水煤浆、代油发电.doc

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1、邢台学院生物化学系2011届本科生毕业论文转载自:山东华源锅炉有限公司()水煤浆代替柴油燃料的研究及前景展望曹久军(邢台学院生物化学系2007级应用化学专业 学号：2007301112)摘 要：“柴油荒”、国际油价的持续升温，给我国的能源带来很大的威胁。水煤浆代替柴油在柴油机中燃烧技术是解决此矛盾的有效途径之一。根据目前我国对煤炭资源的开发和利用，结合水煤浆的低灰、低污染的燃烧特点，依据柴油机燃烧的工作原理，提出水煤浆代替柴油在柴油机中燃烧的可行性论述，并对其中问题进行研究，指出水煤浆代替柴油燃烧发电的广阔前景。关键词：水煤浆；柴油；柴油机；发展前景CWS instead of diesel

2、combustion and prospectCao Jiujun(Xingtai biochemistry applied chemistry speciality Student id 2007301112)Abstract: the energy security and environmental protection are China in the 21 century should be attached problem, coal is the leading provider of energy, also be the main sources of air polluti

3、on, the efficient cleanly utilizing nots allow to ignore, instead of diesel engine coal-water slurry in combustion technology to solve the contradiction is one of the effective ways. This paper reviewed the research progress of coal, as well as our country of coal technology development policy incen

4、tives. According to the current our country to the development and utilization of coal resources, combined with low grey coal-water slurry, low pollution of the combustion characteristics, according to the working principle of diesel combustion, put forward in CWS instead of diesel engines burning f

5、easibility of these problems, this paper studied, and points out that the prospect of CWS instead of diesel combustion. Keywords: Water coal oars；Diesel；Diesel engine；Development prospect前 言 我国于1981年起对水煤浆技术进行开发和研究，并在国家“六五”、“七五” 计划中将其列为重大科技攻关项目。在“六五”实验室阶段开发研究的基础上，国家又在“七五”、“八五”计划中将水煤浆技术的开发转移到建立相当规模的水煤

6、浆制备、燃烧、气化等工业应用示范工程体系上1。水煤浆作为洁净的煤基流体燃料，目前已具备了产业化的发展条件，各项技术趋于成熟，开始步入工业化实用阶段，可以进行大面积推广应用。而在2010年10月份以来爆发的“柴油荒”、国际油价的持续升温、进出口贸易困难等客观危机存在的前提下，我国在十七届三中全会上制定第十二个“五年计划”，把合理有效地利用现有能源，开发新型能源，提高节能环保效率，最终实现强国富民的目标提高到了重要议程。 中国是以煤为主的能源结构的大国，而油、气等能源相对贫乏，不可再生能源利用率低、环境污染和浪费严重的现状，建立资源节约型能源体系是十分重要。水煤浆作为节约和代替石油以及洁净煤利用技

7、术，既符合当前国情要求，又可以保证能源安全。在2000年国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录中就明确列出了“水煤浆技术开发”作为重点鼓励发展的技术和产业，而用水煤浆替代柴油在柴油机中燃耗，从发动机的工作原理方面来讲 是完全可行的2。尤其是中速增压柴油机，而柴油发电站多用此机型，如果大量的柴油机改为燃用水煤浆，无疑会节省大量的柴油，这样既节约石油资源，又合理高效的利用了煤资源，对于一些煤炭丰富的国家开发煤基代油的技术对经济发展是非常有利的。1 水煤浆技术及水煤浆燃烧特点1.1 水煤浆技术概述水煤浆（CWS）是一种国家大力推广的新型清洁煤基燃料，是燃料家族的重要成员之一，由6570的煤，2934

8、的水和1的添加剂经过物理方法加工而成的一种新产品，其中煤粉的平均粒度为50微米，在制浆过程中选择低灰、低硫、低磷、低内水分、中高发热量、高挥发分、高灰熔点、可磨性好（HGI值高）的优质动力煤，作为制浆原料煤。制备工艺包括洗精煤（低灰原煤）高浓度磨矿工艺、洗精煤中浓度磨矿工艺、浮选精煤高浓度磨矿工艺、浮选精煤和水洗精煤高浓度联合制浆工艺等，采用湿式球磨机磨浆，磨浆温度低(5060) ，不但要求产品达到一定的细度，更重要的是产品应有较好的粒度分布。水煤浆具有良好的流动性和稳定性，可以用泵抽送，通过管道远距离运输，也可以用火车罐车或汽车槽车运送，几乎没有储存和运行中的任何危险性。它具有低灰、低硫、低

