水煤浆是指什么?
煤在运输和使用上不如石油方便,但储藏量丰富,价格也便宜。要是能将煤变成石油该多好啊!
1982年夏天的一个下午,一个美国专家在清华大学演讲厅里做了一个有趣的表演:他双手各持一杯掺水30%的煤粉,一杯煤粒较粗,一杯较细。他举起这两个杯子说:“我现在要将两杯煤水混合物变成‘油’,如果失败,愿请大家吃烤鸭。”说着,将两杯掺水的煤粉倒在一起,用玻璃棒搅拌起来。不一会,泥土似的煤水混合物竟渐渐地变稀了,终于成了重油似的液体。这就是煤变的石油——水煤浆。
水煤浆最初是由油煤浆发展来的。当时有人将煤与油对半混合,加上一点添加剂后,煤就会像油一样流动。石油可以燃烧,油煤浆可以说是“火上加油”了。但油的价格贵,而且粘性大,因而实用价值较低。
煤和水混合为什么能变成“油”呢?因为煤和油是同一“娘胎”的兄弟。它们的主要成分都是碳和氢,并含有少量的氧、氮、硫等元素。只是煤的含氢量比石油低得多,而含碳量则和石油差不多。所以,水的加入就是设法把煤的碳、氢元素重量的比例降低,达到接近石油的含量,这样它们的“性格”就接近了。
这种煤变的“石油”还能在烧油的锅炉里使用。科学家做了一个特殊的喷嘴,使水煤浆与空气混合,像雾一样地喷出。对锅炉不用作很多的改造,就能迅速点燃,越烧越旺。
制作技术包括很多,不知你想要学习哪方面,如果单一的学习制浆技术我认为对将来用处不大,除非你自行投资建厂,现在这样的人才并不缺:
水煤浆技术是20世纪70年代世界范围内的石油危机中产生的一种以煤代油的煤炭利用新方式。其主要技术特点是将煤炭、水、部分添加剂加入磨机中,经磨碎后成为一种类似石油一样的可以流动的煤基流体燃料。
洗精煤经破碎成为<6mm的煤粒进入球磨机,并加入水和分散剂在球磨机中一同磨碎成为浆体。经泵送至滤浆器除去未磨碎的粗颗粒和杂质进入调浆罐,经加入稳定剂并调整水煤浆的粘度后送入储浆罐储存备用。
我国目前制备的水煤浆按制备水煤浆原料的性质约分为6种,如表1,水煤浆的质量浓度一般为65%~70%,粘度为1000±200cP,其中煤炭最大颗粒粒径小于03mm,平均粒径小于50μm,浆体稳定期大于3个月不发生不可恢复硬沉淀。
表1 水煤浆品质特性
品种 选用原料煤 水煤浆特性 用途
精煤水煤浆 洗精煤,灰分:〈10% 浓度:>65%
粘度:1000cp
稳定性:>3个月
发热量:
18.8-20.9 MJ/kg
作为锅炉代油燃料
精细水煤浆 超低灰精煤,
灰分:1%~2%
浓度:50%~55%
粘度:<300 cp
细度:<10μm 作为内燃机、燃气透平燃料
经济型水煤浆 原生煤泥,
灰分:15%~25% 浓度:65%~68%,
稳定性:>15天 作链条锅炉燃料
浮选尾煤灰分:>25% 浓度:50%~65%,
稳定性:3~5天 作沸腾炉或链条炉燃料
气化水煤浆 普通原煤
灰分:<25% 浓度:58%~65%,
稳定性:1~2天,
粘度:1000 cp,
流动性较好,
粒度偏粗〈200目
占60%左右 作德士古炉气化造气用原料
环保型水煤浆 制浆过程中加入
脱硫剂 浓度:>65%,
粘度:1000cp ±200 cp 可提高脱硫率10%~20%
加入碱性有机废液 浓度:50%~55%,
粘度:<1200 cp,
稳定性:30天 适合高硫煤地区锅炉燃用,脱硫效果好
原煤水煤浆 原煤灰分:>20%,
炉前制浆 浓度:60%左右,
稳定性:1天 作工业窑炉燃料
水煤浆具有较好的流动性和稳定性,可以像石油产品一样储存、运输,并且具有不易燃、不污染的优良特性,是目前比较经济和实际的清洁煤代油燃料。由于水煤浆是采用洗精煤制备,其灰分、硫分较低(干基灰分小于10%、硫分小于05%),在燃烧过程中,由于水分的存在降低了燃烧火焰中心温度,抑制了NOX的产生量。另外水煤浆自煤炭进入磨机后即可以采用管道、罐车输送。不会产生煤炭流失造成的环境污染,具有较好的环保效果。
