水煤浆的雾化技术
水煤浆燃烧技术1
国内外发展
国内水煤浆发展
1、我国在20世纪80年代中期对北京造纸一厂的 20t/h和60t/h燃油锅炉进行了改烧水煤浆的工业 示范。 2、 山东华能白杨河电厂拥有3台230t/h锅炉由燃油 改燃水煤浆 3、北京燕山石化公司动力厂第三热点站一台220t/h 高温高压锅炉全部燃烧水煤浆。经测试，燃烧效 率大于99%。
技术背景
煤炭是我国主要的化石资源和能源， 对我国国民经济的发展起着极其重要 的作用。但是煤炭的开发利用也给人 们带来许多负面的影响，比如说燃煤 污染，会产生大量烟尘，CO， CO2,SO2,氮氧化物，以及灰渣。近 年来一直在发展洁净燃煤技术，减少 污染物排放。
水煤浆概述
什么是水煤浆？
水煤浆
水煤浆概述
水煤浆燃烧技术 对比煤粉炉内煤粉的燃烧，水煤浆燃烧的特点： 3、水煤浆燃烧同其他燃煤过程一样，也会产生飞 灰颗粒物、SO2、NOX等大气污染物。但由于水 煤浆中的煤粒在制备过程中经过了洗选，以及水 煤浆燃烧温度低等原因，使得水煤浆燃烧的污染 情况要好于普通煤粉燃烧。
4、即使在较低的火焰温度下，水煤浆的燃烧速度 也要比煤粉高，其燃烧效率与煤粉燃烧相当，对 于大型水煤浆锅炉可以稳定达到99%以上。
中国水煤浆生产现况
总结
总结
水煤浆十分适宜中国的国情，它是 比较理想的洁净燃料，发展水煤浆燃 烧技术，推广水煤浆应用是大势所趋， 势在必行，前景广阔。
谢谢大家！
水煤浆燃烧技术水煤浆的燃烧过程一般先通过雾化器将水煤浆雾化成细小的浆滴一个浆滴通常包括若干细小的煤粉颗粒进入炉膛后浆滴受热蒸发将煤粉颗粒暴露在炉膛内然后发生与煤粉炉内煤粒类似的燃烧过程直到燃尽
水煤浆燃烧技术
——徐芳芳
内Hale Waihona Puke 概要技术背景 水煤浆概述 水煤浆燃烧技术 国内外发展 总结
水煤浆雾化技术与应用研究
的水和少量添加剂混合 的浆状 液体， 其工业 化应 用涉及制备 、 运输 、 雾化及燃烧等多个方面。目前 学术界多 以水煤浆流变学 特性和燃烧 的研究较 多 ］ 。然而水 煤浆 由于浓 度高 、 粘度 大 、 易堵
塞、 易磨 损 ， 就雾 化 而 言 ， 比一 般 的液 体燃 料 困难
的不 断恶 化 以及 当今 原 油 价 格 的 持续 走 高 ， 对水 煤浆技 术 的不 断深 入研究 及 推广具 有 重要 意义 。 水煤浆 是 由 ６ ％ ～７ ％ 的煤 粉 、０ 一３％ ５ ０ ３％ ５
２ 水煤 浆 的雾化 机理
按照雾化方式 ， 水煤浆雾化可分类为机械雾 化和气力雾化。机械雾化主要靠水煤浆在压力差 作用 下产 生高 速射 流而雾 化 ， 细分为 直射 式 、 可 离
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较低的水煤浆 ， 把其撕裂成细小的液滴 。从燃烧 效率的角度， 空气优 于蒸汽。在气力雾化中煤浆
的整个 雾 化过程 呈 现 明显 的初 级破 碎 和随后 的二
维普资讯
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文章编号 ： １０ －－ ２ （０７ ０ —ｏ ４ —０ ０ ５－ ３ ９ ２ ０ ） ３ ０ ８ ５ － － ０
水煤浆雾化技术 与应用研究
郑捷 庆 ， 张
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华东理工大学科技成果——多喷嘴对置式水煤浆气化技术
