《煤化工—水煤浆技术发展与应用》概要

化学与人类文明课程论文水煤浆技术发展与应用学 院：矿业学院专业：采矿工程班级：采矿131学号：1308010092学生姓名：蒋光利电子信箱：634218490qq.com2014年12月15日水煤浆技术发展与应用摘要： 低碳经济和节能减排是目前社会经济活动的主旋律之一。煤炭作为我国的主要能源， 必须以洁净煤技术的开发和应用为基础开发利用煤炭资源。 水煤浆技术作为我国洁净煤技术的重要组成部分，经过了近30的发展和产业化生产应用，取得了令人瞩目的长足发展，本文总结了水煤浆技术的发展与应用及展望。关键词： 发展概况； 性能特征； 工业应用；在低碳经济和节能减排的国际主旋律下， 在我国富煤贫油缺气的背景下， 在煤炭消费量持续逐年增加的情况下， 洁净煤技术的开发与应用愈显重要， 水煤浆技术作为洁净煤技术的代表之一， 得到了社会与科研工作者的广泛重视。 煤炭是我国的主要能源， 在未来相当长的时间内不会改变。 国家实施洁净煤计划， 把洁净煤技术作为提高煤炭利用效率， 减少环境污染的重要技术手段， 发展包括水煤浆技术在内的洁净煤技术是摆在国人面前的紧迫任务。 控制煤炭在利用过程中造成的污染，减排SO2、CO2、TSP、及NOx,节约煤炭，是促成我国能源安全供应，实施可持续发展能源战略的必然要求和现实选择。1 水煤浆技术简介水煤浆（ CWM ）是由65%70%不同粒度分布的煤、30%35%的水和约1%的添加剂， 经过一定的加工工艺制成的混合物，是20世纪70年代石油危机中发展起来的一中新型低污染燃料，也称为液态煤炭产品。水煤浆技术主要包括水煤浆制备技术、 储运技术、 燃烧应用等关键技术， 是一项涉及多门学科的系统技术。水煤浆具有燃烧效率高， 污染物排放低的特点， 可利用于电站锅炉、 工业锅炉和工业窑炉， 代油、 代气、 代煤燃烧， 亦可作为气化原料， 可用于生产合成氨、合成甲醇等。水煤浆技术是现阶段最适宜的代油、环保、节能技术，发展水煤浆技术，用煤制取清洁燃料（气化原料）是我国能源发展战略和现实选择。2 水煤浆技术发展概况2.1 国外水煤浆技术的发展水煤浆是由煤浆燃料派生演变而来的。 煤浆燃料是以煤粉与水或其他流体调制成煤浆进行直接燃烧的燃料，主要有煤油混合物（ COM ） 、煤甲醇混合物（CMM）、煤水混合物（CWM）和煤油水混合物（COWM）等。煤浆燃料最早 可以追溯到1879年颁发给Muse和Smith的专利。1914年开始煤浆管道小规模应 用，1957年在美国建成了第一条173.8km的年运力为130万吨的输浆管道，并实现 了在东湖电站的燃烧。20世纪60年代，在美国、前苏联、联邦德国相继进行了水煤浆在锅炉中直接燃烧的小型试验， 并都获得了满意的稳定燃烧效果， 但由于经济上的原因在1970年前都终止了。20世纪70年代的石油危机导致了对水煤浆燃料的兴趣， 但在1980年以前，人们兴趣主要集中在油煤浆， 一直到80年代才正式被日益重视和迅速发展起来。到80年代中期，建成一批水煤浆厂和工业化应用项目，普遍进入商业性应用试验阶段。俄罗斯别洛沃建有世界规模最大的水煤浆制备- 管输 -发电工程；美国在20世纪70年代初兴建的黑迈萨煤浆管道工程，远距达 439km,几十年来以99%的可靠 性运输了数亿吨燃料。2.2 我国水煤浆技术的发展我国自 1981年开始从事水煤浆技术研究。在“六五”至“九五”期间，国家给予水煤浆技术发展很大支持，各部门总计投资近十亿元。“六五”期间为水煤浆制备与燃烧公关阶段。 “七五”期间为水煤浆工业技术开发和试验阶段。 “八五” 期间以实现大型化和系列化为目标。 “水煤浆技术研究”被列为“八五”攻关项目。 “九五”期间为商业化示范时期。三十年间， 全国共有数十家单位参加了开发研究， 培养了一批科研队伍， 已 具备技术开发和工程转化能力。 有多项成果得到了应用和转化， 形成具有一定规模的科研试验基地和水煤浆生产应用点。 已取得一批具有自主知识产权的制浆工业技术与设备， 制浆技术已达到国际先进水平。 目前水煤浆作为一种煤基洁净燃料已进入全面推广应用阶段，已在国内的电力、石油、化工、煤炭、建材、冶金及市政等多个行业得到应用， 取得了显著的经济效益和环境效益。 随着水煤浆推广应用范围不断扩大， 不仅水煤浆生产厂的数量日益增多， 而且水煤浆制备技术又有了新的发展和提高。3 水煤浆的性能特征水煤浆是煤与水的非均相液固悬浮液， 属于典型的非牛顿流体， 它既保留了煤炭具有的物理特性，比如发热量、灰熔点、水分、灰分、挥发分、硫分等，又具有像流体一样的一些特征，比如浓度、黏度、粒度以及腐蚀性、稳定性等。持外，水煤浆作为煤流体燃料，必须具有易输送储存、运输及燃烧特性。3.1 水煤浆的浓度水煤浆浓度即水煤浆中固体煤的含量， 通常用质量分数表示。 浓度越大， 水煤浆的热值也就越高， 对燃烧也就越有利。 但在高浓度范围内， 水煤浆的黏度将随其浓度增大而显著增大，通常浓度每增加1%，黏度可提高数百毫帕.秒，黏度过大不利于水煤浆的雾化和充分燃烧， 也不利于运输。 因此， 水煤浆浓度的确定需根据煤质、制浆工艺及燃烧要求综合考虑。3.2 水煤浆的流变性水煤浆虽然也是一种流体， 但它毕竟不是完全的流体， 而是由固体煤和水及少量添加剂所组成的混合物，是一种包括宾汉塑性体、胀型体、屈服假塑体、假塑体等多重性的非牛顿流体。3.3 水煤浆的稳定性水煤浆是一种固液两相混合物， 煤浆中的煤颗粒由于重力的作用而很容易发生固液分离或沉淀， 煤颗粒沉淀会引起水煤浆浓度空间分布不均匀和出现硬沉淀而不易处理。水煤浆稳定性是指水煤浆在储存运输中能维持不产生硬沉淀的性质， 是表征煤浆颗粒抗沉降的能力。 在悬浮体中， 如果颗粒以缓慢的速度协同下沉，在容器底部形成结构疏松的絮凝物，及所谓的“软沉淀” ，再通过机械搅拌能恢复原来浓度均匀状态，这样的悬浮体就符合稳定性要求了。3.4 水煤浆的抗剪切性在工业生产过程中， 磨机出来的浆由于没有经过高剪切作用， 分散剂和煤粉颗粒还没有混合均匀，浆体流态不好，表观黏度也高。为了降低表观黏度，煤浆要经过一系列的过程，比如泵送、搅拌等，这些都可以认为是经过了剪切作用。经过剪切作用的煤浆性能有明显的改善， 如表观黏度下降、 浆体流态及稳定性变好。3.5 浆体的抗温变性水煤浆的抗温变性是表征浆体温度对浆体表观度黏度的影响， 浆体表观黏度随浆体温度变化而变化即抗温变性差， 反之就是抗温变性好。 由于在工业生产中，煤浆都要经过磨矿制浆、 调浆、 泵送和储存等过程， 而煤浆温度也要经过由低到高 （磨矿过程）再到低（调浆、泵送和储浆过程）的温变过程。生产过程中水煤浆的温度变化范围与制浆工艺， 环境温度等因数有关， 一般的变化范围在5080左右。 伴随温度的变化， 一方面煤浆的黏度会随温度的升高而降低； 另一方面水煤浆中的水在分散剂的作用下， 可能进一步被吸附到煤粒的内表面中去， 促使煤浆的黏度升高。因此水煤浆的抗温变性在工业上有着重要的意义。3.6 水煤浆的可雾化性虽然水煤浆在静态下是一种高浓度、 高黏度的流体， 但经过剪切后的水煤浆具有了良好的雾化性。 使用气动雾化喷嘴， 可将水煤浆雾化成约75微米的液滴雾化燃烧。 成品水煤浆的粒度越细， 水煤浆喷嘴设计得越合理， 水煤浆雾化性能越好，燃烧效率也越高。4 水煤浆的品种分类水煤浆可以分为以下几类。