水煤漿制備及現狀綜述

劉亞丹 周之榛

摘要：水煤漿是70年代興起的新型煤基液體燃料。水煤漿生產工藝（設備）將向潔凈化、高效率、低能耗發展，制漿用煤選擇向低價煤、配煤和工業、生活廢棄物發展。基于燃料水煤漿在節能減排方面的重要作用，其在作為燃料代油、在城鎮（供暖）爐窯上燃燒以及在水煤漿氣化等領域具有廣闊的發展前景，水煤漿管道輸送技術也是今后水煤漿的發展方向。

Abstract： Coal-water slurry is a new type of coal-based liquid fuel that emerged in the 1970s. The coal-water slurry production process （equipment） will develop toward cleanliness， high efficiency， and low energy consumption， and the choice of coal for pulping will develop toward low-cost coal， coal blending， and industrial and domestic waste. Based on the important role of fuel coal-water slurry in energy saving and emission reduction， it has broad development prospects in the fields of fuel substitution for oil， burning in urban （heating） furnaces， and gas coal-water slurry gasification. Coal-water slurry pipeline transportation technology is also the future development direction of coal-water slurry.

關鍵詞：水煤漿;煤粉級配;節能減排

Key words： coal-water slurry;coal powder level;energy conservation and emission reduction

中圖分類號：TD849? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）36-0209-03

1? 背景

水煤漿是一種低污染、高效率的煤基流體燃料和氣化原料，具有類似于石油的流動性和穩定性，是我國潔凈煤技術的一個重要分支。近年來，隨著水煤漿制備、燃燒與氣化技術的進步，我國的水煤漿產業已經進入到了一個快速發展的階段。據不完全統計，截至2010年底，我國燃料水煤漿設計生產能力已達5000萬t/a，生產和使用量超過3000萬t/a。

隨著各種水煤漿氣化技術的成功應用，尤其我國多種具有自主知識產權的水煤漿氣化技術的成功推廣，氣化水煤漿的需求量正在急劇上升。

2? 水煤漿技術發展的意義

我國是一個缺油富煤少氣的國家，豐富的煤炭資源為制備水煤漿提供了可靠的保證。煤炭是我國重要的能源礦產，占我國能源生產的比例超過75%。煤炭在燃燒過程中會產生了大量的CO2、SO2和粉塵，造成煤煙型污染。煤炭產生的大氣污染物對我國生態環境造成很大的危害，加之“節能減排”是我國強力推行的重大舉措，所以大力發展水煤漿等清潔能源對我國有重大的戰略意義，具體為：

①替代重油：合理利用我國能源資源，水煤漿因具有與石油一樣的流動性，因此，以水煤漿替代重油，可以繼續使用原有設備，基建改動工作量很小，投資較少[1]。

②解決煤炭運輸問題：我國煤炭資源豐富，但區域分布不均勻，北煤南運和西煤東運的局面長期存在。鐵路運輸成本高，又對沿途環境造成了粉塵等空氣污染。用管道輸送水煤漿在很大程度上緩解煤炭交通運輸的壓力和空氣污染問題。

③降低污染：制備水煤漿的煤粉是經過洗選的，灰含量和硫含量均大大降低，燃燒后產生的粉塵灰和SO2氣體比一般的燃煤鍋爐低[2]。同時比起相同煤質的煤粉，由于水煤漿理論燃燒溫度低200℃左右，因此可在一定程度上降低NOX的排放量。

3? 影響水煤漿質量因素

3.1 制漿原料煤煤特性

煤質特性是制備水煤漿最重要的因素。一般情況下，內在含水量越大，制漿濃度越低，則含水量越低，才能制備出較高濃度的煤漿。能否制備出高濃度水煤漿的初步判斷依據是煤的內在含水量。

3.2 粒度級配

制漿過程中，要制備出高濃度的水煤漿，就要求粉煤顆粒粒徑具有一定的級配，相互填充，以達到減少顆粒孔隙率的目的，進一步就可以減少含水量，從而提高水煤漿的濃度。在實際生產過程中，通過磨機磨出級配良好的粉煤，幾乎難以實現;后續再經過篩網篩分，又會增加成本。因此，一般情況下只需要控制出最大粒徑與最小粒徑的比值在一定范圍就可以了。要制備高濃度的水煤漿，除控制孔隙率以外，采取的更多措施是添加添加劑。

3.3 化學添加劑

投加添加劑以后，不僅可以提高水煤漿濃度，還可以降低水煤漿粘度，增加其流動性。水煤漿添加劑根據表面活性劑的性能特點可以分為四類：陰離子型表面活性劑，陽離子型表面活性劑，非離子型表面活性劑，高分子化合物和無機鹽。

根據袁善錄的實驗得出[3]：制備水煤漿的過程中加入不同添加劑，有些添加劑在提高流動性的同時，會使穩定性略下降，但隨著流動性的改變，水煤漿濃度增加，反之又可以提高其穩定性。相同添加劑，不同煤質，效果也不同，所以要選擇合適的添加劑和煤粉，才能制備出高濃度的水煤漿。