华东理工大学科技成果——多喷嘴对置式水煤浆气化技术项目简介煤炭气化，即在一定温度、压力下利用气化剂与煤炭反应生成洁净合成气（CO、H2的混合物），是实现煤炭洁净利用的关键，可为煤基化学品（合成氨、甲醇、烯烃等）、整体煤气化联合循环发电（IGCC）、煤基多联产、直接还原炼铁等系统提供龙头技术，为现代能源化工、冶金等行业的技术改造和节能降耗提供技术支撑。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术是世界上最先进的气流床气化技术之一。
水煤浆经四个对置的喷嘴雾化后进入气化炉内，与氧气反应生成含CO、H2和CO2的合成气，从气化炉出来的粗合成气经新型洗涤冷却室、混合器、旋风分离器和水洗塔等设备的洗涤和冷却后进入后序工段；气体洗涤设备内的黑水则经高温热水塔进行热量回收和除渣后成为灰水再返回气体洗涤设备内，全气化系统基本实现零排放。
该技术工艺指标先进，与同类技术相比，合成气有效成分高2-3个百分点、碳转化率高2-3个百分点、比氧耗降低7.9%、比煤耗降低2.2%等，生产强度大，又减少了专利实施许可费。
所属领域化工、能源项目成熟度产业化应用前景多喷嘴对置式水煤浆气化技术的产业化成功，打破了国外技术在气化领域的垄断地位，标志着我国自主的大型煤气化技术已处于国际领先地位。
目前有33台多喷嘴对置式水煤浆气化装置处于工业运行、建设和设计中，同时该技术已走出国门，为美国一家石化公司提供气化技术。
知识产权及项目获奖情况与多喷嘴对置式水煤浆气化技术相关的有二十余项发明专利和实用新型专利。
拥有自主的知识产权。
项目曾得到国家“九五”科技攻关、“十五”和“十一五”“863”课题、“973”计划的支持。
所获主要奖励有：2007年国家科学技术进步二等奖；第十届中国专利奖优秀奖；2006年中国石油和化学工业科技进步特等奖；2006年中国高校-企业合作创新十大案例；2006年中国高校十大科技进展；2005年上海市科技进步三等奖。
合作方式主要以专利（实施）许可和技术转让的模式合作。
第四章 水煤浆技术
第四章
水煤浆技术
水煤浆的稳定性是指煤浆在储存与运输期间 保持性态均匀的特性。水煤浆稳定性的破坏 来源于固体颗粒的沉淀。由于水煤浆为粗粒 悬浮体，属动力不稳定体系，使其稳定的主 要方法是使它成为触变体。即煤浆静臵时产 生结构化，具有高的剪切应力，应用时，一 经外力作用，黏度能迅速降低，有良好的流 动性，再静止时又能恢复原来的结构状态， 流变学上称这种流体为触变体或与时间有关 的流体。
第四章
水煤浆技术
五、国内水煤浆技术发展现状 （3）神华集团水煤浆生产状况
一直以来，神华煤被认为是很难制浆煤种，用常 规制浆工艺只能制取浓度为60%左右的水煤浆。 国家水煤浆工程技术研究中心受神华能源股份有 限公司委托，经过二年的技术攻关，终于取得了 突破性成果，开发了用神华煤制取高质量水煤浆 产 品 （ 浓 度 ≥ 65 ％ ， 粘 度 （ 25℃ ， 100S-1 ） ≤1000mPa.s）及先进的工艺技术，该项技术被 鉴定为国内领先水平和国际先锅炉燃料 代油做内燃机燃料 供燃煤锅炉 供燃油或燃气锅炉 燃煤锅炉或工业窑炉
脱硫型水煤浆
加脱硫剂
供燃煤锅炉
第四章
水煤浆技术
三、水煤浆的制备 （1）水煤浆制备的基本原理 水煤浆的制备过程决定了水煤浆的特性，为 了使水煤浆能够满足实际应用要求，在其制备 过程中需要考虑以下四个方面： ① 煤质、煤种的选择及其成浆性：哈氏可磨系数 要大。 ② 颗粒级配技术。水煤浆中的煤炭不仅有粒度大 小的限制，还要求有良好的粒度分布，即希望 用不同粒径的煤相互填充，减小煤粒之间的空 隙，达到较好的堆积效率。堆积效率越高，越 容易制备出高浓度水煤浆；
第四章
水煤浆技术
二、水煤浆技术的特点和用途 1、水煤浆技术及产品分类 水煤浆技术是上世纪70年代世界范围 内的石油危机中产生的一种以煤代油 的煤炭利用新方式。 技术特点：将煤炭、水、部分添加剂 加入磨机中，经磨碎后成为一种类似 石油一样的可以流动的煤基流体燃料。
水煤浆技术介绍
