水煤浆时代的终结.doc

水煤浆时代的终结者煤粉洁净燃烧技术 原国家水煤浆研究中心河南应用技术研究所副所长、高级工程师 佛山市旋燃洁净燃烧技术有限公司 周万杰 1、水煤浆的辉煌历史 我国是一个产煤大国，煤炭资源丰富，价格低廉。在上世纪经历了石油危机以后，国家开始积极开发可以替代石油的新型能源，这时，水煤浆就出场了。然而，从成立国家水煤浆工程研究中心到90年代末的将近十年间，燃烧技术始终未取得大的突破，仅仅在个别小级别的电站锅炉上使用，推广工作并不理想。1997年国家水煤浆研究中心旗下的河南水煤浆应用技术研究所在河南登封兆峰陶瓷厂试验成功第一台水煤浆热风炉，这才打开了陶瓷行业的推广大门。与燃重油相比，水煤浆可以节约三分之二的燃料费，诱惑力巨大。1998年到2000年间，山东淄博大面积推广，2000到2003年间，广东佛山地区除了抛光砖厂的几乎所有陶瓷厂都改用了水煤浆热风炉。紧接着，2004年随着高温除尘设备的配套成功，抛光砖厂也可以使用水煤浆来生产粉料了，短短几年间，水煤浆彻底取代了重油，成为建陶行业粉料制备的不二选择，创造了无可估量的经济效益。这一点，水煤浆功不可没。2 、冷静思考水煤浆的功与过 在水煤浆推出之初，除了火电厂，国内大多工业锅炉是层燃锅炉，煤炭燃烧效率在75%以下，每年相当有一个大型煤炭企业的产量随炉渣白白扔掉。而水煤浆可以象油一样泵送、罐装储存和雾化燃烧，配合较好的燃烧设备，水煤浆的燃烧效率可以达到98%以上，因此，被国家列为新型清洁能源，并由时任国家主席的江泽民亲自批示大力要推广。当时，多数不明就里的人或有意或无意地盲目抬高水煤浆的身价，包括政府环保部门，大家众口一词，把所有水煤浆都称为“环保”燃料。然而，水煤浆毕竟是煤的简单加工产品，并且当陶瓷行业已经开始大面积推广的时候，国家尚未出台相关国家标准。试想，把煤和水混合在一起磨成浆状后并没有改变煤的化学特性，其含硫量和灰分并不会降低，燃烧排放环节如果处理不好照样会带来空气和水体污染，也就是说，水煤浆的品质优劣完全由制造水煤浆的煤来决定。这一点，早在2001年，笔者就提出了这一点，还写了一篇短文：走出误区，正确认识水煤浆，刊登在佛山陶瓷2001第7期。目的就是要提醒陶瓷行业的人士和政府环保部门，不要盲目推崇水煤浆而缺失了监管，以至于把使用高硫劣质煤加工的水煤浆也叫做“环保燃料”到处兜售。 首先，就所谓“环保”而言，采用低硫、低灰、高灰熔点的商品煤生产的才是优质水煤浆，而且要结合使用燃烧效率高、氮氧化物产生少（温度和空气过剩系数控制合理）的燃烧炉才能达到环保要求。这么浅显的道理，相信很多专业人士都会明白，不是所有的水煤浆都是“环保”燃料。 其次，说水煤浆“节能”，也同样是对水煤浆的一个不折不扣的误读。很多人理解的“节能”概念，是指与重油相比较节约了燃料费用，并非节约了能源消耗量。另一方面，与直接燃煤相比的“节能”，也是对燃烧方式而言，是水煤浆旋风燃烧炉与以链排为代表的层燃式燃烧的对比，而非燃料本身。坦白地说，如果有了合理的燃烧方式，使燃料的燃烧效率同样达到98%以上，那么，直接燃烧煤粉比燃烧水煤浆更加节能。因为，水煤浆所含的大量水分消耗了很大的热量。这样的结论，对从事水煤浆及其燃烧技术研究和推广的人来说早就不是什么秘密了。