【文章內(nèi)容簡介】 水煤漿穩(wěn)定性，以使其在存儲和輸送期間保持特性均勻的狀態(tài)。 水煤漿的制漿工藝 水煤漿的制漿工藝一般可以氛圍干法、干濕法和濕法制漿三大類，由于干法和干濕法的能耗高，制漿效果均不如濕法，因此近些年很少在工業(yè)中應(yīng)用。圖 345 為我國兩個典型的濕法制漿工藝流程。 總的說水煤漿制備通常包括洗選、破碎和磨礦混合和攪拌、過濾加工等部分。 [1]洗選。即通過洗選對煤進(jìn)行凈化，出去煤中的部分灰分和硫分等雜質(zhì)。一般情況下選煤應(yīng)放在磨礦前，但當(dāng)煤中礦物雜質(zhì)需經(jīng)磨洗方能分離出雜質(zhì)時，也可采用磨礦后在選煤的工藝。 [2]破碎和磨礦。破碎和磨礦是為了將煤炭磨碎至要求的粒度，并使其分布具有較高的妒忌效率，是制漿過程中最為重要也是能耗最高的緩解。在濕式制漿工藝中，通常將水、添加劑和破碎的煤?；旌虾筮M(jìn)行濕磨。 [3]混合和攪拌?；旌吓c攪拌是使煤漿混合均勻，并使其在攪拌 過程中經(jīng)受強力剪切，加強藥劑與煤粒表面的作用，改善起流變性能。其中混合一般用在干磨或中濃度磨礦之后，使其磨制后的產(chǎn)物經(jīng)過濾機脫水所得的濾餅?zāi)芘c分散劑均勻混合，形成具有一定流動性的漿體，便于后續(xù)攪拌。過濾加工。過濾加工是指在裝運儲存之前，對工藝過程中產(chǎn)生的粗顆粒或其他雜物進(jìn)行過濾脫除，以免對水煤漿的輸送和燃燒帶來影響。 四、水煤漿的燃燒技術(shù) 水煤漿的燃燒特性 水煤漿的燃燒過程一般先通過霧化器將水煤漿霧化城細(xì)小的漿滴，一個漿滴通常包括若干細(xì)小的煤粉顆粒，進(jìn)入爐膛后，漿滴受熱蒸發(fā)，將煤 粉顆粒暴露在爐膛內(nèi)，然后發(fā)生與煤粉爐內(nèi)煤粒類似的燃燒過程，直到燃盡。 從總體來看，在霧化器噴口處，水煤漿呈霧炬形燃燒，如圖 346所示。由于水煤漿中含有較多的水分，因此無論是分析霧炬燃燒、還是分析單個的煤粒燃燒都反映出與煤粉燃燒不同的特性。 圖 346水煤漿的霧炬形燃燒 水煤漿經(jīng)霧化以后高速噴入爐膛，在噴口處形成如圖 346 所示的霧炬形態(tài)。進(jìn)入爐膛后霧炬燃燒一般要經(jīng)歷以下過程，首先霧炬在高溫?zé)煔鈱α骷拜椛渥饔孟?，迅速升溫，并開始水分蒸發(fā)，其中的煤粉顆粒發(fā)生結(jié)團(tuán)。當(dāng)漿滴溫度升高到 300－ 400℃時，其中的揮發(fā)分開始析出并率先著火，形成火焰；此后進(jìn)入強烈燃燒階段，同時焦炭開始燃燒，直至徹底燃盡。 對比煤粉爐內(nèi)煤粉的燃燒，水煤漿燃燒主要有以下特點 .[1]由于水煤漿中含有 30%－ 35%的水分，水煤漿著火前需要多余的熱量蒸發(fā)水分，同時由于水煤漿霧炬的入口速度相當(dāng)高，一般為 200－ 300m/s，是普通煤粉爐一次風(fēng)的近 10 倍，所以盡管水分蒸發(fā)的很快，但仍存在 － 1m 的脫火距離，這也是水煤漿燃燒組織的關(guān)鍵。 [2]雖然水分蒸發(fā)會浪費部分熱值（ 3－ 4%） ,但從其后的揮發(fā)分析出容納少及焦炭燃燒來看，水煤漿的燃燒特性要優(yōu)于普通煤粉燃燒。這是因為水分蒸發(fā)時，煤粒之間發(fā)生結(jié)團(tuán)形成了多孔性結(jié)構(gòu)，其表面積 和微孔容積都要比煤粉顆粒大，從而有利于揮發(fā)分的析出，提高焦炭的燃燒速度。 [3]水煤漿的燃燒火焰穩(wěn)定，但燃燒火焰溫度低。水煤漿的霧化燃燒可以使其流動組織更加穩(wěn)定，而能達(dá)到良好的穩(wěn)定著火與燃燒。同時由于水分的存在，使得其火焰溫度平均比煤粉火焰低 100－ 200℃。 [4]水煤漿具有與煤粉一樣的燃盡水平和燃燒效率。水煤漿的燃燒效率除了受煤質(zhì)自身因素影響外還與霧化質(zhì)量、水煤漿水分、受熱條件等因素有關(guān)。