南宁市推广应用水煤浆

南宁市推广应用水煤浆 可行性研究报告 南宁市经济委员会 南宁市推广应用水煤浆可行性研究报告编写组 二 00 七年十一月二十日 2 南宁市推广应用水煤浆可行性研究报告编写组 编写组成员名单 主 审：陈世平 （南宁市经济委员会主任） 主 编：鲍新堂 （南宁市经济委员会常务副主任） 组 长：李红兵 （南宁市经委资源节约与综合利用科科长） 副组长：王良诚 （广西易能水煤桨有限公司副总经理） 成 员：李小航 （南宁市经委资源节约与综合利用科副科长） 陶丽红 （南宁市环保局污控科高级工程师） 胡 强 （南宁市经委资源节约与综合利用科科员） 赵秦梅 （广西南宁百会药业集团有限公司总经办主任） 韦启格 （广西易能水煤桨有限公司高级工程师） 目 录 前言 1 一、水煤浆发展现状 1 二、水煤浆制浆技术 2 （一）水煤浆制浆工艺 2 （二）水煤浆制备的关键技术 4 （三）水煤浆工程技术设计规范和水煤浆技术标准 7 （四）水煤浆产品种类 8 （五）水煤浆厂类型及运作方式 9 （六）水煤浆原料煤的资源分布及合理利用 9 （七）水煤浆生产成本构成 11 （八）南宁市水煤浆生产企业情况 12 三、水煤浆燃烧应用技术 12 （一）水煤浆燃烧技术 13 （二）水煤浆应用优势 18 （三）水煤浆应用范围及途径 27 四、南宁市水煤浆产业发展布局规划 32 （一）市场预测 32 （二）生产发展目标 33 （三）产业布局原则 33 （四）总体布局规划 33 （五）配套设施 35 4 五、南宁市推广应用水煤浆的实践及效果 36 六、结论 38 前言 随着中国-东盟博览会落户南宁以及泛北部湾经济合作区建设 的加快推进，南宁市成为多种发展机遇叠加、多个经济区域合作的 交汇点，特别是 2007 年获得联合国人居奖，南宁市的社会经济进 入快速、健康、和谐发展的新阶段。但是，南宁市是一个油气、煤炭 资源匮乏的城市，生产生活的燃料一直以燃煤为主，能源消费结构 不合理，区域大气煤烟型污染较严重，给经济安全和环境保护带来 很大压力。我市历经调研和初步实践，认为水煤浆作为一种新型洁 净燃料在全市大力推广应用，不仅可以有效解决“燃油贵、燃煤污 染” 问题 、改 变能源消 费结构、保障经济 安全，而且是实现国家“ 十 一五” 节能减排目 标 ，改善城市环境质 量、提升城市形象，促进地方 经济发展的重要举措。为贯彻十七大精神，全面落实科学发展观， 加快水煤浆产业的发展，南宁市结合实际，从水煤浆的发展现状、 技术特点、生产应用、实践效果和布局规划等方面对推广应用水煤 浆进行了可行性研究。 一、水煤浆发展现状 水煤浆（CWM）是由约 70%的煤、29%的水和 1%的化学添加剂， 经一定的加工工艺制成，其外观象油，可用罐体储存和管道泵送， 能在工业锅炉、电站锅炉、工业窑炉上代油、气、煤燃用，具有高效、 节能、低污染、低运行成本，储存安全等突出优点。 水煤浆技术一经问世，便受到世界许多国家的重视。瑞典、美 国、日本、俄罗斯、意大利、加拿大等国家都投入大量的资金和人力， 组建了一批大型示范工程，如俄罗斯在别洛沃霍建成的集水煤浆置 备、灌输、发电为一体的水煤浆工程，美国兴建的包括制浆和管道 运输系统的黑迈莎管道工程，日本的小民滨浆厂等，进行水煤浆的 科学研究和技术开发及应用。 水煤浆技术在我国也得到高度重视。江泽民同志早在 1996 年 6 视察水煤浆工作时就曾指出：“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靠煤,要把水煤 浆技术作为一个战略问题来考虑，这是一件十分重要的工作”。我 国是一个“富煤贫油 ”国家，煤占我国石化能源的 94.3%。长期以来， 由于传统的燃煤技术落后，存在严重污染和浪费问题，限制了煤炭 资源的充分利用和经济发展。水煤浆作为新型洁净能源和实用环保 技术产业化项目，已被列为当前国家重点鼓励发展的产业、产品 和技术目录，原国家发展计划委员会中国洁净煤技术“九五” 计划 和 2010 年发展纲要、 国民经济和社会发展第十个五年计划能源发 展重点专项规划、国家环保总局国家环境保护“十五” 规划等文 件都把水煤浆作为重点推广应用技术之一，要求大力发展。 我国从 80 年代初开始进行水煤浆的技术研究工作，通过“六五” 水煤浆的制备与燃烧技术的攻关， “七五 ”水煤浆工业生产技术开发 和试验， “八五 ”进行大 规模制浆与电站燃用水煤 浆工业示范及“九五” 的商业化示范以及“ 十五” 期间水煤浆在大型 电站锅炉的推广应用， 在制浆技术、添加剂技术、制浆设备、储、装、运技术、专业燃烧设 备和工程技术等方面都取得了重大的突破，许多科研成果得到工程 化应用。据不完全统计，我国水煤浆生产能力巳超过 1500 万吨/年 （不包括气化用水煤浆量 800 万吨），从事水煤浆技术研发和水煤浆 生产及应用的企事单位达 100 多家。我国是世界上水煤浆应用炉型 最广的国家，完成了工业锅炉、电站锅炉、民用锅炉以及多种工业 窑炉燃用水煤浆的工程试验与建设。