水煤浆燃烧技术简介

水煤浆燃烧技术

一、水煤浆概述

水煤浆是一种煤基的液体燃料，一般是指由60－70%的煤粉、40－30%的水和少量的化学添加剂组成的混合物。它是20世纪70年代世界范围内出现石油危机的时候，人们在寻找以煤代油的过程中发展起来的石油替代技术。水煤浆既保持了煤炭原有的物理化学特性，又具有和石油类似的流动性和稳定性，而且工艺过程简单，投资少，燃烧产物污染较小，具有很强的实用性和商业推广价值。

水煤浆的用途十分广泛，它可以像油一样的管运、储存、泵送、雾化和稳定着火燃烧，其热值相当于燃料油的一半，因而可直接替代燃煤、燃油最为工业锅炉或电站的直接燃料；水煤浆还是理想的气化原料，产生的煤气化可以用于煤化工或用于联合循环发电；对于特制的精细水煤浆，还可以作为燃气轮机的燃料使用；可见，水煤浆技术是洁净煤技术的一个重要组成部分，发展水煤浆技术具有十分重要的意义。

（1）替代石油，合理利用我国能源资源

由于水煤浆具有同石油一样的流动和雾化特性，因此，以水煤浆替代石油可以利用原有设备，改动工作量很小，投资小。

（2）解决煤炭运输问题

我国煤炭资源丰富，但地区分布极不平均，北煤南运和西煤东运的局面将长期存在。靠铁路运输既增加了铁路的负担，又对沿途环境造成了污染。发展水煤浆进行管道运输将在很大程度上缓解能源运输的压力和污染问题。

（3）降低煤利用过程中的污染

制备水煤浆的原料煤是经过洗选的，含灰量和含硫量都大为降低，燃烧后产生的飞灰和SO2都比一般的燃煤锅炉低。同时由于水煤浆中的水分在燃烧时具有还原作用，理论燃烧温度也比相同煤质的煤粉燃烧低200℃左右，因此可以在一定程度上降低NOX的排放量。

二、水煤浆的特性

水煤浆作为一种替代燃料，除了具有原有煤的特性，如发热量、灰熔性、各组分含量外，还具有一些特殊的性质要求。

（1）水煤浆的浓度

水煤浆的浓度是指固体煤的质量浓度，它直接影响到水煤浆的着火性能和热值。浓度越大，含水量越少，就越容易点燃且发热量高。但浓度的提高会影响到水煤浆的流动性，通常根据其实际需要和煤质特性，将浓度控制在60－75%之间。（2）水煤浆中煤的粒度

水煤浆中煤的粒度对水煤浆的流变性、稳定性以及燃烧特性影响很大，同时合理的粒径分布还有利于达到较高的水煤浆浓度。一般情况下，煤炭的最大粒径不超过300um，且小于200目（74um）的颗粒含量不小于75%。

（3）水煤浆的流变特性

流变性用于描述非均质流体的流动特性，它是影响水煤浆储存的稳定性输变的流动性、雾化及燃烧效果的重要因素，一般用剪切应力-切变率关系来表示，常用参数为黏度。水煤浆属于非牛顿流体，它的黏度随流动时的速度梯度（即剪切速率）的大小而变。

为了便于利用，在不同的剪切速率或温度下，要求水煤浆能表现出不同的黏度值。当其静止时，要求其表现出高黏度，以利于存放；当其受到外力，则能迅速降低黏度，体现出良好的流动性，也就是具有良好的触变性，或者说是“剪切变稀”的特性。同时，水煤浆还需要类似于油的黏温特性，升温后，黏度明显降低，易于雾化，可以提高燃烧效率。

（4）水煤浆的稳定性

作为一种固、液两相的混合物，水煤浆很容易发生固液分离、生成沉淀物的现象。水煤浆的稳定性是指其维持不产生硬沉淀的性能，所谓硬沉淀，就是无法通过搅拌是水煤浆重新恢复均匀状态的沉淀，反之称为软沉淀。一般工业要求的水煤浆存放稳定期是三个月。

以上水煤浆的特性是衡量水煤浆质量的重要指标，但由于其中有些特性之间是相互制约的，如浓度高会引起黏度增大，流动性变差；黏度低有利于泵送、雾化和燃烧，却会使稳定性降低等。因此，必须根据水煤浆的实际用途，来协调其各个性质参数，目前主要的水煤浆种类、特性及用途如表3-10所示。

三、水煤浆的制备

1、水煤浆制备的基本原理

水煤浆的制备过程直接决定了水煤浆的特性，为了使水煤浆能够满足实际应用的要求，在其制备过程中需考虑以下4个方面。

[1]煤炭的选择及其成浆性。制浆前必须根据需要选择每种，如其灰分、硫

分、热值、挥发分及灰熔点等，这对水煤浆是否能够稳定燃烧、燃烧效

率及污染排放都有很大的影响。如挥发分影响到水煤浆在炉膛中能否稳

定着火燃烧，根据经验，通常用于锅炉燃烧时要求制浆用煤的挥发分含

量大于25%，用于炉窖燃烧时要求大于15%。另外如果灰分、硫分等杂质

过多，还需要在制备过程中进行洗选脱除。

在煤种选取过程中，成浆性是用来表征其制浆难度程度的参数，一般不同煤种的成浆性有着很大的差异。有的煤在常规条件下很容易制成高浓度的水煤浆，而有的则要求较为复杂的制浆工艺和较高的成本。对于煤的成浆性，其影响因素很多，但一般认为：煤阶越高，内在水分越少，煤种O和C比值越小，亲水官能团越少，孔隙越不发达，可磨性指数越高，煤中所含可溶性高价金属离子越少，制浆越容易。

[2]颗粒级配技术。水煤浆中的煤炭不仅有粒度大小的限制，还要求其有良

好的粒度分布，即希望使不同粒径的煤粒能够相互填充，减小煤粒之间

的空隙，达到较好的堆积效率。堆积效率越高，由于空隙少就可以减少

水的消耗量，容易配臵高浓度的水煤浆。在制备过程中，这项技术又称

之为颗粒级配技术。一般在目前的制浆工艺中常用所谓的双峰分布来实

现较好的级配。

[3]制浆工艺流程。制浆工艺是指对煤炭颗粒、水和添加剂等原料进行细选、

破碎、磨矿、搅拌、混合、过滤、调浆等工艺来制备水煤浆的过程。通

过优化制浆工艺流程，可以实现水煤浆中煤颗粒的较高堆积效率，满足

使用特性的要求，同时减少消耗。

[4]添加剂。通常情况下，要使水煤浆能够达到高浓度、高稳定性以及良好

的流变特性，必须添加一些化学药剂。一般可分为分散剂和稳定剂两类。

分散剂是用来促进煤粒在水中均匀分散的化学药剂，通常煤粉与水混合，煤颗粒之间存在着很强的引力，使得煤粒成团、凝聚、煤浆黏度增高、

流动性变差。分散剂是一些表面活性剂，可以显著地降低溶液的表面张

力，提高煤粒表面的润湿性。而水煤浆稳定剂则是用来改善水煤浆稳定

性，以使其在存储和输送期间保持特性均匀的状态。

2、水煤浆的制浆工艺

水煤浆的制浆工艺一般可以氛围干法、干湿法和湿法制浆三大类，由于干法和干湿法的能耗高，制浆效果均不如湿法，因此近些年很少在工业中应用。图3-45为我国两个典型的湿法制浆工艺流程。