水煤浆燃料在汕头万丰热电厂的应用核心提示：介绍了我国能源结构特点及水煤浆燃料的优势；对万丰热电厂220 t／h油炉改烧水煤浆工程进行介绍，并对经济、社会效益和应用前景进行了分析，实际应用结果表明，改造是成功的，燃烧效率达到99％，锅炉热效率达到91％以上。
关键字：水煤浆热电厂
Application ofcoal－water slurryin Shantou Wanfeng heat power plant QIUZhuo－wei1，ZHANGChuan－ming2，ZHOUJun－hu3，LIUJian－zhong3（1．Shantou Wanfeng Power Supply Company，Shantou 515000，China；
2．Shantou Wanfeng Heat Power Plant，Shantou 515000，China；3.Zhehiang Umiversity,Hangzhiu 310012,China)
Abstract：Theenergystructurein China and the characteristics ofcoal－waterslurry aresummarizedin this paper．Thetechnol－ogy ofretrofitting a 220t／h oil－fired boilerinto a CWS－fired onein Wanfeng heat powerplantis described．Itssocial and eco－nomical benefit，application prospects are analysed．Results have shown that CWScan be ignited and burned steadily，com－bustion efficiency can reach to 99％and boiler efficiencyis upto 91％．
Key words：coal waterslurry；heat power plant；boiler
1 前言
中国是能源生产和消费大国，也是目前世界上一次能源以煤为主的少数几个国家之一。我国煤炭资源丰富，占化石能源资源的80％以上，石油、天然气相对短缺。随着能源科技和中国经济的快速发展，优质能源需求不断增加，石油、天然气消费呈现加速增长态势。自上世纪90年代以来，我国原油生产的增长速度下降，而石油消费猛增，产需缺口明显增大，1993年成为石油净进口国。1999年我国生产石油1．6亿t，纯进口4381万t。2000年进口约7000万t，2001年约6500万t，2002年6941万t。由于这几年国际油价大幅飚升，为此每年需支
付外汇约140多亿美元。据有关部门预测，“十五”期间及未来的10～20年，我国石油需求仍将呈现强劲增长趋势，而国内原油产量将维持在1．6亿～1．9亿t水平，供需缺口较大。如果完全依靠进口，到2010年我国石油对国际市场的依赖程度将高达50％以上。因此，我国近年重申以煤代油的能源政策，有关部门也制订了一系列代油燃料技术导向和相关优惠政策，以确保我国能源供应的稳定和社会经济的可持续发展。而水煤浆燃料就是国家明确的代油燃料和优先发展的洁净煤技术之一。
2 水煤浆燃料特性
水煤浆是上世纪70年代末发展起来的新型煤基流体洁净燃料，由68％左右的煤粉、32％左右的水和0．5％左右的化学添加剂组成，其流动和储存特性类似重油，并能像油一样雾化、燃烧，是一种理想的代油燃料。根据水煤浆性质和用途划分，主要有超低灰精细水煤浆、精煤水煤浆、经济型水煤浆、气化用水煤浆和环保型水煤浆等。表1是我国目前最常见的精煤水煤浆质量指标。
水煤浆具有以下优点：（1）良好的流动性和稳定性，易运输，可减少运输途中的损失，节省贮煤场地，特别是可以液体燃料方式用泵和管道输送；（2）加工方法简单并易贮存；（3）燃料供给系统和控制系统远较煤粉系统简单；（4）不存在自燃着火和粉尘飞散等问题；（5）可以100％代油，与油一样雾化燃烧，原有的燃油炉只要简单改造即可燃用水煤浆；（6）在水煤浆加工过程中，可以进行不同程度的脱灰、脱硫处理，燃烧温度又比一般煤粉燃烧温度低200℃左右，因此，燃烧时排放的SO2、NOx可大大减少，是一种很有潜力的洁净燃料。
3 原设计锅炉概况
汕头万丰热电厂一期工程规模为2×50MW，热电联供。该工程由广东和四川电力勘察设计院联合设计，四川电建二公司负责主体设备安装，河南电力建设调试所承担两台机组的整套调试工作。
两台锅炉分别于1995年4月和11月开始安装，1996年4月和5月完成水压试验，并先后于1997年10月和1998年1月顺利完成168h试运行。但电厂自1999年下半年以来，由于锅炉燃油价格不断攀升，运行成本不断升高，工厂严重亏损，基本处于停产状态。通过对国内外代油燃料和锅炉改造技术的调研，电厂决定委托浙江大学对2号炉进行燃烧水煤浆技术改造。
电厂一期工程两台锅炉均为高压单锅筒、自然循环、低氧负压燃烧、平衡通风、 型露天布置的燃油锅炉，型号为WGZ220／9．8－15型，武汉锅炉厂生产。炉膛为矩形截面炉室，尺寸为7．67m×5．96m，为减少漏风，组织低氧燃烧，炉室四壁布满膜式水冷壁管，取消炉室与尾部竖井之间的中间烟道。炉顶和尾部竖井均用过热蒸汽管包覆，形成炉顶棚及尾部包墙。屏式过热器布置在炉膛上部，高温和低温两级过热器分别布置在折焰角上部和转向室前部。过热器的减温采用两级给水喷水减温，第一级喷水点设在屏式过热器的进口，第二级喷水点装设在高温过热器热段进口，减温器均采用文氏减温器结构。在尾部竖井内布置单级两组吊挂式省煤器，省煤器下部经连接烟道与一台复合热管空气预热器相连。原设计燃烧装置为8只平流重油燃烧器，分两排布置于炉室前墙，并采用大风箱、文丘里平流式调风器。
原设计锅炉的主要技术参数参见表1。
4 改造工程要点
4．1 改造技术内容
4．1．1 水煤浆系统
水煤浆系统包括：港口贮装、汽车运输和厂区内卸浆、贮浆、输浆及炉前供浆系统。卸浆码头采用油料公司油库原有的5000 t贮罐进行改造，然后用汽车罐车运至电厂。
厂区新建卸浆、输浆泵房一座，由汽车运来的煤浆先卸至卸浆罐中，再经曲杆泵送到贮浆罐，该罐利用原电厂5000 t油罐改造而成。
炉前也设供浆泵房一座，供浆设施包括：两个搅拌桶，3台曲杆泵（2台工作，1台备用），两台过滤器（一台工作，一台备用），两台加热器（未投入使用）。
4．1．2 锅炉
为了适应水煤浆燃烧，锅炉体积扩大，前后墙分别向外拉出0．8m，组成正四角炉膛，见图1。燃烧器也由前墙布置旋流燃烧器改为四角布置直流燃烧器，该燃烧器为油／水煤浆两用燃烧器。根据燃用水煤浆的成功经验及电站锅炉的特点，这次改造使用的喷嘴是浙江大学研制的撞击式多级雾化型水煤浆喷嘴。在受热面改造方面，过热器和喷水减温装置不作改动，为了提高热风温度，对省煤器和空预器进行调整，尾部烟道自上级省煤器后改为水平走向，然后向下构成垂直烟道。在二级省煤器之间增加一级空预器，并增加下级空预器的面积。
锅炉和其他受热面增加吹灰装置，省煤器和空预器增加防磨装置。