9、烟以及二氧化硫和氮氧化物排放量低的特点，能够达到环保的要求。水煤浆技术具有投资少、成本低、工艺简单等优点，如锅炉用精煤水煤浆含灰分低，锅炉受热面磨损低于燃煤，维修费低，不需炉前备煤系统和备煤场， 排灰灰场占地仅为燃煤的1/4。因其优势，水煤浆将在不久的将来实现大规模生产，由于中国石油资源短缺，通常用煤替代石油做燃料，而水煤浆正是这个领域中理想的产品。1.2 水煤浆的燃烧特点1.2.1 燃烧特点明显水煤浆是一种新型、高效的清洁燃料，由于水煤浆粘度低于重油，易于调节，最低负荷可调至40%，且运行稳定可靠。水煤浆具有良好的雾化特性，燃烧相当充分，燃烧效率可达到99以上，水煤浆的燃烧方式与油的燃烧方式

10、相近，湿式球磨机磨出的水煤浆由煤浆喷嘴高速喷出，以压缩空气为雾化介质，雾化形成煤浆雾炬，同时水煤浆液雾的周围喷入供煤浆燃烧所需的空气，与进入炉膛的煤浆液滴充分混合并加热。首先水份蒸发，然后挥发份挥发并着火，进而引起液滴中的焦碳颗粒着火燃烧，燃烧温度大概为500600，直到燃烬3，燃烧效率达97%99%。水煤浆可以替代重油在锅炉中燃烧，通常水煤浆的热值是重油的一半，为18.4820.91MJ/kg，锅炉效率在90%左右，达到燃油等同水平4。1.2.2 环保效果明显水煤浆通过洗精煤制备，并且在水煤浆制备过程中可以加入脱硫剂，达到脱硫效果，脱硫率可达40%5。使其干基灰分小于10%，硫分小于0.5%

11、，燃用水煤浆后NOx和SO2的排放浓度较低。而且，水煤浆自煤炭进入球磨机后就可以采用管道、罐车输送的方式，不会产生由于煤炭流失所造成的环境污染，具有很好的环保效果。另外，水煤浆燃烧后的排渣活性好，灰渣可以综合利用，作为水泥掺合料，环境粉尘和噪音也很低，没有二次污染6。1.2.3 经济效果明显水煤浆可以充分利用燃油原有设备，生产流程简单，投资省，运行成本也很低。大约2t水煤浆相当于1t燃油的燃烧发热量，根据炉型、燃料来源及燃料煤和油价的不同，可节约燃料费约10001500元 7。与燃油设备改烧粉煤相比，改造时间比改烧粉煤节省一半时间，而且，改烧水煤浆的费用大约为改烧粉煤的1/2，可见燃油设备改烧

12、水煤浆经济效益明显8。2 柴油和水煤浆对比2.1 柴油概述柴油主要通过原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、石油焦化等过程生产的柴油馏分调配而成；也可由页岩油加工和煤液化制取。属轻质石油产品，复杂烃类混合物，分为轻柴油（沸点范围约180370）和重柴油（沸点范围约350410）两大类9。为柴油机燃料，广泛用于大型车辆、铁路机车、船舰。2.2 柴油和水煤浆在燃烧性上的对比高速柴油机要求柴油喷入燃烧室后迅速与空气形成均匀的混合气，并压缩燃烧，控制温度在400500，燃烧率能够达到90%左右，其热值为大概为41MJ/kg10。而水煤浆的燃烧是由煤浆喷嘴喷出，以压缩空气为雾化介质，雾化形成煤浆雾炬，同

13、时液雾的周围喷入供煤浆燃烧所需的空气，与进入炉膛煤浆液滴混合并加热。首先水份蒸发，然后挥发份挥发并着火，进而引起液滴中的焦碳颗粒着火燃烧，直到燃烬，燃烧温度大概为500600，燃烧率能够达到99%左右，基本上杜绝了锅炉房常有的油烟气味或煤烟气味。其热值相当于燃油的1/2，为18.4820.91MJ/kg，通常燃烧量为燃油的2倍，但是其价格是燃油的1/4，可见二者燃烧性能上相似，但水煤浆经济优势明显。2.3 柴油和水煤浆在排放物上的对比11对比项目 水煤浆 重油燃料灰份% 7 0.2除尘效率% 99% 0%烟尘排放浓度mg/Mm3 117.20 133.33GB13271、时段类区要求-烟尘mg

