻增加了油槍,進行油煤混燒,以提高燃燒穩(wěn)定性和鍋爐效率。為實現以水煤漿代油,在側墻加裝水煤漿燃燒器,進行水煤漿煤混燒?；鞜Y果表明,燃燒穩(wěn)定,燃燒器出口溫度達到12001300°C，爐膛溫度達到12001450°C。鍋爐熱效率達到77.85%，僅比油煤混燒時,鍋爐熱效率低0.5%,這表明采用水煤漿技術達到了煤代油目的。1.3.20t/h水煤漿鍋爐建成90年代初,該廠為擴大蒸汽用量,建成了一臺20t/

11、h水煤漿鍋爐。采用中科院力學所的燃燒技術方案:兩個燃燒器和一個主噴燃器相組合。1993年下半年開始調試并投入運行(供暖期)。運行結果表明,在冷風冷爐條件下,可以直接用水煤漿啟動鍋爐;運行過程中燃燒穩(wěn)定,從未出現噴嘴堵塞或脫火現象;在百忙之中5%負荷下,是煤漿仍能維持自穩(wěn)燃燒。爐膛出口溫度1100,生產的蒸汽參數穩(wěn)定,可并網供生產用汽。1.4.環(huán)保測試15t/h鍋爐燃燒水煤漿時，NOx排放值為100135ppm， 煙氣林格曼黑度小于1度；20t/h水煤漿煤混燒鍋爐，NOx排放值為45ppm， 煙氣林格曼黑度小于1度; 20t/h水煤漿鍋爐燃燒水煤漿時,NOx150ppm, 煙氣林格曼黑度小于1度

12、。1.5.經濟效益目前水煤漿成本350400元/噸，運費200元/噸，而議價柴油約2000元/噸。而每兩噸水煤漿可替代1噸油。因此從燃料價格看，每燒兩噸水煤漿等于可以節(jié)約1000元左右的用油費用。如印染廠三臺20 t/h水煤漿煤混燒鍋爐，每年節(jié)油4000噸，即可以節(jié)省400萬元的燃料費用。我國是缺油國家，燃用水煤漿比燃油、燃煤降低污染，保護環(huán)境，可以使煤炭資源得到充分利用，所以燃用水煤漿具有顯著的社會效益，將工業(yè)鍋爐改燒水煤漿不但可以降低污染和保護環(huán)境、還可提高能源利用效率，是應該大力推廣的實用新型技術。2. 安太堡煤礦燃用煤泥漿干燥技術應用安太堡煤礦干燥車間以煤泥作為燃料替代原煤作燃料進行干

13、燥煤泥，不加添加劑。煤泥加水稍加稀釋后經強烈攪拌制備成煤泥漿。通過中科院力學所的燃燒試驗得出結論：安太堡煤礦煤泥在不加添加劑的條件下，可以制備成濃度60%以上的煤泥漿，具有一定的流動性和穩(wěn)定性；可以在較低壓力下泵送和霧化；煤泥燃燒迅速、燃燒穩(wěn)定，出口溫度達800°C左右，可以滿足用戶要求。2.1.安太堡煤礦干燥車間燃用煤泥漿改造工程安太堡煤礦干燥車間熱煙氣爐設計用煤泥漿(含水25%左右)燃燒來代替部分干燥用煤。煤泥漿是開發(fā)高濃度水煤漿伴生出來的特殊燃料，從燃燒特性看，可以用來代替油作為一種低NOx和SO2排放的新型燃料。煤泥漿的原料取自真空過濾機，采用螺旋運輸機把煤泥量分流出的一部分輸出并加水攪拌，使煤泥漿的含水量達到40%左右。制漿煤泥經攪拌桶進行強力攪拌，然后經螺桿泵把煤泥漿泵送到兩臺燃燒爐的側墻上設置的12支噴嘴上進行霧化燃燒。每臺燃燒爐燃用煤泥漿約5t/h，煤泥的高位發(fā)熱量為5394kcal/kg。2.2.環(huán)境保護干燥車間燃燒爐燃燒時產生的煤煙和飛塵，以及干燥機對煤泥進行干燥時，熱煙氣流將細煤泥帶走而生成的煤塵