水煤漿制備及現(xiàn)狀綜述

劉亞丹 周之榛

摘要：水煤漿是70年代興起的新型煤基液體燃料。水煤漿生產(chǎn)工藝（設(shè)備）將向潔凈化、高效率、低能耗發(fā)展，制漿用煤選擇向低價(jià)煤、配煤和工業(yè)、生活廢棄物發(fā)展?；谌剂纤簼{在節(jié)能減排方面的重要作用，其在作為燃料代油、在城鎮(zhèn)（供暖）爐窯上燃燒以及在水煤漿氣化等領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，水煤漿管道輸送技術(shù)也是今后水煤漿的發(fā)展方向。

Abstract： Coal-water slurry is a new type of coal-based liquid fuel that emerged in the 1970s. The coal-water slurry production process （equipment） will develop toward cleanliness， high efficiency， and low energy consumption， and the choice of coal for pulping will develop toward low-cost coal， coal blending， and industrial and domestic waste. Based on the important role of fuel coal-water slurry in energy saving and emission reduction， it has broad development prospects in the fields of fuel substitution for oil， burning in urban （heating） furnaces， and gas coal-water slurry gasification. Coal-water slurry pipeline transportation technology is also the future development direction of coal-water slurry.

關(guān)鍵詞：水煤漿;煤粉級(jí)配;節(jié)能減排

Key words： coal-water slurry;coal powder level;energy conservation and emission reduction

中圖分類號(hào)：TD849? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）36-0209-03

1? 背景

水煤漿是一種低污染、高效率的煤基流體燃料和氣化原料，具有類似于石油的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，是我國(guó)潔凈煤技術(shù)的一個(gè)重要分支。近年來，隨著水煤漿制備、燃燒與氣化技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)的水煤漿產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)快速發(fā)展的階段。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2010年底，我國(guó)燃料水煤漿設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力已達(dá)5000萬t/a，生產(chǎn)和使用量超過3000萬t/a。

隨著各種水煤漿氣化技術(shù)的成功應(yīng)用，尤其我國(guó)多種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的水煤漿氣化技術(shù)的成功推廣，氣化水煤漿的需求量正在急劇上升。

2? 水煤漿技術(shù)發(fā)展的意義

我國(guó)是一個(gè)缺油富煤少氣的國(guó)家，豐富的煤炭資源為制備水煤漿提供了可靠的保證。煤炭是我國(guó)重要的能源礦產(chǎn)，占我國(guó)能源生產(chǎn)的比例超過75%。煤炭在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生了大量的CO2、SO2和粉塵，造成煤煙型污染。煤炭產(chǎn)生的大氣污染物對(duì)我國(guó)生態(tài)環(huán)境造成很大的危害，加之“節(jié)能減排”是我國(guó)強(qiáng)力推行的重大舉措，所以大力發(fā)展水煤漿等清潔能源對(duì)我國(guó)有重大的戰(zhàn)略意義，具體為：

①替代重油：合理利用我國(guó)能源資源，水煤漿因具有與石油一樣的流動(dòng)性，因此，以水煤漿替代重油，可以繼續(xù)使用原有設(shè)備，基建改動(dòng)工作量很小，投資較少[1]。

②解決煤炭運(yùn)輸問題：我國(guó)煤炭資源豐富，但區(qū)域分布不均勻，北煤南運(yùn)和西煤東運(yùn)的局面長(zhǎng)期存在。鐵路運(yùn)輸成本高，又對(duì)沿途環(huán)境造成了粉塵等空氣污染。用管道輸送水煤漿在很大程度上緩解煤炭交通運(yùn)輸?shù)膲毫涂諝馕廴締栴}。

③降低污染：制備水煤漿的煤粉是經(jīng)過洗選的，灰含量和硫含量均大大降低，燃燒后產(chǎn)生的粉塵灰和SO2氣體比一般的燃煤鍋爐低[2]。同時(shí)比起相同煤質(zhì)的煤粉，由于水煤漿理論燃燒溫度低200℃左右，因此可在一定程度上降低NOX的排放量。

3? 影響水煤漿質(zhì)量因素

3.1 制漿原料煤煤特性

煤質(zhì)特性是制備水煤漿最重要的因素。一般情況下，內(nèi)在含水量越大，制漿濃度越低，則含水量越低，才能制備出較高濃度的煤漿。能否制備出高濃度水煤漿的初步判斷依據(jù)是煤的內(nèi)在含水量。