目前国际石油价格很不稳定,石油价格的变化让使用石油产品的企业不堪重负,因此纷纷将眼光转向其他可以代油的燃料。由于水煤浆的性质像油,价格稳定又具有清洁的环保特性,因此具有较大的竞争优势。
水煤浆燃烧技术的优点
水煤浆作为一种代油燃料可以代替重油和原油用于锅炉和各种窑炉燃烧。其主要优点在于:
(1) 燃烧效果好。水煤浆粘度低于重油,易于调节,最低负荷可调至40%。替代重油在锅炉中燃烧,燃烧效率达96%-99%,锅炉效率在85%以上,达到燃油同等水平,燃烧调节方便,运行稳定可靠,负荷调节在40%-110%范围内均可稳定燃烧。
(2) 环保效果明显。由于水煤浆燃烧温度在1200-1300℃,比燃油和粉煤温度低100-150℃,精煤水煤浆本身硫分和灰分低等原因,燃用水煤浆后S02和NOx排放浓度较低,另外在水煤浆制备过程中可以加入脱硫剂,达到脱硫效果,脱硫率可达40%。环境粉尘和噪音低。排渣活性好,燃烧后的灰渣可以综合利用,作为水泥掺合料,没有二次污染,陶瓷行经济效果更明显,煤气站现下酚水制备水煤浆,第一减少污水排放处理费用,第二酚水中含一定热量酚水制备水煤浆会不同程度的提高水煤浆本身热值。
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。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。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。
为了充分利用中国丰富的煤炭资源发展煤化工,自80年代至今,中国相继引进了4套Texaco水煤浆气化装置,用于生产甲醇与合成氨。该技术具有气化炉结构简单、煤种适应较广、水煤浆进料易控制安全、单炉生产能力大等特点。
煤种试烧
西北化工研究院、原鲁南化肥厂分别建立了日处理24-35吨煤和15吨煤、8.5MPa的Texaco水煤浆气化中试装置,并在中试装置上进行了多样煤种的试烧研究,为水煤浆气化技术在国内的成功应用打下了基础。
调整煤种
鲁南化肥厂的原料煤由原设计的"七五"煤(t3,温度-1510℃)改为落陵、北宿、井亭和级索混配煤(t3,温度-1280℃)、渭河化肥厂经过实践摸索,原料煤由原设计的黄陵煤更换为华亭煤,从而实现了降低气化温度,减少氧耗,延长气化炉耐火砖使用寿命的目的。
解决有关工程技术问题
中国工程技术人员对引进装置中出现的诸如文氏管堵塞、黑水管线堵塞、气化炉激冷 环堵塞、气化炉壳体局部过热、闪蒸系统管道磨损等工程问题,采取了积极有效的技术对策,使问题得到及时解决,保证了装置长周期、稳定运行。
设备国产化
水煤浆气化喷嘴已由国产喷嘴替代美国引进喷嘴,使用寿命约为2个月;气化炉用耐火砖已由国产洛耐砖替代进口法国砖,价格比为0.5:1。另外,中国已具备以下一些设备的设计制造能力,如磨煤机、气化炉、激冷环、锁渣斗、捞渣机、高、低压煤浆泵、灰水泵、文氏管等。兖矿鲁南化肥厂的设备国产化率达到90%以上。 经过"六五"、"七五"期间重点科技攻关,中国的水煤浆技术已经取得突破性的进展,并进入产业化阶段。实践证明,水煤浆在锅炉和窑炉中的燃烧效率可高达95%-98%,而燃用水煤浆的运行成本仅仅占成本的1/3。
水煤浆已经在国内电站、钢厂、炼化等大中型企业有所应用,但限于实用型燃烧设备的技术没有及时跟进,中小企业对此应用甚少。这一难题已基本得到解决。北京天融环保设备中心开发出一套完整的水煤浆锅炉及燃烧器的设计、生产、制造技术,并通过了有关部门的专家评审。
