水煤浆应用技术可行性报告.docx

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水煤浆应用技术可行性报告

水煤浆应用技术可行性报告

中国科学院力学研究所

2004年3月25日

一、水煤浆

水煤浆是煤炭深加工的新型产品，是由约65~70%的煤粉和29~34%的水及1%左右的微量化学添加剂制备成的浆体，俗称高浓度水煤浆，英文缩写为“CWM”（coalwatermixture）或“CWS”（coalwaterslurry）。

水煤浆是新型洁净的代油燃料，具有良好的流动性和稳定性，装卸自如，贮运不沉淀，可长距离泵送管道运输，也可铁路罐车、汽车槽车运输、船舶运输。

水煤浆雾化性能良好，可稳定着火，直接燃烧，水煤浆的热值取决于原煤料的热值和制备浓度，一般相当于重油热值的一半，在工业锅炉、工业窑炉、电站锅炉可代油燃烧。

二、水煤浆技术的发展

水煤浆是在中浓度煤浆和油浆基础上发展起来的一种新型的浆体燃料。

地球有限的石油资源促进了水煤浆技术的出现。

二十世纪七十年代世界范围内发生两次石油危机，石油价格暴涨加快了水煤浆代油技术的开发和工业应用。

二十世纪八十年代初，我国和世界技术发达国家同时起步研究水煤浆技术，并逐步进入工业应用，技术业已成熟。

我国现有水煤浆制备厂10座以上，总生产能力约为400万吨/年，所生产的水煤浆作为替代油的燃料，广泛应用于冶金、建材、轻工、化工等各种工业行业的燃油工业锅炉和工业窑炉、电力行业燃油电厂、石油行业燃油热电站及油田燃油各种锅炉。