3.2 粒度級(jí)配

制漿過程中，要制備出高濃度的水煤漿，就要求粉煤顆粒粒徑具有一定的級(jí)配，相互填充，以達(dá)到減少顆?？紫堵实哪康?，進(jìn)一步就可以減少含水量，從而提高水煤漿的濃度。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，通過磨機(jī)磨出級(jí)配良好的粉煤，幾乎難以實(shí)現(xiàn);后續(xù)再經(jīng)過篩網(wǎng)篩分，又會(huì)增加成本。因此，一般情況下只需要控制出最大粒徑與最小粒徑的比值在一定范圍就可以了。要制備高濃度的水煤漿，除控制孔隙率以外，采取的更多措施是添加添加劑。

3.3 化學(xué)添加劑

投加添加劑以后，不僅可以提高水煤漿濃度，還可以降低水煤漿粘度，增加其流動(dòng)性。水煤漿添加劑根據(jù)表面活性劑的性能特點(diǎn)可以分為四類：陰離子型表面活性劑，陽離子型表面活性劑，非離子型表面活性劑，高分子化合物和無機(jī)鹽。

根據(jù)袁善錄的實(shí)驗(yàn)得出[3]：制備水煤漿的過程中加入不同添加劑，有些添加劑在提高流動(dòng)性的同時(shí)，會(huì)使穩(wěn)定性略下降，但隨著流動(dòng)性的改變，水煤漿濃度增加，反之又可以提高其穩(wěn)定性。相同添加劑，不同煤質(zhì)，效果也不同，所以要選擇合適的添加劑和煤粉，才能制備出高濃度的水煤漿。

3.4 制漿工藝

制漿工藝的核心是為了獲取級(jí)配良好的煤粉，才便于制備出高質(zhì)量的水煤漿。磨機(jī)選好以后，入磨粒度、生產(chǎn)能力、研磨體級(jí)配均是影響水煤漿濃度的主要因素。在生產(chǎn)過程中，欲取得所需粒徑的煤漿，需要控制原料的粒度小于10mm。

3.5 配煤技術(shù)

煤質(zhì)特性是水煤漿成漿過程中重要的因素，變質(zhì)較淺的煤種較難制備出高濃度水煤漿，變質(zhì)程度較深的煤種易制備出較高濃度的水煤漿。因此，對(duì)于難成漿煤種，除了從煤粉顆粒級(jí)配、制漿工藝和添加劑方面著手，還可以加入一定比例的易成漿煤種。

3.6 添加助溶劑

助溶劑的添加，會(huì)改善水煤漿的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，且沒有負(fù)面影響。

3.7 pH值

pH在8-10之間，水煤漿具有良好的成漿性能，在這一范圍內(nèi)，pH值升高，水煤漿流動(dòng)性提高。工業(yè)制漿一般要求pH大于7。

4? 低價(jià)煤高濃度制漿[4]

4.1 低價(jià)煤高濃度制漿技術(shù)介紹

在水煤漿發(fā)展初期階段，制漿煤種多數(shù)選用煉焦煤，但是煉焦煤種儲(chǔ)備量少、價(jià)格昂貴，不能滿足水煤漿產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。因此，水煤漿用煤還是立足于低價(jià)煤種。低價(jià)煤價(jià)格便宜、儲(chǔ)量大，不僅能以較為低廉的價(jià)格保證制漿用煤的供應(yīng)和提高水煤漿的經(jīng)濟(jì)性，又符合國(guó)家合理利用煤炭資源的政策。

2004-2006年，國(guó)家水煤漿工程技術(shù)研究中心研發(fā)了低價(jià)煤高濃度制漿專利工藝技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備，既可以有效提高低價(jià)煤制漿濃度3%-5%，又可以使煤漿級(jí)配趨于合理，平均粒徑降低，流動(dòng)性與霧化性顯著提高，這可顯著降低煤耗與氧耗。

針對(duì)低價(jià)煤內(nèi)含水量高、可磨性差等問題，國(guó)家水煤漿工程技術(shù)研究中心采用“多破少磨”、“分級(jí)研磨”和“優(yōu)化粒度級(jí)配”的原理，開發(fā)了低價(jià)煤制高濃度水煤漿工藝，工藝流程見圖1所示。而且開發(fā)的高效破磨機(jī)，可大幅降低磨機(jī)的入料粒度，縮短磨礦時(shí)間，節(jié)能降耗;將選擇性粗磨與開發(fā)的超細(xì)磨結(jié)合，通過分級(jí)研磨，優(yōu)化煤漿的粒度級(jí)配，提高水煤漿的濃度;采用性價(jià)比高的低價(jià)煤專用添加劑，改善水煤漿的流變性。