目前，水煤浆燃料在我国山东 青岛、广东佛山、杭州、株洲、上海以及沈阳等地区 20 多台电厂燃 油锅炉（65-670 吨），300 多台工业锅炉（35 吨以下）和数百台各式 各样的工业窑炉上成功燃用，取得了显著的经济效益、环境效益和 社会效益，水煤浆燃料已得到越来越多企业的肯定和认可。我国的 水煤浆和水煤浆燃烧设备制造技术已达到国际先进水平，制浆设备 和燃烧锅炉还相继出口印尼、马来西亚、哥伦比亚等国家。 二、水煤浆制浆技术 （一）水煤浆制浆工艺 水煤浆技术是一项系统工程，包括水煤浆制备、储存、运输、燃 烧等。我国经过 20 多年的试验研究，制桨工艺日趋成熟，水煤浆生 产工艺呈现多样化，有干法制浆和湿法制浆两大类，其中湿法制浆 为主要的工艺路线，包括：洗精煤高浓度磨矿工艺、洗精煤中浓度磨 矿工艺、浮选精煤高浓度磨矿工艺、浮选精煤和水洗精煤高浓度联 合制浆工艺等。目前采用较多的是高浓度湿磨制浆工艺。 高浓度湿磨制浆工艺流程图 8 如图所示，原料煤经输送设备进入破碎机（立轴锤式、反击锤 式破碎机等），粉碎至 15的粒径，然后用电子皮带秤等定量给 料设备投送至球磨机，同时加入一定比例的分散剂和水进行研磨， 制成的原浆用隔渣筛去除纤维、碎球等杂物后，依次进入搅拌桶、剪 切泵进行均质、剪切处理，并加入稳定剂，然后经过调浆、熟化工序 制成合格的成品浆，成品浆泵入储罐储存（装有搅拌装置，防止硬沉 淀），待装车外运。该工艺的主要特点是流程简单，产量大，经济、实 用。 （二）水煤浆制备的关键技术 1、工艺设备 水煤浆制备的主要设备有破碎机、磨机、均质搅拌桶、滤浆器、 剪切机、物料输送装置、添加剂配送装置、计量和自动控制仪器等。 磨矿是水煤浆制备过程中的关键环节，磨矿效率直接关系到水煤浆 企业的经济效益和产品质量，因此必须选用高效、节能的破磨设备。 目前，在水煤浆工程设计上更加重视遵循“多破少磨” 的工艺原则， 注重初破设备与球磨机的工艺组合，以取得高产、节能的效能。 国内已建成投产的 20 多座大中型水煤浆厂，在湿法制浆工艺 上大多采用单级破碎机加一级或两级球磨机组成的制浆系统，球磨 机是目前广泛使用的稳定可靠的磨矿制浆设备。近几年来，依靠科 技进步，一些新型磨机和辅助设备不断开发，制浆设备向专业化、 大型化发展 ，提升了水煤浆制浆装备的水平。目前，我国已能设计 制造 5200 万吨/年的水煤浆生产成套设备，球磨机单机产量达到 50 万吨，完全可以满足各种规模水煤浆生产线工程建设的要求。 2、级配技术 水煤浆的级配技术是指运用科学的方法，选择合适的磨制方式， 使水煤浆中煤的粒度合理分布，以获得较高的堆积效率。堆积效率 (固体体积 占有率) 与粒度分布的关系，是水煤浆制备技术的基础理 论之一。 水煤浆级配示意图 （a）只有大颗粒 (b)充填了细颗粒 (c)充填了更细的颗粒 10 从上图（C）可见，合理的颗粒分布，其填充率最高。 水煤浆级配主要通过磨机的磨介（如球磨机的钢球）配比来实 现。合理的级配可以提高水煤浆的浓度，改善水煤浆的流动性，同 时还能够增加产量。如广东某水煤浆企业的球磨机的磨介采用先进 的“ 卫 星模型 ”，磨矿 能够得到“ 双峰级配” ，具有较高的堆积效率， 单机产量提高 30%。 3、水煤浆添加剂 添加剂是制备高浓度低粘度水煤浆的关键技术之一，其主要作 用是改善煤的表面亲水性，使煤粒易于分散，浆体具有良好的触变 性和稳定性。此外，水煤浆添加剂占水煤浆加工成本的2530%， 因此，使用高性价比的水煤浆添加剂是提高水煤浆产品质量和经济 效益的重要环节。目前使用的水煤浆添加剂主要有两种： （1）分散剂 分散剂的作用在于提高煤粒表面的亲水性，增加煤粒表面的动 电位，使煤粒在水中能更好的润湿并均匀的分散于水中，防止煤粒 间相互聚集，从而提高煤浆浓度，降低粘度，增加流动性。目前，分 散剂主要分为阴离子分散剂和非离子分散剂两大类。阴离子分散剂 有：聚烯烃系列、聚丙烯酸酯系列、木质素磺酸盐、腐殖酸盐及磺化 植酸系列、羧酸盐及磷酸盐系列以及各类取代基聚萘磺盐系列等。 非离子分散剂有：聚氧乙烯系列和聚氧乙烷系列。其中聚氧乙烯系 列包括山梨糖聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚等。 （2）稳定剂 稳定剂的作用，是使水煤浆中已分散的颗粒能与周围其他颗粒 及水结合，成为一种较弱但有一定强度的三维网络结构，从而有效 地阻止颗粒沉淀，防止固液间的分离，并使水煤浆具有剪切变稀的 触变特性。稳定剂的用量视煤炭性质及所需稳定期长短而定，一般 为煤量的万分之几。 稳定剂有两大类：无机电解质。其作用是压 缩双电层，降低静电排斥力，促进颗粒凝结，对已吸附有阴离子表 面活性剂分子颗粒起“ 搭桥” 作用，从而形成网 络结构。高分子有 机化合物。大多数是指有机多糖类高分子聚合物。如：Guar胶、非乳 糖醛酸、羟乙基纤维等。 近几年，国内许多科研单位对高效、复合型水煤浆添加剂进行 了研究和开发，取得了可喜的成果，其中利用造纸废液或造纸废液 提取的木质素制造复合型水煤浆添加剂也获得成功。南宁市有多家 造纸企业，资源丰富，开发利用造纸黑液制造水煤浆添加剂，形成 水煤浆上下游配套产业链，有利于降低水煤浆生产成本和“三废” 综 合利用。目前，我市的水煤浆企业与有关科研单位，正在合作开发 此项技术，中试已获得成功，已开展项目的筹建工作。 （三）水煤浆工程技术设计规范和技术标准 1、技术规范文件 为统一和规范水煤浆工程建设标准，确保产品质量，满足环保节 能要求，国家于 2003 年 4 月颁布了水煤浆技术条件（GB/T18855 2002）和水煤浆质量实验方法（GB/T18856.118856.14-2002）， 12 2005 年 9 月发布了水煤浆工程设计规范（GB50360-2005），对水煤 浆产业的发展起到了很好的技术导向和行业规范作用。 2、水煤浆质量要求 （1） 水煤浆应具有良好的流变特性，适应不同运输和燃烧情况要 求 （2）水煤浆应具有良好的稳定性和触变性 水煤浆质量指标如下表: 项 目 技术要求 试验方法 浓度 C I 级： 66.00 II 级：64.1 66.0 III 级：60.164.0 GB/T18856.2 粘度（在浆 体温度 20， 剪切率 100S-1时）mpa.S cwm/% I 级 ： 30.00 II 级：20. 01 30.00 III 级： 20.00 GB/T18856.7 （四）水煤浆产品种类 随着水煤浆技术的进步和应用领域的不断拓宽，水煤浆种类也 在增多，部分品种及用途如下表： 水煤浆品种 质 量 用 途 精细水煤浆 高于国标 1 级 燃油锅炉、内燃机 高浓度水煤浆 相当于国标 12 级 蒸汽压力较高的锅炉 低浓度水煤浆 相当于国标 3 级 蒸汽压力不高的锅炉、工业窑炉 经济型水煤浆 热值 30004000 大卡 能够燃用低热值水煤浆的锅炉、工 14 业窑炉 水焦浆 热值 4700 大卡以上 燃油锅炉、炉膛温度较高的工业窑 炉 油焦浆 热值 4700 大卡以上 燃油锅炉、炉膛温度较高的工业窑 炉（如玻璃窑） 从资源的合理利用及燃烧应用经济性出发，在满足燃烧工况和 环保节能效果的前提下，一般工业锅炉和窑炉应更多的燃用三级或 经济型水煤浆。 （五）水煤浆厂类型及运作方式 水煤浆厂的类型可分为矿区型、用户型和区域型，其运作方式 如下图所示： 南宁市目前主要是为城镇区域内数量较多的分散用户和各工 业集中区用户供应水煤浆，适宜建设区域型水煤浆厂。 （六）水煤浆原料煤的资源分布及合理利用 1、煤炭资源分布情况 我国煤炭资源丰富，目前探明储量已达一万亿吨左右，居世界 区域型浆厂 第一。动力煤占全国储量的 70以上，但分布很不均匀，华北、西 北地区占 83.5，中南和东北储量最少，均只占 3左右，西南和 华东各占 9和 5。动力煤中适合制水煤浆的焦煤、肥煤、气煤、 不粘煤、长焰煤等煤种主要分布内蒙、陕西、山西、山东一带，尤其 以内蒙东胜和陕西神府煤田储量最集中，达 3000 亿吨以上，是我 国 21 世纪开发的特大型动力煤基地。与我区毗邻的云南省富源、 贵州省六盘水地区也有储量较丰富的制浆原料煤（焦煤、肥煤等）， 是我市重要的制浆煤源供应点之一。此外，国外的东南亚地区，如 印尼，也有丰富的制浆煤资源，可通过海运进口。 我国煤种 储量分布比例与特性 煤种 无烟 煤 贫煤 瘦煤 焦煤 肥煤 气煤 弱粘 煤 不粘煤 长焰煤 褐煤 总计 比例 8.99 2.23 3.06 3.34 5.71 11.08 3.37 28.98 24.51 7.73 100 燃烧性 难点火燃烧 容易点火燃烧 成浆性 好 很好 不好 很不好 2、煤炭资源的合理利用 随着制浆技术水平的不断提高，水煤浆生产已经突破了只能用 洗精煤制浆界限，通过配煤技术，低灰低硫的原煤、煤泥、平瘦煤以 及石油焦等均可制成质量合格的水煤浆产品。原来难以制浆的低阶 煤（煤中 O/C 比高，亲水官能团多，孔隙愈发达，可磨性指数 HGI 值小）也得到有效的利用，如神华煤业集团与国家水煤浆工程技术 中心合作，开发出新的制浆工艺，使用储量丰富，煤价便宜的低阶 煤制成高浓度低粘度水煤浆，大大的拓宽了制浆煤资源的利用范围。 16 此外，利用焦化厂工业废水、造纸厂废液及工业生产过程中产生的 副产品、废弃物参与制浆也取得了显著成效，为水煤浆生产提供了 更多的原料来源。我市的水煤浆企业也在应用配煤制浆技术。 可以用于制浆的原料煤质量指标： 热值（收到基低位） 58006800 大卡/ 挥发份（干燥无灰基） 20 % 灰份（干燥基） 15 % 硫份（干燥基） 1.2 % 哈氏可磨性指数 55 灰熔点 1250 内 水 8% （七 ）水煤浆生产成本构成 序号 成本项目 单 价 （元/吨） 耗 量 （/吨.浆） 金 额 （元） 备 注 1 原料煤 840 720 602.00 收到基低位热值 6500 大卡/ 2 分散剂 5300 5 26.5 3 稳定剂 1000 0.5 0.50 4 辅助材料 3.00 5 动力电 0.70 20 14.00 6 工资及附加 5.00 7 其它费用 12.29 （1） 管理费 2.00 （2） 修理费 2.00 （3） 厂房租金 1.43 （4） 销售费用 2.00 （5） 折旧费 4.86 8 运 费 15.00 合 计 678.29 以上为 2007 年采用北方煤生产二级浆的工厂成本，加上企业 的财务费用、税金和管理费，吨浆成本约为 730 元。 （八）南宁市水煤浆生产企业情况 南宁市目前有两家水煤浆生产企业，设计规模 50 万吨/年，目 前建成投产的生产能力约 30 万吨/年。 在生产技术方面，我市的制浆企业通过项目技术合作，开发出 国内创新的“ 虚拟首 仓” 破磨制浆工艺技 术，吨浆基建投资额、吨浆 电耗等经济技术指标处于国内先进水平。 南宁与国内制 浆厂主要经济 指标的对比 名称 单位 国内指标 南宁制浆企业指标 吨浆清水耗量 m3 0.35 0.35 吨浆耗电量 kwh 3850 1822 吨浆基建费 元 120200 60 吨浆加工费 元 80120 7680 18 三、水煤浆燃烧应用技术 水煤浆燃烧技术直接关系着水煤浆的燃烧效果。多年来，我国 在水煤浆的燃烧方式，燃烧器（包括喷嘴、配风器），锅炉炉体结构 及烟气环保控制等方面进行了卓有成效的研究，水煤浆燃烧技术已 趋于成熟，在电站锅炉（75t/h 、130 t/h、220 t/h、410 t/h、670 t/h）、工 业锅炉、民用锅炉（135t/h ）以及多种工 业窑炉（轧钢加热炉、退火 炉、煅烧炉、回转炉、隧道式干燥窑、陶瓷喷雾干燥塔、玻璃窑炉、 膨化炉、导热油炉、倒焰炉）上成功应用。国内的南通万达、青岛威 特、青岛海众等 10 多家厂商为市场提供了多种类型的锅炉（窑炉） 产品。 （一）水煤浆燃烧技术 1、水煤浆燃烧特性 水煤浆是流体燃料，其燃烧过程有三个阶段： 浆体的水分蒸发 挥发份析出与燃烧形成火焰 焦炭燃烧及燃烬 水煤浆燃烧过程示意图 配风雾化器 水煤浆燃烧过程的时间比例：浆体升温、雾化及水分蒸发占 2.8%， 挥发份燃烧占 10.5%，焦炭燃烧占 86.7%。蒸发水分消耗的热量，约 占水煤浆总热量的 4%。 水煤浆液经蒸发水分和析出挥发份后，形成多空结构的干煤 粉团粒比表面大，利于燃烧时的化学反应；在焦炭燃烧阶段，浆中 煤粒的内在水和附着水产生水爆，并伴有水煤气反应所，以致最后 焦炭燃烬，燃烬率可达 98以上。因此，其燃烧特性优于燃煤粉。 水煤浆着火温度约为 600，采用常规的喷雾燃烧技术，锅炉 点火时需先用油点火，然后喷入煤浆与油伴烧，一般在短时停炉再 起动时，伴烧时间约为 5-15 分钟，当炉温达到 700，煤浆稳燃后 可断油。 2、燃烧技术和设备 根据水煤浆的燃烧特性，在水煤浆燃烧工程上，需要解决稳定 着火和高效燃烧、保证锅炉有较大的负荷调节比和低负荷稳燃能力、 20 炉内防结焦和积灰及清灰清渣等关键技术问题。围绕这些课题，国 内科研单位、生产和应用单位开发出多种燃烧技术和燃烧设备。 （1）水煤浆喷雾燃烧 这是我国多年来水煤浆燃烧应用的主要技术，其燃烧设备系 统示意图如下： 1.浆储罐 2.卸浆泵 3.搅拌器 4.供浆泵 5.过滤器 6.水煤浆燃 烧器 7.锅炉本体 8.省煤器 9.空气预热器 10.分气缸 11.空压机 12.储气罐 13.油箱 14. 鼓风机 15.除尘器 16.引风机 17. 烟囱 18.给 水泵 19.水箱 20.水处理 21.储盐罐 燃烧工艺流程：水煤浆从储罐用泵卸至炉前伺服搅拌器，经搅 拌、过滤后用螺杆泵送至燃烧器。与此同时，在浆枪喷头内混入雾 化介质-压缩 空气或蒸汽，水煤浆以雾炬形式喷入炉膛，燃烧器通过 一次配风和二次配风，提供煤浆燃烧所需的氧气，同时使火焰形成 较好的充满度和悬浮燃烧状态。浆滴在炉膛内与新鲜空气交混，受 到高温烟气的对流及辐射作用，经历了加热、水分蒸发、挥发份析 出、着火燃烧、焦碳燃烧及燃烬等并存重叠的燃烧过程，所产生的 高温烟气与受热面进行热交换。炉膛内布置水冷壁管，起到炉壁冷 却作用，防止炉膛结焦。从锅炉排出的热烟气进入省煤器（空气预 热器）进行余热交换利用，最后约 150180的尾气通过除尘器净 化处理，由引风机抽送排入大气。 采用喷雾悬浮燃烧技术的水煤浆锅炉在国内是使用最早也是 最多的，其中10t/h以下中小型的水煤 浆锅 炉大多采用纵置式结构， 卧式炉膛。技术特点是燃烧效率高，锅炉热效率82%以上，负荷调 节范围40% 100%；采用风力、水力或机械除灰。适宜在锅炉运行 较为连续，负荷较均衡的燃烧工况使用。 近年来，一些锅炉厂家为提高燃烧效率开发出竖井式SHS型水 煤浆锅炉（10t/h及以上），具有如下特点： 在水煤浆喷入段，设置了帮助水煤浆快速着火和稳定燃烧 的卫燃带。 采用较先进的竖井烟道式炉膛设计，炉膛有足够的高度和 宽度，烟气在炉膛内流程长，有利于水煤浆的充分燃烬，锅炉热效 率高。 炉膛布置足够的水冷壁来吸热，并在炉膛出口下部设有由 后水冷壁弯曲而成的折焰角，使炉膛出口烟气的温度低于灰熔点， 加上炉膛有了较大的燃烧空间，其容积热负荷和断面热负荷均较低， 有效地防止炉膛结焦。 广东佛山亿达胶粘制品厂使用的该型 15t/h 锅炉，经机械工业 锅炉及环保产品质量监督检测中心检测，锅炉热效率达到 84.98%。 锅炉可燃用 3200 大卡/ 低热值水煤浆。 （2）水煤浆流化-悬浮燃烧 该型水煤浆锅炉是吸取了循环流化床锅炉的优点演变而来。其 22 燃烧室下部设计有石英砂和石灰石构成流化床，温度在 850-950 左右。水煤浆经粒化器形成颗粒状，直接投入炽热的流化床料中， 迅速析出水分和挥发份并着火燃烧，在流化状态下颗粒状水煤浆进 一步解体为细颗粒，并被热烟气带出密相区进入悬浮室继续燃烧。 