水煤浆

水煤浆是由大约65%的煤、34%的水和1%的添加剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。它改变了煤的传统燃烧方式，显示出了巨大的环保节能优势。尤其是近几年来，采用废物资源化的技术路线后，研制成功的环保水煤浆，可以在不增加费用的前提下，大大提高了水煤浆的环保效益。在我国丰富煤炭资源的保障下，水煤浆也已成为替代油、气等能源的最基础、最经济的洁净能源。
中文名水煤浆
组    成65%的煤、34%的水和1%的添加剂
年    代70年代
类    型新型煤基液体燃料
成    功1983.5 第一批水煤浆试燃烧成功
领    先中国的水煤浆技术优先于国外

基本介绍

水煤浆是一种新型、高效、清洁的煤基燃料，是燃料家庭的新成员，它是由65%-70%不同粒度分布的煤，29-34%左右的水和约1%的化学添加剂制成的混合物。经过多道严密工序，筛去煤炭中无法燃烧的成分等杂质，仅将碳本质保留下来，成为水煤浆的精华。它具有石油一样的流动性，热值相当于油的一半，被称为液态煤炭产品。水煤浆技术包括水煤浆制备、储运、燃烧、添加剂等关键技术，是一项涉及多门学科的系统技术，水煤浆具有燃烧效率高、污染物排放低等特点，可用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉代油、代气、代煤燃烧，是当今洁净煤技术的重要组成部分。
2发展

水煤浆是70年代兴起的新型煤基液体燃料，由65%的煤、34%的水和1%的化学添加剂，经过一定的工艺流程加工而成，其灰分及含硫量低，燃烧时火焰中心温度较低，燃烧效率高，烟尘、SO2及NOX排放量都低于燃油和燃煤。许多国家基于长期的能源战略考虑，将其作为以煤代油的燃料技术进行研究、开发和储备，且已实现商业化使用。
我国的水煤浆研究工作起步于70年代末，80年代初，与国外同步，直接原因是国际上爆发的石油危机，使各个国家都在寻找以一种代替石油的新能源。而中国是一个富煤、少气、贫油的国家，因此我国一直致力于水煤浆的研发工作，并于1983年5月攻关研制出了第一批水煤浆试燃烧成功。近年来，我国的水煤浆制备技术和燃料技术发展很快，并达到了国际水平，先后完成了动力锅炉、电厂锅炉、轧钢加热炉、热处理炉、干燥窑等炉窑燃用水煤浆的工程试验。在环保产业的高科技领域，我国的大部分技术、产品均落后于国际先进水平，而水煤浆是一个例外，中国的水煤浆技术优先于国外，这种新能源在中国的能源战略中占有非常重要的地位。
目前水煤浆技术已被列为我国能源发展重点推广技术，也是煤炭工业洁净煤技术优先发展重点技术之一。《201-2017年中国水煤浆行业发展前景与投资预测分析报告》[1]指出，我国是一个富煤少油的国家，水煤浆作为新型代油环保燃料，正被越来越多的企业所认识，采用水煤浆技术进一步改善煤炭企业的产品结构，提高煤炭企业经济效益。水煤浆技术还可以解决一些燃煤企业环保及工艺过程调节的问题。而且可以利用工厂有机废水（如造纸黑液）制成水煤桨燃烧。因此水煤浆技术是当前较现实的，也是21世纪最有市场的洁净煤技术。
从长远来看，随着国民经济的发展，我国液体燃料供需矛盾将进一步加大，环境对燃料的约束也进一步加强，水煤浆的使用量将逐步加大；而随着水煤浆技术的进一步提高将会使其社会效益更加明显，经济效益得到改善。因此，水煤浆的应用前景非常广阔。
3优点

经济性：水煤浆属于煤基清洁燃料，我国的能源结构决定煤炭的价格涨幅 低于燃油、燃气。
安全性：水煤浆属于非易燃流体，相对于油、气、煤粉的易燃、易爆来说，其安全性大大提高。
广泛性：水煤浆适用于各种锅炉。
高效性：水煤浆燃尽率高，节省燃料。
环保性：水煤浆是一种深度洁净煤技术，环保达标。
4使用范围

可广泛用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉代替油、气、煤燃烧以及宾馆、住宅、酒店、办公楼等各种建筑物供暖和生活热水。
5发展历史