4．1．3 出渣除尘系统
炉底改为冷灰斗，并增加水力出渣装置。除尘器选用两室三电场静电除尘器，干式出灰，经刮板送入专用飞灰罐车，直接运至水泥厂进行综合利用。
4．2 改造结果
工程于2000年11月开始施工，到2001年6月投入生产，在改造过程中不断根据安装实际，及时完善设计，施工及投入生产一直非常顺利，改造进度快、效果好。全烧水煤浆各项技术指标比较如表2。
2号燃油设计锅炉从2001年5月31日改全烧水煤浆至今，实践证明改造是成功的，符合设计要求，在40％～90％负荷范围内，水煤浆着火迅速，燃烧稳定，燃烧效率和锅炉热效率分别达到99％和91．8％，与煤粉炉不相上下。锅炉各参数符合机组运行要求，同时，锅炉尾部飞灰、排渣和烟气成分能满足环保排放标准，灰渣能达到综合利用要求，排放SO2和原来
燃油相比降低了近60％。各项性能指标明显优于国内外同类型燃用水煤浆锅炉，与同容量煤粉锅炉相比，在环保方面更具优势。该工程2001年12月通过广东省科技厅鉴定，2002年6月获汕头市科技进步一等奖，同年12月获广东省科技进步二等奖。
本次改造属于万丰热电厂首例，同时由于原燃油锅炉结构较紧凑，给改造过程造成困难，也使得改造后锅炉个别位置及通道显得较为局促。同时水煤浆投退过程、炉前阀门开关全部用手动，自动化程度有待进一步提高。我们将不断探索改进，降低操作人员的劳动强度，改善劳动环境，使水煤浆燃烧系统更趋完善。相信随着水煤浆技术的发展和更多的投入，水煤浆的生产流程会更趋完善。
5 经济效益和应用前景
万丰热电厂改烧的水煤浆采用山东省八一水煤浆和兖日水煤浆，水煤浆通过轮船经1000多km运输到汕头。如按外购水煤浆每吨470元计（到岸价），重油按1400～1500元／t计算，则改造后每年可节约燃料费用约3500万元，本次改造总投资为3000万元，一年内即可回收。如按自制水煤浆计算，以年产25万t水煤浆厂为例，洗精煤制浆浓度通常为67％，吨浆原料煤费用按220元计算，添加剂费用为20元，水、电、折旧、工资、管理等操作费用为50元，则水煤浆成本为290元（目前国内水煤浆出厂价格在300～350元／t），制浆厂合理利润为50元／t，则水煤浆价格为340元／ t。对于万丰电厂来说，改造后每年节约的燃料费可达4800万元，同时制浆厂年利润为1250万元。
锅炉从燃用高硫（2．83％）的重渣油改为低硫的水煤浆，每台锅炉每年可减少SO2排放2000～3000 t，对于汕头这个属于酸雨控制区的全国环保模范城市来说意义重大。万丰热电有限公司的2号燃油设计锅炉改全烧水煤浆代油发电技术更是全国首台220t／h容量的燃油设计锅炉的成功改造范例，可推广到全国众多的燃油锅炉应用场合，逐步改变我国石油紧缺的局面，使水煤浆技术作为一种代油的战略储备技术，更好地发展完善，同时带动相关成套技术和设备生产企业的发展机会，促进经济增长。可见2号锅炉改造后具有显著的经济效益和社会效益。
目前我国仍有大量燃油工业窑炉、锅炉和电站锅炉在应用，如广东省有总容量为600万～
700万kW的机组为燃油机组，约占总发电量1／3以上，而国际油价继续居高不下。我国水煤浆厂的建设蒸蒸日上，山西大同100万t／a的水煤浆厂工程已完成一期30万t／a的建设；河南禹州中锋集团年产50万t的水煤浆工程将于2003年竣工。目前全国已建水煤浆厂总产量约为500万t／a。随着这些大规模生产厂家的完工，水煤浆价格会更趋合理化。因此，我国燃油锅炉推广水煤浆技术的前景是十分光明的。
6 结语
汕头万丰热电有限公司2号炉改烧水煤浆后运行时间已有两年多，结果表明改造是相当成功的，具有十分明显的社会经济效益，年经济效益达到4000万元以上。它是我国第一台电站燃油设计锅炉改烧水煤浆，也是目前我国最大的在运行的燃用水煤浆锅炉之一，对我国大量的燃油锅炉改烧水煤浆有重要的示范意义，为我国“以煤代油”的战略决策开辟了一条新的道路。
改烧水煤浆后锅炉可在40％～85％负荷内安全经济运行，热效率在91％以上，燃烧效率在99％以上，与煤粉炉相当，甚至超出同容量煤粉锅炉。水煤浆／油两用燃烧器既能满足水煤浆快速着火、稳定燃烧的目的，又能满足100％负荷时油燃烧的要求。水煤浆燃烧时，火炬明亮，没有明显大的火星。喷嘴着火延迟距离短，点火迅速、切换容易、运行可靠，喷嘴负荷调节范围大，调节方便，燃烧完全，喷嘴寿命可达2000 h以上。
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水煤浆燃烧技术 一、水煤浆概述 水煤浆是一种煤基的液体燃料，一般是指由60－70%的煤粉、40－30%的水和少量的化学添加剂组成的混合物。它是20世纪70年代世界范围内出现石油危机的时候，人们在寻找以煤代油的过程中发展起来的石油替代技术。水煤浆既保持了煤炭原有的物理化学特性，又具有和石油类似的流动性和稳定性，而且工艺过程简单，投资少，燃烧产物污染较小，具有很强的实用性和商业推广价值。 水煤浆的用途十分广泛，它可以像油一样的管运、储存、泵送、雾化和稳定着火燃烧，其热值相当于燃料油的一半，因而可直接替代燃煤、燃油最为工业锅炉或电站的直接燃料；水煤浆还是理想的气化原料，产生的煤气化可以用于煤化工或用于联合循环发电；对于特制的精细水煤浆，还可以作为燃气轮机的燃料使用；可见，水煤浆技术是洁净煤技术的一个重要组成部分，发展水煤浆技术具有十分重要的意义。 （1）替代石油，合理利用我国能源资源 由于水煤浆具有同石油一样的流动和雾化特性，因此，以水煤浆替代石油可以利用原有设备，改动工作量很小，投资小。 （2）解决煤炭运输问题 我国煤炭资源丰富，但地区分布极不平均，北煤南运和西煤东运的局面将长期存在。靠铁路运输既增加了铁路的负担，又对沿途环境造成了污染。发展水煤浆进行管道运输将在很大程度上缓解能源运输的压力和污染问题。 （3）降低煤利用过程中的污染 制备水煤浆的原料煤是经过洗选的，含灰量和含硫量都大为降低，燃烧后产生的飞灰和SO2都比一般的燃煤锅炉低。同时由于水煤浆中的水分在燃烧时具有还原作用，理论燃烧温度也比相同煤质的煤粉燃烧低200℃左右，因此可以在一定程度上降低NOX的排放量。