3.4 制漿工藝

制漿工藝的核心是為了獲取級配良好的煤粉，才便于制備出高質量的水煤漿。磨機選好以后，入磨粒度、生產能力、研磨體級配均是影響水煤漿濃度的主要因素。在生產過程中，欲取得所需粒徑的煤漿，需要控制原料的粒度小于10mm。

3.5 配煤技術

煤質特性是水煤漿成漿過程中重要的因素，變質較淺的煤種較難制備出高濃度水煤漿，變質程度較深的煤種易制備出較高濃度的水煤漿。因此，對于難成漿煤種，除了從煤粉顆粒級配、制漿工藝和添加劑方面著手，還可以加入一定比例的易成漿煤種。

3.6 添加助溶劑

助溶劑的添加，會改善水煤漿的流動性和穩定性，且沒有負面影響。

3.7 pH值

pH在8-10之間，水煤漿具有良好的成漿性能，在這一范圍內，pH值升高，水煤漿流動性提高。工業制漿一般要求pH大于7。

4? 低價煤高濃度制漿[4]

4.1 低價煤高濃度制漿技術介紹

在水煤漿發展初期階段，制漿煤種多數選用煉焦煤，但是煉焦煤種儲備量少、價格昂貴，不能滿足水煤漿產業化的發展。因此，水煤漿用煤還是立足于低價煤種。低價煤價格便宜、儲量大，不僅能以較為低廉的價格保證制漿用煤的供應和提高水煤漿的經濟性，又符合國家合理利用煤炭資源的政策。

2004-2006年，國家水煤漿工程技術研究中心研發了低價煤高濃度制漿專利工藝技術及關鍵設備，既可以有效提高低價煤制漿濃度3%-5%，又可以使煤漿級配趨于合理，平均粒徑降低，流動性與霧化性顯著提高，這可顯著降低煤耗與氧耗。

針對低價煤內含水量高、可磨性差等問題，國家水煤漿工程技術研究中心采用“多破少磨”、“分級研磨”和“優化粒度級配”的原理，開發了低價煤制高濃度水煤漿工藝，工藝流程見圖1所示。而且開發的高效破磨機，可大幅降低磨機的入料粒度，縮短磨礦時間，節能降耗;將選擇性粗磨與開發的超細磨結合，通過分級研磨，優化煤漿的粒度級配，提高水煤漿的濃度;采用性價比高的低價煤專用添加劑，改善水煤漿的流變性。

低價煤制高濃度水煤漿工藝技術特點如下：①研制的高效破磨機可將不大于50mm的煤粒破碎至不大于1mm，占80%以上，遠遠低于常規制漿工藝中磨機≤10mm的入料粒度;②開發的水煤漿超細磨機填充率高，電耗少，磨細漿時電耗相當于球磨機的10%，細漿配入選擇性磨機中，改善粒度級配，降低黏度，提高效率;③選擇性粗磨與細磨互相結合，優化煤漿的粒度級配，與一磨機棒磨工藝相比，在不增加制漿電耗的前提下，可提高煤漿濃度3%-5%，并明顯提高煤漿的流動性;④應用相似相溶原理，針對低價煤煤質特征，從分子結構人手，合成出專用高效水煤漿添加劑。

4.2 在燃料水煤漿行業的推廣應用

國家水煤漿工程技術研究中心將該技術已經成功的推廣至沿海經濟發達地區，主要是廣東、福建、浙江和江蘇這些省份，目前已經形成年產1000萬t燃料水煤漿的生產規模（表1）。

目前，采用神華低價煤制取高濃度水煤漿，采用新技術的100萬t/a規模的生產廠已在東莞建成，已于2008年12月投產。另外，汕頭桂宇水煤漿廠、浙江新源水煤漿廠將新建低價煤制高濃度水煤漿生產線均已投產運行。

自投產以來，低價煤制高濃度水煤漿生產線已連續穩定生產一年多，生產過程證實：整個工藝流程參數合理、設備運行和產品質量都穩定，制漿電耗顯著降低，水煤漿質量為濃度大于等于65%，黏度小于1200mPa·s，完全達到設計目標。在不同規模工業鍋爐上使用生產的水煤漿產品燃燒，應用效果非常良好，完全達到了用戶要求。

生產實踐證明，低價煤制高濃度水煤漿與傳統單磨機（棒磨）制漿工藝相比，具有以下四個特點：

①新工藝技術上可行，生產運行可靠穩定，水煤漿濃度在不增加電耗的基礎上提高了3%-5%;

②煤漿的顆粒級配趨于合理，煤粒的平均粒徑降低，霧化性能明顯提高，這將有效提高煤漿的氣化效率;

③煤漿粒度級配的改善，細粒度地增加，提高了煤漿的流動性，可有效降低煤漿輸送設備和噴嘴的磨損，同時煤漿的穩定性也顯著提高;