14、/Mm3 200 150燃料含硫量% 0.44 2.5炉内脱硫率% 50% 0%SO2排放浓度mg/Mm3 590.6 3703.7GB13271、时段类区要求-SO2mg/Mm3 900 9002.4 柴油和水煤浆在流动性上的对比柴油的流动性需要考虑凝点问题，在35柴油流动性明显减弱，其运输也受到限制，不易长距离运输，且在途中要考虑其自燃问题，运输资本投入很大12。而水煤浆在常温常态下浓度高、流变性好、长期储存不沉淀，可以安全的流动不会自燃，便于运输，几乎没有储存和运行中的任何危险性，完全可以用泵抽送，通过管道远距离运输，也可以用火车罐车或汽车槽车运送。3 柴油机燃烧水煤浆的可行性论述3.1

15、 柴油机燃烧原理柴油机是用柴油作燃料的内燃机，属于压缩点火式发动机。柴油在工作时，燃烧过程一般分为着火延迟期、速燃期、缓燃期和后燃期四个阶段，吸入柴油机气缸内的空气，因活塞的运动而受到较高程度的压缩，达到500700的高温。然后燃油以雾状喷入高温空气中，与空气混合形成可燃混合气，自动着火燃烧13。燃烧中释放的能量作用在活塞顶面上，推动活塞并通过连杆和曲轴转换为旋转的机械功。燃烧室的好坏对柴油机的性能有重要的作用，因此也是柴油机设计的关键。燃烧室按组织燃烧过程的特点和结构的不同，分为开式、半开式，这两类属于直接喷射式燃烧室；预燃室式、涡流室式，这两类属于分隔式燃烧室，低速柴油机和部分中、高速柴油

16、机主要用有涡流的开式燃烧室14。燃烧室由气缸盖底面和活塞顶面形成，具有一定形状的整体空间。多孔喷油器(610孔)能使燃油雾化良好，并均匀分布在燃烧室空间。因此，开式燃烧室中的燃烧属于典型的空间式燃烧过程，要求燃烧室与油束形状和分布相配合。它的优点是燃料消耗率低，起动容易；缺点是燃料雾化要求高，难于适应变转速工作。3.2柴油机燃烧水煤浆的可行性柴油机具有热效率高的显著优点，其应用范围越来越广。随着强化程度的提高，柴油机单位功率的重量也显著降低。为了节能，各国都在注重改善燃烧过程，研究燃用低质燃油和非石油制品燃料。从发动机的工作原理方面来讲，在柴油机上使用水煤浆是完全可行的，尤其是中速增压柴油机，

17、随着理论和实践工作不断深入，水煤浆在柴油机中的应用会使柴油机向低摩擦损失、高增压度、高速化以及低消耗、低噪声和低污染的方向发展15。柴油机使用煤作燃料可上溯到柴油机的早期发展阶段。狄赛尔发明柴油机时其名称为多种燃料发动机，由于当时煤是德国的主要能源，所以煤则为首选燃料16。20世纪5060年代末，美国西南研究所、弗吉尼亚工业大学和霍华德大学都相继对柴油机使用煤作燃料做了大量的研究工作，研究结果表明煤基燃料在柴油机上燃用的可行性。进入20世纪80年代，澳大利亚墨尔本理工学院的卡斯迪克利用褐煤粉和柴油混合组成的煤浆油在柴油机上的燃用展开试验研究，并取得了成功。20世纪80-90年代，美国通用汽车公

18、司、通用电气公司、Cooper能源系统公司、底特律柴油机公司和西南研究所也在柴油机上对煤基代用油燃料的燃烧进行了大量的试验研究，其中包括固定式柴油机、机用中速柴油机以及卡车用高速柴油机等，实验结果表明，在中速和高速柴油机上燃烧煤基代用燃料是可行的17。我国对柴油机燃烧水煤浆的研究主要集中在燃烧特性及排放。从资源储存看，石油资源远不及煤炭丰富。据1980年统计，全球石油储量仅够世界消耗34年，专家预言，油价高升是必然的，以煤代油是大方向。所以通过对水煤浆的特性和燃烧原理的分析，并把这种新型能源应用在柴油机上，初步证明了水煤浆可以满足柴油机的燃烧要求。随着理论和实践工作不断深入，水煤浆代油技术必将