我国水煤浆工业应用技术正在向广度和深度方向发展，向大型化和系统化方向发展，有广泛的应用前景。

三、制备水煤浆原料煤的选择

制备水煤浆原料煤，一般尽量选择低灰、低硫、低水分、中高发热量、高挥发份、高灰熔点的优质动力煤。

如气煤、肥煤、长焰煤、弱粘煤、不粘煤、褐煤等煤种均可作为制备水煤浆的原料煤种。

原料煤经洗选加工，用浮选精煤或水洗精煤制浆。

四、水煤浆添加剂

制备水煤浆需要添加剂，添加剂量约为0.5~1.0%。

添加剂的作用是改变煤颗粒的表面性质，需添加两种添加剂，一种为分散剂，另一种为稳定剂。

分散剂属表面活性剂，其作用是在水煤浆制备过程中，提高煤颗粒的表面润湿性，促进煤颗粒在水中分散，改善水煤浆流变特性，降低水煤浆粘度，使水煤浆具有良好的流动性。

稳定剂的作用是使水煤浆在储存和输运期间能保持性态均匀，使煤颗粒在固液两相混合物中保持稳定，阻止煤颗粒沉淀，使煤颗粒均匀地悬浮在水中，保持水煤浆的稳定性。

五、制浆工艺及主要工艺设备

根据制浆精煤物态的不同，我国自行开发两种水煤浆制备工艺：

浮选精煤制浆工艺和水选精煤制浆工艺。

一般采用湿法磨制，主要工艺设备为球磨机或振动球磨机。

定量向磨机供煤、水、添加剂，磨机按设计工况运行，磨出的浆经滤浆、搅拌，加稳定剂后存贮在专用的水煤浆贮罐中待外运。

六、水煤浆特性

重量浓度：

672（%）

平均粒径：

45~50m

粒度分布：

75m，（%）75

150m，（%）93

最大粒度：

250m

常温粘度：

1000~1200cp

低位热值：

4600~4800kcal/kg

七、水煤浆贮存

水煤浆制备厂制备出的成品浆贮存在专用的水煤浆贮罐中。

水煤浆贮罐有钢结构的，也有钢筋混凝土结构的。

水煤浆贮罐带有加热、保温、防腐、防沉淀、清洗、计量等技术措施。

八、水煤浆输运

水煤浆的输运方式有：

管道输运：

用于大运量、长距离水煤浆输运。

铁路罐车输运：

用于中小运量、长距离水煤浆输运。

汽车罐车输运：

用于小运量、短距离水煤浆输运。

船舶输运：

用于沿海港口至港口间的水煤浆输运。

上述水煤浆输运方式均有工业应用实例。

如山东枣庄八一水煤浆厂至广西桂林钢厂，铁路罐车输运距离长达2200公里。

山东兖日水煤浆厂生产的水煤浆由山东日照市5000吨海船运至日本北九州1100公里，又转至冈山港400公里。

九、水煤浆燃烧

水煤浆燃烧是通过雾化器喷成雾滴在炉膛内燃烧，其燃烧过程大体可分为四个阶段：

水分受热蒸发、挥发分析出着火燃烧、固定碳燃烧、焦碳燃烬。

水煤浆着火温度：

一般为425~550℃，比同煤种煤粉的着火温度约低100℃。

水煤浆燃烧的雾化介质：

水煤浆雾化可采用蒸汽，也可采用压缩空气进行雾化，均能达到预期的雾化效果。

炉膛燃烧温度：

水煤浆燃烧时，炉膛温度在没有助燃剂情况下可达1350℃以上，比燃油时低100~200℃。

水煤浆燃烧器及喷嘴：

必须采用水煤浆专用的燃烧器及喷嘴。

喷嘴的材料要选择耐磨、耐腐蚀的材料，要求喷嘴有良好的雾化性能、防堵性能、调节性能，并能降低气耗性，提高经济性。

锅炉负荷调节范围：

燃水煤浆锅炉负荷调节范围为40~100%，均能稳定燃烧。

燃水煤浆污染物排放量：

由于水煤浆中的灰分只有5%左右，水煤浆燃烧灰渣量较少。

由于水煤浆燃烧温度较低，因此燃烧时的NOX排放量低，容易达到环保标准。

二氧化硫的的排放量取决于原料煤的含硫量，为降低二氧化硫的排放量，可在炉前在水煤浆中加入一定量的脱硫剂，在炉内燃烧脱硫。

十、水煤浆经济性

水煤浆制备厂建设投资，吨浆投资约为100元/吨。

规模越大，吨浆投资越少。

由于各地原煤价格差别加大，因此水煤浆的生产价格也会有差异。

目前水煤浆出厂价约为350~400元/吨，而重油市场价为1100~1300元/吨。

以一台230t/h锅炉为例，燃水煤浆与燃油相比，单位发电成本降0.07元/度，年燃料费节约1300~1500多万元。