二、水煤浆的特性 水煤浆作为一种替代燃料，除了具有原有煤的特性，如发热量、灰熔性、各组分含量外，还具有一些特殊的性质要求。 （1）水煤浆的浓度 水煤浆的浓度是指固体煤的质量浓度，它直接影响到水煤浆的着火性能和热值。浓度越大，含水量越少，就越容易点燃且发热量高。但浓度的提高会影响到水煤浆的流动性，通常根据其实际需要和煤质特性，将浓度控制在60－75%之间。（2）水煤浆中煤的粒度 水煤浆中煤的粒度对水煤浆的流变性、稳定性以及燃烧特性影响很大，同时合理的粒径分布还有利于达到较高的水煤浆浓度。一般情况下，煤炭的最大粒径不超过300um，且小于200目（74um）的颗粒含量不小于75%。 （3）水煤浆的流变特性 流变性用于描述非均质流体的流动特性，它是影响水煤浆储存的稳定性输变的流动性、雾化及燃烧效果的重要因素，一般用剪切应力-切变率关系来表示，常用参数为黏度。水煤浆属于非牛顿流体，它的黏度随流动时的速度梯度（即剪切速率）的大小而变。 为了便于利用，在不同的剪切速率或温度下，要求水煤浆能表现出不同的黏度值。当其静止时，要求其表现出高黏度，以利于存放；当其受到外力，则能迅速降低黏度，体现出良好的流动性，也就是具有良好的触变性，或者说是“剪切变稀”的特性。同时，水煤浆还需要类似于油的黏温特性，升温后，黏度明显降低，易于雾化，可以提高燃烧效率。 （4）水煤浆的稳定性 作为一种固、液两相的混合物，水煤浆很容易发生固液分离、生成沉淀物的现象。水煤浆的稳定性是指其维持不产生硬沉淀的性能，所谓硬沉淀，就是无法通过搅拌是水煤浆重新恢复均匀状态的沉淀，反之称为软沉淀。一般工业要求的水煤浆存放稳定期是三个月。 以上水煤浆的特性是衡量水煤浆质量的重要指标，但由于其中有些特性之间是相互制约的，如浓度高会引起黏度增大，流动性变差；黏度低有利于泵送、雾化和燃烧，却会使稳定性降低等。因此，必须根据水煤浆的实际用途，来协调其各个性质参数，目前主要的水煤浆种类、特性及用途如表3-10所示。
水煤浆是一种由70％左右的煤粉，30％左右的水和少量药剂混合制备而成的液体，可以象油一样泵送、雾化、储运，并可直接用于各种锅炉、窑炉的燃烧。它改变了煤的传统燃烧方式，显示出了巨大的环保节能优势。尤其是近几年来，采用废物资源化的技术路线后，研制成功的环保水煤浆，可以在不增加费用的前提下，大大提高了水煤浆的环保效益。在我国丰富煤炭资料的保障下，水煤浆也已成为替代油、气等能源的最基础、最经济的洁净能源。 水煤浆由70%左右的煤，30%的水及少量化学添加剂制成，是一种浆体燃料，可以像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧，其热值相当于燃料油的一半，可代替燃料油用于锅炉、电站、工业炉和窑炉，用于代替煤炭燃用，具有燃烧效益高、负荷调整便利、减少环境污染、改善劳动条件和节省用煤等优点。 以水煤浆为原料的Texaco气化技术 煤炭的主体是有机质，它是结构十分复杂的大分子碳氢化合物。这些有机质的表面具有强烈的疏水性，不易为水所润湿。细煤粉又具有极大的比表面积，在水中很容易自发地彼此聚结，这就使煤粒与水不能密切结合成为一种浆体，在较高浓度时只会形成一种湿的泥团。所以制浆中必需加入少量的化学添加剂，即分散剂，以改变煤粒的表面性质，使煤粒表面紧紧地为添加剂分子和水化膜包围，让煤粒均匀地分散在水中，防止煤粒聚结，并提高水煤浆的流动性。由于各地煤炭的性质千差万别，适用的添加剂会因煤而异，不是一成不变的。 煤浆毕竞是一种固、液两相粗分散体系，煤粒又很容易自发地彼此聚结。在重力或其他外力作用下，很容易发生沉淀。为防止发生硬沉淀，必需加入少量的化学添加剂，即稳定剂。稳定剂有两种作用，一方面使水煤浆具有剪切变稀的流变特性，即当静置存放时水煤浆有较高的粘度，开始流动后粘度又可迅速降下来；另一方面是使沉淀物具有松软的结构，防止产生不可恢复的硬沉淀。 从燃烧角度出发，制浆用煤的挥发分含量不能太低，锅炉用水煤浆时，通常要求>28%，否则煤浆不易稳定着火燃烧。此外，为防止炉内结渣，对于大多数采用固态排渣的炉子，要求煤炭的灰熔点（T2）高于1250℃。至于煤炭的发热量、灰分与硫分指标，则应根据用户的需求而定。至于煤炭的成浆性，则需要对有代表性的煤样进行专门的试验研究后才能判定。一般地说，煤炭的内在水分越低、可磨性越好、煤中氧含量越低，则成浆性越佳。 烯丙基磺酸钠 GB/T 18855-2002 水煤浆技术条件查看 GB/T 18856.1-2002 水煤浆质量试验方法第1部分：水煤浆采样方法查看 GB/T 18856.10-2002 水煤浆质量试验方法第10部分：水煤浆灰熔融性测定方法查看 GB/T 18856.11-2002 水煤浆质量试验方法第11部分：水煤浆碳氢测定方法查看
第41卷第3期2010年5月 锅 炉 技 术 BOIL ER TECHNOLO GY Vol.41,No.3May.,2010 收稿日期:2009209215 作者简介:代淑兰(19762),女,汉族,河北省定州市人,讲师,博士,研究方向为复杂流场数值模拟研究。 文章编号: CN3121508(2010)0520076205 水煤浆的流变特性研究进展 代淑兰1,陈良勇2,代少辉3 (1.中北大学化工与环境学院,山西太原030051; 2.东南大学能源与环境学院,江苏南京210096; 3.宿迁中天建设工程有限公司,江苏宿迁223600) 关键词: 水煤浆;流变特性;流变机理 摘 要: 总结了水煤浆流变特性的国内外研究进展,对水煤浆的流变学属性、流变特性的研究方法、流变特性的影响因素和流变机理等方面的研究现状和研究成果进行了概述,重点对水煤浆流变特性的影响因素和流变机理的研究进展进行了详细地阐述,指出了目前水煤浆流变特性研究中存在的问题,探讨性地提出了今后的研究方向。 中图分类号: O 373 文献标识码: B 0 前 言 水煤浆是由质量份额60%～70%的煤粉、30%～40%的水和少量添加剂混合构成的液固两相悬浮体系,是一种新型的煤基流体燃料,在煤的燃烧和气化等洁净煤技术领域应用广泛。水煤浆具有和石油相似的流动性和稳定性,可方便地实现储存、管道输送、雾化和燃烧,具有节能、环保和综合利用煤泥等多种效益,受到各国工业界的高度重视。 水煤浆的流变特性主要研究浆体的流动和变形,即剪切速率与剪切应力之间的关系,或剪切速率与表观粘度之间的关系。水煤浆的流变特性影响到储存稳定性、输送过程的流动性和雾化过程的可雾化性及炉内的可燃性等重要工艺过程[1],而水煤浆的流变数据是分析和确定浆体流动规律的基础数据,是输送管道设计和运行参数选择的重要依据。 1 水煤浆的流变学属性及对流变特性的 要求 1.1流变学属性 水煤浆属于复杂的多相悬浮体系,施加剪切 应力产生的速率梯度受到其内部物理结构变化的影响,反过来内部的物理结构又会因剪切作用 而引起变化,因此水煤浆的流变特性呈现复杂多样性。从目前的研究看,水煤浆涵盖了牛顿流体和几乎各种类型的非牛顿流体。由于具有较高的固相含量、相对较小的煤粉颗粒以及添加剂的加入使煤粉颗粒与水紧密结合形成网状结构,多数水煤浆表现出显著的非牛顿流体特性。水煤浆的非牛顿流体特性通常具有如下特点:非单相性,即流变特性要用多个参数来表示;非单值性,粘度随剪切应力发生变化;非可逆性,粘度与剪切作用的持续时间有关,即表现出一定的触变性[2]。多数工业用水煤浆存在屈服应力,在低剪切速率和高剪切速率下均呈现牛顿流体特性,在中等剪切速率下呈现剪切稀化特性,只有极少呈现胀流性流体特性。 描述水煤浆流变特性常用的经验模型有[2]:牛顿流体: τ=μγ(1) 宾汉塑性模型:τ=τy +p γ (2)幂率模型: τ=K γn (3)屈服?幂率模型: τ=τy +K γn (4)Casson 模型: τ0.5=τy 0.5+(p γ )0.5(5)
