水煤浆锅炉技术

水煤浆

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。是适合我国国情的一种高效亷价清洁的代油燃料技术。

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。

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？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。

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？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。

水煤浆技术指标取决于制浆用原料煤的指标，一般水煤浆的发热量在4500-4800大卡/公斤，约两吨水煤浆可代替一吨重油，而价格只有重油的1/4。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 ——

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。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。 推广应用

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。

水煤浆的燃烧原理

当水煤浆喷入高温炉膛之后，浆粒表面的水分首先蒸发，然后逐渐向浆粒内部扩展，浆粒内部的

水分逐渐向外表面转移，水分蒸发区移向浆粒内部，剩下的固体煤颗粒形成多孔结构或中空球珠。此后，水的蒸发速度明显下降，固体表面温度急剧上升，最后着火燃烧。起燃以后，浆粒内部水分继续汽化，产生的蒸汽穿过多孔的燃烧区与燃料中的碳发生反应，加速燃烧过程，并促进反应的气体产物充分燃烧。

水煤浆锅炉

水煤浆锅炉是指使用水煤浆为燃料的锅炉。水煤浆是一种由70％左右的煤粉，30％左右的水和少量药剂混合制备而成的液体，可以象油一样泵送、雾化、储运，并可直接用于各种锅炉、窑炉的燃烧。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。在我国丰富煤炭资料的保障下，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。 一台完整的水煤浆锅炉系统，包括锅炉本体、雾化燃烧系统、供浆系统、引风除尘系统，以及仪表控制系统等几部分。锅炉本体采用角管式结构，锅筒纵向布置，锅筒前下方由水管组成大容积炉膛，受热面积大，换热充分，启动迅速，锅炉热效率可达84%以上。采用新型的独创受热面结构，对流受热系统采取烟气上、下四回程冲刷烟管，具有自清扫功能，有效的解决克服了烟管外圈易结灰的问题。

水煤浆锅炉特点

1、水煤浆锅炉的优势在于环保、节能、高效，其有效的利用煤炭资源使锅炉燃尽率达到98%以上。

2、调整负荷方便。水煤浆锅炉的负荷可在35%—100%的范围内任意调节，可达到经济运行的效果。

3、节约土地。燃料及粉煤灰采用罐装密闭运输方式，无扬尘污染，无需储煤场和渣场，有效地提高了土地利用率，节约用地50%以上。

4、运行成本低，自动化程度高。节约人力资源，原煤锅炉每班6-7人，而水煤浆锅炉每班只需2名运行人员。节约燃料20%以上。职工劳动及工业卫生条件得到大幅度改善。

5、经测试水煤浆锅炉烟尘排放浓度为100mg/Nm3左右。国家《锅炉大气污染物排放标准》(GB 13271-2001)规定烟尘排放浓度为200 mg/Nm3，仅为国家标准规定燃煤锅炉的1/2。燃烧后的灰可采用密闭的干法气体出灰系统收集后，可用作加气块和水泥的生产原料。

水煤浆锅炉节能改造技术

1 安装冷凝型燃气锅炉节能器；

燃气锅炉排烟中含有高达18%的水蒸气，其蕴含大量的潜热未被利用，排烟温度高，显热损失大。天然气燃烧后仍排放氮氧化物、少量二氧化硫等污染物。减少燃料消耗是降低成本的最佳途径，冷凝型燃气锅炉节能器可直接安装在现有锅炉烟道中，回收高温烟气中的能量，减少燃料消耗，经济效益十分明显，同时水蒸气的凝结吸收烟气中的氮氧化物，二氧化硫等污染物，降低污染物排放，具有重要的环境保护意义。

2采用冷凝式余热回收锅炉技术；

传统锅炉中，排烟温度一般在160～250℃，烟气中的水蒸汽仍处于过热状态，不可能凝结成液态的水而放出汽化潜热。众所周知，锅炉热效率是以燃料低位发热值计算所得，未考虑燃料高位发热值中汽化潜热的热损失。因此传统锅炉热效率一般只能达到87%～91%。而冷凝式余热回收锅炉，它把排烟温度降低到50～70℃，充分回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜热，提升了热效率；冷凝水还可以回收利用。

3 锅炉尾部采用热管余热回收技术；

余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%~67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。

南通万达锅炉股份有限公司 [南通市/江苏]

水煤浆是一种新型的煤基洁净燃料，因其具有应用技术成熟、价格低、污染排放少的特点，而成为

国家重点鼓励发展的产品和技术。发展水煤浆锅炉具有以下重要意义：

1、水煤浆是一种低污染燃料，发展水煤浆锅炉符合国家可持续发展战略，有利于节约资源以及生态和环境保护。水煤浆锅炉SO2的排放指标可达350mg/Nm3，NOx的排放指标可达到260mg/Nm3。

2、发展水煤浆锅炉能提高煤炭利用率。

3、使用水煤浆锅炉能取得可观的经济效益。比较水煤锅炉、燃油、燃气锅炉的运行成本，水煤

浆锅炉的运行成本最低。

浙江大学热能工程研究所是我国最早开展水煤浆燃烧技术研究的单位，也是国家水煤浆燃烧技术研究中心，浙江大学的水煤浆燃烧技术已成功运用在工业锅炉、电站锅炉上，并积累了相当的工程应用经验。本公司与浙江大学热能工程研究所联合开发了4t/h-130t/h水煤浆锅炉，并有多台投

入运行，取得了良好的经济效益和社会效益。