水煤浆的问世，源于20世纪70年代的世界石油能源危机。当时全世界在石油能源危机的经济大衰退之后，清醒地认识到石油天然气作为清洁能源，并不是取之不尽用之不竭的，丰富的煤炭依然是长期可靠的主要能源。然而，传统的燃煤方式造成严重大气污染的历史教训是不容重现的。于是煤炭液化、汽化和浆化成为先进工业国家普遍重视的研究课题。水煤浆则是煤炭液化的最佳成果，也是煤炭洁净利用最廉价的实用技术。
中国煤炭资源分布集中在“三西”，即山西、陕西及内蒙西部。有63%的煤炭要从“三西”调出，中国长期存在北煤南运、西煤东调的格局。煤炭的管道运输投资少、建设周期短、营运费低、为全密闭输送，不污染环境。水煤浆经管道输送到终端即可供用户燃用，而且可长期密闭储存。
6生产技术

水煤浆技术特点

水煤浆是20世纪70年代兴起的煤基液态燃料，可作为炉窑燃料或合成气原料，具有燃烧稳定、污染排放少等优点。水煤浆是由煤、水和化学添加剂按一定的要求配制成的混合物，具有较好的流动性和稳定性，易于储存，可雾化燃烧，是一种燃烧效率较高和低污染的较廉价的洁净燃料，可代重油缓解石油短缺的能源安全问题。
水煤浆气化

为了充分利用中国丰富的煤炭资源发展煤化工，自80年代至今，中国相继引进了4套Texaco水煤浆气化装置，用于生产甲醇与合成氨。该技术具有气化炉结构简单、煤种适应较广、水煤浆进料易控制安全、单炉生产能力大等特点。
煤种试烧
西北化工研究院、原鲁南化肥厂分别建立了日处理24-35吨煤和15吨煤、8．5MPa的Texaco水煤浆气化中试装置，并在中试装置上进行了多样煤种的试烧研究，为水煤浆气化技术在国内的成功应用打下了基础。
调整煤种
鲁南化肥厂的原料煤由原设计的"七五"煤（t3，温度-1510℃）改为落陵、北宿、井亭和级索混配煤（t3，温度-1280℃）、渭河化肥厂经过实践摸索，原料煤由原设计的黄陵煤更换为华亭煤，从而实现了降低气化温度，减少氧耗，延长气化炉耐火砖使用寿命的目的。
解决有关工程技术问题
中国工程技术人员对引进装置中出现的诸如文氏管堵塞、黑水管线堵塞、气化炉激冷 环堵塞、气化炉壳体局部过热、闪蒸系统管道磨损等工程问题，采取了积极有效的技术对策，使问题得到及时解决，保证了装置长周期、稳定运行。
设备国产化
水煤浆气化喷嘴已由国产喷嘴替代美国引进喷嘴，使用寿命约为2个月；气化炉用耐火砖已由国产洛耐砖替代进口法国砖，价格比为0.5：1。另外，中国已具备以下一些设备的设计制造能力，如磨煤机、气化炉、激冷环、锁渣斗、捞渣机、高、低压煤浆泵、灰水泵、文氏管等。兖矿鲁南化肥厂的设备国产化率达到90%以上。
中国推广

经过"六五"、"七五"期间重点科技攻关，中国的水煤浆技术已经取得突破性的进展，并进入产业化阶段。实践证明，水煤浆在锅炉和窑炉中的燃烧效率可高达95%－98%，而燃用水煤浆的运行成本仅仅占成本的1/3。
水煤浆已经在国内电站、钢厂、炼化等大中型企业有所应用，但限于实用型燃烧设备的技术没有及时跟进，中小企业对此应用甚少。这一难题已基本得到解决。北京天融环保设备中心开发出一套完整的水煤浆锅炉及燃烧器的设计、生产、制造技术，并通过了有关部门的专家评审。
据悉，中国现有10万吨以下的锅炉约70万台，而因烟尘排放不符合环保标准和运行效率低下，将停用、更换和改造的锅炉高达50%以上。仅在现有锅炉本体不变的情况下，改燃水煤浆，就可为国家节约数百亿元固定资产投资。
7中国市场