燃烧室出口设有分离回输装置，水煤浆颗粒被分离器分离、捕捉， 通过回输通道返回燃烧室下部循环燃烧，从而获得较高的燃烧效率。 此外，850-950 的低温燃烧过程，可有效控制热力型 NOX 的 形成，同时料层内的石灰石可以在燃烧过程中直接脱硫，降低 SO2 的排放。锅炉的主要性能特点是：对水煤浆没有雾化要求，粒度和 质量要求也不高，能适应不同品质的水煤浆；由于省略了燃烧器与 雾化浆枪，不需要雾化空气（蒸汽）系统、高压供浆系统及过滤器等 设备，不需要水力或其它除渣设施，系统简单，降低一次性投资费 用和运行成本；负荷可在额定负荷的 30100范围内调节；锅 炉可实现运行过程的压火，再启动无需用油引燃。 （3）水煤浆旋风燃烧 该技术的主要特点是采用多重配风，通过旋风燃烧室的各种射 流管，使各种气流分别以不同参数来控制燃烧。具有燃烧启动快捷， 单位容积热容量大，燃烧效率高等优点，特别适用于挥发份低的石 油焦等燃料。该燃烧方式主要用于陶瓷行业的喷雾干燥塔，油田的 注汽炉等窑炉上，最近两年在小型燃油锅炉上也得到应用。 （4）室燃与层燃结合的燃烧 该项技术在炉膛结构、燃烧方式上与传统的喷雾悬浮燃烧方式 区别较大，炉膛设计为主炉和副炉双炉膛结构，局部设置活动炉排， 在燃烧室少布甚至不布水冷壁管，高温烟气进入锅炉上部的受热面 进行热交换。水煤浆通过浆枪喷入炉膛，一部分雾化较细的浆粒悬 浮在空中燃烧，一部分雾化较粗的浆粒团散落在炉膛底部的炉排上 以层燃方式继续燃烧，并通过炉排底部给风，使其充分燃烬；炉底 给风也起到降低层燃部分温度的作用，防止结焦。其主要性能特点： 保证水煤浆稳燃所需的热辐射，确保锅炉燃烬率高，燃料 适应范围广（能够燃用经济型水煤浆或平瘦煤浆），经济实用。 特别适应负荷调节范围大，停炉启炉频繁的燃烧工况。单 独运行副炉，可在小负荷（最小可达到 10%的出力）的状态下稳燃； 当主、副炉同时燃烧时，锅炉可达到 100%的出力；锅炉间歇停炉时， 由于副炉保留底火，引风机启动后，底火灰点燃喷入的水煤浆，然 后高温火焰进入主炉膛，引燃主炉中的水煤浆；水煤浆锅炉停炉 510 个小时内，启炉亦不需轻油点火，可用少量柴火引燃，实现 “水煤浆点火或少量木柴引燃” ，省去点火需要的柴油，使 锅炉生产 成本降低。 设置活动炉排能够使炉膛清渣不影响运行，而且能够控制 炉膛底面积渣量，维持炉内一定高温有利于稳燃和燃烬。 综上所述，水煤浆燃烧技术水平的进步和设备类型的多样化， 为水煤浆应用提供更宽广的领域和更好的技术支撑。在水煤浆工程 建设中，应做好项目充分论证，科学选型，做到锅炉燃烧性能与供 热要求匹配，炉和浆匹配，侧重推荐使用经济型浆的水煤浆锅炉或 窑炉，以获得更好的应用成效。 （二）水煤浆应用优势 1、环保特性 24 （1）从燃料源头削减污染物 水煤浆原料煤为洗选精煤或低灰低硫原煤，其含灰分、硫分远 低于常规动力煤。商品水煤浆的灰分一般小于 10%，硫分小于 0.8%。 而通常市场上燃用的动力煤灰分 2040%，硫分 26 %。以水煤浆 替代普通动力煤燃用，削减二氧化硫的效果见下表： 水煤浆代替原煤时的削减二氧化硫计算表 水煤浆用量（t） 内 容 1 万 10 万 100 万 未经脱硫装置 330 3300 33000 1. 燃煤时 SO2 排放量（t ） 经脱硫装置（脱硫率 70） 99 990 9900 未经脱硫装置 80 800 8000 2. 燃浆时 SO2 排放量（t) 经脱硫装置（脱硫率 70） 24 240 2400 未经脱硫装置 250 2500 250003. 燃浆比燃煤的 SO 2 减排量 (t) 经脱硫装置（脱硫率 70） 75 750 7500 【例】1 万吨水煤浆替代散煤燃烧 设定条件：煤中含全硫 3，其中可燃硫为 1.5； 浆中含全硫 0.8，其中可燃硫为 0.4。 燃料燃烧产生的 SO2 均按未经脱硫装置处理计算。 燃煤的 SO2 排放量： GSO2110221.52330t/万 t 浆 燃浆的 SO2 排放量： GSO2100000.4 280t/万 t 浆 浆代煤的 SO2 减排量： GSO2330 80250 t/万 t 浆 如经脱硫装置处理，脱硫率达 70时，SO 2 的减排量为： 330（1 70）80（170）75t （2）低污染燃烧 由于水煤浆为煤水混合物，其燃烧温度比烧油和煤粉低 100-200，可大大减少 SO2 的析出和 NOx 的生成。燃烧产生的水 蒸气可使部分 NOx 还原成 N2，减少 NOx 的排放； 水煤浆能和脱硫剂均匀混合，脱硫率 50%以上，进一步降 低 SO2 的排放； 水煤浆为雾化燃烧，燃烧效率高,减少煤炭的燃烧量，从而 减少对外污染物的排放量。 (3)大气污染物达标排放 水煤浆在燃烧过程中会产生粒度较细的飞灰随烟气排出，需要 进行净化处理，一般采取如下烟气净化处理工艺： 高效脉冲式布袋除尘器（或电除尘器） 工艺流程 锅炉 引风机 烟囱 灰渣排除外运 除尘装置 烟气 26 主要特点： 烟尘排放浓度 50 mg/m3 左右，除尘效率达 99%，运行可靠， 但无脱硫功能。