水煤浆代油燃烧技术的应用.doc

水煤浆代油燃烧技术的应用 内容摘要 水煤浆是一种新型液态化全煤基燃料，它具有燃烧效率高、NOX及废弃物排放量小、代油燃烧经济效益高等特点。 我国是以煤为主的能源生产和消费大国。从“六五”期间开始开发水煤浆技术，至今在多方面得到应用。本文结合吉林石化公司燃油锅炉改烧水煤浆工程，就水煤浆的发展、水煤浆的制备工艺、设备选择、储存及输送等作了较详尽的论述。关 键 词 水煤浆 高浓度磨矿制浆 高剪切处理 专用设备 储存 输送水煤浆的技术发展背景国内、外水煤浆的技术发展概况国外，水煤浆生产起步比较早。最早应用的美国黑迈萨工程的水煤浆浓度为50%，年运煤量450万吨，管道输送439公里，供应莫哈夫电厂；俄罗斯89年建成投产世界规模最大的制造水煤浆及应用系统工程，水煤浆年生产规模500万吨，浓度为6265%，管道输送260公里，供新西伯利亚第五热电厂。日本和法国等国家都相应地在发电、化工等方面应用了水煤浆工艺技术。我国是以煤为主的能源生产和消费大国，从“六五”期间开始开发水煤浆技术，至今在多方面得到应用。如：燕山石化动力事业部第三热电站新建的一台220t/h水煤浆锅炉于2000年投产；山东白杨河发电厂三台230t/h燃油的煤粉炉改烧水煤浆,其中一台于1995年投运,另外两台也于2001年投运；广东茂名热电厂原有两台220t/h、两台410t/h的燃油的煤粉炉，2000年将一号炉改烧水煤浆后经济效益显著,该厂正实施对二号至四号炉的改烧水煤浆工程。 综上所述,水煤浆制备无论从技术上还是从实践上都是成熟可靠的。水煤浆的分类精煤水煤浆 浓度65 灰分10 粘度1200mPa.s 平均粒径45m 稳定性30天以上经济水煤浆 浓度55-60 灰分15 平均粒径55m 原煤制作 稳定性30天气化水煤浆 浓度58-65 粘度1000mPa.S 粒径50-60m 稳定性 1-2天环保水煤浆 浓度65 灰分10 粘度1200mPa.s 对含硫量等要求较高水煤浆的经济效益与油相比节约燃料成本约1/2 ， 参见附表。替代下来的重油深加工可带来500元/吨的二次效益。合理利用了石油、煤资源、气源，增加了国家能源的安全性、机动性。环境效益 由于燃烧温度比烧油低100-200，大大减少NOx的生成及废弃物的排放。单位热值 单位价格单位热价 备 注 水煤浆18837-20908KJ/kg 350元/吨0.0186-0.0167元/MJ 重 油 40980 KJ/kg1500-1800元/吨 0.0366-0.0439元/MJ 天然气 31362 KJ/m3 1.70元/m3 0.054元/MJ水煤浆的制备制备水煤浆的原料洗精煤要求： 热值（低位发热量） 6000kcal/kg 挥发分30灰分10 硫分1 可磨指数 50-100 灰融点（T2） ： 动力型 1300 气化型1180 添加剂要求：活性好、反应快 、添加量少、制浆成本低、 对灰融点的降低小等 。 在动力水煤浆制备过程中，添加剂可采用下列品种：木质素磺酸盐、腐植酸盐、亚甲基苯磺酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、聚脂肪族二烯烃磺酸盐、聚甲基丙烯酸盐等。其中木质素磺酸盐为无机物添加剂，价格较低但添加量大，易堵喷嘴，且降低灰熔点，对锅炉燃烧不利，动力型水煤浆多不采用。其它各种添加剂各有其优缺点，如亚甲基苯磺酸盐对煤的反应慢，水煤浆制备中搅拌时间长；聚甲基丙烯酸盐抗剪切性能好，但在高温下吸附性差；聚苯乙烯磺酸盐性能好但价格高等。 水 要求：中性或轻碱性、 浊度低、 研磨不产生有害气体。