水煤浆技术介绍核心提示：水煤浆技术是煤炭清洁高效利用的关键技术之一。
关键词：水煤浆一、水煤浆技术介绍(一)推广水煤浆技术的现实意义习近平总书记在今年6月中央财经领导小组第六次会议上强调，推动能源供给革命，大力推进煤炭清洁高效利用。
国务院《2014-2015年节能减排低碳发展行动方案》提出严控煤炭消费总量，降低煤炭消费比重，加快推进煤炭清洁高效利用，在大气污染防治重点区域地级以上城市大力推广使用型煤、清洁优质煤及清洁能源，限制销售灰分高于16%、硫分高于1%的散煤。
水煤浆技术是煤炭清洁高效利用的关键技术之一。
重庆市是以煤为主要能源的城市，煤炭消费占总能耗的65%以上，其中4t/h及以上工业和中小电(热电)站燃煤锅炉耗煤量占全市煤炭消费总量的16.2%，年总耗煤量约940万吨标煤，年排放烟尘约1.4万吨、二氧化硫约2.6万吨、氮氧化物约3.8万吨，是我市煤炭消耗产生的主要大气污染源之一。
利用水煤浆技术在我市实施燃煤锅炉的高效洁净燃烧技术改造并辅以相匹配的烟气治理设施，可实现年节约标煤约84.4万吨，减排二氧化硫219.4万吨，减排烟尘约7521吨，减排二氧化硫、氮氧化物的排放总量分别为17156吨和16810吨，分别占“十二五”减排目标总量的43.8%、41.3%。
水煤浆锅炉运行成本略高于燃煤、是燃油的40%、是燃气的60%和电锅炉的27%。
重庆市能源生产和供应及消费情况表明：煤炭在我国及我市国民经济中是既排拆又依赖的基础能源，煤炭使用将长期占据主体地位。
因此，实现煤炭的清洁高效利用是满足我市当前节能减排形势和实现空气质量防治目标的迫切需求，对于促进我市能源与环境协调发展，满足我市经济快速稳定发展需要，具有重要的战略意义。
(二)国家推广水煤浆技术的相关政策国务院《节能减排“十二五”规划》第三部分第(二)条推动能效水平提高中提出，发展煤炭地下气化、脱硫、水煤浆、型煤等洁净煤技术。
国家发改委《产业结构调整指导目录(2011)》(修正)将型煤及水煤浆技术开发与应用列入煤炭行业鼓励类目录。
关于水煤浆气化技术的简介
硅质制品
镁质制品 碳质制品 特殊高纯氧化 物耐火制品
（6）按外观形态分为定型、不定型耐火材料和耐火 纤维制品。
不定型耐火材料也称散状耐火材料，是由合理级配的耐 火骨料和粉料、结合剂或另掺外加剂等，以一定比例组成的 混合物，可直接使用或加适当的液体混合后使用。 耐火纤维材料是一种既能耐高温又隔热的纤维状耐火材 料，这种材料导热系数低，体积密度小，富有弹性，抗机械 震动性能好。
2、煤浆颗粒在气化炉内的气化过程
煤浆颗粒在气化炉内的气化过程 经历了以下步骤：
湍流脉动
颗粒的湍流弥散 颗粒的对流加热
煤的热裂解
颗粒的振荡运动
来自火焰、炉内壁、高温 气体、固体物等
颗粒的辐射加热
裂解产物、挥发份及其 他易燃组分
煤浆蒸发与颗粒 中挥发分的析出
煤焦、CH4等与 H2O、CO2
挥发产物的气相反应
（5）折返流区： 沿反应器轴线向上运动的流股对拱顶形成撞击 流，近炉壁沿着轴线折返朝下运动。 （6）管流区： 在炉膛下部，射流、射流撞击、撞击流股，射 流撞击壁面等特征消失，轴向速度沿径向分布保持 不变，形成管流区。
水煤浆、氧气进入气化室后，相继进行雾化、传 热、蒸发、脱挥发份、燃烧、气化等六个物理和化 学过程，前五个过程速度较快，已基本完成，而气 化反应除在上述五区中进行外，主要在管流区中进 行。
灰渣的形成
煤焦的多相反应
气化反应是串并联反应同时存在的极为复杂的 反应体系，可分为一次反应与二次反应： 1、一次反应区(燃烧区) 进入该区的反应物有工艺氧、煤浆以及回流流股 和折返流流股中CO、H2等。这个过程进行得相当 短促，主要发生在射流区与撞击区中，其结束的标 志是氧消耗殆尽。