低價(jià)煤制高濃度水煤漿工藝技術(shù)特點(diǎn)如下：①研制的高效破磨機(jī)可將不大于50mm的煤粒破碎至不大于1mm，占80%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)制漿工藝中磨機(jī)≤10mm的入料粒度;②開發(fā)的水煤漿超細(xì)磨機(jī)填充率高，電耗少，磨細(xì)漿時(shí)電耗相當(dāng)于球磨機(jī)的10%，細(xì)漿配入選擇性磨機(jī)中，改善粒度級(jí)配，降低黏度，提高效率;③選擇性粗磨與細(xì)磨互相結(jié)合，優(yōu)化煤漿的粒度級(jí)配，與一磨機(jī)棒磨工藝相比，在不增加制漿電耗的前提下，可提高煤漿濃度3%-5%，并明顯提高煤漿的流動(dòng)性;④應(yīng)用相似相溶原理，針對(duì)低價(jià)煤煤質(zhì)特征，從分子結(jié)構(gòu)人手，合成出專用高效水煤漿添加劑。

4.2 在燃料水煤漿行業(yè)的推廣應(yīng)用

國(guó)家水煤漿工程技術(shù)研究中心將該技術(shù)已經(jīng)成功的推廣至沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，主要是廣東、福建、浙江和江蘇這些省份，目前已經(jīng)形成年產(chǎn)1000萬t燃料水煤漿的生產(chǎn)規(guī)模（表1）。

目前，采用神華低價(jià)煤制取高濃度水煤漿，采用新技術(shù)的100萬t/a規(guī)模的生產(chǎn)廠已在東莞建成，已于2008年12月投產(chǎn)。另外，汕頭桂宇水煤漿廠、浙江新源水煤漿廠將新建低價(jià)煤制高濃度水煤漿生產(chǎn)線均已投產(chǎn)運(yùn)行。

自投產(chǎn)以來，低價(jià)煤制高濃度水煤漿生產(chǎn)線已連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)一年多，生產(chǎn)過程證實(shí)：整個(gè)工藝流程參數(shù)合理、設(shè)備運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量都穩(wěn)定，制漿電耗顯著降低，水煤漿質(zhì)量為濃度大于等于65%，黏度小于1200mPa·s，完全達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。在不同規(guī)模工業(yè)鍋爐上使用生產(chǎn)的水煤漿產(chǎn)品燃燒，應(yīng)用效果非常良好，完全達(dá)到了用戶要求。

生產(chǎn)實(shí)踐證明，低價(jià)煤制高濃度水煤漿與傳統(tǒng)單磨機(jī)（棒磨）制漿工藝相比，具有以下四個(gè)特點(diǎn)：

①新工藝技術(shù)上可行，生產(chǎn)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，水煤漿濃度在不增加電耗的基礎(chǔ)上提高了3%-5%;

②煤漿的顆粒級(jí)配趨于合理，煤粒的平均粒徑降低，霧化性能明顯提高，這將有效提高煤漿的氣化效率;

③煤漿粒度級(jí)配的改善，細(xì)粒度地增加，提高了煤漿的流動(dòng)性，可有效降低煤漿輸送設(shè)備和噴嘴的磨損，同時(shí)煤漿的穩(wěn)定性也顯著提高;

④高濃度制漿工藝可提高煤漿的磨礦效率，也可使同等規(guī)格磨機(jī)的產(chǎn)量增加。

5? 水煤漿的經(jīng)濟(jì)可行性分析

水煤漿可以替代重油，根據(jù)熱值計(jì)算得出，1t重油可以用1.8-2.1t水煤漿替代。每節(jié)省1t油可節(jié)省燃料費(fèi)800-1400元，若繼續(xù)考慮油的深加工效益，則經(jīng)濟(jì)效益更為可觀。

某電廠鍋爐應(yīng)用表明，水煤漿燃燒效率等同燃油水平，高達(dá)98%以上，環(huán)保質(zhì)量高于燃油，運(yùn)行可靠穩(wěn)定。若用水煤漿替代重油，可節(jié)省石油資源，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

制漿廠與電廠之間，水煤漿的運(yùn)輸可使用管道輸送，基建投資方面，管道運(yùn)輸僅為鐵路的20%-30%，并且占地面積小，日常運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排”政策。