但是，对广大用户来说，直接关系着巨大的经济利益，似乎都愿意把它称作“节能”产品，对明白者来说，也是一个无奈的、不得不接受的现实。如今，是要所有人都明白的时候了。 一般情况下，制备水煤浆的粉煤的热值是5500kcalkg, 商品煤全水分为15%，制成的水煤浆全成水分为45%（实际更大），水煤浆的理论热值为： 5500（kcal）（145%）= 3025（kcalkg） 燃烧时，每kg水煤浆中，其外加水从室温加热到饱和蒸汽，再继续升温到炉膛温度1100摄氏度所吸收的热量，简化近似计算如下： （45%15%）（3300 +1500） = 1440 kJ = 344 kcal与原始热值相比： （3443025）100% 11.4% 也就是说，有大于10%的热量被水煤浆的水分所消耗。据某陶瓷厂5000型喷雾塔的实际测算，采用同样的煤粉制备的水煤浆和直接采用该煤粉磨粉在同样的燃烧炉上生产同样的粉料，燃烧效率同样达到了98%以上。跟踪对比结果（水煤浆的干基热值为：3104 kcalkg，煤粉的热值为5850 kcalkg）： 1、水煤浆消耗量：108.6 kg吨粉料，折合热量消耗： 108.63104 337094 kcal 2、煤粉消耗量：45.3 kg吨粉料，折合热量消耗： 45.35850 kcal 265005 kcal 两者相差： （337094265005）265005）100% = 27 % 这是一个令人惊讶的结果。换句话说，在现有水煤浆旋风热风炉不做系统改动的情况下，仅仅将水煤浆燃料改为煤粉，就可节约四分之一以上的煤。假设一座喷雾塔平均每天生产粉料500吨的话，每天就可以节约6吨煤。若一年有300个工作日就会少消耗1800吨煤。按一吨粉煤650元计算，每座喷雾塔一年就能节约117万元的燃料费用。用“可观”这个词来描述一点也不为过。 看到这里，有没有发现个数据问题：这27%的实际测算结果，与上述我们理论计算的水煤浆所含水分造成的热量损失11.4%的结果竟然会有这么大的差额！另外一大部分的消耗去到了哪里？我们从干燥塔的工作机理入手，很容易找到答案。 水煤浆燃烧时，水煤浆所含水分经加热气化，进入了干燥塔内，增加了干燥塔内的水分，使本来以烘干泥浆水分为目的干燥塔空间内除了泥浆的水分以外又额外增加了水煤浆的水分，降低了干燥塔的干燥效率和出力，正是这部分工艺损失与前者11.4%的燃烧损失叠加在一起，造成了总的热量消耗比燃烧煤粉多出27%的惊人结果。若把全国所有燃水煤浆的热风炉全部都考虑进去，保守估计，也赶得上一个百万吨级别大型煤矿的产量了。这是一个非常可观的数字。若从环保的角度来审视，燃煤消耗减少了，污染物的排放自然就减少了。分析到这里，有点让人忍俊不住。和被冠以“洁净新能源”的水煤浆比起来，被环保部门三令五申要坚决取缔的“高污染”燃料煤，只不过换了一种燃烧方式，却摇身变成为“减排”功臣。 到此为止，我们可以毫无悬念地给水煤浆这个昔日里披着“节能”外衣的所谓“新型洁净燃料”下个结论了吧？ 但实事求是地讲，正是由于水煤浆的推出，才促进了洁净燃烧技术的迅速发展，使旋风燃烧炉短期内积累了丰富成熟的经验，反过来又成就了煤粉的粉墨登场，在陶瓷行业重新扮演了不易替代的重要角色。至此，水煤浆也完成了他的历史使命，到了该退场的时侯了。 