中国矿物能源以煤为主，到2010年，一次能源消费结构中煤占60%左右。大力发展洁煤技术，高效清洁地利用中国煤炭资源，对于促进能源与环境协调发展，满足国民经济快速稳定发展需要，具有极其重要的战略意义。
煤气化作为洁净煤技术的重要组成部分，具有龙头地位。它将廉价的煤炭转化成为清洁煤气，既可用于生产化工产品，如合成氨、甲醇、二甲醚等，还可用于煤的直接与间接液化、联合循环发电（IGCC）和以煤气化为基础的多联产等领域。
迄今为止，世界上已经商业化的IGCC大型电站，均采用气流床技术，最具有代表性的是以干煤粉为原料的Shell气化技术和以水煤浆为原料的Texaco气化技术。Shell气化技术即将被引进中国建于洞庭，显现其碳转化率高，冷煤气效率高的优势。相比之下，水煤浆气化技术在中国引进得早，实践时间长，研究开发工作也做得更深入。
经过实践探索，中国在水煤浆气化技术方面，积累了丰富的操作、运行、管理与制造经验，气化技术日趋成熟与完善。经过长期科技攻关，在水煤浆气化领域，形成完整的气化理论体系，研究开发出拥有自主知识产权，达到国际领先水平的水煤浆气化技术。
8中国研究开发

水煤浆气化技术

中国的水煤浆气化技术是在对引进技术吸收消化过程中发展起来的，尤其是通过"七 五"、"八五"和"九五"国家重点科技攻关，结合引进技术的工业实践，逐步形成了一套 创新的研究开发方法，建立起系统的水煤浆气化理论，成功地开发出具有中国特色的水煤 浆气化技术。
水煤浆制备技术

根据中国煤种特点，中国科学院山西煤炭化学研究所从煤化学角度研究了煤炭成浆性 能的影响因素，中国矿业大学通过试验与生产实践，提出了评价烟煤成浆性难度指标的经 验公式。这些研究成果，为中国水煤浆制备技术发展提供了有益的指导。中国已有多个水煤浆用添加剂和水煤浆生产厂家。根据煤种不同，选用不同品种与系列的添加剂制 备水煤浆，气化用水煤浆浓度为60~65%。
研究开发方法与气流床气化理论
水煤浆气化涉及高温、高压、非均相、流动、传递与化学反应等复杂化学物理过程， 难以在实验室中进行工业条件下的过程研究。对此，华东理工大学在化学工程与工艺相关 理论指导下，结合多年研究开发中积累的方法与经验，在对气化过程进行深刻、全面分析基础上，提出了正确把握各种影响因素间关系的层次机理模型。对复杂的气化过程进行合理分解，实现了研究课题的命题转化，开创了一套适用于研究气流床气化过程的科学研究开发方法。即在冷模装置上研究流体流动规律、雾化与混合规律；借鉴工程经验，在计算机上综合迭代的一步转化方法。
采用国际先进的三维激光多谱勒粒子动态分析仪（DualPDA）和Mafiven测粒仪，在大型冷模装置上研究气流床内流体的速度分布、浓度分布、停留时间分布、雾化粒径及其分布等，分别建立了流动与反应三区模型、速度分布、浓度分布、停留时间分布、雾化粒径及其分布等数学模型，由此形成了系统的气流床水煤浆气化理论与专利技术，为该领域的技术创新奠定了基础。
气化喷嘴

喷嘴是水煤浆气化技术的核心。喷嘴性能好坏，将直接影响气化反应结果、耐火砖及其喷嘴自身的使用寿命。华东理工大学在多年科技攻关基础上，与原鲁南化肥厂、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心合作，研制出新型水煤浆气化喷嘴，实现了技术创新与工业应用。
新型喷嘴为内旋式喷嘴和预膜式喷嘴，其中内旋式喷嘴已获国家发明专利。1995年，新型喷嘴在原鲁南化肥厂Texaco气化装置上进行了工业试验考核。新型喷嘴各项技术指标均超过Texaco喷嘴，比Texaco喷嘴节煤～2.6%，节氧2-5%，碳转化率提高-2个百分点等，七项指标创当时生产新记录。由原化工部科技司主持的专家鉴定为：填补国内空白，形成了中国水煤浆气化技术特色，达到国际领先水平。该项目获1998年上海市科技进步一等奖，
水煤浆气化喷嘴由于受到煤浆中煤颗粒对材料的快速冲刷，喷嘴材料极易磨损，引进喷嘴的使用寿命仅为3个月，喷嘴的使用寿命直接影响着气化装置的长周期稳定运行。华东理工大学圆满完成了"九五"国家重点攻关项目《气化炉关键部件的研究与开发》，研究开发出新型耐磨水煤浆气化喷嘴。该喷嘴在兖矿鲁南化肥厂的工业应用表明，使用寿命达半年以上。
新型气化炉

