水煤浆(CWM)代油燃烧技术

水煤浆（CWM）代油燃烧技术王柱勇研究员煤炭科学研究总院国家水煤浆工程技术研究中心一、水煤浆○是煤炭的一种深加工产品，一种代油产品，一种节能环保产品，一种流动的煤炭，是一种煤基清洁流体燃料。○应用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉作为燃料。○水煤浆组成：煤颗粒（64～70%、符合一定粒度分布）水（29～35%）化学添加剂（小于1%）水煤浆技术○将固态的煤经过一定的物理加工工艺后，制成的具有一定流动性和稳定性的流体燃料的技术，为一种现实的洁净煤技术。○水煤浆技术包括水煤浆制备技术、储存运输技术和燃烧技术，水煤浆技术为一系统技术。二、水煤浆产品质量及其国家标准○质量指标：燃料（煤质）指标和流体指标○主要质量指标：浓度：64—70%粘度：≤1200m.pas(100S-1,25℃)粒度：平均40—45um，最大＜300um稳定性：1—3个月不发生硬沉淀发热量（Qnet,ar）：4500-5000kcal/kg灰分（Aar）:＜7%硫分（St,ar）:＜0.35%○水煤浆国家标准为了更好地推广水煤浆应用，制定了《水煤浆技术条件》（GB/T18855—2002）和《水煤浆质量试验方法》（GB/T18856.1～14—2002）15项水煤浆国家标准，该标准2003年4月1日实施。○影响水煤浆质量因素◎制浆原料煤煤质◎粒度级配◎化学添加剂◎制浆工艺◎制浆设备三、水煤浆特点水煤浆应用既保留了煤炭的燃烧特性，又具有类似重油的燃烧应用特点。○象油——外观象油，贮运象油，燃烧象油○贮运——贮存稳定、不沉淀、可以泵送、运输方便（罐车、管道、船舶），水煤浆燃料系统（密闭储存、运输）损耗低。○燃烧应用——雾化（介质压缩空气或蒸汽）燃烧、调节灵活、燃烧效率高（95~98%以上）、污染物（SO2、Nox、烟尘）排放低。○约2吨水煤浆替代1吨燃油，具有代油、环保、节能等综合效益。四、水煤浆应用优势1、代油燃烧：节油,解决石油资源短缺;有经济效益2、清洁○水煤浆生产水煤浆原料为洗选后精煤，其含灰分、硫分和有害物质等远低于常规动力煤，水煤浆灰分一般小于6%，硫分小于0.35%。而通常市场上燃用的煤炭灰分在20%左右，硫分在1%左右。○储存运输水煤浆储存、运输均密闭，对外无泄漏和无粉尘污染，而煤炭在散装储运中损失（约3%）煤炭会对环境污染。取消用户储煤厂，彻底解决了各用户储煤厂对环境造成的煤灰或煤泥水（下雨时）污染。○燃烧应用◎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，可以实现低NOx燃烧。◎水煤浆燃烧产生的水蒸气有还原作用，可使部分NOx还原成N2,因此可显著减少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（95-99%），比散煤燃烧提高20%以上，起到节能，减少煤炭的燃烧量，从而减少对外污染物的排放量。◎由于水煤浆的含灰量低，大大减少储灰场，如相同容量机组的灰场容量仅为燃煤机组的25%。◎水煤浆炉底渣和飞灰的含碳量很低，灰可以综合利用（如作为水泥掺合料）。◎燃烧后烟气黑度为林格曼1级。3.节能水煤浆储存、运输均密闭，无损耗；水煤浆为雾化燃烧，燃烧效率高，达95-99%。4.节地用户可取消储煤场，大大减少储灰场，相同容量机组的灰场容量仅为燃煤机组的25%。5.可控燃用水煤浆具有与燃油基本相同、而优于燃煤的低负荷稳燃性能和调峰能力，220t/h锅炉燃烧水煤浆负荷调节范围在40-100%。6.