水煤浆:流动着的黑色金子
■ 核心提示
    
    本项目属于能源科学技术领域,学科分类为锅炉、燃烧及节能减排。研制成功具有完全自主知识产权的水煤浆代油洁净燃烧技术以及配套关键设备工艺,适用于各种大中小型的电站锅炉、工业锅炉和窑炉,并进行了产业化推广应用,实现了替代燃油和节能减排目的。开发成功煤泥水煤浆、造纸黑液水煤浆、石油焦浆等的高效低污染燃烧技术,为工业废弃物资源化利用以及环境污染治理提供了一条新的途径。
    
    水煤浆,煤块“改头换面”的产物,立足国情的应用。原本黑色的固体金子,就这样流动了起来。
    
    面对日益严重的世界能源危机和环境污染问题,尤其是石油急剧短缺和国际油价波动的巨大风险,如何结合我国能源资源和技术经济的现实条件,开发出适合我国国情的一种高效亷价清洁的代油燃料技术成为燃眉之急,对于保障我国能源安全稳定和国民经济可持续发展具有重大意义。
    
    日前获得2009年度国家科学技术进步奖二等奖的由浙江大学和浙江百能科技有限公司共同承担并联合申报的“水煤浆代油洁净燃烧技术及产业化应用”项目,就是在此背景下的一项积极尝试。
    
    —— 背景介绍 ——
    立足国情的选择
    
    寻求有效的燃油替代技术必须要结合我国的实际情况,包括资源、技术和经济等条件。
    
    如今,低碳经济是社会的关键词,但煤炭资源的特性和储量,决定了煤炭工业在国民经济和社会发展中的基础地位和作用。煤炭在我国一次能源生产和消费结构中一直占2/3以上,这个局面在相当长时期内难以改变。无疑,以煤炭为基础的水煤浆是一种很好的清洁代油燃料。
    
    什么是水煤浆?初听到这个称谓,可能有些人会觉得新鲜。但其实,早在“六五”期间,水煤浆技术的开发就被列为国家重点项目。
    
    据浙江大学热能工程研究所副所长周俊虎教授介绍,水煤浆是一种新型低污染代油燃料,是上世纪七十年代石油危机中发展起来的一种新型代油环保燃料。水煤浆由符合要求的煤研磨成微细煤粉,按煤水合理的比例,加入分散剂和稳定剂配制而成,大致的构成为60%—70%的煤粉、30%—40%的水以及不到1%的化学添加剂。
    
    “水煤浆可像燃料油一样运输贮存和燃烧,既保持了煤炭原有的物理特性,又有了石油的流动性和稳定性,所以被称为液态煤炭产品。”周俊虎教授说。
    
    我国已进行了二十多年的水煤浆技术研究,取得了煤浆燃烧、流动、传热和气化的理论研究,并在一些工业锅炉、电站锅炉、窑炉上应用。以中国工程院院士岑可法教授为带头人的浙江大学热能工程研究所致力于水煤浆技术研究,拥有国家水煤浆工程中心燃烧技术研究所,为我国水煤浆技术应用提供了技术支持和工程支持。
    
    —— 特 性 ——
    流动的液体煤炭
    
    水煤浆的用处是什么?周俊虎教授介绍说,水煤浆燃烧效率高,污染物排放低,可用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉代油、在矿区用中高灰煤浆替代优质煤燃烧,亦可作为气化原料用于生产合成氨、合成甲醇等。
    
    一般的水煤浆在加入了表面活性剂后,便能获得很好的流动性,可以通过管道输送,并且达到很好的喷嘴雾化效果。加入稳定剂后,在储存和储运过程中保持1至3个月内不产生硬沉淀。
    
    水煤浆的发热值大约是锅炉燃油发热量的一半,即两吨水煤浆可代一吨油燃烧。尽管能像油一样进行管道运输和喷嘴雾化燃烧,但由于水煤浆可燃成分是煤,因此水煤浆在燃烧时的特点又与煤粉的燃烧相近,会有飞灰、结渣等现象。另外,由于水煤浆中含有30%—35%的水,这么多的水分导致水煤浆着火困难,需要对锅炉进行技术改造。
    
    水煤浆技术的优越性
    
    与其它燃料相比,水煤浆这种燃料有着非常突出的优越性:
    
    首先是具有良好的代油燃烧效果。原有燃油锅炉只需经过简单改造即可燃用水煤浆。燃烧效率可以达到99%甚至更高,锅炉效率在90%左右,达到了燃油等同水平。
    
    其次,水煤浆是一种很好的清洁燃料。由于水煤浆的原料经过洗选,灰和硫含量都大为降低,例如在相同条件下,水煤浆比原煤脱硫率高20%。大量水分的存在降低了炉内温度,这样一来氮氧化物的排放也很低。
    
    第三,油炉改烧水煤浆投资低于改烧粉煤。水煤浆代油可充分利用原有设备,如储油罐等。与改燃粉煤相比,改造费用仅为改粉煤的1/3—1/2,改造时间为1/3。
    
    第四是可以解决能源的运输问题。我国煤炭资源呈北煤南运和西煤东运的格局,管道输浆具有运量大、投资少、沿途煤炭损耗少、不占地、不受地形限制等优点。
    
    —— 创新点 ——
    创新五点完善水煤浆应用
    
    凭借黑色的水煤浆,浙江大学的科研人员们,走进了国家科技奖励大会的殿堂,那么他们的研究到底有哪些突破点?
    