据悉,中国现有10万吨以下的锅炉约70万台,而因烟尘排放不符合环保标准和运行效率低下,将停用、更换和改造的锅炉高达50%以上。仅在现有锅炉本体不变的情况下,改燃水煤浆,就可为国家节约数百亿元固定资产投资。
所谓“水煤浆”,就是用70%~75%的煤粉和25%~30%的水,再加入0.2%~5%微量的添加剂混合而成的一种液体燃料。它是彻底不用石油的煤炭液化燃料,它将水掺入煤粉中参与燃烧。由于水中含有氢,虽起到一定的助燃作用,但也会使锅炉效率降低。可是从总体上计算,水煤浆在获取同样热量的情况下,要大大节省煤炭,热值提高很多。
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,可以像油一样泵送、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。
水煤浆是固液混合物,柴油是液体,两者的热值和燃烧特性差别很大。对燃柴油装置必须作相应的改造才能形成精细煤浆的代油市场。下面以两种典型的燃油装置为例。
精细水煤浆在柴油机中的燃用
雾化柴油在气缸内是高压爆燃,压力达15~20MPa。柴油机燃料系统的关键部件是油泵和油喷嘴,两者都是柱塞型的;柱塞与塞套是精密的耦合件。小型农用柴油机是高速柴油机,运转速度达2000 r/min。柱塞高速往复运动,柴油在偶合件表面形成薄膜,起到润滑作用。
燃用浆体燃料,柴油机的改造有两种途径:另设浆泵和雾化喷嘴,取代原来的油泵和油喷嘴;对原有的油泵和油喷嘴加以改造,使其适用于浆体燃料。农用柴油机是廉价设备,在我国有上千万台,第二种改造途径如果成功,将具有巨大的现实意义。
要采用高压油封系统润滑藕合件,并阻止浆体渗入藕合件的间隙。
精细水煤浆在小型燃油供暖锅炉上的燃用
居室供暖燃油锅炉的体积很小,设备紧凑,自动化程度高。用精细水煤浆作替代燃料,需要解决三个题。
(1)提高浆体燃料的燃烧强度。采用常规的 雾化悬浮燃烧方式,煤浆的容积热负荷仅为柴油的1/4~1/5,因此,需要的燃烧室体积为柴油的4~5倍。为保持居室设备的小型化,必须寻求浆体燃料高强度燃烧的技术。
(2)简化浆体燃料的雾化方式。一般是用压缩空气雾化水煤浆,这就需要浆泵和空压机;这对居室设备显然太复杂。必须寻找简单的浆体燃料雾化方法,以取代浆泵和空压机。
(3)适应燃浆的温控系统。小型燃油供暖锅炉的运转是靠点火、熄火的方式维持热载体水的温度,达到温控目的。柴油点火是靠电火花,熄火则靠停供燃料。浆体燃料频繁点火、熄火是难以实现的,宜采用调节供浆量的控制策略,达到控温目的。
水煤浆燃烧比成浆前原煤要困难些。主要是水煤浆含有30%以上的水分。和煤粒同时喷入炉内,需要外来热源帮助干燥,水分未干燥的煤粒是不会着火的。水煤浆的着火热是普通煤粉的1.8倍。普通原煤也含有水,甚至高达15%,褐煤有高达40%,但是它们的水分在研磨过程中被热空气或高温炉烟干燥。如在钢球磨煤、中间粉仓制粉系统中,原煤水分进入磨机系统的乏气中,吹入炉膛的部位已不影响煤粉的着火,而干燥煤粉由热风单独吹入炉膛。而褐煤锅炉煤粉经干燥后的乏气有的经过滤后排空,有的高温乏气和煤粉一起进入炉膛。所以水煤浆要着火,除采用燃烧器的射流卷吸高温烟气的特点外,其着火热的提供方法视锅炉容量、用途不同而有所不同。
(a) 对小型锅炉,采用绝热碹口和预燃室,依靠高温耐火层对喷入的浆雾热辐射,使水分快速蒸发。
(b) 对炉窑而言,整个炉窑基本上是由绝热的耐火材料构成,因而水煤浆水份的多少对其着火稳定影响不大。
(c) 对大型锅炉,则可采用温度250~300℃以上的过热蒸汽作为雾化介质,加速水煤浆中水分的汽化,以及提高热空气温度到350~400℃,并根据挥发份的大小,灰熔点特性,在炉壁上适当布置一些保温卫燃带,增加旋流式燃烧器的耐火层碹口,在国内几个典型的示范机组上,成功的运用了这一技术。