制浆工艺的选择 目前，国内外水煤浆厂采用的制浆工艺主要有：高浓度磨矿制浆工艺、中浓度磨矿制浆工艺及高、中浓度磨矿联合制浆工艺。高浓度制浆工艺的特点是：将煤、水和分散剂一起加入球磨机，在高浓度（略高于成品浆的浓度）条件下进行磨制，磨矿产品就是高浓度水煤浆的初级产品。再经过搅拌、稳定性处理及隔渣，就可获得成品水煤浆。由于这种工艺较为简单，采用这种工艺的制浆厂很多，如美国大西洋（ARC）公司、日本的日立公司和COM公司等，我国自己建设的水煤浆厂也大多采用这种工艺。中浓度磨矿制浆工艺是指采用50%左右浓度进行磨矿的制浆工艺。由于中浓度产品粒度分布的堆积效率不高，所以一般都要采用两段以上的中浓度磨矿工艺，以调整磨矿产品的粒度分布，使其达到较高的堆积效率。同时对磨矿产品还要进行过滤，以脱除多余的水分，脱水后的滤饼再加入分散剂进行捏混、搅拌调浆、稳定性处理、隔渣，获得成品水煤浆。引进瑞典技术和设备的北京京西水煤浆厂就是采用这种工艺。高、中浓度磨矿制浆工艺是以上两种工艺的结合。原则上采用高浓度和中浓度两段磨矿。高浓度磨矿需要同时加入分散剂。两段磨矿中，一段为粗磨，另一段为细磨。而后将中浓度磨矿产品返回高浓度磨机中混合，或将中浓度磨矿产品过滤脱水后，与高浓度磨矿产品进行捏混，再进行搅拌调浆、稳定性处理及隔渣，获得成品水煤浆。引进的兖日水煤浆厂、俄罗斯Belovo制浆厂及现有大同水煤浆厂都是采用了这一工艺。上述三种制浆工艺各有其优缺点：中浓度磨矿制浆工艺可以通过不同阶段磨矿产品的搭配，来调整磨矿产品的粒度分布。但若搭配不当，最终产品的粒度分布也未必合理，就如引进瑞典技术装备的北京水煤浆厂目前所出现的情况。同时磨矿产品还要经过过滤脱水，滤饼与分散剂需要经过捏混和强烈搅拌才能成浆，工艺流程较为复杂。因此在上述三种制浆工艺中，其建厂投资最高，生产操作和维护管理也最为复杂。高-中浓度磨矿联合制浆工艺的优点是，由于采用两台磨机联合磨矿，其中的中浓度细磨可以增加微细颗粒。在调配适当的情况下，可以获得堆积效率较高的最终磨矿产品。但由于其中的细磨环节只是起到改善级配的作用，对提高处理能力作用甚微，能耗相对较高。因此，只有在处理难制浆煤种并要求生产高质量水煤浆产品时，它才有优势。与高浓度磨矿制浆工艺相比，建厂投资较大、生产操作和管理相对复杂。高浓度磨矿制浆工艺只采用一台磨机，在高浓度条件下进行磨制，磨机排料即为高浓度的水煤浆初级产品。因此这种制浆工艺与上述两种工艺相比最为简单，有利于减少建厂投资和降低生产操作和管理。同时，在高浓度下磨介表面可以粘附较多的煤浆颗粒，有利于在研磨中产生较多的细粒来改善煤浆的粒度分布。此外，在磨矿同时加入的分散剂可以及时与煤粒的新生表面接触，从而有利于提高制浆效果。它在良好的工况下运行时，磨矿产品的粒度分布可以获得72%左右的堆积效率，一般已能满足成浆性难度属中等以下（成浆性难易指标D7）的多种煤炭制浆的需要。但是，由于只采用一台磨机进行磨制，这种工艺对磨矿产品粒度分布的调整有一定的局限性，因此需要较为严格的掌握磨机的运行参数，控制好磨机的运行工况，才能获得预期的制浆效果。根据上述对各种制浆工艺的对比分析，结合制浆原料煤的性质，选择如下的制浆原则工艺： 用高浓度磨矿制浆工艺按照煤炭成浆性判别经验公式D=7.5+0.5Mad-0.05HGI和煤炭成浆性分类，鹤岗11级水洗精煤的内在水分Mad为1.5%左右，可磨性指数HGI为65，其成浆性指标D为：D=7.5+0.51.5-0.0565=5煤炭成浆性分类 成浆性难易指标D可制浆浓度（%）易72中等4-772-68难7-1068-65很难1065根据上表，鹤岗水洗精煤的成浆性难易属于中等。因此可以采用较为简单的高浓度磨矿制浆工艺。这样可以相对减少建厂投资和便于生产管理。