2、二次反应区 进入二次反应区的组分有煤焦、CO2、CH4、 H2O以及CO、H2等组分。这时主要进行的是煤焦、 CH4等与H2O、CO2发生的气化反应，生成CO和H2。 这是有效气成分的重要来源。二次反应主要发生在 管流区。
关于水煤浆气化技术的简介
3、气化炉中发生的化学反应
在气化炉中主要进行以下化学反应：
同时还可能发生 以下副反应：
二、气化炉结构
工业上有各种各 样的炉子如气化炉、 冶金炉、窑炉和焚烧 炉等。
想一想：以上各种炉 子有什么共同点？
一般都具有用耐 火材料包围的炉膛， 利用热介质或燃料燃 烧产生的热量将物质 （固体或流体）加热 ，使炉膛内物质发生 物理或化学变化。
烧嘴的材料为Inconel600，夹套头部材料为 Haynes188，烧嘴头部煤浆通道上都在主材表面堆 焊一层Stellite6耐磨层。
工艺烧嘴主要是藉高速氧气流的动能，将水煤 浆雾化并充分混合，在炉内形成一股有一定长度黑 区的稳定火焰，为气化创造条件。
操作要点：
1、要控制好雾化角，防止火焰直接喷射到炉壁上， 或者火焰过长，燃烧中心向出渣口方向偏移，使煤 燃烧不完全。
（3）撞击流股：
四股流体撞击后，流体沿反应器轴向运动，分别 在撞击区外的上方和下方形成了流动方向相反，特 征相同的两个流股。在这个区域中，撞击流股具有 与射流相同的性质，即流股对周边流体也有卷吸作 用，使该区域宽度沿轴向逐渐增大，轴向速度沿径 向衰减，直至轴向速度沿径向分布平缓。
（4）回流区：
由于射流和撞击流股都具有卷吸周边流体的作用， 故在射流区边界和撞击流股边界，出现在回流区。
2、煤浆颗粒在气化炉内的气化过程
煤浆颗粒在气化炉内的气化过程
经历了以下步骤：
湍流脉动
颗粒的湍流弥散
颗粒的振荡运动
来自火焰、炉内壁、高温 气体、固体物等
颗粒的对流加热
煤的热裂解
颗粒的辐射加热
裂解产物、挥发份及其 他易燃组分
水煤浆的雾化技术
水煤浆的雾化技术水煤浆是一种煤基流态燃料，通过雾化后可高效燃烧。
在组织水煤浆燃烧时，喷嘴的雾化技术和燃烧器的配风技术是保证水煤浆着火和稳定燃烧的两项关键技术。
1．喷嘴雾化技术：良好的喷嘴雾化可以减少水煤浆液滴的细度，从而缩短水煤浆的着火距离，为水煤浆着火、燃烧提供了一个良好的基础。
由于水煤浆的特殊性质，水煤浆喷嘴必须具备良好的雾化特性，能稳定着火，并有较好的燃烧特性和较高的燃烧效率；具有良好的防堵性能，能长期连续运行；具有较长的使用寿命；具有较低的气耗率；合适的雾化角和射程；负荷调节性能好，在一定的负荷变化范围内，喷嘴仍然维持较好的雾化性能。
水煤浆的雾化喷嘴在国内外已开发出了10多种，按结构形式分，有Y型、旋流型、撞击型、转杯型、对冲式等；按混合方式分，有内混型和外混型。
我国研究的水煤浆喷嘴主要有三种类型，即低压旋流内混型、Y型组合喷嘴和撞击式多级雾化喷嘴。
其中北京宇明洋高新技术有限公司最新开发的撞击式多级雾化喷嘴，喷嘴容量达0.3～1.5t/h之间变动，雾化细度SMD小于75 微米，喷嘴寿命达到1500小时以上。
2．水煤浆燃烧器：水煤浆燃烧器又称为配风器，是水煤浆燃烧的又一个关键设备。
水煤浆着火热的主要来源是依靠高温烟气的回流，这就需要对燃烧配风的进行合理的组织，以使煤浆雾炬得到有效地加热，能够及时着火。
同时，合理的配风是加强燃烧室内湍动，提高水煤浆燃烧速度和燃烬度的关键。
合理的配风还将影响到污染物的排放，分段送风可控制NOx的生成和排放。
另外，一二次风混合适时适量，可保证燃烧的稳定性和经济性。
总之，炉膛中的燃烧工况主要是通过燃烧器的结构及其布置来决定的。
燃烧器按其空气动力学特性可分为旋流式和直流式。
旋流型燃烧器是利用旋转气流产生合适的回流区，用回流的高温烟气来加热燃料，保证其稳定地着火和燃烧。
直流燃烧器是利用射流及其组合来实现燃料燃烧的。