由于前面講的水分蒸發(fā)的影響，即使在較低的火焰溫度下，水煤漿的燃燒速度也要比煤粉高，其燃燒效率與煤粉燃燒相當(dāng)，對 于大型水煤漿鍋爐可以穩(wěn)定達(dá)到 99%以上。 在影響水煤漿燃燒過程的各個因素中，影響最大也是與普通煤粉爐所不同的是其霧化特性和特殊的配風(fēng)要求。水煤漿的霧化效果越好，其漿滴粒徑越小，越容易著火，還能提高燃燒效率。如表 311 所示，可見霧化器（霧化噴嘴）是水煤漿燃燒中最為重要的設(shè)備。 水煤漿燃燒污染物排放 水煤漿燃燒同其他燃煤過程一樣，也會產(chǎn)生飛灰顆粒物、 SO NOX 等大氣污染物。但由于水煤漿中的煤粒在制備過程中經(jīng)過了洗選，以及水煤漿燃燒溫度低等原因，使得水煤漿燃燒的污染情況要好于普通煤粉燃燒。 [1]飛灰顆粒物的排放。水煤漿燃燒形成飛灰顆粒物的污染總量與相同煤種煤粉燃燒相比并沒有明顯減少，而且在替代層燃爐時還有提高，這是必學(xué)正試的一個問題。但水煤漿燃燒生成的飛灰顆粒物的質(zhì)量平均直徑通常大于普通煤粉燃燒產(chǎn)生的顆粒物的質(zhì)量平均直徑，這是由于漿滴蒸發(fā)時煤粉顆粒發(fā)生結(jié)團(tuán)的緣故。這個特點有助于飛灰顆粒物在除塵器中被脫除，減少其最終排放量。對于 PM10和 放降低可能是有利的。 [2]SO2 的排放。本質(zhì)上講水煤漿燃燒過程中 SO2的排放并不會顯著降低。有報道說水煤 漿以洗精煤為原料，一般在燃燒前即可以脫除10%~30%的無機硫而降低 SO2 的排放，但這并不是水煤漿特有的優(yōu)點。同時研究表明可以在制漿過程中加入一定比例的石灰石或石灰乳固硫劑，在燃燒過程中進(jìn)行脫硫，但實踐表明這一方法的脫硫效果并不明顯，且與燃燒控制密切相關(guān)。由于燃燒過程中脫硫劑利用率不高，從總體上看，水煤漿燃燒的總脫硫率在 30%以下。 [3]NOX 的排放。前面介紹到，水煤漿的火焰溫度通常比相同煤種煤粉低 200℃左右，根據(jù)燃煤過程中 NOX 的生成機理，將有助于抑制NOX的生成，如圖 347 所示，但由于燃煤 過程中主要生成的染料型 NOX在 1000℃以上受溫度變化的影響比較小，所以也要采用分級燃燒等降低 NOX 燃燒技術(shù)進(jìn)行控制，不過水煤漿的霧化燃燒特性為合理進(jìn)行分級燃燒配風(fēng)創(chuàng)造了良好的條件，有可能達(dá)到低于同種煤粉燃燒的 NOX排放水平。 五、水煤漿的應(yīng)用水煤漿作為低污染的液體燃料，可以應(yīng)用在許多行業(yè)中。根據(jù)國內(nèi)外工業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)狀，大致可以氛圍三個方向：即直接燃燒、氣化和管道運輸。其中直接燃燒包括在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和工業(yè)窖爐中的應(yīng)用。管道運輸是水煤漿的另一個主要用途，其在美國、前蘇聯(lián)都有成功的商業(yè)運用實例。除此 之外，對于某些超低灰分的水煤漿產(chǎn)品，還可以應(yīng)用在內(nèi)燃機或燃?xì)廨啓C中，但目前還未進(jìn)入商業(yè)運行階段。 水煤漿直接燃燒的應(yīng)用 作為替代燃料是水煤漿技術(shù)發(fā)展的最初目的，依托于水煤漿制備技術(shù)和燃燒技術(shù)的共同發(fā)展，目前水煤漿已經(jīng)作為燃油的替代燃料通過對電站鍋爐、工業(yè)鍋爐及工業(yè)窖爐的改造，廣泛地應(yīng)用在諸如電力、冶金、建材、化工等行業(yè)中。 [1]水煤漿在電站鍋爐上的應(yīng)用。對燃油鍋爐進(jìn)行改造以燃用較為廉價的水煤漿，是水煤漿最主要的用途。 1995 年 8 月日本在對其勿來電廠 4 號 75MW 機組的鍋爐上進(jìn)行了 全燒水煤漿試驗。