④高濃度制漿工藝可提高煤漿的磨礦效率，也可使同等規格磨機的產量增加。

5? 水煤漿的經濟可行性分析

水煤漿可以替代重油，根據熱值計算得出，1t重油可以用1.8-2.1t水煤漿替代。每節省1t油可節省燃料費800-1400元，若繼續考慮油的深加工效益，則經濟效益更為可觀。

某電廠鍋爐應用表明，水煤漿燃燒效率等同燃油水平，高達98%以上，環保質量高于燃油，運行可靠穩定。若用水煤漿替代重油，可節省石油資源，獲得可觀的經濟效益。

制漿廠與電廠之間，水煤漿的運輸可使用管道輸送，基建投資方面，管道運輸僅為鐵路的20%-30%，并且占地面積小，日常運營費用低，同時可實現“節能減排”政策。

水煤漿是一種煤水混合物，其著火溫度在800℃左右，因其不易燃、不易爆，使用和儲存中危險性小，具有較高的安全性，同時也減少了消防的投資和運行成本。

6? 水煤漿在其他領域的應用

自20世紀80年代以來，我國的水煤漿技術在制漿、儲運、燃燒等許多應用方面均取得了較大進步，如水煤漿在電站鍋爐和工業鍋爐等方面取得了良好的應用效果和環境效益，與此同時，水煤漿技術在陶瓷、印染、造紙等行業中對“節能減排”的貢獻不可忽視。

6.1 水煤漿在陶瓷業中的應用

陶瓷業屬于高耗能行業，其燃料費用占整個生產成本的百分之二三十。陶瓷生產中，大多數企業采用燃油技術，部分企業采用燃煤技術，但是因為燃煤污染嚴重，不符合環保要求而停止生產，影響巨大。近年來水煤漿技術開始應用于制備陶瓷粉料的噴霧制粉技術上，該環節的能耗占整個生產線比例很大，與燃油相比，釆用水煤漿其成本可降低約28%，效果顯著。目前水煤漿技術在該行業已逐步推廣使用。

陶瓷企業在燃燒過程中水煤漿可將廢氣中的硫含量控制在1%以下，而燃燒重油時硫含量高4%。由于水煤漿的燃燒溫度比油低，NOX排放量少，也減少了空氣中SO2的排放，并減少酸雨的形成。由于水煤漿的燃燒效率非常高，廢氣中幾乎沒有黑煙，減排效果顯著。隨著水煤漿技術的逐步發展，水煤漿將可能完全替代重油用于陶瓷生產，實現行業節能和“綠色燃燒”。

6.2 水煤漿在造紙業的應用

利用水煤漿技術，可以處理造紙廠排出的廢棄溶液。兩者結合可制成環保型水煤漿，不僅廢液資源化，還可以利用了廢液中的熱值，提高鍋爐燃燒效率。實踐證明，使用造紙廢棄液制成的水煤漿燃燒，脫硫效率高達84%，為廢棄物資源化以及環境污染治理提供了一條新的途徑。

7? 水煤漿應用在“節能減排”中的作用展望

煤炭是我國的主要能源，自2001年以來我國對煤炭的需求年增長率達12%，據國際研究中心預計，到2025年我國對煤炭的需求將會增加一倍，尤其是電力部門需求大。中國2007年比2006年新增發電量的80%以上均來自燃煤電廠，據統計，2007年電力行業每千瓦時電煤耗下降10g，同比節約原煤4000萬t，如折合成發電量，等同于三峽水電站全部機組投產后全年的發電量。在這樣的形勢下，如果水煤漿能產業化應用，必將為“節能減排”貢獻巨大力量，同時也會加速水煤漿技術的發展。

水煤漿，作為一種煤炭深加工的新品種，與燃燒重油相比，具有明顯的等熱值燃料差價;與散燒原煤相比，具有明顯的環境效益;就礦區而言，可將低價位的煤粉制備出高價位的水煤漿，具有明顯的經濟效益。水煤漿便于儲運和燃燒，同時吸取了燃煤和燃油鍋爐的優勢，并解決了傳統燃煤鍋爐容易造成的大氣污染問題和燃油鍋爐運行成本昂貴的兩個大問題。水煤漿產業為我國的“節能減排”工作以及中國的可持續發展提供技術支持。

參考文獻：

[1]賈傳凱，王燕芳，王秀月，等.水煤漿技術的應用與發展趨勢[J].煤炭加工與綜合利用，2011，4：55-57.

[2]梁興，徐堯.水煤漿技術現狀分析及發展方向[J].潔凈煤技術，2012，06：62-66.

[3]袁善錄，戴愛軍.制備高濃度水煤漿的影響因素探討[J].應用化工，2007，36（12）：1242-1244，1251.

[4]何國鋒，段清兵主編.水煤漿新技術研發及實踐[M].北京：中國石化出版社，2012.