水煤浆 一、水煤浆及水煤浆锅炉改造 水煤浆由70%左右的煤，30%的水及少量化学添加剂制成，是一种浆体燃料，可以像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧，其热值相当于燃料油的一半，可代替燃料油用于锅炉、电站、工业炉和窑炉，用于代替煤炭燃用，具有燃烧效益高、负荷调整便利、减少环境污染、改善劳动条件和节省用煤等优点。 水煤浆锅炉改造包括工业窑炉、导热油炉、蒸汽锅炉、电站锅炉等，是以水煤浆为主要燃料，经搅拌、泵送、过滤后，在浆枪喷头内混入压缩空气，雾化后喷入炉膛点燃。与燃煤、燃油锅炉工艺有区别，故需改造。 二、水煤浆在清洁能源中的地位 2001年11月，国家科技部和国家环保总局联合其他部委正式启动“清洁能源行动”首批进行试点18个城市。 清洁能源行动的总体目标是以洁净煤技术的开发、产业化和推广应用为核心，以煤燃烧和烟气处理为主要工作对象，通过组织具有自主知识产权的洁净煤技术的应用示范，使相应技术达到产业化水平。清洁能源同时还包括可再生能源技术。 根据我国国情，洁净技术包括：选煤，型煤，水煤浆，超临界火力发电，先进的 燃烧器，流化床燃烧，煤气化联合循环发电，烟道气净化，煤炭气化，煤炭液化，燃料电池。 试点城市中，太原、济南、铜川、兰州、柳州（转南宁）以水煤浆为核心，乌鲁 木齐、银川等七城市也把水煤浆作为主要技术之一。 三、水煤浆的优势 1.水煤浆的环保优势针对煤炭，包括减少运输过程中的污染和储存时的占地面积、改善工作环境和条件、排放指标完全能够达到国家要求的标准三个方面。水煤浆是由经过洗选后的精煤加工而成的，其灰、硫含量较低，水煤浆燃烧温度比燃煤、燃油低100--200℃，大大减少了SO2 和NOx以及烟尘的生成，污染排放量低，基本上是国家标准的一半，可以预期优势会不断放大；水煤浆是使用储浆罐密闭保存、占地面积小，没有煤、灰场地的二次污染。 2.水煤浆的节能优势针对石油，1．8吨至2．1吨水煤浆可以替代1吨燃油，从电厂的锅炉应用效果看，燃用水煤浆的燃烧效率大于98％，达到了燃油的同等水平，而二氧化硫、氮氧化物排放量低，环保质量比燃油还高。每代替一吨油可以节约1000-2000元。 由上表可看出大约2吨水煤浆可代替1吨重油燃烧，水煤浆的价格是900元/吨，一吨重油的价格是3600元，相当于用户在实际生产中每使用一吨重油可以节省2000元钱；大约2.5吨水煤浆可代替一吨轻油燃烧，一吨轻油的价格是4900元，相当于用户在实际生产中每使用一吨轻油，用户可以节省3300元钱，经济效益非常明显。
水煤浆的缺点大于优点 水煤浆是20世纪70年代发展起来的新型煤基清洁代油燃料。由于近年来石油价格急剧上涨，水煤浆颇受推崇，一般都认为水煤浆的潜在市场是替代燃油发电厂和燃油工业窑炉。究竟水煤浆代油发电的可行性如何，是一个值得深入研究的问题。总的看来，国外水煤浆代油发电尚处于试验阶段，我国水煤浆代油发电的需求并不大，即使有少量电厂用水煤浆代油发电也是暂时的，不具备长期的发展前途。 一、我国水煤浆代油发电的领域不大。 首先，我国电力工业长期以燃煤火电和水电为主，只有在60年代未70年代初和90年代中期两次由于严重缺电等原因曾经发展过一部分燃油电厂。第一次发展燃油电厂都采用燃油锅炉的凝汽式发电或热电厂，1973年和1979年两次石油危机后实行“以煤代油”政策大部分都已改造。第二次发展燃油电厂与第一次不同，大部分采取燃气轮机式燃气蒸汽联合循环或柴油机，很少采用燃油凝汽式电厂。以发展燃油电厂最多的广东省为例，到2000年底，全省拥有燃油电厂968.78万kW，其中燃气机234.35万kW，柴油机526.08万kW，燃油锅炉凝汽式发电仅208.35万kW，燃气机和柴油机占78.5％。全国情况也大致类似，而且燃油锅炉凝汽式发电厂大都是第一次发展燃油时留下来的，这部分电厂由于
种种原因改造困难，且剩余寿命不长，改造价值不大。而燃油电厂能够用水煤浆替代油的只有燃油锅炉凝汽式发电厂，对于燃气轮机和柴油机是无法燃用水煤浆的，从这一点来说能用水煤浆代油的发电厂数量是很少的。 其次，根据1999年国家经贸委《关于关停小火电机组有关问题的意见》的规定，5万kW及以下的燃油机组在2003年年底以前要一律关停，又使可以改烧水煤浆的燃油发电机组数量大大减少，甚至连作为燃油改燃水煤浆的唯一示范厂--山东白杨河电厂也在关停之列。第三，目前水煤浆代油发电的示范经验仅限于200t／h锅炉（5万kW机组）级，未被淘汰的燃油锅炉都超过200t／时。东白杨河电厂3号炉（230t／h）改燃水煤浆， 1994年开始进行，到1999年10月才烧水煤浆22万t;2000年初白杨河电厂1号炉和2号炉也改烧水煤浆，证明烧水煤浆锅炉负荷没有降低，锅炉效率可达90％～91％，炉况稳定，运行良好，证明烧水煤浆是可行的。此外，燕山石化公司、广东茂名热电厂改烧水煤浆的工程也都是220t／h锅炉，只有广东南海热电厂计划改造3台670t／h的燃油锅炉。值得一提的是燕化220t／h脱硫型水煤浆工程是中日合作完成的绿色环保节能项目，它是世界上首台设计燃水煤浆的专用锅炉，该工程于1999年1月正式开工建设，1999年11月建成， 2000年3月9日燃水煤浆成功，3月22日烧脱硫型水煤浆成功。值得指出的另一点是，
水煤浆技术的应用现状及发展趋势 摘要本文概述水煤浆技术在国内外的发展应用现状和趋势，分析水煤浆代油代气燃烧技术的主要优缺点、市场前景和趋势，通过对水煤浆的技术经济、环境评价．指出目前我国水煤浆技术发展存在的主要障中国是能源生产和消费大国，也是目前世界上少数几个一次能源以煤为主的国家之一。从能源资源条件看，我国煤炭资源丰富，占化石能源资源的94．3％以上，石油、天然气相对短缺。随着能源科技和中国经济的快速发展，优质能源需求不断增加，石油、天然气消费呈现加速增长态势。2001年中国净进口石油约7000万t，据有关部门预测，“十五”期间及未来的10～20年，我国石油需求仍将呈现强劲增长趋势。而国内原油产量将维持在I．6～1．9亿吨水平，供需缺口将进一步加大。如果完全依靠进口，到2020年我国石油对国际市场的依赖程度将高达50％以上，超过40％的警戒线，对国家能源安全造成很大威胁。面对日趋严峻的石油供求形势和国际油价变动的不确定性，亟需从我国经济发展全局出发，结合我国资源、技术和经济条件，寻求行之有效的替代技术，以缓解我困石油进口压力，保持国民经济的持续发展，保障能源与经济安全。持了煤炭原有的物理特性，又具有石油一样的流动性和稳定性，被称为液态煤炭产品。水煤浆技术包括水煤浆制各、储运、燃烧等关键技术，是一项涉及多门学科的系统技术。水煤浆具有燃烧效率高，污染物排放低等特点，可用于电站锅炉、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，用于生产合成氨、合成甲醇等。水煤浆技术是我国现行阶段适
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，以煤代油，20世纪七十年代世界石油危机后，西方发达国家如美国、加拿大、日本、英国、法国、
水煤浆管道设计浅析 管道室 史伟 2009年11月西安