分散剂采用分段加药根据对生产多年的水煤浆厂调研，将分散剂先后加入球磨机和除渣缓冲搅拌槽，比一次加入球磨机可以提高制浆效果，同时可以降低分散剂用量。对煤浆进行高剪切处理由于吉林石化水煤浆厂的水煤浆产品主要用于区内动力锅炉，水煤浆的储存期可能较长，对水煤浆的稳定性要求较高。因此对水煤浆需要进行高剪切处理。从理论和实践证实，适当强度的剪切作用，可以提高水煤浆的屈服应力，增强水煤浆的触变性，加速水煤浆的熟化，从而改善水煤浆的稳定性。减小磨矿产品平均粒度为了提高水煤浆的稳定性，需要适当减少磨矿产品的平均粒度。根据国内一些动力水煤浆厂的经验和鹤岗水洗精煤的成浆性试验，磨矿产品的平均粒度应控制在40m左右。制浆工艺数据鹤岗11级水洗精煤煤样全水分设计值取10%。由于磨矿产品平均粒度40m左右，因此成浆试验时分散剂用量适当增加。成浆试验报告推荐，分散剂用量为4.5g/kg干煤，并将其稀释至10%浓度分段加入球磨机和除渣缓冲槽中(各占总量的85%和15%)。试验报告推荐稳定剂的加入量为120-200ppm，设计采用180ppm，并稀释至1%加至稳定性处理桶。鹤岗11级水洗精煤制浆物料平衡表（冬季） 名称数量原料煤球磨机磨机除渣缓冲槽稳定性处理桶储浆罐干基煤（t/h）32.5732.5732.5732.5732.57水（t/h）3.6215.5315.7416.6416.64分散剂（t/h）0.1250.1470.1470.147稳定剂（t/h）0.0090.009水煤浆（t/h）49.3749.37水煤浆浓度9067.567.26666按水煤浆实际生产量28.46万吨/年计算，水煤浆制备厂用煤量为20.86万吨/年（全水分10%），冬季每天的用煤量为868.5吨，夏季每天的用煤量为382.5吨。全年添加剂用量为896吨，其中分散剂为844.80吨，稳定剂为51.20吨。年用水量为7.6万吨（不包括清洗水和其它用水）。水煤浆浓度为66%。按35万吨/年水煤浆生产规模计算，水煤浆制备厂用煤量为25.66万吨/年，全年添加剂用量为1102吨，其中分散剂用量为1039吨，稳定剂用量为63吨。主要设备选择破碎机煤储运系统所用设备大部分为传动机械，设备材质均为碳钢，无特殊防腐要求，表面涂普通防腐面漆即可。本项目所用煤种是洗精煤，供料粒度13mm，含水量10%。破碎选用立轴式破碎机，出料粒度控制在3mm；储煤仓储存能力为250m3。本装置主要设备为立轴式破碎机；设备技术参数：能力：70吨/小时入料粒度：13mm出料粒度：3mm电机功率：160kW水煤浆专用球磨机水煤浆球磨机由螺旋给料机、轴承部、回转部、顶罐装置、慢速传动装置、传动装置、出料部、齿轮罩组成。分为左装和右装两种。经过综合比较，根据入磨原料的粒度情况及出磨水煤浆的要求，选用二台311米水煤浆专用球磨机。其主要技术参数为：布置方式：室内 0.00层用 途：制备动力水煤浆规格（mm）：300011000仓 位：2入磨煤粉：3mm 出磨成品细度：平均 42m 最大250m = 075m以下84 %5m以下23 %生产能力：保证值28-30t/h期望值 35t/h磨机转速：17.94r/min传动方式：边缘传动研磨体装载量（max）（t）：110主轴承、主减速机冷却方式：水冷搅拌器和调浆桶本设计中，对经球磨机高浓度磨矿后排出的水煤浆，先后经过三次搅拌和调浆。第一次搅拌的主要目的，是将二次补加的分散剂与水煤浆进行混合和充分接触，以进一步改善浆体的流动性。第二次是将加入的稳定剂与水煤浆进行混合和充分接触。第三次是对经过高剪切处理后的煤浆进行熟化和混匀，以保证在进入储浆罐前，水煤浆的流变性达到质量要求和成品浆质量的均一性。