安全与易燃易爆煤粉和重油相比，水煤浆具有较高的安全性。7.经济研究表明，水煤浆是一种较为经济的锅炉清洁燃料。不同燃料的价能比燃料品质（低位热值）价格价能比(元/GJ)与煤之价能比原煤396200kcal/kg25.9MJ/kg230元/t8.881水煤浆4800kcal/kg20.1MJ/kg350元/t17.411.96重油9500kcal/kg39.7MJ/kg1500元/t37.784.25然气8740kcal/m336.5MJ/m31.8元/m349.39325.55柴油10400kcal/kg43.5MJ/kg2000元/t46.005.18电热860kcal/kwh3.6MJ/kwh0.4元/kwh111.1112.513939五、发展水煤浆的背景及意义1.替代部分燃料油，弥补石油资源的相对不足，既具现实意义，又有战略意义。○我国是一个煤炭资源十分丰富的国家◎资源上：煤炭占化石能源的90%以上，石油、天然气仅占不足10%◎储量：煤炭探明保有储量1万亿吨以上，可采储量1145亿吨◎一次能源的生产和消费结构：1999年煤占67.8%，预测2050年占50%左右○油气资源相对贫乏，石油供需矛盾日益突出◎人均石油资源量和人均产油量仅为世界平均水平的18%和21%2002年进口石油约7000万吨，占消耗量的30%，在未来20年内可能达到40%以上。我国如用水煤浆替代燃油，这将对充分利用我国的煤炭资源，节约石油资源，节省外汇，具有重要的现实意义，对能源安全具有战略意义，同时可获得可观的经济效益。2.环保水煤浆替代高硫油、原煤燃烧，可以降低污染，改善环境。六、水煤浆代油燃烧技术1.水煤浆燃烧特性○水煤浆的着火热是煤粉的1.66倍。○水煤浆着火温度比煤粉低100--200℃。○燃烧过程为水分蒸发、挥发分析出、焦炭燃烧三个阶段2.水煤浆燃烧关键技术○燃烧器：有效组织燃烧、配风○喷嘴：雾化效果好、气耗率低、寿命长○锅炉改造具备多种炉型和大小的改炉和专用炉技术，喷嘴容量达5吨/小时，寿命2000--3000小时。◎电站锅炉：正在应用的最大容量220t/h,正在进行410t/h，670t/h的改造研究工作◎工业锅炉：1t/h--35t/h◎工业炉窑：轧钢加热炉、退火炉、煅烧炉、陶器喷雾干燥塔热风炉等○水煤浆专用锅炉◎中小型锅炉：1-35t/h◎电站锅炉:130t/h,220t/h,670t/h◎干燥热风炉3.水煤浆代油燃烧系统工程○卸储浆系统○炉前供浆系统○锅炉燃烧系统○除尘环保系统七、水煤浆应用现状○国际上70年代末开发水煤浆，我国82年开发水煤浆，目前我国水煤浆厂数量和使用用户数量是世界上最多的国家，水煤浆技术已进入商业化推广应用阶段。○水煤浆厂目前我国有水煤浆厂15座，总设计能力421万吨/年，水煤浆厂规模最大100万吨/年。○水煤浆用户2002年全国燃烧水煤浆约160万吨,替代燃油70—80万吨，节约燃料费3.5--4亿元。同时拉动了机械制造、添加剂生产、煤炭相关产业的发展。○电站锅炉：7台220t/h在使用。白杨河发电厂、燕山石化公司、茂名热电厂、汕头热电厂。山东白杨河发电厂1--3#220t/h燃油锅炉应用水煤浆，是我国最早使用水煤浆的电厂，从1999年到2002年底已应用水煤浆100万吨。经淄博市环境监测中心站检测（1999年数据），环保排放指标为：烟尘排放135.2mg/m3，SO2排放627.4mg/m3，水煤浆加入脱硫剂后，SO2排放为255.34mg/m3，NOx排放4951mg/m3，符合《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-1996)要求。