【摘要】：本文针对水煤浆的特性，简要探讨了水煤浆管道布置中应考虑的一些主要问题并提出见解，以供相关工程设计人员参考。 【关键词】：水煤浆、流动特性、腐蚀分析、管道布置 水煤浆作为一种可输送的、特别的物料形式，目前广泛应用于煤制甲醇，煤制燃气，煤制油，煤制烯烃等煤化工项目中。水煤浆的制备与输送是整个项目中的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个装置运行的好坏。 1．水煤浆的特性 1.1水煤浆的浓度和粒度分布： 水煤浆属于煤粉悬浮体系，特性除与原煤性质有关外，其粒度分布也将直接影响水煤浆的物理和工艺特性。常用水煤浆的质量分数60 %～65 %，浓度太低会导致稳定性变差，不能满足输送和生产要求。汽化装置中水煤浆浓度过低，会导致热能浪费，提高生产成本，同时还可能使合成气过氧，造成安全隐患。水煤浆粒度分布主要与进磨机的原煤量、原煤粒度、磨机的级配、生产负荷等因素有关；煤浆浓度主要跟原煤性质、粒度分布、分散剂等因素有关。纯粹的细粒子并不能制成高浓度的水煤浆，必须将粗细粒子适当搭配，使体系具有足够宽的粒度分布和适宜的分布结构，造成溶液中不同粒子间的相互镶嵌才有利于制备高浓度的水煤浆，同时也有利于水煤浆性能稳定。 1.2水煤浆的流动特性： 水煤浆的流动情况非常复杂,不仅受到液固两相密度、固相含量、流速变化以及管道形状和布置方式的影响,而且还受到固体颗粒尺寸的影响。高浓度水煤浆作为一种均质悬浮液在管内流动时不满足剪切应力与剪切应变的线性关系，属于非牛顿流体。牛顿流体在固体壁面流动时,壁面上的流体贴附于壁面上而不会滑移。而非牛顿流体在非均匀应力场中流动会诱发大分子离开边壁向中心漂移,使紧贴壁面流体的大分子浓度降低,因此粘度也降低。霍国胜等认为液体在流动过程中要考虑滑移的依据是流动速度是否超过临界流速,若超过临界流速,则出现滑移,出现滑移就能实现减阻.水煤浆在管道中流动由于滑移产生减阻现象,其实质是由于煤粉颗粒向管中心主流区域漂移,致使管内壁面处形成一层煤粉浓度很低,粘度显著下降而剪切速率很大的薄层(称为滑移层)，随着水煤浆滑移层厚度的增加，水煤浆减阻现象明显。在工程设计中，正是利用水煤浆的滑移减阻特性，来优化水煤浆的输送，减少输送过程中对管道的磨蚀和堵塞现象的发生。
水煤浆应用技术综述 杨再成、欧伟宝、钱国俊、李东涛、姚丽、龙巧云、王中红 杭州华电华源环境工程有限公司能源研究所 1、前言 众所周知，我国化石能源结构十分不合理，从已探明的储量中，煤炭占92.94%，石油占5.35%，天然气占1.71%，其构成特点是富煤、贫油、少气。由于燃烧油不足，每年需从国外进口大量原油、重油，而且比重越来越大。仅2004年就进口原油1亿多吨，重油2000 多万吨，而当年我国的石油产量仅1.75亿吨。不仅占用国家大量宝贵外汇，同时进口的高含硫油产生的废气严重污染了环境，更严重的是给国家能源安全性造成危险。 上世纪八十年代起，国家经委就有一个压油办，意在压缩燃料用油的消耗。水煤浆作为一种代油燃料从它立项研究开始，一直得到国家有关部门的支持。煤炭部一直致力于推动水煤浆的研究和工业方面应用。江泽民等国家领导人也曾亲临水煤浆锅炉现场视察，并指出“对水煤浆的重要性，要提到战略高度来认识”。水煤浆技术开发和产业被明确列入国家重点鼓励发展的技术和产业。作为代油燃料多次被国家有关文件肯定。今年6月，全国人大办公厅就“发展新型替代能源——水煤浆的建议”下达给国家发改委重点办理。即将由财政部、国税总局、国家环保总局、国家电网公司出台的有关政策必将给水煤浆产业的发展带来新的机遇。 2、水煤浆工业应用的几个里程碑 第一座按水煤浆燃料设计的锅炉应是北京东城区的北京印染厂由杭州锅炉厂和中科院合作生产的20t/h蒸汽锅炉。但对水煤浆工业应用影响最大却是下面几个项目，其在水煤浆工业应用史上具有里程碑意义。 （1）山东白洋河电厂油炉改烧水煤浆项目： 从1990年立项到1998年国家鉴定历经8年，为四角切向燃烧水煤浆成功应用于220t/h高压电站锅炉立下了第一座丰碑。 （2）北京燕山石化三电站新建220t/h高压锅炉：
关于新型水煤浆技术的问答 煤炭是我国供暖的最主要燃料，每年供暖季来临时，北方地区雾霾往往进一步加剧。其中，散烧煤等不清洁的煤炭利用方式是造成雾霾的主要原因之一。可以说，解决“供暖式雾霾”，实现清洁取暖这一难题已然迫在眉睫。 1、问：国家对新型水煤浆技术有何政策支持？ 答：2015年，国家能源局印发了《煤炭清洁高效利用行动计划（2015-2020年）》，提到要积极推广先进的煤炭提质、洁净型煤和高浓度水煤浆技术。此外，水煤浆还是国家洁净煤计划发展中的一项重要技术，历经30余年的科技攻关与生产实践，已进入工业化推广应用阶段。 2、问：目前水煤浆技术的应用现状如何？ 答：据不完全统计，截至2013年底，全国燃料水煤浆的设计产能已突破5000万吨/年，生产和使用量已达3000万吨/年。目前水煤浆应用范围涵盖了城市供热、电力、石油、冶金、化工、建材、轻工等多个行业，预计未来几年水煤浆消耗量将突破2亿吨，我国也将成为世界上水煤浆产量最大、应用行业最广泛、制备技术最为先进的国家。 尤其是在城镇集中供热和工业园区热电联产这两个领域，水煤浆技术取得了突飞猛进的发展。以特利尔公司为例，我们依托山东城市供热和工业园区供汽需要，对现有燃煤锅炉进行高效环保水煤浆锅炉改造或新建新型水煤浆锅炉，实现燃煤锅炉的清洁燃烧、超低排放，打造出济南市水煤浆供热示范工程，得到了用
户的好评。目前，山东省建成水煤浆生产厂26家，年产水煤浆能力1000万吨。建设新型水煤浆制备中心的同时，我们将推动青岛市、泰安市、济宁市、烟台市、威海市等供热工程应用水煤浆锅炉进行示范。 在山东省，水煤浆这一技术得到了较好的推广和应用。今年2月7日至10日，中国城镇供热协会赴济南市调研山东省清洁供热实践情况，见证了多种形式的燃煤锅炉清洁利用实例，其中由青岛特利尔环保股份有限公司（简称特利尔公司）自主研发的新型水煤浆锅炉技术得到了该协会的高度评价，该技术样板工程济南热电领秀城热源厂项目，两台70MW新型水煤浆锅炉，未使用脱硝装置的情况下，氮氧化物原始排放浓度竟然在40毫克以内。 3、问：新型水煤浆锅炉技术具有哪些独特优势？ 答：近年来，特利尔公司与清华大学联合建设了清洁燃煤院士工作站，由清华大学热能工程系岳光溪院士主导研发出第三代水煤浆锅炉，这一技术可直接通过燃烧实现氮氧化物的超低排放及炉内低钙硫比下的高脱硫效率。 特利尔公司在经过充分实验、论证的基础上，在山东、辽宁等地成功将水煤浆锅炉技术应用在100余个工程项目上，如济南热力莲花山项目、济南热电领秀城项目、中石化胜利油田项目等。且经实践考证，新型水煤浆锅炉技术具有十大优势：无需脱硫脱硝设施，在正常工况下锅炉可达到二氧化硫排放35毫克、氮氧化物排放50毫克以内；燃烧温度830~870摄氏度，通过合理地选择二次风的布置位置，抑制了热力型氮氧化物的生成；环境清洁、占地面积少，无需储煤场、渣场和输煤系统；储运密闭，无扬尘污染；锅炉热效率可达91%以上，
