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新聞動態
 

來自:山東華源鍋爐有限公司 發布日期:2014/1/16 瀏覽統計:3122
一、水煤漿介紹
水煤漿技術是七十年代初出現的一種以煤代油的煤炭利用新方式,其主要技術特點是將煤炭、水、部分添加劑加入磨機中,經磨碎后成為一種類似石油一樣的煤基液體燃料。
水煤漿像油一樣,可以泵送、霧化、貯存與穩定著火燃燒。兩噸水煤漿可代一噸燃油,以水煤漿代燃油具有顯著的經濟效益,因此是目前企業降低能源成本的效途徑之一。燃用水煤漿與直接燒煤相比,具有燃燒效率高、負荷易調控、節能和環境效益好等顯著優點。水煤漿可以長距離管道輸送也可以采用罐裝車輸送。
二、水煤漿的特點
燃燒效果好。水煤漿黏度低于重油,易于調節,最低負荷可調至40%。代替重油在鍋爐中燃燒,燃燒效率高達96%-99%,鍋爐效率在90%左右,達到燃油等同水平,燃燒調節方便,運行穩定可靠。
環保效果明顯。由于水煤漿燃燒溫度在1200--1300℃,比燃油和粉煤溫度低100--150℃,精煤水煤漿本身的硫分和灰分低等原因,燃用水煤漿后 SO2和NOX排放濃度較低,另外在水煤漿制備過程中可以加入脫硫劑,達到脫硫效果。環境效果好、排渣活性好,燃燒后的灰渣可以綜合利用,作為水泥摻合料,沒有二次污染。
工藝上有許多優越性。在制漿過程中應用濕發制漿,磨漿溫度低(50--60℃),安全可靠;精細水煤漿含灰分低,鍋爐受熱面磨損低于燃煤,維修費用低;不需爐前備煤系統和備煤場,排灰灰場占地僅為燃煤的1/4。
改燒水煤漿投資低于燒粉煤。水煤漿代油可充分利用原有設備,生產流程簡化,投資省。與改燒粉煤相比,改燒水煤漿的費用僅為改燒粉煤的1/3--1/2,改造時間僅為改燒粉煤的1/3,燃油鍋爐改水煤漿經濟效益顯著。

四、水漿燃料技術
水煤漿是八十年代初出現的一種新型煤基流體燃料,國際上稱為CWM(Coal Water Mixture)或CWF(Coal Water Fuel),它含煤約70%,化學添加劑約1%,其余為水。其中的水并不能提供熱量,在燃燒過程中還會因蒸發造成熱損失,不過這種損失并不大。以含煤70%的水煤漿為例,1公斤水煤漿中含水0.3公斤,水的氣化潛熱不到600大卡/公斤,故燃燒1公斤水煤漿因其中水造成的熱損失不到180大卡,約占水煤漿熱值的4%。可是它卻使煤炭從傳統的固體燃料轉化為一種流體燃料,從而帶來很多優點。水煤漿像油一樣,可以泵送、霧化、貯存與穩定著火燃燒。兩噸水煤漿可代一噸油。由于水煤漿與燃油在相同熱值下相比,其價格僅為重油的1/2左右,以水煤漿代油具有顯著的經濟效益,因此是目前企業通過技術改造解困的有效途徑之一。燃用水煤漿與直接燒煤相比,具有燃燒效率高、負荷易調控、節能和環境效益好等顯著優點。水煤漿經長距離管道輸送到終端后可直接燃用,儲運過程全封閉,既減少損失又不污染環境,是解決我國煤炭運力不足的重要運輸方式之一。
石油是重要的戰略物資,我國每年燒油量仍在三千萬噸以上,占石油產量的五分之一。我國煤多油少、并致力于控制燃煤污染,所以水煤漿技術在我國受到政府的特別重視,國家領導人多次親臨考察。1996年初江澤民總書記在中國礦業大學北京校區等考察煤炭科技工作時,對水煤漿技術給予了高度評價,并指出“從戰略上看,中國煤炭資源豐富,要充分發揮煤的作用。中國的燃料在相當長的時期要依靠煤,要把水煤漿作為一個戰略問題來考慮,這是一件十分重要的工作。”