    水煤浆代油洁净燃烧技术适用于各种大中小型的电站锅炉、工业锅炉和窑炉,并进行了产业化推广应用,实现了替代燃油和节能减排目的。开发成功煤泥水煤浆、造纸黑液水煤浆、石油焦浆等高效低污染燃烧技术,为工业废弃物资源化利用以及环境污染治理提供了一条新的途径。
    
    周俊虎教授介绍说,该技术主要有以下五个创新点。
    
    首先,首创了多项水煤浆锅炉燃烧关键技术,解决了高水分浆体燃料的强化着火和高效燃尽难题,已在各种锅炉和窑炉上获得应用。670t/h全烧水煤浆的新设计锅炉为目前国际上最大的能长期连续运行水煤浆锅炉,燃烧效率99.6%,锅炉效率93.5%。第二,独创了撞击式多级雾化水煤浆喷嘴,解决了高粘度非牛顿液固两相流的高效雾化难题。将Y型雾化、T型雾化和撞击雾化有机结合,雾化性能好,喷嘴最大容量达到6—8t/h。第三,成功开发了多种浆液燃料低NOx燃烧器,包括四角直流、六角直流、旋流、侧边风等多种型式,适用于水煤浆、水焦浆、重油、煤焦油等多种燃料。第四,成功开发了水煤浆再燃脱硝技术,使烟气中NOx排放浓度达到450mg/Nm3以下,在670t/h水煤浆电站锅炉上获得成功应用。第五,提出了一整套关于水煤浆燃烧、流动、传热和气化的创新基础理论,撰写了国际上唯一的全面论述水煤浆燃烧理论和技术的专著。
    
    —— 相关链接 ——
    推广应用硕果累累
    
    我国已成为世界上应用水煤浆代油燃烧技术最为广泛的国家。目前国内广泛应用的水煤浆燃烧技术绝大部分来源于“水煤浆代油洁净燃烧技术及产业化应用”开发的技术成果。
    
    浙江百能科技有限公司作为浙江大学热能工程研究所水煤浆代油洁净燃烧技术推广、应用的良好平台,是一家专业从事能源与环保领域的技术咨询、工程设计、设备制造、成套、施工、安装、调试和服务等业务的国家高新技术企业,在能源与环境领域站在世界的前沿,为全球客户提供一流的解决方案。
    
    由浙江大学热能工程研究所和浙江百能科技有限公司共同负责设计开发或改造应用以及采用其技术成果的水煤浆锅炉至今已接近500台,其中电站锅炉30余台,遍布全国近20个省市,应用领域覆盖了电力、石油、化工、煤炭、冶金、玻璃、陶瓷七大高耗能行业。
    
    项目组设计新建了国际上最大的670t/h全烧水煤浆/油两用锅炉(200MW),于2005年10月在广东南海发电一厂投产,并且在国际上首次采用水煤浆再燃脱硝技术,使烟气中NOx排放量降低到450mg/Nm3以下。
    
    广东茂名热电厂2台410t/h燃油设计锅炉在2003—2005年成功改造为燃用水煤浆,成为国际上最大的油炉改造为全烧水煤浆锅炉。广东茂名热电厂2台220t/h油炉和汕头万丰电厂2台220t/h油炉在2000—2001年和2001—2005年成功改造为全烧水煤浆。山东枣庄2005年7月建成投产的130t/h煤泥水煤浆专用锅炉,是国际上第一台燃用3600kcal/kg煤泥水煤浆的高温高压电站锅炉,上述水煤浆锅炉应用业绩至今都已长期连续运行三年以上。
    
    2007年,他们承担了意大利第三大电力企业Edipower电力公司就4台160MW机组燃油锅炉和2台320MW机组燃油锅炉改烧水煤浆的可行性研究,目前正在考虑工程投资实施的具体问题。此外,与日本JGC日挥公司、俄罗斯Inalmet矿业公司等发达国家公司签订了合同输出该技术成果,正在向欧洲、亚洲和非洲的意大利、俄罗斯、日本、菲律宾、泰国、印尼、马来西亚、毛里求斯等多个国家输出技术。
来源: 科技日报   由 管理员 上传于  2010年4月23日      打印本篇文章【打印】