水煤浆及水煤浆锅炉常见问题解答 1. 什么是水煤浆？ 答：水煤浆是由大约65%的煤、34%的水和1%的添加剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。它改变了煤的传统燃烧方式，显示出了巨大的环保节能优势。尤其是近几年来，采用废物资源化的技术路线后，利用煤泥和工业废水等研制成功的环保水煤浆，可以在不增加费用的前提下，大大提高了水煤浆的环保效益。在我国丰富煤炭资料的保障下，水煤浆也已成为替代油、气等能源的最基础、最经济的洁净能源。 3.制造水煤浆的原煤种类和规格 答：制备水煤浆原料煤，一般尽量选择低灰、低硫、低水分、中高发热量、高挥发分、高灰熔点的优质动力煤。如气煤、肥煤、长焰煤、弱粘煤、不粘煤等煤种均可作为制备水煤浆的原料煤种。原料煤经洗选加工，用浮选精煤或水洗精煤制浆。 4.水煤浆的生产工艺流程 5.水煤浆的燃烧特性 答：水煤浆具有雾化性能好、98%以上能充分燃烧的特性，达到设计要求，燃烧排放产生的数据为：二氧化硫160mg/Nm3，烟尘45.5mg/ Nm3，格林曼黑度＜1。而国家标准为：二氧化硫900mg/Nm3，烟尘150mg/ Nm3，格林曼黑度＜1。
排放的收费暂按0.6元/kg计算 SO 2 ＝73.4×1000×0.6＝4.4万元 煤炉 SO2 ＝14.4×1000×0.6＝0.86万元 水煤浆炉 SO2 ＝79.2×1000×0.6＝4.75万元 油炉 SO2 8.水煤浆如何降低硫的排放 答：从生产至使用共分四道脱硫工序 1.选用优质低硫动力煤，从源头上降低产品的含硫量 2.原煤经浮选或水洗祛除杂质 3.制浆过程加入一定的添加剂后可以在燃烧过程中实现水煤浆脱硫 4.水煤浆在制备过程中需加入一定量的水，从而降低水煤浆整体含硫量比 例 9.碳指标排放交易在当今社会的现状及水煤浆节约的碳指标？ 答：据悉，国际市场上碳排放交易价格一般在每吨17欧元左右，而国内的交易价格在8至10欧元左右。 在未来2年内，碳排放交易将大幅增长。在欧洲，从现在至2012年，碳排放价格将维持在12至15欧元之间。如果是这样，从事碳排放交易的公司将会为投资者赚上一笔不小的利润。 由于水煤浆自身的特性，在生产过程中要加入30%的水，每使用1吨水煤浆相比煤的碳排放就少1.08吨，按国内碳指标排放交易价8欧元计算可节约人民
实验五 水煤浆滴的燃烧 一、水煤浆应用背景 石油资源的紧缺使我国相当一部分燃油炉的燃料发生困难。由于水煤浆与液体燃料在许多方面有相似之处，以水煤浆代替液体燃料的研究得到广泛重视，取得了很大的进展。在煤粉中加入一定比例的水和少量表面活性剂制成的水煤浆有许多特点。它可以象石油一样用管道输送，只需改动燃油炉的某些部件，如有水煤浆喷嘴就可在油炉中燃烧。由于含有水分，燃炉中火焰温度较低，保护了热部件，同时降低了污染等。近十年来，有关水煤浆燃烧的工业性实验和基础研究取得了一批重要成果。使人们对这种代用燃料的特性有了一定的认识。 毕竟水煤浆是一种两相非牛顿流体，与纯液体燃料有区别。目前的研究成果表明，水煤浆滴的燃烧过程大致可以分为以下四个阶段（见图8—1）： 水煤浆滴的加热（OA ）。这一阶段浆滴温度上升，水份也同时蒸发。 水份蒸发（AB ）。浆滴温度上升到A 点后，水份继续蒸发，但液滴保持不变，这是浆 滴温度为水的饱和温度，即液体蒸发时的湿球温 度。 煤粒挥发分析出并燃烧（BD ）。水份蒸发后煤浆 滴呈多孔状干球，温度继续上升；先是挥发份析 出，达到一定浓度后开始着火（C 点），温度继续 上升，直到挥发份燃尽（D 点）。 固体炭的着火和燃烧（DE ）。挥发份燃尽时，炭 粒温度已经相当高，足以使固定炭着火，温度急 剧上升，然后有较长的稳定燃烧过程，直至固定 炭燃尽（E 点）。E 点以后出现熄火现象，浆滴温度迅速下降。从O 点到E 点所需的时间即为水煤浆滴的燃尽时间。 二、实验原理 实验采用人工黑体作热环境，将水煤浆滴挂在热电偶上，记录浆滴初始直径，并描绘出燃烧过程中浆滴温度随时间的变化曲线，由此计算浆滴的燃尽时间。 1、水份蒸发时浆滴平衡温度的计算 由液滴蒸发理论可知，平衡蒸发时，水蒸汽的质量流率可由气相组分方程和连续方程求得： ()()m D B v s m v =+41π ργ ln , （1） 式中（OD ）为混气的密度与扩散系数乘积，γs 为滴的半径， B Y Y Y m v w s w w s ,,,,= --∞ 1为蒸发的 质传递函数。Y w ，s ，Y w ，∞分别为表面和无穷远处水蒸汽的质量百分数。假定Y w ，∞=0，则上式可简化为 B Y Y m v w s w s ,,,= -1 （2） 另一方面，由能量守恒方程可知， () m c r B v p s h v =?? ? ? ?+41πλln , （3）
水煤浆添加剂工业试验 张家明(安徽淮化集团有限公司，安徽淮南 232038) 2002-01-16 0 前言 我国煤炭资源十分丰富，石油资源相对短缺，在一次能源生产与消费结构中以煤为主的格局相当时期内难以改变，因此发展洁净煤技术是现实的选择。水煤浆技术是我国洁净煤技术的主要组成部分，水煤浆作为一种煤基液态燃料，在我国经过10多年的技术开发、工业性试验和商业示范应用，已显示出具有代油、节能、燃烧效率高和污染低等诸多优势。 煤炭的主体是有机质，它的表面具有强烈的疏水性，煤粉又具有极大的比表面，很容易自发地彼此聚结，这就使煤粒与水不能密切结合成为一种浆体，浓度较高时会形成一种湿的泥团。当水煤浆中的固体颗粒呈现聚结状态，流动时剪切平面必然会通过这些聚结物，引起较大的机械阻力，使得体系粘度高、流动性差。添加剂一般是含有大量离子基团的大分子表面活性剂。煤水体系中加入添加剂后，添加剂分子吸附在煤粒表面：一方面，亲和力强的芳环和侧链烷基为疏水基吸附在煤粒表面非极性区域内；另一方面，—CH3等离子基团中的一部分吸附在带相反电荷的煤粒表面，其余部分则作为亲水基指向液相，使得水分子吸附在煤粒表面，从而使煤粒表面由疏水性变为亲水性，固液界面张力得到了降低，促进了煤粒在水中的分散；同时，加入添加剂后，不带电的煤粒表面因吸附添加剂分子而带负电荷，同种电荷相互排斥，从而形成了一个阻止粒子聚集的电势垒，利于煤颗粒的分散。添加剂在煤粒表面不仅发生物理吸附，而且存在较强的化学吸附，使添加剂分子很难从煤粒表面分离开来，一定程度上保持了煤颗粒间的电势垒。同时，水化膜将煤粒隔开，减少了煤粒间的阻力，起到了降粘作用。 根据淮化德士古气化炉所用的水煤浆性能指标要求，我们将有关厂家提供的3种类型添加剂在工业装置上对义马煤进行了成浆试验。本次工业试验的目的是确认该产品能否作为工业用水煤浆添加剂，该产品作水煤浆添加剂的用量及工业操作条件，考核用该产品制得煤浆的特性以及对生产的影响。 1 试验 1.1 原料煤的性质 试验所用煤样为义马煤，煤质分析结果列于表1煤粒度分布服从实际生产要求。 由表1可知，义马煤硫含量较低，挥发分含量高，发热量大，灰熔点较低，属于比较理想的气化煤种。但分析基水分较高，可磨指数偏低，难以制备成高浓度的水煤浆，可制浆的最高浓度为 65.61％。 1.2 水煤浆添加剂 试验选用了3种添加剂，即陕西渭河化肥厂提供的木质素添加剂、上海昆山水煤浆添加剂厂提供的丙烯酸添加剂、上海焦化厂提供的萘系添加剂，3种添加剂理化性质列于表2。 3种添加剂在工业装置上用义马煤进行了成浆试验，在2＃磨机内磨制完成了添加量试验、1＃磨机内磨制完成了制浆浓度试验，考察