“燕山石化220t/h锅炉燃用水煤浆示范项目”，该项目为日本绿色援助项目，从2000年3月9日投浆到2002年底共应用水煤浆46.8万吨。经测试（2000年数据），环保排放指标为：烟尘排放77mg/m3，SO2排放209mg/m3，NOx排放544mg/m3，符合当时的北京市排放标准（烟尘排放150mg/m3，SO2排放500mg/m3，NOx排放650mg/m3）。排渣污水回用率100%。经济效益显著:供替代燃烧重油21.27万吨,节约燃料成本1.27亿元,节约下的重油进一步进行催化加工，又创效益6300万元，综合效益1.9亿元。○工业锅炉（生产和取暖）：2—20t/h,约50台。主要在集中在山东枣庄、新汶、胜利油田、青岛，北京外围地区。○工业炉窑：陶瓷热风炉120多台，唐山轧钢加热炉、首钢烧结炉。○当前仍有许多企业正在进行水煤浆工程，规模较大的有广东南海电厂（新建1台670t/h锅炉），茂名热电厂（改造1台410t/h锅炉）,大庆油田（新建2台150t/h，改造1台130t/h）、吉林石化油炉（新建1台75t/h，改造4台65t/h）改烧水煤浆工程，青岛水煤浆供热工程(新建3台130t/h锅炉)等，水煤浆厂配套能力为260万吨/年。八、当前国家有关支持和鼓励发展水煤浆的政策1、《当前国家重点鼓励和发展的产业、产品和技术目录》国家计委、国家经贸委，2000年7月27日2、《煤炭工业“十五”发展规划》，国家经贸委，2001年6月25日3、《能源节约与资源综合利用“十五”规划》，国家经贸委，2001年10月12日4、《节约和替代燃料油“十五”规划》，国家经贸委，2001年5、《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2001年度）》，国家计委、国家科技部，2001年11月6、《外商投资产业指导目录》，国家计委、国家经贸委、外经贸部，2002年3月4日7、《关于用高新技术和先进适用技术改造提升传统产业的实施意见》，国家经贸委，2002年8、《国家产业技术政策》，国家经贸委、财政部、科技部、税务总局，2002年9、《煤炭工业“十五”基本建设指导意见》，国家计委，2002年10、《关于发布2002年国家重点环境保护实用技术项目的通知》，国家环保总局九、水煤浆应用前景广阔国家经贸委在“十五”煤炭发展规划中提出2005年水煤浆产量达1000万吨，形成400-500万吨的代油能力。1.现有燃油锅炉、炉窑的改造目前国内各类锅炉、窑炉燃油量约4000万吨/年以上，主要集中在5大行业：电力（41.5%），石油石化（23%），建材（7.5%），冶金（6.6%），化工（6.5%）。水煤浆应用主要对象：发电锅炉、热电联供锅炉、工业锅炉、油田采暖炉、油田热采炉。如其中有50%可以用水煤浆代替，即每年可代油2000万吨以上。2.燃煤锅炉改烧水煤浆，替代散煤燃烧。中小型层燃锅炉用水煤浆替代散煤燃烧，既可以取消城市煤场，减少散煤运输造成的损失和粉尘污染，还可以提高煤炭燃烧效率（10-15%），节约能源，降低污染物排放，是目前最经济的企业能承受的代煤环保燃料。据统计，全国50多万台锅炉，每年燃煤3亿t，炉型小，效率低，锅炉效率平均65%左右，污染严重。因此水煤浆作为中小城市锅炉供热燃料具有广阔的市场前景。3.新上水煤浆专用锅炉、炉窑4.水煤浆出口十、推广建议1、水煤浆是目前我国一种较为经济现实的清洁燃料。○经济性○技术成熟○可推广应用2、在一定条件下和一定范围内，鼓励和引导水煤浆发展。3、推行水煤浆质量和环境论证（准入）制度，使水煤浆健康发展。