根据以上工艺要求，分别选用和设计了下列搅拌和调浆桶：（1） 第一次搅拌：除渣搅拌缓冲槽与3.011m球磨机系列配套，搅拌槽有效容积12m3，单轴搅拌，搅拌器转速：133rpm，功率：11kW，数量：每系列1台。（2） 第二次搅拌：与3.011m球磨机系列配套，选用SJB26型双轴搅拌，有效容积26m3 ，搅拌器转速160rpm，功率：18.5kW2，数量：每系列2台。（3） 第三次熟化均匀：有效容积250m3 ，搅拌器功率：45kW，搅拌器转速46-67.7rpm，数量： 2台。强化泵经综合比较，水煤浆的高剪切处理设备采用强化泵，其主要技术参数如下：型号： CQP100型转子转速： 1470rpm功率： 30kW处理量： 15t/h台数： 6台机泵水煤浆制备过程中水煤浆的输送采用曲杆泵。它具有流量、压力稳定、无脉冲、适合输送高粘度的液体、价格低、维修方便的特点。各工段采用的曲杆泵其规格、性能详见设备一览表。储浆罐及供浆设备本工程选用带有搅拌器的3000m3钢储浆罐两座，冬季可储存约105小时的成品浆用量。由于带有搅拌设施，保证了浆具有良好的流变性且不宜沉淀。搅拌器的功率为75kW，转速为28 rpm。在罐区泵房内设有四台曲杆泵，其中两台泵通过管道将水煤浆供给有机合成厂；另外两台为罐区装浆泵，水煤浆在装浆平台由泵打入槽车，再由槽车送至炼油厂。主要工艺设备选型如下表：主要工艺设备选型一览表 序号设备名称技术特性入料量（t/h）设备能力（t/h.台）选用台数1立轴式破碎机进料13mm，出料3mm702 (其中一套备用)2带式称重给料机JGC-40-650带宽650mm精度0.25%36.210-16023球磨机3.011m湿式格子式N=1400kW49.153024滤浆器无滤网式分离间隙1.2-1.5mm49.3730-3545强化泵CQP100型49.371566混匀罐250m3钢罐（带搅拌器）49.3727储浆罐3000m3钢罐（带搅拌器）2制浆废水的处理按28.46104吨/年水煤浆计算，水煤浆制备过程中需用水7.6104吨/年。制浆用水除自冲洗水池返回的沉淀、过滤水外，其余为2b线供给的生产上水。该水可由流量调节阀根据磨机水槽的液位自动调节其流量。供水进入磨机水槽后，再经磨机水槽泵送至球磨机入口管道，经准确计量和煤粉按比例混合进入球磨机以制备水煤浆。生产中产生的废浆（如开、停车期间、事故等），采用两种处理方法：第一、设置废浆桶，部分浓度在60%以上的不合格浆可以送入废浆桶，在正常生产过程中，再逐步掺入合格浆加以回收。第二、对于浓度低于60%的不合格浆和清洗管道、泵、厂房的地面水一起排入积水坑，再经污水泵加压送至冲洗水池。冲洗水池由挡板分为两部分：经挡板隔栅后的较清净的水进入冲洗水池干净的一侧，再由水泵抽出并送至磨机水槽中，作为水煤浆制备的给水循环使用。余下的煤浆固体颗粒则停留在冲洗水池的另一侧，由人工定期清除，返回堆煤场。制浆的自动控制系统整个装置采用了一套小型控制系统（DCS）来实现对整个生产过程工艺参数的集中检测及控制。对于水煤浆产品的计量采用精度为0.5%的电磁流量计。采用根据出球磨机的水煤浆的浓度来调节进球磨机的水、分散剂和煤粉三者之间量的比值调节系统。水煤浆的管道输送水煤浆的管道输送是水煤浆推广应用中的关键技术之一，目前水煤浆的长距离管道输送正在试验和摸索阶段。由于水煤浆具有较强的触变性，当其受到强烈的剪切作用时，内部结构遭到破坏，粘度降低，输送阻力减小；而当其处于原始状态时，粘度较大，输送阻力亦较大。故水煤浆在管内存放一段时间后再启动时，其起动压力较大，经过一段时间输送后压力减小，并逐步趋于某一稳定数值，这个稳定数值即稳定输送阻力。水煤浆的管道输送设计要点： 水煤浆