水煤浆燃料在汕头万丰热电厂的应用核心提示：介绍了我国能源结构特点及水煤浆燃料的优势；对万丰热电厂220 t／h油炉改烧水煤浆工程进行介绍，并对经济、社会效益和应用前景进行了分析，实际应用结果表明，改造是成功的，燃烧效率达到99％，锅炉热效率达到91％以上。 关键字：水煤浆热电厂 Application ofcoal－water slurryin Shantou Wanfeng heat power plant QIUZhuo－wei1，ZHANGChuan－ming2，ZHOUJun－hu3，LIUJian－zhong3（1．Shantou Wanfeng Power Supply Company，Shantou 515000，China； 2．Shantou Wanfeng Heat Power Plant，Shantou 515000，China；3.Zhehiang Umiversity,Hangzhiu 310012,China) Abstract：Theenergystructurein China and the characteristics ofcoal－waterslurry aresummarizedin this paper．Thetechnol－ogy ofretrofitting a 220t／h oil－fired boilerinto a CWS－fired onein Wanfeng heat powerplantis described．Itssocial and eco－nomical benefit，application prospects are analysed．Results have shown that CWScan be ignited and burned steadily，com－bustion efficiency can reach to 99％and boiler efficiencyis upto 91％． Key words：coal waterslurry；heat power plant；boiler 1 前言 中国是能源生产和消费大国，也是目前世界上一次能源以煤为主的少数几个国家之一。我国煤炭资源丰富，占化石能源资源的80％以上，石油、天然气相对短缺。随着能源科技和中国经济的快速发展，优质能源需求不断增加，石油、天然气消费呈现加速增长态势。自上世纪90年代以来，我国原油生产的增长速度下降，而石油消费猛增，产需缺口明显增大，1993年成为石油净进口国。1999年我国生产石油1．6亿t，纯进口4381万t。2000年进口约7000万t，2001年约6500万t，2002年6941万t。由于这几年国际油价大幅飚升，为此每年需支
水煤浆技术 摘要：能源是人类社会和经济发展的重要物质基础。当今世界,特别是中国,使用的一次能源主要是化石能源,它们在一次能源中所占的比例分别是90％与97.5%。化石能源是不可再生的不洁净能源,按不洁净程度排序,依次为:煤炭,石油,天然气。分析了几种煤代油的途径后,认为建设煤炭液化示范工厂作为技术储备是非常必要的,但目前还难以大规模商业化运作.以水煤浆代油虽有局限性,却是当前经济、现实和有效的途径,而且对目前的燃油用户有显著的经济效益.提出了将煤炭转换为水煤浆使用后,可减少燃煤污染的6个方面.分析了现有油炉改为烧煤或水煤浆的利弊与适用的范畴.为治理大量分散的中小型燃煤锅炉的燃煤污染,在大多数情况下,改烧水煤浆是一条经济可行的途径。 关键词：水煤浆技术环境 一．水煤浆是八十年代初出现的一种新型煤基流体燃料，，国际上英文称为CWM （Coal Water Mixture）或CWF（Coal Water Fuel），它含煤约70％，化学添加剂约１％，其余为水和1%的添加剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。其中的水并不能提供热量，在燃烧过程中还会因蒸发造成热损失，不过这种损失并不大。以含煤70％的水煤浆为例，1公斤水煤浆中含水0.3公斤，水的气化潜热不到600大卡/公斤，故燃烧1公斤水煤浆因其中水造成的热损失不到180大卡，约占水煤浆热值的4％。可是它却使煤炭从传统的固体燃料转化为一种流体燃料，从而带来很多优点。水煤浆像油一样，可以泵送、雾化、贮存与稳定着火燃烧。两吨水煤浆可代一吨油。由于水煤浆与燃油在相同热值下相比，其价格仅为重油的1/2左右，以水煤浆代油具有显著的经济效益，因此是目前企业通过技术改造解困的有效途径之一。燃用水煤浆与直接烧煤相比，具有燃烧效率高、负荷易调控、节能和环境效益好等显著优点。水煤浆经长距离管道输送到终端后可直接燃用，储运过程全封闭，既减少损失又不污染环境，是解决我国煤炭运力不足的重要运输方式之一。 石油是重要的战略物资，我国每年烧油量仍在三千万吨以上，占石油产量的五分之一。我国煤多油少、并致力于控制燃煤污染，所以水煤浆技术在我国受到政府的特别重视，国家领导人多次亲临考察。1996年初江泽民总书记在中国矿业大学北京校区等考察煤炭科技工作时，对水煤浆技术给予了高度评价，并指出“从战略上看，中国煤炭资源丰富，要充分发挥煤的作用。中国的燃料在相当长的时期要依靠煤，要把水煤浆作为一个战略问题来考虑，这是一件十分重要的工作。 当今全世界在石油能源危机的经济大衰退之后，清醒地认识到石油天然气作为清洁能源，并不是取之不尽用之不竭的，丰富的煤炭依然是长期可靠的主要能源。然而，传统的燃煤方式造成严重大气污染的历史教训是不容重现的。于是煤炭液化、汽化和浆化成为先进工业国家普遍重视的研究课题。水煤浆则是煤炭液化的最佳成果，也是煤炭洁净利用最廉价的实用技术。 我国煤炭资源分布集中在“三西”，即山西、陕西及内蒙西部。目前有63%的煤炭要从“三西”调出，我国长期存在北煤南运、西煤东调的格局。煤炭的管道运输投资少、建设周期短、营运费低、为全密闭输送，不污染环境。水煤浆经管道输送到终端即可供用户燃用，而且可长期密闭储存。 二、 1、水煤浆成分 水煤浆就是煤与水的混合物，由3部分组成，即煤粉、水和添加剂。煤粉是燃烧的主体，约占水煤浆组分的70% ，其粒级有严格的要求，通常要经过粉碎、洗选、去灰、沉淀，颗粒直径在40～120Lm。添加剂的比例大约是水煤浆组分的1%～2% ，其余28%～29% 为水。成品水煤浆具有一定的稳定性，静置一个月时间可以不沉淀、不分层。而且具有一定的流动性，可以象燃油一样车装、船载或通过管道输送。其次是