水煤漿的質量特征與制漿技術簡介
水煤漿和一般的煤泥水不同,因為它是一種燃料,所以必須具備某些便于燃燒、使用的性質,主要有:
為利于燃燒,水煤漿的含煤濃度要高。通常要求在62%~70% 左右;
為便于泵送和霧化,粘度要低。通常要求在100(1/秒)剪切率及常溫下,表觀黏度不高于1000~1200毫帕秒;
為防止在貯運過程中產生沉淀,應有良好的穩定性。一般要求能靜置存放一個月不產生不可恢復的硬沉淀;
為提高煤炭的燃燒效率,其中煤粒應達到一定的細度。一般要求粒度上限為300微米,其中小于200網目(74微米)的含量不少于75%。
使水煤漿能滿足其中單項性能并不難,但要同時滿足各項要求就會遇到許多困難,因為有些性能間是相互制約的。例如,要使水煤漿中含煤濃度高,就不能多用水;水少了,又會引起粘度高,流動性差;要流動性好,粘度就應低,但粘度低又會使穩定性變差。所以它的制備技術難度大,涉及煤化學、顆粒學、膠體與有機化學及流變學等多學科技術。高濃度水煤漿的制備技術,在八十年代初期只有瑞典和美國掌握,并嚴加保密。引進技術代價太高,1982年我國開始自主研制。
要做出符合上述性能要求的高濃度水煤漿,單用細煤粉與水簡單混合起來是無法實現的,還必須采取一些特殊的技術措施,主要有:
1.要使煤與水能混為一體,至少必須使煤粒能全部為水所浸沒。通常情況下,煤粉中顆粒間往往存有較多的空隙,水首先要將這些空隙充滿才可浸沒全部煤粒,所以耗水量大,難以做成高濃度水煤漿。為了提高制漿濃度,必需使煤的粒度分布具有較高的堆積效率,即顆粒間空隙要少。使空隙最少的技術稱“級配”,是制漿的關鍵技術之一。其中涉及兩項技術,首先是要能判定什么樣的粒度分布才具有較高的堆積效率;更重要的是如何根據給定的煤炭性質與粒度組成,制定合理的制漿工藝、選擇磨碎設備的類型、設計磨機的結構與運行參數,使產品能達到具有較高堆積效率的粒度分布。
2.煤炭的主體是有機質,它是結構十分復雜的大分子碳氫化合物。這些有機質的表面具有強烈的疏水性,不易為水所潤濕。細煤粉又具有極大的比表面積,在水中很容易自發地彼此聚結,這就使煤粒與水不能密切結合成為一種漿體,在較高濃度時只會形成一種濕的泥團。所以制漿中必需加入少量的化學添加劑,即分散劑,以改變煤粒的表面性質,使煤粒表面緊緊地為添加劑分子和水化膜包圍,讓煤粒均勻地分散在水中,防止煤粒聚結,并提高水煤漿的流動性。由于各地煤炭的性質千差萬別,適用的添加劑會因煤而異,不是一成不變的。
3.煤漿畢競是一種固、液兩相粗分散體系,煤粒又很容易自發地彼此聚結。在重力或其他外力作用下,很容易發生沉淀。為防止發生硬沉淀,必需加入少量的化學添加劑,即穩定劑。穩定劑有兩種作用,一方面使水煤漿具有剪切變稀的流變特性,即當靜置存放時水煤漿有較高的粘度,開始流動后粘度又可迅速降下來;另一方面是使沉淀物具有松軟的結構,防止產生不可恢復的硬沉淀。
從以上可以看出,煤炭的制漿效果與煤炭本身的理化性質有著密切關系,制漿用原料的性質直接影響到水煤漿的質量與生產成本。所以,建設制漿廠時,根據用戶對煤漿質量的需求,以及煤炭成漿性規律,合理選擇制漿用煤是十分重要的。
從燃燒角度出發,制漿用煤的揮發分含量不能太低,鍋爐用水煤漿時,通常要求>28%,否則煤漿不易穩定著火燃燒。此外,為防止爐內結渣,對于大多數采用固態排渣的爐子,要求煤炭的灰熔點(T2)高于1250℃。至于煤炭的發熱量、灰分與硫分指標,則應根據用戶的需求而定。至于煤炭的成漿性,則需要對有代表性的煤樣進行專門的試驗研究后才能判定。一般地說,煤炭的內在水分越低、可磨性越好、煤中氧含量越低,則成漿性越佳。