19、取得快速的发展，近年来该技术在世界范围内蓬勃发展并过渡到实用化阶段。4水煤浆代替柴油燃料的设想4.1水煤浆代替柴油燃料发电的方案设想对一些煤炭丰富的国家基于减少油的利用和减少燃料成本考虑，开发水煤浆代替柴油在柴油机进行燃烧的技术对经济发展是非常有利的。从柴油发动机的工作原理方面来讲，在柴油机上燃用水煤浆是完全可行的，尤其是中速增压柴油机，而柴油发电站多用此机型，可以设想如果对柴油电站动力进行改进，使大量的柴油机使用便宜的水煤浆作燃料，无疑会节省大量的柴油，节省大量的费用。从环保和可持续发展角度看，燃用水煤浆可以有效减少NOx和SO2的排放，封闭式运输也不会产生由于煤炭流失所造成的环境污染，而且

20、采用固定式柴油电站则由于空间相对富裕对柴油机燃用水煤浆排放后处理设备庞大的这一主要限制因素进行很好的解决。从水煤浆的优势上看，水煤浆具有较低的灰分，对柴油机的磨损较小，而且，通过对柴油机燃用水煤浆技术进行的深入研究，水煤浆制作成本的降低无疑给水煤浆代替柴油燃料发电带来广阔的前景。4.2水煤浆代油发电要做多方案比较我国目前采用燃油动力发电的电厂为数不多，且多为老电厂，剩余寿命也不长，除5KW以下燃油电厂在2003年以前已全部淘汰外，所剩的容量不大，而且多改为备用或调峰电厂，这样燃油的消耗量不大，对环境的影响也很小，可能是最经济合理的措施。如果这类燃油电厂还要作为主力电厂，而当地的环境保护要求很高

21、，当地又有充足的天然气供应，电价又能承受，改造为燃天然气电厂应该为最经济合理的办法。如果当地环保允许排渣、排灰、排SO2，那么可以考虑采用水煤浆代替柴油燃料进行发电，同时还要考虑燃油电厂场地等条件，将几个方案进行比较，选择最优方案18。总的说来，即使燃油发电厂全部用水煤浆燃烧发电，目前水煤浆用于燃油电厂的经验还仅限于220th（5万KW机组），还没有用于更大容量锅炉的经验，应用水煤浆代油发电技术还未成熟，还需要长时间的研究和探索。少数燃油电厂采用水煤浆也是暂时性的，等到这些燃油电厂达到寿命期报废之后，水煤浆在发电部门的任务也就结束了，因此完全用水煤浆代油去做什么研究工作不仅需要科研人员突破水煤

22、浆应用的限制瓶颈，而且还需要国家为水煤浆代油发电技术去制订优惠政策措施。5水煤浆代替柴油燃烧发电的前景展望目前柴油机燃用水煤浆主要的问题是灰分太大、自燃点是否合适、雾化困难、燃料供给泵送及储存、废气排放和热值大小等问题，如果科研人员突破水煤浆应用的限制瓶颈，而且国家为水煤浆代油发电技术给予制订优惠政策措施，对水煤浆进行合理利用，开发煤基代油的技术，对一些煤炭丰富的国家在经济发展方面是非常有利的19。水煤浆作为节约和代替石油以及洁净煤利用技术，既符合当前国情要求，又可以保证能源安全及充分合理的利用。由于近年来石油价格急剧上涨，水煤浆的研究与应用颇受推崇，一般都认为水煤浆的潜在市场是替代燃油进行发