在水煤浆含硫量符合国家质量标准的前提下，燃烧 时二氧化硫排放约为 400750 mg/m3，仍达到国家 锅炉大气污染 物排放标准（GB13271-2001 ）一类区（时段）的排放标准。 与湿式除尘器相比省去沉淀池、水泵等投资，运行费用低， 操作维修方便。 高效湿式脱硫除尘装置 工艺流程 主要特点：除尘脱硫一体化。采用文丘里管、旋流喷淋以及湍 球、沸腾洗涤等净化工艺进行组合，除尘效率达 99%；脱硫效率达 到 90%以上。 干式与湿式相结合的除尘脱硫装置 工艺流程 清水 灰 水 锅炉 引风机 烟囱 沉淀循环池 灰渣排除外运 脱硫除尘装置 泵 烟气 主要特点：一般选用脉冲布袋除尘器和湿法脱硫塔（亦有除尘 功能）组合成烟气净化系统，由于采用了布袋收尘、水膜喷淋脱硫 的双重净化工艺，除尘脱硫效果好，系统运行可靠性高。 南宁百会药业集团公司等单位的水煤浆锅炉采用末端净化工 程处理措施，均达到理想的效果，环保监测数据如下表： 一类区（时段） 指 标 锅 炉 类 别 烟尘浓度 （mg/m3） 烟气黑度 （林格曼，级） SO2浓度 （mg/m3） NOX 末端净化 工程装置 燃煤锅炉 80 1 900 /国家 标准 最高 限值 燃油锅炉 （燃轻柴油） 80 1 500 400 百会药业公司 水煤浆锅炉 4753 1 417 / 旋流喷淋塔实际 运行 环保 效果 皇氏乳业公司 水煤浆锅炉 58 1 3 / 湍球喷淋塔 清水干 灰 引风机 烟囱 沉淀循环池灰渣排除外运 干式除尘装置 泵 锅炉 湿式脱硫塔 塔灰 水 28 广西医科大附院 水煤浆锅炉 58.8 1 5 200 脉冲布袋加 水膜喷淋塔 （注：烟气净化装置运行时投加少量的脱硫剂，如碱、石灰等。未 经脱硫处理的二氧化硫初始浓度为 450530 mg/m 3） 上表的数据表明，水煤浆锅炉的烟气排放指标可达到国家锅 炉大气污染物排放标准（GB13271-2001 ）一类区（时段）的排放 标准。 (4)改善生产环境 水煤浆锅炉取消用户储煤场，水煤浆储运均密闭，对外无泄 漏和粉尘污染，避免对工厂和周边环境的污染。水煤浆锅炉排渣量 较少，灰渣定期清理，回收做建材原料。 水煤浆燃用通过管道泵送，锅炉车间无烟尘，环境清洁干净， 改善工人工作条件。 锅炉机组配用单螺杆式空压机、立式多级水泵、特制高速搅 拌器等设备噪音小，运行噪音低于工业企业厂届噪音标准的规定 限值。 水煤浆锅炉采用钢制烟囱，体积小，高度在 15m 以内，加以 适当的隐蔽和美化处理，可减少对城市景观的影响。 （5）国内部分企业应用水煤浆实例 电站锅炉应用情况 用户 炉 型 运行状况 污染物排放 茂 名 热电厂 燃油设计炉改造 2220t/h 2410t/h 在 70100 负荷下运行 与燃油相比 SO2 排放浓度降低 45， 为 38mg/Nm3，排放量降低 61， 飞灰 和炉渣可燃物含碳量8 汕 头 热电厂 原设计 WG2220/9.8- 15 型油炉改造 在 4085负 荷下运行 SO2 排放浓度为 157.3 mg/Nm3，年排放 量较燃油减少 3000t。烟尘 排放浓度 145mg/Nm3，排放的炉渣含碳量为 0.782.5，飞灰含碳量为 1.743.65 燕山 石化 CNG-220 /9.8-NY 水 煤浆锅炉 在 70100 负荷下运行 SO2 排放浓度100 mg/Nm3，烟尘排放 浓度30 mg/Nm3，炉渣和 飞灰可燃物 含量分别为 10和 5以下，达到或低 于北京市严格的环保标准 工业窑炉应用情况 污染物排放（mg/Nm 3） 地 点 炉 型 燃烧效率 （） SO2浓度 NOx 浓度 烟尘浓度 长春保温材料厂 隧道式干燥窑 95.92 0.15 0.46 32.06 莱芜钢厂 锻造加热炉 90 1.28 28 280 连云港玻璃厂 玻璃窑炉 98 417 269 1.22 （国家水煤浆工程技术中心提供资料） 2、节能效果 水煤浆在燃用时通过管道泵送和雾化燃烧，较好地解决了传统 燃煤锅炉通常存在的机械性不完全燃烧和化学不完全燃烧的问题， 30 提高燃料利用率，燃烬率达 98%，锅炉热效率达 82%以上，比传统 燃煤锅炉提高 1015%。 燃烧效率 锅炉热效率 【例】1 万吨水煤浆替代散煤燃烧 设定条件：水煤浆为二级浆，热值 Q=4450kcal/kg，水煤浆锅炉 效率 84。 原煤为混合煤，热值 Q5000 kcal/kg ，燃煤锅炉效率 68。 锅炉供饱和蒸汽 P 9kg/cm2，给水温度常温 20。 每吨蒸汽所需要的热量为 Q660000kcal/t 汽。 燃煤锅炉的煤耗 G1660000（50000.68）194kg/t 汽 燃浆锅炉的浆耗 G2660000（44500.84）176kg/t 汽 相当于 10000t 水煤浆耗的原煤量 水煤浆代替原煤燃烧的节煤测算表 水煤浆用量（t） 内容 1 万 t 10 万 t 100 万 t 1.锅炉产汽量（t） 56818 568180 5681800 2.原煤耗（t） 11022 110220 1102200 3.