此后又在 8 號600MW 機組中進(jìn)行了水煤漿和煤粉，水煤漿和重油的混燒試驗，獲得了穩(wěn)定燃燒后一直運行至現(xiàn)在。美國、加拿大、瑞典、意大利和前蘇聯(lián)等都進(jìn)行了類似的試驗。 我國在 20世紀(jì) 80 年代中期對北京造紙一廠的 20t/h 和 60t/h燃油鍋爐進(jìn)行了改燒水煤漿的工業(yè)示范。其后經(jīng)過多年的實踐研究，針對我國燃料的特點，無論是在結(jié)構(gòu)設(shè)計還是參數(shù)選擇上，都發(fā)展了具有自身特色的較為成熟的水煤漿燃燒技術(shù)。 山東華能白楊河電廠擁有 3 臺 230t/h 鍋爐由燃油改燃水煤漿，鍋爐運行穩(wěn)定，燃燒效率達(dá)到 99%以上，鍋爐效率為 90%~91%，灰渣含碳量在 8%左右，飛灰含碳量在 10%以下； SO2和 NOX排放均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。如表 312所示。 [2]水煤漿在工業(yè)爐上的應(yīng)用。北京造紙一廠 20t/h 的燃油鍋爐是國內(nèi)最早使用水煤漿的工業(yè)鍋爐，在隨后的 10 年里，采用配套旋流燃燒器和爐前設(shè)置穩(wěn)燃室燃燒方式，對燃油鍋爐、燃煤鍋爐進(jìn)行了多臺改造，并開發(fā)了專用水煤漿鍋爐，容量從 1~65t/h 不等，由于鍋爐容量、爐膛形式、噴嘴性能的差異，燃燒水煤漿的燃燒效率和鍋爐效率也有所不同，一般情況下，水煤漿燃燒效率達(dá) 90%~99%，鍋爐 效率達(dá)80~90%。對于改造的鍋爐一般都能達(dá)到油 /漿兩用的要求，但其出力有一定的差別。 1999 年 12 月北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心對 35t/h 鍋爐水煤漿與重渣油 1:1 混燒進(jìn)行測試，其結(jié)果如表 315 所示。 [3]水煤漿在工業(yè)窖爐上的應(yīng)用。近年來，水煤漿代替燃油，大量適用于冶金、機械、建材、化工等各類工業(yè)窖爐。如陶瓷廠的隧道窯、噴霧干燥塔，耐火材料廠的隧道窯、倒焰窯，保溫材料廠的隧道窯、膨化窯，冶金企業(yè)的鍛造加熱爐、型鋼加熱爐、燒結(jié)礦加熱爐等，上述燃燒設(shè)備由原來燃用才有、重油、天然氣、焦?fàn)t煤氣等， 改燒水煤漿，不僅滿足了加熱工藝要求，優(yōu)化了加熱工藝，而且還可以獲得十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 水煤漿在工業(yè)窖爐上的應(yīng)用有大量工程實踐范例。桂林軋鋼廠、紹興軋鋼廠連續(xù)軋鋼加熱爐由燒散煤改燒水煤漿，連續(xù)運行了 8 年，燃燒效率由燒煤粉時的約 70%提高到 97%以上，不僅為企業(yè)大大節(jié)約了生產(chǎn)成本，還取得了良好的環(huán)保效益，如表 316 所示。 水煤漿管道輸送的應(yīng)用 管道運輸是水煤漿的另一主要用途，也是煤炭運輸方式的一次突破，能在很大程度上解決有資源分布不均造成的煤炭運輸問題。 煤炭管道運輸其實 已經(jīng)有了近百年的歷史，但其大規(guī)模的應(yīng)用是在 20 世紀(jì)的 50 年代。美國率先建成了俄亥俄洲煤漿管道，長 170km，年輸送煤炭 130 萬噸； 1970 年又建成至亞利桑那州卡塔因－內(nèi)華達(dá)州某電廠的長 439km，年輸送煤炭 480萬噸的黑邁薩（ BlackMesa）管線，一直安全運行至今，輸煤已超過 1 億噸。早期的管道輸煤（漿）是先把煤破碎稻 1mm 以下的力度，與水混合，按 50％左右的質(zhì)量濃度配制成煤漿，用泵沿管道輸送到用戶。然后經(jīng)脫水干燥后作為燃料使用。其方案如圖 3－ 48（Ⅰ，Ⅱ）所示，均為到達(dá)目的地后需脫水處理的煤炭運輸管道。 六、水煤漿的發(fā)展前景近些年來，