3、煤粉洁净燃烧技术简介 3.1细磨煤粉的优势：易燃烧、原料供应充足 基于旋风式洁净燃烧炉的煤粉燃烧技术，说白了就是把煤粉磨到足够的细度，能达到水煤浆的颗粒度最佳。经验得知，即使粒度达不到200目，那么有水煤浆细度的60%也是可以的。水煤浆燃烧时由于大量水分存在，吸收了大量的热量，在燃烧炉的启动阶段，炉膛升温困难，要耗时30分钟以上。在燃烧炉完成启动后的工作状态下，也必须让炉膛温度维持在1000C至1200C的高温状态下工作，否则很容易熄火。所以，要求水煤浆颗粒度要足够细小，以增加煤颗粒的表面积。而我国的大部分烟煤产地在内蒙，该地区的烟煤灰熔点偏低，若炉膛一味高温就很容易造成结渣，这就导致煤种与燃烧方式之间的互相矛盾，逼得水煤浆生产者不得不放弃热值高且价格低廉、供应充足的内蒙烟煤而选购供应紧张、价格居高不下的山西煤。 而煤粉就不同了， 由于没有巨量水分对炉膛热量的吸收，燃烧炉的启动非常迅速，从冷炉开始启动，10分钟就可以进入工作状态，燃烧过程中也不需要太高炉温就能够保持稳定的燃烧状态，若煤粉质优，甚至900C左右都可以完全燃尽。因此，燃烧煤粉对煤的灰熔点的要求也不必像水煤浆用煤那样苛刻。 再者，了解燃烧理论人的都知道，以空气助燃的燃烧设备，氮氧化物的产生来自于燃烧过程的高温，单从这一点来讲，煤粉燃烧炉的温度可以比水煤浆降低至少100C至200C，所释放的氮氧化物也要比水煤浆燃烧炉少，更有利于减少对空气的污染。32细磨煤粉制备方案的选型及注意事项 严格来说，陶瓷行业的煤粉燃烧设备还应该包括目前尚有一定市场的链排式热风炉，但由于其排渣含碳量高，属于国家明令淘汰的低效率层燃炉类型，且烟气杂质和温度控制都相对较难，在高档抛光砖生产线难以推广，更主要的是，其单位燃料费用并不比本文所述的燃煤粉旋风炉方案低，因此，不建议大家考虑。综合现阶段运行良好的煤粉制备方案来看，比较成熟的基本类型有两种：一种是炉前磨粉方案，另一种是集中磨粉方案。分述如下： 炉前磨粉，就是把储煤场经过初级破碎的煤粉用皮带输送机输送到原料车间的燃烧炉旁边入仓，在煤仓底部布置风扇磨煤机或结构更为紧凑的梯级磨煤机，磨煤机入料口用可变转速的螺旋输送机定量送料，磨煤机出料口直通燃烧炉炉膛的煤粉喷嘴。这种方式的优点是初期投入比较少，设备简单、操作简便。缺点是原料车间布局比较紧张，且需要在维持工作环境上下点功夫。另外，当产量较大时，磨煤机的易损件更换比较频繁。集中磨粉，就是在远离原料车间的地方集中布置磨粉设备和储备仓，通过输送设备把加工好储存在储备仓的煤粉输送到原料车间的各个燃烧炉的煤粉储罐。为了便于环境管理，一般把地点选在紧邻煤气站。目前比较成熟的模式，是采用雷蒙磨机作为细磨设备，然后用高压气力输送方式来完成从磨粉车间到燃烧炉的煤粉输送。其中输送环节是该系统的关键，由空压机、储气罐、高压仓式泵、输送管道、控制阀门和配有旋风分离器和布袋收尘器的储粉罐等组成，如果配套得当、设计合理，最远水平输送距离可以达到2000米，输送能力最大可以达到每小时100吨。该类型的磨粉系统的优点是不占用原料车间的太多空间，输送储存到燃烧可以实现全过程密封作业，对原料车间的环境污染可以降低到最低限度。输送系统可以实现全过程自动化控制，减少了劳动强度。缺点是磨粉车间投资较大、占地大，对入料