水煤漿是一種煤水混合物，其著火溫度在800℃左右，因其不易燃、不易爆，使用和儲(chǔ)存中危險(xiǎn)性小，具有較高的安全性，同時(shí)也減少了消防的投資和運(yùn)行成本。

6? 水煤漿在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

自20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)的水煤漿技術(shù)在制漿、儲(chǔ)運(yùn)、燃燒等許多應(yīng)用方面均取得了較大進(jìn)步，如水煤漿在電站鍋爐和工業(yè)鍋爐等方面取得了良好的應(yīng)用效果和環(huán)境效益，與此同時(shí)，水煤漿技術(shù)在陶瓷、印染、造紙等行業(yè)中對(duì)“節(jié)能減排”的貢獻(xiàn)不可忽視。

6.1 水煤漿在陶瓷業(yè)中的應(yīng)用

陶瓷業(yè)屬于高耗能行業(yè)，其燃料費(fèi)用占整個(gè)生產(chǎn)成本的百分之二三十。陶瓷生產(chǎn)中，大多數(shù)企業(yè)采用燃油技術(shù)，部分企業(yè)采用燃煤技術(shù)，但是因?yàn)槿济何廴緡?yán)重，不符合環(huán)保要求而停止生產(chǎn)，影響巨大。近年來水煤漿技術(shù)開始應(yīng)用于制備陶瓷粉料的噴霧制粉技術(shù)上，該環(huán)節(jié)的能耗占整個(gè)生產(chǎn)線比例很大，與燃油相比，釆用水煤漿其成本可降低約28%，效果顯著。目前水煤漿技術(shù)在該行業(yè)已逐步推廣使用。

陶瓷企業(yè)在燃燒過程中水煤漿可將廢氣中的硫含量控制在1%以下，而燃燒重油時(shí)硫含量高4%。由于水煤漿的燃燒溫度比油低，NOX排放量少，也減少了空氣中SO2的排放，并減少酸雨的形成。由于水煤漿的燃燒效率非常高，廢氣中幾乎沒有黑煙，減排效果顯著。隨著水煤漿技術(shù)的逐步發(fā)展，水煤漿將可能完全替代重油用于陶瓷生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)節(jié)能和“綠色燃燒”。

6.2 水煤漿在造紙業(yè)的應(yīng)用

利用水煤漿技術(shù)，可以處理造紙廠排出的廢棄溶液。兩者結(jié)合可制成環(huán)保型水煤漿，不僅廢液資源化，還可以利用了廢液中的熱值，提高鍋爐燃燒效率。實(shí)踐證明，使用造紙廢棄液制成的水煤漿燃燒，脫硫效率高達(dá)84%，為廢棄物資源化以及環(huán)境污染治理提供了一條新的途徑。

7? 水煤漿應(yīng)用在“節(jié)能減排”中的作用展望

煤炭是我國(guó)的主要能源，自2001年以來我國(guó)對(duì)煤炭的需求年增長(zhǎng)率達(dá)12%，據(jù)國(guó)際研究中心預(yù)計(jì)，到2025年我國(guó)對(duì)煤炭的需求將會(huì)增加一倍，尤其是電力部門需求大。中國(guó)2007年比2006年新增發(fā)電量的80%以上均來自燃煤電廠，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007年電力行業(yè)每千瓦時(shí)電煤耗下降10g，同比節(jié)約原煤4000萬t，如折合成發(fā)電量，等同于三峽水電站全部機(jī)組投產(chǎn)后全年的發(fā)電量。在這樣的形勢(shì)下，如果水煤漿能產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，必將為“節(jié)能減排”貢獻(xiàn)巨大力量，同時(shí)也會(huì)加速水煤漿技術(shù)的發(fā)展。

水煤漿，作為一種煤炭深加工的新品種，與燃燒重油相比，具有明顯的等熱值燃料差價(jià);與散燒原煤相比，具有明顯的環(huán)境效益;就礦區(qū)而言，可將低價(jià)位的煤粉制備出高價(jià)位的水煤漿，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。水煤漿便于儲(chǔ)運(yùn)和燃燒，同時(shí)吸取了燃煤和燃油鍋爐的優(yōu)勢(shì)，并解決了傳統(tǒng)燃煤鍋爐容易造成的大氣污染問題和燃油鍋爐運(yùn)行成本昂貴的兩個(gè)大問題。水煤漿產(chǎn)業(yè)為我國(guó)的“節(jié)能減排”工作以及中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

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