水煤浆加压气化技术由于高效、洁净，在我国备受关注并大量推广。但水煤浆气化的烧嘴连续使用寿命较短，制约了装置的长周期运行，并影响经济效益。为此，国内科研院所、烧嘴使用单位等开展了大量的工作，从结构、形式、材质等多方面进行改进，期望提高使用寿命。本文作者多年来一直从事于水煤浆气化炉工艺烧嘴的研制工作，作为专题负责人，主持承担了“国家重大技术装备研制项目（科技攻关）计划专题合同：水煤浆气化炉烧嘴研制”，并成功应用于山东华鲁恒升化工股份有限公司的水煤浆加压气化国产化装置。北京达立科科技有限公司、清华大学、山西丰喜肥业集团共同开发的水煤浆分级气化技术（也称之为“非熔渣-熔渣”煤气化技术），其烧嘴也由我们提供。该技术于2007年12月6日通过了中石化协会组织的专家鉴定。本文作者全程参与了该项目的开发，在方案的选取、专利申请、气化炉结构的确定、工艺烧嘴的设计及配置、 二次补氧烧嘴的设计、配置等方面提出了建议，配套提供的专用工艺烧嘴和二次补氧烧嘴，为该工艺技术的工业实施作出了重要的贡献。本文作者就水煤浆气化炉工艺烧嘴研制方面所进行的一些工作和思考进行简单的介绍，同时对烧嘴的改进提供一些个人看法，仅供同行参考。 1 工艺烧嘴的设计 目前普遍采用的气化炉工艺烧嘴头部结构如图1所示。烧嘴的设计需要考虑的因素有以下。
图1 水煤浆气化炉工艺烧嘴头部典型结构 （1）结构形式 为同心三套管。烧嘴中心氧管的出口设计成缩口形式，目的是对中心氧进行加速，同时其端面相对于烧嘴断面基准面有一定的缩入量，这样形成一个水煤浆和中心氧的预混合腔，水煤浆的出口管路也设计成缩口形式，使进入预混合腔的水煤浆具备一定的速度。在预混合腔内，利用中心氧对水煤浆进行稀释和初加速，改善水煤浆的流变性能，其目的是为了保证水煤浆在离开烧嘴后的雾化效果。外氧管口的缩入量更大一些，目的是提供更高流速的氧气，使通过预混腔的水煤浆混合物进行良好的雾化，以便在气化炉内达到良好的气化效果。 （2）流通通道 无论是中心氧、还是水煤浆及外氧的流通面积，均需要满足各自介质的流量要求。在供应压力允许的情况下，力争达到良好的混合和雾化
水煤浆 水煤浆是由大约65%的煤、34%的水和1%的添加剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。它改变了煤的传统燃烧方式，显示出了巨大的环保节能优势。尤其是近几年来，采用废物资源化的技术路线后，研制成功的环保水煤浆，可以在不增加费用的前提下，大大提高了水煤浆的环保效益。在我国丰富煤炭资源的保障下，水煤浆也已成为替代油、气等能源的最基础、最经济的洁净能源。 基本介绍 水煤浆是一种新型、高效、清洁的煤基燃料，是燃料家庭的新成员，它是由65%-70%不同粒度分布的煤，29-34%左右的水和约1%的化学添加剂制成的混合物。经过多道严密工序，筛去煤炭中无法燃烧的成分等杂质，仅将碳本质保留下来，成为水煤浆的精华。它具有石油一样的流动性，热值相当于油的一半，被称为液态煤炭产品。水煤浆技术包括水煤浆制备、储运、燃烧、添加剂等关键技术，是一项涉及多门学科的系统技术，水煤浆具有燃烧效率高、污染物排放低等特点，可用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉代油、代气、代煤燃烧，是当今洁净煤技术的重要组成部分。 发展 水煤浆是70年代兴起的新型煤基液体燃料，由65%的煤、34%的水和1%的化学添加剂，经过一定的工艺流程加工而成，其灰分及含硫量低，燃烧时火焰中心温度较低，燃烧效率高，烟尘、SO2及NOX排放量都低于燃油和燃煤。许多国家基于长期的能源战略考虑，将其作为以煤代油的燃料技术进行研究、开发和储备，且已实现商业化使用。 我国的水煤浆研究工作起步于70年代末，80年代初，与国外同步，直接原因是国际上爆发的石油危机，使各个国家都在寻找以一种代替石油的新能源。而中国是一个富煤、少气、贫油的国家，因此我国一直致力于水煤浆的研发工作，并于1983年5月攻关研制出了第一批水煤浆试燃烧成功。近年来，我国的水煤浆制备技术和燃料技术发展很快，并达到了国际水平，先后完成了动力锅炉、电厂锅炉、轧钢加热炉、热处理炉、干燥窑等炉窑燃用水煤浆的工程试验。在环保产业的高科技领域，我国的大部分技术、产品均落后于国际先进水平，而水煤浆是一个例外，中国的水煤浆技术优先于国外，这种新能源在中国的能源战略中占有非常重要的地位。 目前水煤浆技术已被列为我国能源发展重点推广技术，也是煤炭工业洁净煤技术优先发展重点技术之一。《201-2017年中国水煤浆行业发展前景与投资预测分析报告》[1]指出，我国是一个富煤少油的国家，水煤浆作为新型代油环保燃料，正被越来越多的企业所认识，采用水煤浆技术进一步改善煤炭企业的产品结构，提高煤炭企业经济效益。水煤浆技术还可以解决一些燃煤企业环保及工艺过程调节的问题。而且可以利用工厂有机废水（如造纸黑液）制成水煤桨燃烧。因此水煤浆技术是当前较现实的，也是21世纪最有市场的洁净煤技术。从长远来看，随着国民经济的发展，我国液体燃料供需矛盾将进一步加大，环境对燃料的约束也进一步加强，水煤浆的使用量将逐步加大；而随着水煤浆技术的进一步提高将会使其社会效益更加明显，经济效益得到改善。因此，水煤浆的应用前景非常广阔。
（1）空气压力雾化悬浮燃烧原理 水煤浆与空气经燃烧器以射流方式进入炉膛，促使煤浆气流与炽热烟气产生强烈混合，水分迅速蒸发；同时水煤浆气流又受到炉膛四壁和高温火焰的辐射。而 将悬浮在气流中的煤颗粒迅速加热，水煤浆颗粒获得了足够的热量并达到了一定的 温度就开始着火燃烧。其着火热随燃料的性质和运行工况的变化而变化，锅炉负荷 低时，炉膛平均烟温降低，燃烧器区域的烟温也将降低。所以雾化燃烧固态排渣水 煤浆锅炉最低运行负荷在50%左右。 （2）流化悬浮高效洁净燃烧技术原理 将滴状水煤浆投入燃烧室下部由石英砂和石灰石构成床料的炽热流化床中，其温度在850-950℃左右。水煤浆在炽热的流化床料的加热下迅速完成水分析出， 挥发分析出并着火燃烧及焦碳燃烧过程。在流化状态下颗粒状水煤浆团进一步解体 为细颗粒被热烟气带出密相区进入悬浮室继续燃烧。在燃烧室出口设有分离回输装 置。被热烟气带出的媒体物料和较大的水煤浆颗粒团被分离器分离、捕捉，通过分 离器下部设置的回输通道返回燃烧室下部密相区，既减少了媒体物料的损失，又实 现了水煤浆颗粒团的循环燃烧，从而获得高的燃烧效率。此外，低温燃烧过程，有 效的控制了热力型NOx的形成。且由于媒体物料由石英砂与石灰石构成，石灰石在高温下煅烧生成CaO，CaO与SO2反应进一步生成CaSO4，抑制了SO2的排放，而燃烧装置的运行温度是CaO脱硫的最佳运行温度，可有效的减少SO2的排放。编辑本段特点 ●解决了燃煤锅炉污染环境及燃油锅炉运行成本昂贵的问题； ●环保节能：烟气含硫量、含尘量等环保指标均优于国家标准； ●燃尽率高，可高达98%以上，热效率高达85%以上； ●水煤浆液态输送和悬浮流化燃烧，自动点火，易于实现自动化控制，操作简 单；是燃煤、燃油锅炉理想的环保和节能的替代产品； ●实现水煤浆低负荷稳定燃烧。 ●对水煤浆质量要求低。 ●可实现炉内脱S，利于环保锅炉安全使用常识 ● 实现了水煤浆的低温燃烧，解决了水煤浆雾化悬浮燃烧带来的易于结焦、运 行不稳定、安全性差的问题，同时抑制了热力型NOx的生成与排放。 ● 实现了着火燃烧后的水煤浆颗粒团的循环燃烧，具有高的燃烧效率。 ● 利用石灰石与石英砂构成的媒体物料，辅之于低温燃烧技术实现了水煤浆燃烧过 程中直接脱硫、脱硫系统简单、成本低。 ● 采用分离回输燃尽装置提高了石灰石的利用率，减少了媒体物料的补充量，提高 了燃烧效率。