我國水煤漿技術開發與應用簡況
我國從“六五”開始,就將“水煤漿制備與燃燒技術”列為國家重點攻關項目。我校負責其中的制漿技術開發,包括煤種的優選、添加劑、磨礦級配技術與制漿工藝、制漿專用設備與檢測控制技術等。經過“六五”到“九五”近二十年的努力,現已擁有實驗室制漿研究手段、8公斤制漿臺架試驗裝置、100公斤/時多功能連續制漿小試系統、2噸/時多功能連續制漿中試廠,以及先進的現代儀器分析室;并開發出具有我國特色的制漿技術,形成了我國自己的制漿理論體系,取得了發明專利,并達到國際水平。曾先后獲得國家科技進步三等獎、能源部科技進步一等獎、山東省科技進步一等獎、教育部科技進步二等獎。我校水煤漿技術的開發,還引起國際社會的重視,曾得到聯合國計劃開發署及國際科學文化中心(ICSC)世界實驗室項目的支持。國家水煤漿工程技術研究中心的制漿技術研究所及世界實驗室的煤漿研究中心均設在我校。利用我校開發的技術,建設了大同(3萬噸)、株州(3萬噸)、紹軋(3萬噸)、八一(25萬噸)等中、小型制漿廠。立足國內技術與裝備完全可以建設更大規模的制漿廠,目前正在建設的大型制漿廠是大同(年產100萬噸)與勝利油田制漿廠(一期工程50萬噸)。與國外相比,建廠投資省、生產成本低。引進的年產25萬噸兗日漿廠,投資40.2億日元,采用我校技術建設的相同規模八一漿廠,投資僅5000多萬元,相當引進廠的1/4。我校開發的添加劑,費用只相當國外的1/3~1/2。水煤漿的價格比國外低得多,國外每噸65~70美元,我國只有40美元左右。
山東白楊河電廠燃用八一水煤漿廠生產的水煤漿代油,在該廠3#機組(5萬千瓦、230t/h鍋爐)上經過4000多小時安全運行,1999年6月通過了國家鑒定,燃燒效率達99%,接近燃油水平;鍋爐效率達到90%;負荷在40~100%(20~50MW)區間變動均能穩燃,達到了國際先進水平。經環保檢測,煙塵排放濃度為135.2mg/Ndm3、SO2排放濃度為627.4 mg/Ndm3、NOx排放濃度為495.1mg/Ndm3,均符合國家排放標準。在燃油價格1450元/噸的情況下,燃用水煤漿與燃油相比,標煤單價可降低426.37元/噸,單位發電變動成本可降低182.2元/千千瓦時。由于經濟效益顯著,該廠又僅用52天時間,將1#機組(規模同3#機組)改為燒水煤漿,并已于2000年1月投漿,并列、接帶負荷一次成功。
以水煤漿代煤用于軋鋼加熱爐,最早是在桂林鋼廠,后來為紹興軋鋼廠采用,連續運行了9年。燃燒效率由85%提高到98.5%以上,節煤30%,由于負荷和爐溫便于調控,爐內火焰充滿度好,沿爐長溫度梯度符合鋼坯加熱工藝要求,鋼坯氧化燒損率由1.8%降至1.5%,不僅鋼坯加熱質量有明顯提高,同時加熱爐能力也由原來的30噸/時提高到40噸/時。采用常規水幕除塵,顯著改善了排煙質量。以桂林鋼廠環保檢測數據為例,與原燃用粉煤相比,排放的煙塵濃度由732 降至240 mg/Ndm3,SO2由283.8降至9.78 mg/m3,NOx由14.1 降至4.4 mg/m3,林格曼黑度由2級降為0級。煙氣排放各項指標均優于國家環保標準。此外,在山東萊蕪鋼廠大型臺車式鍛造加熱爐以水煤漿代氣,在紹興鋼廠的鋼坯加熱爐上以水煤漿代煤,均取得成功。