十一、力学所水煤浆技术应用实例

1.北京印染厂15t/h与20t/h工业锅炉水煤浆代油燃烧技术应用

北京印染厂有七台工业锅炉，总供气量为130t/h，向纺织厂和印染厂等单位供汽，年耗重油1.5万吨，耗煤2.5万吨。

为贯彻“以煤代油”的政策，1984年该厂与中国科学院合作开发水煤浆代油燃烧技术。

采用的是中国科学院力学研究所的水煤浆燃烧技术。

首先在15t/h燃油锅炉试烧水煤浆，并取得成功。

在此基础上，又对三台20t/h油煤混烧锅炉进行改造，建立了水煤浆卸、储、运系统，达到了连续输送和稳定燃烧。

90年代初,为扩大蒸汽用量,该厂投资建成了一台20t/h水煤浆锅炉。

该锅炉由于全烧水煤浆,一年可节油3000吨以上,社会效益和经济效益是显著的。

1.1.15t/h燃油锅炉改造工程试验

燃烧器采用两个预燃室和一个主喷枪,集中布置在前墙。

使用直流型低压气动雾化喷嘴,每个喷嘴水煤浆流量为600～900kg/h;预燃室出口温度可达1250～1350C。

水煤浆燃烧器结构简单，操作方便。

经过多次试验，在锅炉上实现了冷风冷炉条件下的点火启动和稳定燃烧水煤浆。

水煤浆的燃烧效率﹥90%。

对不同浓度和粘度的水煤浆进行了试验，都可正常燃烧，预燃室稳燃性能好，适应性强。

1.2.20t/h油煤混烧锅炉改造工程

八十年代末,对北京印染厂1#、2#、3#三台20t/h油煤混烧锅炉进行了改造。

该20t/h油煤锅炉原是SHL-13型双锅筒横置式链条锅炉,后因煤质多变,且有变差趋势,因此,在侧墙增加了油枪,进行油煤混烧,以提高燃烧稳定性和锅炉效率。

为实现以水煤浆代油,在侧墙加装水煤浆燃烧器,进行水煤浆—煤混烧。

混烧结果表明,燃烧稳定,燃烧器出口温度达到1200～1300C，炉膛温度达到1200～1450C。

锅炉热效率达到77.85%，仅比油煤混烧时,锅炉热效率低0.5%,这表明采用水煤浆技术达到了煤代油目的。

1.3.20t/h水煤浆锅炉建成

90年代初,该厂为扩大蒸汽用量,建成了一台20t/h水煤浆锅炉。

采用中科院力学所的燃烧技术方案:

两个燃烧器和一个主喷燃器相组合。

1993年下半年开始调试并投入运行（供暖期）。

运行结果表明,在冷风冷炉条件下,可以直接用水煤浆启动锅炉;运行过程中燃烧稳定,从未出现喷嘴堵塞或脱火现象;在百忙之中5%负荷下,是煤浆仍能维持自稳燃烧。

炉膛出口温度～1100℃,生产的蒸汽参数稳定,可并网供生产用汽。

1.4.环保测试

15t/h锅炉燃烧水煤浆时，NOx排放值为100～135ppm，烟气林格曼黑度小于1度；20t/h水煤浆—煤混烧锅炉，NOx排放值为45ppm，烟气林格曼黑度小于1度;20t/h水煤浆锅炉燃烧水煤浆时,NOx﹤150ppm,烟气林格曼黑度小于1度。

1.5.经济效益

目前水煤浆成本350～400元/吨，运费～200元/吨，而议价柴油约2000元/吨。

而每两吨水煤浆可替代1吨油。

因此从燃料价格看，每烧两吨水煤浆等于可以节约1000元左右的用油费用。

如印染厂三台20t/h水煤浆—煤混烧锅炉，每年节油4000吨，即可以节省400万元的燃料费用。

我国是缺油国家，燃用水煤浆比燃油、燃煤降低污染，保护环境，可以使煤炭资源得到充分利用，所以燃用水煤浆具有显著的社会效益，将工业锅炉改烧水煤浆不但可以降低污染和保护环境、还可提高能源利用效率，是应该大力推广的实用新型技术。

2.安太堡煤矿燃用煤泥浆干燥技术应用

安太堡煤矿干燥车间以煤泥作为燃料替代原煤作燃料进行干燥煤泥，不加添加剂。

煤泥加水稍加稀释后经强烈搅拌制备成煤泥浆。

通过中科院力学所的燃烧试验得出结论：

安太堡煤矿煤泥在不加添加剂的条件下，可以制备成浓度60%以上的煤泥浆，具有一定的流动性和稳定性；可以在较低压力下泵送和雾化；煤泥燃烧迅速、燃烧稳定，出口温度达800C左右，可以满足用户要求。