浆代煤节约标煤量（t） 1515 15150 151500 9 8 8 5 8 3 7 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 燃 烧 效 率水 煤 浆 锅 炉 燃 煤 锅 炉 % G31941000017611022t 节约标准煤 G4（ 110225000100004450）7000 1515t 3、运行经济性分析 （1）不同燃料（能源）的价格和价能比 （按现行市场价） 能源种类 锅炉热效率 （%） 低位热值 (Kcal/kg) 价 格 1000 大卡 出力折合价 (元/1000 大卡 ) 与煤之 价能比 原 煤 65 5000 560 元/t 0.168 1.000 水煤浆 85 4500 750 元/t 0.20 1.16 重 油 88 9600 4100 元/t 0.485 2.82 柴 油 90 10300 6200 元/t 0.668 3.88 （二级水煤浆按南宁市指导价 750 元/吨） （2）燃用水煤浆每吨蒸汽成本分析 （1.25 Mpa 饱和蒸汽） 序 号 项 目 单位 单 价 （元 /吨） 用量 金 额 （元/吨汽） 备 注 1 水煤浆 吨 750.00 0.176 132 热值 4500 大卡 3 电 度 0.55 12 6.60 4 水 吨 1.25 1.2 1.50 5 辅助材料 2.00 点火柴油、机油、易损件等 6 工资及附加 1.66 每班 2 人计算 8 修理费 1.34 9 折旧费 2.66 32 合 计 147.76 吨汽综合成本 （3）各类燃料锅炉吨汽综合费用对比 （1.25 Mpa 饱和蒸汽） 燃料 种类 燃料 耗量 （/t） 燃料 费用 （元） 压火 煤耗 （元/t） 电耗 (元 /t) 水耗 (元 /t) 工资 费用 （元/t） 其它 费 用 (元/t) 每吨蒸汽 综合费用 (元/t.蒸汽) 燃 煤 194 108.6 515 58 1.5 1.663.2 3.0 125.46140 重 油 75 307.5 0 5 1.5 1.66 3.0 318.66 柴 油 68 421.6 0 5 1.5 1.66 3.0 432.76 水煤浆 176 132 0 6.6 1.5 1.66 6 147.76 （4）“以 浆代油 ”经济 效果 根据上表的数据，水煤浆的吨蒸汽综合费用仅为燃用重油的 46 %。按表中的吨汽费用，以 4t/h 水煤浆锅炉每年满负荷运行 7200 小时计算为例，则节约生产费用如下图： 490 418 367 0 100 200 300 400 500 100%负 荷 85%负 荷 75%负 荷 如图所示，水煤浆代重油燃烧每年降低生产成本 360 万元，经 万元/年 济效益显著。 （5）“以 浆代煤 ”经济 分析 南宁百会药业集团公司燃煤锅炉和水煤浆锅炉燃料消耗情况 如下表： 2006 年全年 2007 年 910 月 时 间 燃 煤 （热值 3000 大卡） 燃水煤浆 （热值 4500 大卡） 蒸汽产量（吨） 22731.6 2744 单价 （元） 315.74 数量 （吨） 9511.13 动力煤 消 耗 金额 （万元） 300.30 单价 （元） 750 （二级浆） 数量 （吨） 447.27 水煤浆 消 耗 金额 （万元） 33.54 单价 （元） 5500 数量 （吨） 8.08柴油消耗 金额 （万元） 4.44 燃料 费用 吨蒸汽燃料成本 （元） 132.1 138.44 人工费 （元/吨蒸汽） 10.91 6.34 电 费 （元/吨蒸汽） 10.97 9.90 水 费 （元/吨蒸汽） 2.96 2.40 管理费 （元/吨蒸汽） 8.90 5.38 其他 费用 小 计 33.74 24.02 燃 料项 目 34 上述数据表明，燃用水煤浆的吨汽成本与燃煤大致相当。除此 之外，企业还获得多方面的综合效益：一是取得节能减排的成效， 减少企业排污费用；二是节省约 2000 m2 生产用地；三是实现药品 GMP 清洁生产的要求。 此外，根据对南宁市一些中小型燃煤锅炉用户的运行情况调查， 24 t/h 锅炉的热 效率较低，吨汽的煤耗费用还要高一些。如南宁 金农家饲料有限公司 4t/h 手烧炉，热效率 仅为 50，吨汽的煤耗费 用约 150 元。南宁铁路客运段消毒中心的 2t/h 链条炉，每天燃用 5 吨煤（6000 大卡/ ），按锅炉热效率为 68%计，吨汽燃料费 140 多 元。据此推算，这些小型锅炉的吨汽成本在 150170 元之间，这种 状态在 110t/h 的中小型 锅炉是比较 常见的。 综上所述，以水煤浆代煤燃烧，吨蒸汽综合费用大致相当或略 高一些，但综合比较水煤浆锅炉可以节省劳动力，节省用地，减少 排污费支出；有利于保护环境，树立清洁文明生产形象，提高企业 的竞争力，具有推广价值。 （三）水煤浆应用范围及途径 1、新上水煤浆锅炉 在新建项目的供热工程或原有燃煤（油）锅炉更新换代，推广使 用水煤浆锅炉。 吨蒸汽综合成本 （元/吨蒸汽） 165.84 162.46 水煤浆锅炉采用类似燃油锅炉一样的雾化燃烧方式，必须配置 储浆罐、输浆系统和燃烧系统，与普通链条炉、往复炉比，设备投资 有所增加，投资概算如下： 水煤浆锅炉设备投资概算 （万元） 序 号 锅炉容量(t/h) 建设项目 2 4 6 10 15 20 1 主 机 35 42 51 2 辅 机 17 22 36 136 208 250 3 现场材料费 3 4 5 13 17 25 4 安装费 2.5 4 6 8 14 18 合 计 57.5 72 98 157 239 293 （以上为市场调查参考价格） 2、燃煤锅炉（窑炉）改燃水煤浆 南宁市高速环道内有数百台中小型燃煤锅炉，为主要二氧化硫 污染源。