我国已经完成了工业锅炉（2t/h、4t/h、6t/h、10t/h、20t/h、35t/h、60t/h）、电厂锅炉(220t/h)、工业窑炉（轧钢加热炉、退火炉、煅烧炉、隧道式干燥窑、陶瓷喷雾干燥塔热风炉）等多种锅炉和炉窑燃用水煤浆的工程试验和建设。
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水煤浆的雾化技术
水煤浆是一种煤基流态燃料，通过雾化后可高效燃烧。
在组织水煤浆燃烧时，喷嘴的雾化技术和燃烧器的配风技术是保证水煤浆着火和稳定燃烧的两项关键技术。
1．喷嘴雾化技术：
良好的喷嘴雾化可以减少水煤浆液滴的细度，从而缩短水煤浆的着火距离，为水煤浆着火、燃烧提供了一个良好的基础。
由于水煤浆的特殊性质，水煤浆喷嘴必须具备良好的雾化特性，能稳定着火，并有较好的燃烧特性和较高的燃烧效率；具有良好的防堵性能，能长期连续运行；具有较长的使用寿命；具有较低的气耗率；合适的雾化角和射程；负荷调节性能好，在一定的负荷变化范围内，喷嘴仍然维持较好的雾化性能。
水煤浆的雾化喷嘴在国内外已开发出了10多种，按结构形式分，有Y型、旋流型、撞击型、转杯型、对冲式等；按混合方式分，有内混型和外混型。
我国研究的水煤浆喷嘴主要有三种类型，即低压旋流内混型、Y型组合喷嘴和撞击式多级雾化喷嘴。
其中北京宇明洋高新技术有限公司最新开发的撞击式多级雾化喷嘴，喷嘴容量达0.3 ～1.5t/h之间变动，雾化细度SMD小于75 微米，喷嘴寿命达到1500小时以上。
2．水煤浆燃烧器：
水煤浆燃烧器又称为配风器，是水煤浆燃烧的又一个关键设备。
水
煤浆着火热的主要来源是依靠高温烟气的回流，这就需要对燃烧配风的进行合理的组织，以使煤浆雾炬得到有效地加热，能够及时着火。
同时，合理的配风是加强燃烧室内湍动，提高水煤浆燃烧速度和燃烬度的关键。
合理的配风还将影响到污染物的排放，分段送风可控制NOx的生成和排放。
另外，一二次风混合适时适量，可保证燃烧的稳定性和经济性。
总之，炉膛中的燃烧工况主要是通过燃烧器的结构及其布置来决定的。
燃烧器按其空气动力学特性可分为旋流式和直流式。
旋流型燃烧器是利用旋转气流产生合适的回流区，用回流的高温烟气来加热燃料，保证其稳定地着火和燃烧。
直流燃烧器是利用射流及其组合来实现燃料燃烧的。
我国已经完成了工业锅炉（2t/h、4t/h、6t/h、10t/h、20t/h、35t/h、60t/h）、电厂锅炉(220t/h)、工业窑炉（轧钢加热炉、退火炉、煅烧炉、隧道式干燥窑、陶瓷喷雾干燥塔热风炉）等多种锅炉和炉窑燃用水煤浆的工程试验和建设。
燃烧水煤浆具有良好的经济和社会效益。
（1）代油效益：山东白杨河电厂锅炉应用水煤浆表明，2t水煤浆替代1t重油，每替代1t重油可节省燃料费1800元。
另外节省的油进行深加工，可产生每吨800元效益。
（2）环境效益：首先水煤浆为洗选后精煤制成，含灰、硫、有害物质等远低于常规动力煤和其它工业用煤，相同容量机组的灰场容量仅为燃煤机组的25%。
其次由于水煤浆为煤水混合物，其燃烧温度比烧油和煤粉低（约100℃），可大大减少SO2的析出和NOx的生成。
（3）节能效益：水煤浆燃烧效率高（一般95~98％以上），另外水煤浆是密闭储存、运输，几乎没有损耗，而煤在运输和储存中有损耗在5%以上。
另外，水煤浆燃烧可调性好，可在低负荷下稳定燃烧，控制简便快捷，节能效果显著。
（4）安全性：水煤浆在常温下运输、储存和泵送的过程基本是在全密封状态下进行，最后在40~60℃的温度下送入炉膛燃烧，燃烧前的所有过程均因其含有30%水分而为非易燃流体。
为此，相对于燃油和煤粉的易燃、易爆特性来说，其使用过程中的安全性得到了很大的提高。
另外，由于水煤浆的灰分低和粒度细，锅炉的受热面的磨损大大低于燃煤锅炉。
目前，燃煤电厂约有40%左右的生产费用用于燃煤环节的检修维护。