2.1.安太堡煤矿干燥车间燃用煤泥浆改造工程

安太堡煤矿干燥车间热烟气炉设计用煤泥浆（含水25%左右）燃烧来代替部分干燥用煤。

煤泥浆是开发高浓度水煤浆伴生出来的特殊燃料，从燃烧特性看，可以用来代替油作为一种低NOx和SO2排放的新型燃料。

煤泥浆的原料取自真空过滤机，采用螺旋运输机把煤泥量分流出的一部分输出并加水搅拌，使煤泥浆的含水量达到40%左右。

制浆煤泥经搅拌桶进行强力搅拌，然后经螺杆泵把煤泥浆泵送到两台燃烧炉的侧墙上设置的12支喷嘴上进行雾化燃烧。

每台燃烧炉燃用煤泥浆约5t/h，煤泥的高位发热量为5394kcal/kg。

2.2.环境保护

干燥车间燃烧炉燃烧时产生的煤烟和飞尘，以及干燥机对煤泥进行干燥时，热烟气流将细煤泥带走而生成的煤尘，均通过干燥机后进入了除尘器，对于烟尘进行了有效的捕集，因此烟尘得到了有效的处理。

另外，所有制浆设备、输送、储存以及燃烧设备，噪音都不大于85分贝，对于环境不造成危害。

2.3.经济效益

安太堡选煤厂每年生产煤泥90万吨，需要进行干燥，每年干燥需要的燃料高达7.65万吨原煤。

燃用煤泥做为2/3的干燥用煤后，煤泥作为燃料可以替代出5.05万吨原煤。

因此每年可获效益197.7万元，投资150万元当年即可收回投资并有一定经济效益。

赠送：

一份《国际商业合同》

国际商业合同

　　买方：

___________________________________

　　地址：

邮编：

____________电话：

____________

　　法定代表人：

____________职务：

____________国籍：

____________

　　卖方：

____________________________________

　　地址：

邮编：

____________电话：

____________

　　法定代表人：

____________职务：

____________国籍：

____________

　　买卖双方在平等、互利的原则上，经协商达成本协议条款，以共同遵守，全面履行：

　　第一条品名、规格、价格、数量：

　　单位：

____________________________

　　数量：

____________________________

　　单价：

____________________________

　　总价：

____________________________

　　总金额：

____________________________

　　第二条原产国别和生产厂：

　　第三条包装：

　　1.须用坚固的木箱或纸箱包装。

以宜于长途海运/邮寄/空运及适应气候的变化。

并具备良好的防潮抗震能力。

　　2.由于包装不良而引起的货物损伤或由于防护措施不善而引起货物锈蚀，卖方应赔偿由此而造成的全部损失费用。

　　3.包装箱内应附有完整的维修保养、操作使用说明书。

　　第四条装运标记：

　　卖方应在每个货箱上用不褪色油漆标明箱号、毛重、净重、长、宽、高并书以“防潮”、“小心轻放”、“此面向上”等字样和装运：

________________.

　　第五条装运日期：

____________________

　　第六条装运港口：

____________________

　　第七条卸货港口：

____________________

　　第八条保险：

____________________

　　装运后由买方投保。

　　第九条支付条件：

　　按下列项条件支付：

　　1.采用信用证：

买方收到卖方交货通知，应在交货日前15-20天，由银行开出以卖方为受益人的与装运全金额相同的不可撤销信用证。

卖方须向开证行出具100％发票金额即期汇票并附装运单据。

开证行收到上述汇票和装运单据即予支付。

信用证于装运日期后15天内有效。

　　2.托收：

　　货物装运后，卖方出具即期汇票，连同装运单据，通过卖方所在地银行和买方银行交给买方进行托收。

　　3.直接付款：

　　买方收到卖方装运单据后7天内，以电汇或航邮向卖方支付货款。

　　第十条单据：

　　1.海运：