为了节省外汇，形成自主知识产权的煤气化技术，在原化工部科技司主持下，1996年10月原国家计委批准立项，由华东理工大学、原鲁南化肥厂、原化工部第一设计院联合承担"新型（多喷嘴对置式）水煤浆气化炉开发应用基础研究"国家"九五"重点科技攻关项目，于2000年6月在兖矿鲁南化肥厂建成中国第一套自主知识产权，日处理22吨煤的新型（多喷嘴对置式）水煤浆气化中试装置。
新型气化炉为四喷嘴对置结构，通过调整喷嘴配置，优化气化炉结构与尺寸，以撞击式射流形式，强化了热质传递过程，更有利于进行气化反应和延长耐火砖的使用寿命。中试装置运行结果表明，主要技术指标全面超过Texaco水煤浆气化水平。比Texaco气化炉节煤-7%，节氧-7%，有效气成分提高～2个百分点，碳转化率提高2-3个百分点。专家鉴定认为："本项目填补国内空白，是中国具有自主知识产权，能与国际先进技术竞争的煤气化技术的里程碑。技术指标显示本项目在水煤浆气化领域达到国际领先水平。"该项目荣获国家科技部、财政部、国家计委、国家经贸委组织的"九五"国家重点科技攻关优秀科技成果奖，为中国自主知识产权的水煤浆气化技术工业化奠定了扎实的技术基础。
由此可见，经过十多年的生产实践和研究开发，在水煤浆气化技术方面，中国已经建立了试验研究、中间试验、工业化生产等科研与应用基地；形成了一支具有研究开发能力、 工程设计与生产实践经验的科技骨干队伍：取得了可喜的技术进步与科技创新成果。
这些成果必将为中国传统产业的改造提升和清洁能源的发展应用提供可靠的技术支撑，同时也将进一步带动洁净煤技术领域相关技术的进步与发展。
9技术突破

由兖矿集团有限公司、华东理工大学共同承担的“十五”国家高技术研究发展计划(863计划)重大课题“新型水煤浆气化技术”，在山东鲁南建设多喷嘴对置式水煤浆气化技术工业装置及配套工程，利用两台日处理1150吨煤多喷嘴对置式水煤浆气化炉(4.0MPa)配套生产24万吨甲醇、联产71.8MW发电。多喷嘴对置式水煤浆气化技术含煤浆制备工序、多喷嘴对置式水煤浆气化和煤气初步净化工序、含渣水处理工序，技术特点是：多喷嘴对置式气流床气化炉、预膜式长寿命高效气化喷嘴、交叉流式洗涤水分布器、复合床高温煤气冷却洗涤设备、分级净化的煤气初步净化工艺、蒸发分离直接换热式含渣水处理及热回收工艺，已获一系列发明专利和实用新型专利，是具有完全自主知识产权的煤气化技术。
建于兖矿国泰化工有限公司的多喷嘴对置式水煤浆气化技术工业装置于2003年8月2日破土动工，建设工期23个月零19天。在兖矿集团有限公司领导和相关部门领导的大力支持下，经过全体技术开发人员和工程建设、操作人员的共同努力、顽强拼搏，多喷嘴对置式水煤浆气化技术工业装置于2005年7月21日11:26一次投料成功，一次打通整个工艺流程，在完成80小时连续、稳定运行后，于2005年7月25日8:00计划停车。80小时连续运行过程中，不存在任何工艺原因引起的系统故障，运行异常平稳，合成气按计划顺利地并入后续的变换、净化系统。多喷嘴对置式水煤浆气化技术自动化程度高，全部采用集散控制系统(DCS)控制，特别是氧煤比完全可以投自动串级控制。工业运行证实，该装置具有开车方便、操作灵活、投煤负荷增减自如的特点，操作的方便程度优于引进水煤浆气化装置。多喷嘴对置式水煤浆气化技术已被工程实践证实完全可行，工艺指标也极为先进，对初步的运行结果统计表明：有效气CO+H2≥82%，碳转化率≥98%。通过工业化规模的气化炉的示范运行，我国在水煤浆气流床气化技术方面将达国际先进水平，拥有自主知识产权的大型煤气化技术。