23、电和与燃油混合进行工业生产。但是究竟水煤浆替代柴油燃烧发电的可行性如何，是一个值得深入研究的问题。总的看来，国外水煤浆代油发电尚处于试验阶段，我国水煤浆代油发电的需求并不大，不过水煤浆代油发电技术已具备长期的发展前途，将来的发展应用也是广泛的20。2010年6月，万丰热电有限公司成功完成全国首例220吨小时燃油设计锅炉改燃水煤浆的改造。改造成功后，锅炉按年运行5000小时计，一年可替代重油8万吨，年经济效益达到3000万元以上。同时，电厂将更具环保型电厂优势，锅炉排烟中，氮氧化物、二氧化硫和烟尘排放浓度均低于国家排放标准。该项目为水煤浆代替柴油燃烧发电技术提供宝贵经验，对逐步改变我国石油紧缺的

24、局面具有重大的推广价值21。 参考文献1 中国能源发展报告编辑委员会.2007中国能源发展报告M.北京:中国水利水电出版社,2007:19-312 刘定平,叶向荣,陈其.粒度级配对混煤水煤浆浓度与黏度的影响J.煤炭转化,2008,31（3）:16-223 詹隆.水煤浆产业化发展与展望J.煤炭加工与综合利用,2003,5:31-354 汤永新,陈迎,纪明俊.配煤对煤灰熔点和水煤浆性能影响的研究J.煤炭转化,2008,21（11）:16-185 高丽. 德士古水煤浆加压气化技术的应用J.煤炭技术,2010,29（7）:161-1626 王淑萍,唐会权.燃油锅炉改烧水煤浆技术应用研究EB/OL.全国

25、化工热工技术中心站2004年年会论文集,2004,12,197 张荣曾.水煤浆制浆技术M.北京:科学出版社,1996.141-1528 毛健雄,毛健全,赵树民.煤的洁净燃烧M.科学出版社,19989 常丽萍.煤液化技术研究现状及其发展趋势J.现代化工,2005,25（10）:17-2210 韩树,毕小平,张更云.柴油机燃用水煤浆技术的综述J.内燃机工程,1998,19（4）:5-1011 唐君,程龙.水煤浆燃料技术及其进展J.煤炭科技,2006,1: 41-4212 赵保成,朱柳娟,顾伯勤.水煤浆代油改造技术在工业采暖锅炉中的应用J.热能动力工程2004,19（6）:634-63713 崔荣健

26、,高志芳,张晓勇.柴油机燃用配煤水煤浆的研究及前景J.资源开发与市场,2009,25（11）:1014-101714 茵素生.煤炭工业的持续发展与环境M.煤炭工业出版社,199415 张强,毛君,张佳等.柴油机替代燃料油水煤浆的研究J.煤炭工程,2007,1: 93-9516 范立明,原俊杰等.水煤浆加压气化原料用煤的选择及更换J.煤化工,2001,2 :25-3017 刘焕杰,艾媛媛.用水煤浆燃料代替油燃烧的经济效益J.华中电力,2003,2 :43-4418 孙素敏,陈畅,曹佩文.浅谈水煤浆技术及其应用J.印染,2009,11（4）:31-3419 宋德富,霍星星.水煤浆的应用与前景展望J

27、.工程设计与研究,2004,5（4）:48-5020 王敦曾.关于水煤浆技术发展的几点意见J.选煤技术,2002,3 :25-2821 朱成章.水煤浆代油发电要慎重EB/OL.中华励志网,2010,06,25谢 辞走的最快的总是时间，来不及感叹，大学生活已近尾声，四年多的努力与付出，随着本次论文的完成，将要划下完美的句号。本论文在梁慧锋老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体的写作过程，论文初稿与定稿无不凝聚着梁慧锋老师的心血和汗水，在我的毕业设计期间，梁慧锋老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，梁老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度使我深受感动，没有这样的帮助和

28、关怀和熏陶，我不会这么顺利的完成毕业论文。在此向梁慧锋老师表示深深的感谢和崇高的敬意！在临近毕业之际，我还要借此机会向在这四年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们四年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。我还要感谢各位同学以及我的各位室友，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢！2011年04月10日上资料由山东华源锅炉有限公司()提供 山东华源锅炉有限公司()始建于1968年，持有国家A级锅炉和一、二类压力容器设计制造许可证，销售经理孔俊皓(18769998880) 恭迎全国各界人士来我公司选购各种炉型:余热锅炉，高效煤粉锅炉，水煤浆锅炉，垃圾焚烧锅炉，循环流化床锅炉，生物质锅炉，导热油锅炉，蒸汽锅炉，热水锅炉等 .9