　　全套洁净海运提单，标明“运费付讫”/“运费预付”，作成空白背书并加注目的港公司。

　　2.空运：

　　空运提单副本一份，标明“运费付讫”/“运费预付”，寄交买方。

　　3.航邮：

　　航邮收据副本一份，寄交买方。

　　4.发票一式五份，标明合同号和货运唛头，发票根据有关合同详细填写。

　　5.由厂商出具的装箱清单一式两份。

　　6.由厂商出具的质量和数量保证书。

　　7.货物装运后立即用电报/信件通知买方。

　　此外，货发10天内，卖方将上述单据航空邮寄两份，一份直接寄买方，另一份直接寄目的港公司。

　　第十一条装运：

　　1.FOB条款：

　　a.卖方于合同规定的装运日期前30天，用电报／信件将合同号、品名、数量、价值、箱号、毛重、装箱尺码和货抵装运港日期通知买方，以便买方租船订舱。

　　b.卖方船运代理公司________，（电报：

________），负责办理租船订舱事宜。

　　c.租船公司或其港口代理（或班轮代理），预计船达装运港10天之前，即将船名、预计装货日期、合同号等通知卖方以便卖方安排装运，要求卖方与船方代理保持密切联系。

当需要更换运载船舶及船舶提前、推迟抵达时，买方或船方代理应及时通知卖方。

　　若船在买方通知日后30天内尚未抵达，则第30天后仓储费和保险费由买方承担。

　　d.若载运船舶如期抵达装运港，卖方因备货未妥而影响装船，则空舱费和滞期费均由卖方承担。

　　e.货物越过船舷并从吊钩卸下之前，一切费用和风险由卖方承担；货物越过船舷并从吊钩卸下，一切费用和风险属买方。

　　2.CFR条款：

　　a.在装运期内，卖方负责将货物从装运港运至目的港。

不允许转船。

　　b.货物经航邮/空运时，卖方于本合同第5条规定的交货日前30天，以电报/信件把交货预定期、合同号、品名、发票金额等通知买方。

货物交办发运，卖方即刻以电报/信件将合同号、品名、发票金额、交办日期通知买方，以便买方及时投保。

　　第十二条装运通知：

　　货物业经全部装船，卖方应将合同号、品名、数量、发票金额、毛重、船名和启航日期等立即以电报/信件通知买方。

若因卖方通知不及时使买方不能及时投保，卖方则担全部损失。

　　第十三条质量保证：

　　卖方保证：

所供货物，系由最好的材料兼以高超工艺制成，商标为新的和未经使用的，其质量和规格符合本合同所作的说明。

自货到目的港起12个月为质量保证期。

　　第十四条索赔：

　　自货到目的港起90天内，经发现货物质量、规格、数量与合同规定不符者，除应由保险公司或船方承担的部分外，买方可凭出具的商检证书，有权要求更换或索赔。

　　货到目的港起12个月内，使用过程中由于材料质量低劣和工艺不佳而出现的损伤，买方立即以书面形式通知卖方并出具商检局开列的检验证书，提出索赔。

商检验书乃索赔之依据。

按买方索赔要求，卖方有责任立即排除货物之缺陷，全部或部分更换货物或根据缺陷情况将货物作降价处理。

　　第十五条不可抗力：

　　在货物制造和装运过程中，由于发生不可抗力事故致使延期交货或不能交货，卖方概不负责。

卖方于不可抗力事件发生后，即刻通知买方并在事发14天内，以航空邮件将事故发生所在地当局签发的证书寄交卖方以作证据，即使在此情况下，卖方仍有责任采取必要措施促使尽快交货。

　　不可抗力事故发生后超过10个星期而合同尚未履行完毕，买方有权撤销合同。

　　第十六条违约责任：

　　除本合同15条所述不可抗力原因，卖方若不能按合同规定如期交货，按照卖方确认的罚金支付，买方可同意延期交货，付款银行相应减少议定的支付金额，但罚款不得超过迟交货物总额的5%，卖方若逾期10个星期仍不能交货，买方有权撤销合同，尽管合同已撤销，但卖方仍应如期支付上述罚金。

　　第十七条仲裁：

　　涉及本合同或因执行本合同而发生的一切争执，应通过友好协商解决。

如果协商不能解决，按项解决：

　　1.提交方所在国仲裁机构根据该机构的仲裁法则和程序进行仲裁，仲裁裁决是终局裁决，对双方都有约束力，仲裁费用由败诉方承担。

　　2.在双方均能接受的第三国进行仲裁。

　　第十八条附加条款：

　　本合同正本一式两份，经双方签字生效，具有同等效力。

　　卖方：

代表：

　　买方：

代表：

签署日期：

年月日