根据南宁市政府的部署，大力推进燃煤锅炉技术改造。 （1）实施范围 技改工程按锅炉吨位和地域分布，有计划地分步实施。根据改 炉投资、运行经济性及环境保护等因素的综合分析，目前重点实施 415t/h 全水管型燃煤 锅炉技改工程。 （2）工程内容 锅炉炉膛改造 中小型炉大多是 链条炉、往复炉、振动炉 排炉、固定炉排炉等层燃式锅炉。由于煤的整个燃烧都在炉排上完 36 成，故炉膛容量小。而水煤浆锅炉是室燃型悬浮燃烧，全部燃烧过 程在炉膛空间内完成，需要足够大的燃烧空间，因此，炉膛改造要 采取拆除炉排、炉前增设稳燃室、把炉底向下伸延（挖深）及炉体向 上升高等扩容的措施。 炉膛防焦措施 炉膛结焦的因素包括了煤种的选择、燃烧 室热负荷炉膛壁的水冷度、燃烧器配风设计、炉内空气动力场等。 对中小型锅炉的改造，要考虑如下防焦措施：选好燃烧器，喷浆气 流不冲刷炉壁，保证浆粒在炉膛中悬浮燃烧；控制室内最高温度不 超灰渣的软化温度（一般1200 ）；炉膛四壁尽量光滑平整；在炉膛 适当布置水冷壁管，在炉底增加冷却风，提高燃烬率，防止结焦。对 于 10t/h 以上的水煤 浆炉，后部应增设 二次风，起搅拌和补充氧气 的作用，以提高燃烧效率，避免后部高温结焦。 排渣 设计 针对 不同的改造炉型，主要采取机械或水力、 气力排渣措施。 新增燃烧和供浆系统 增加燃烧器、浆枪、油枪等燃烧设 备；空压机、储气罐等提供雾化介质的设备；储浆罐、炉前搅拌罐、 滤浆器、卸浆泵、供浆泵等燃料系统设备；新增或改造自动控制系 统。 锅 炉辅机部分 对原有能够继续使用的给水、水处理、鼓 风机、引风机、除渣设备以及烟道、烟囱等设施进行维修保养，加以 利用。新增或改造除尘脱硫装置，提升对烟气的净化处理效能等。 （3）工程投资 技改工程的费用以每台燃煤锅炉的吨位、炉型及新旧程度计算， 一般情况下的技改工程费用如下表： 单位：万元 锅 炉 容 量 (t/h) 序号 改造项目 2 4 6 10 15 20 一、 设备和材料 1 锅炉本体 1.2 1.8 3 6 10 12 2 辅 机 1 1.2 2.2 4.2 5.3 7.3 3 燃烧器、喷枪 0.65 0.8 3 5 6 7.5*2 4 炉前供浆 5 6 6.5 9.5 13 15 5 点火油系统 0.6 0.6 0.8 1.5 2 5.5 6 电 仪 0.6 0.8 1 1.5 2 9.6 7 压缩空气系统 3.2 4.2 5.8 9.2 16.1 17.5 8 除尘器 2.8 4 5 10 12 30 9 除灰系统 0.8 1 1.5 3 5 8 10 省煤器、空预器 0 0 5 8 9 9.5 二、 安 装 0.8 1.5 2.2 5 8 15 三、 现场材料 0.5 1.5 2.5 4 6 10 四、 其 它 1 2 4 6 9 14 合 计 18.15 25.4 42.5 72.9 103.4 134.1 在实施燃煤锅炉技术改造的同时，鼓励 1t/h 以上的燃油锅炉 改用水煤浆锅炉，条件具备的燃油锅炉可实施水煤浆锅炉改造。 38 3、建设集中供热站 集中供热是在工业集中区（或用户相对集中地段），建设具有一 定规模的供热设备，通过供热管网将蒸汽输送到各分散用户。一座 集中供热站能够取代几十台小型锅炉，从而有效地改变企业分散建 炉的传统方式，此外，集中供热站可使用中大型水煤浆锅炉，机组 热效率高，用户负荷调节灵活、节约土地，节省投资，运行经济。因 此，集中供热是能源利用率和环保效益很高的供热方式，是国家鼓 励推广的供热工程技术。据测算，一座 100t/h 规模的集中供热站， 按 80的负荷率，年运行 7200 小时，年产汽量 64.8 万吨， “以浆代 油” ，可替代重油 4.86 万吨，节约燃料 费用 1 亿元。 “以浆代煤”，每 年可节约标煤 1.23 万吨，减排 SO24300 吨。 （1）供热网技术参数 供热网示意图 （以上锅炉参数仅为举例） 供热站按供热管网内的用汽负荷量配置水煤浆锅炉，产出 1.62.45Mpa ， 300400的蒸汽，经汽轮发电机或减温减压装置 用汽单位 用汽单位 2.45 Mpa 分 汽 缸 减温减压 2.45 Mpa 自用汽 发电机 10t/h 2.45 Mpa 400 20t/h 2.45 Mpa 40020t/h 2.45 Mpa 400 50t/h 2.45 Mpa 400 气轮发电机 1.25 Mpa 250 通过供热管网输送至终端用户。蒸汽压力和温度可根据用户需要调 配，能够满足各类用汽负荷的要求。 （2）项目投资概算 （100 t/h 规模） 项目 工程内容 数量 备注 锅炉设备 SHS1535t/h，1.6Mpa 4 台 包括辅机和现场材 料费 储浆罐 500 m3 2 座 配电房 630KVA 变压器 2 台 包括配电设备和材 料 土建工程 厂房、道