按照水煤浆用途， 可以分为燃料水煤浆和气化水煤浆。 燃料水煤浆用于工业锅炉、 工业窑炉等作为燃料用； 而气化水煤浆则用于工业造气， 然后进行下游产品的合成。气化水煤浆是我国以后的发展方向。按照水煤浆制造原料， 可以分为褐煤水煤浆、 烟煤水煤浆、 无烟煤水煤浆、煤泥水煤浆、水焦浆、生物质煤浆等。褐煤水煤浆以褐煤为主要原料， 由于成浆性差， 成浆浓度不高， 一般用于褐煤水煤浆气化； 由于烟煤成浆性较好， 烟煤是目前水煤浆市场上主要的制浆煤种之一；无烟煤由于挥发分低，难于点燃，工业化生产很少，仅做为配煤加入到其他煤种中制浆； 煤泥水煤浆主要以洗选过程中产生的煤泥为主要原料， 采用搅拌直接成浆泵送燃烧， 就地消化， 多用于工业锅炉和电站锅炉掺烧使用； 水焦浆是以炼油厂生产的石油残渣石油焦为主要原料，具有高热值，低挥发分、低灰、高硫高氮的特点，也是主要作为配煤加入；生物质煤浆主要是以煤为主原料，掺入部分生物质制备成煤浆， 其中生物质主要是指城市污泥、 造纸黑液、 工业废 水等，主要用于工业锅炉中燃烧。按照水煤浆品质，可以分为常规水煤浆、精煤水煤浆、超精煤水煤浆、经济型水煤浆、速溶干煤粉（袋装浆） 、环保型水煤浆等。5 水煤浆的工业应用目前除超低灰精细水煤浆尚处于工业试验阶段外， 其余各类水煤浆均已分别在国内外各种工业锅炉、 窑炉作为代煤、 代油的燃料或在气化厂作为气化原料得到广泛应用。5.1 水煤浆制浆厂的生产应用水煤浆厂建设和生产应以煤源、 用户为基础、 要求制浆用煤具有稳定的来源和供应量； 具备符合制浆要求的煤炭质量； 较为经济的运输条件和长期稳定的用户。 我国的水煤浆厂按其运行方式可分为三类： 即矿区型水煤浆厂、 用户型水煤浆厂和集中型水煤浆厂。国内典型的水煤浆生产厂有： 广东省东莞电力燃料公司水煤浆厂、 北京京煤集团水煤浆示范厂、 南海节能燃料公司水煤浆厂、 山西大同汇海水煤浆厂、 胜利 油田华新能源水煤浆厂等。5.2 水煤浆在电站锅炉上的应用水煤浆作为当前最现实的代油燃料， 已在国内多家发 （热） 电厂的多种类型的燃油锅炉上经改造后燃用， 且都取得了以煤浆代油的良好经济效益、 环境效益和社会效益。油炉改烧水煤浆技术难点从一般来说， 油炉改烧水煤浆后， 在锅炉本体改造方面会涉及到一下几个方面的问题。燃烧方面。 如何保证稳定着火和高效燃烧； 如何把燃烧器改装成水煤浆和煤油两用燃烧器； 如何降低飞灰碳含量， 提高水煤浆燃烧效率； 水煤浆火炬延长，炉膛出口烟温升高，如何保证炉膛出口的烟温在允许范围内等灰渣处理当面。如何防止炉内结焦，积灰；如何清理炉膛底部灰渣；防止高温受热面和尾部受热面积灰和飞灰磨损的问题； 如何做到灰渣综合利用， 满足 环保要求。高水分方面问题。 水煤浆含水量为30%-40%如何防止露点升高而引起底部,受热面低温腐蚀。传热和受热面方面。 改烧水煤浆如何提高锅炉出力； 油炉改烧水煤浆后炉膛和过热器吸热分配变化， 如何保证减温装置满足过热器汽温的要求； 如何保证过热器不超温；如何调整受热面以满足燃烧要求。烟气排放污染方面。 如何控制烟气中的飞灰、 二氧化硫、 氮氧化合物等污染物排放，符合国家环保要求。设备方面。改烧水煤浆后如何使原送、引风机尽量少改动就能满足要求；原水煤浆锅炉的安全监测和在线监测方面的系统能正常使用。运行方面。 水煤浆冷炉快速点火和切换技术； 水煤浆冷热态调整试验问题；水煤浆燃烧运行优化和操作规程；水煤浆低负荷稳燃运行技术。5.3 水煤浆在工业锅炉上的应用我国最早使用水煤浆的工业锅炉室北京造纸一厂20t/h燃油锅炉，经适当改造后燃用水煤浆。在随后的20年中，采用喷枪雾化-悬浮燃烧系