水煤漿代油在石化與油田企業中的效益最佳,因為一方面它們自用鍋爐燒油量很大,另一方面重油催化裂化裝置又缺原料,以水煤漿代油不但代一噸油可節省燃料費400~600元,而且將省下的重油進行深加工,每噸重油還可獲得效益400元。1994~1995年浙江大學與勝利油田管理局合作,曾在3MW與7MW筒形臥式盤管燃油鍋爐上以水煤漿代油連續運行1年多,取得很好的效益。目前,北京燕山石化總公司組織的以水煤漿代油用于自備電站5萬千瓦機組的工業試驗已初步獲得成功。
據不完全統計,我國仍在運行的100MW以上的電站燃油機組還有2750MW;中石化系統尚在運行的35~410t/h燃油鍋爐和機組有130余臺(總蒸發量15800t/h)。上述油爐改燒煤粉要比改為燒水煤漿難度大得多,改造投資大,工期長。
燃煤污染已日益受到政府與社會的關注,許多大、中城市已先后決定不準燒散煤,各城市現有大量的中小型燒煤鍋爐將面臨要改用其他燃料,改為燒氣和油當然可行,但燃料費用太高。若改燒水煤漿,既可滿足環保要求,又比燒油或氣經濟,所以水煤漿在這方面也會有很好的市場前景。
制漿廠的投資、生產成本與效益
制漿廠投資取決于生產規模、制漿工藝及建廠條件等因素。生產規模應根據用戶需要而定。用戶集中的地區可建設規模較大的中央制漿廠,生產商品漿,供本地區若干用戶燃用;分散的小用戶或自身需漿量大的用戶,可建用戶自備制漿廠,或爐前制漿系統,專供本廠使用。
根據已有制漿廠的建設資料,在一般情況下,全部采用國內技術與裝備,因規模大小和工藝不同,噸漿投資大致在150~200元范圍。用戶建設的自備漿廠及爐前制漿系統因生產的不是商品漿,制漿工藝可以簡化,不需要龐大的儲漿設施,并可充分利用工廠已有的內、外部條件,所以投資較省,噸漿投資有可能控制在100元左右。
制漿廠的投資構成中,設備購置和安裝約占40~60%;建筑約占20~30%;其它費用約占15~25%。
水煤漿的生產成本主要包括原料煤成本(每噸漿約需用0.7噸煤)和制漿加工費。制漿加工費的多少主要取決于所采用的制漿工藝與原料煤性質。制漿加工費中,主要是動力電費與所需化學添加劑費用。制漿電耗約噸漿40~60度,添加劑費用與所選用制漿原料煤成漿性的難易程度有密切關系,一般在噸漿20~60元左右。加上成本中的材料消耗、折舊、工資及其他費用等項,每噸漿的加工成本(不包括原料煤)估計在90~140元之間。
由于水煤漿是一種新型燃料,商品水煤漿的售價目前尚由供需雙方議價確定。按當前重油和渣油價每噸1700元測算,水煤漿運到用戶的價格每噸在400~500元之間,用戶將有很高的效益,制漿廠也有較好的效益。
工程技術服務
水煤漿的工業應用是一項系統工程,它涉及制漿與燃燒技術、工程設計、專用設備與檢測控制技術等方方面面,單靠一個單位是難以做好的。為了推動我國水煤漿事業的健康發展,也為了對制漿與燃燒客戶負責,我們主張技術單位與工程單位和生產單位聯合承擔項目,各自發揮自己的優勢,揚長避短,通力協作。目前我們“制漿技術研究所”已與浙江大學“燃燒技術研究所”、煤炭工業部選煤設計研究院“洗選、制漿工程設計研究所”、棗莊礦業集團公司八一煤礦“水煤漿工業生產培訓基地”等納入國家水煤漿工程技術研究中心的專業研究所及制漿與燃燒專用設備制造廠家結成了長期、良好的合作伙伴關系,通力配合承擔水煤漿工程項目,使工程項目能得到可靠的保證。
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