2.3.3 水煤浆

散煤燃烧存在缺点：储运复杂，燃烧效率低，除大型电站效率较高外，一般的燃煤锅炉效率较低，其中包括燃尽率和锅炉效率。水煤浆选用洗精煤或选配低硫、低灰分煤制浆，煤炭经过洗选，可脱除硫30%～40%（脱除黄铁矿硫60%～80%），脱除灰分（煤矸石等）50%～80%，原始烟尘与灰渣量减少，因而浆中硫含量和灰分较低。另外，水煤浆储运是全密封进行的，其燃烧火焰中心温度较燃油低100～200℃，有助于抑制NO_x生成。

水煤浆是一种成本低、见效快、技术相对简单的经物理方法加工的煤基流体燃料，具有以下优点：水煤浆为多孔隙的煤粉和水的固液混合物，具有良好的流动性、稳定性，易运输，可减少运输途中的损失，节省储煤场地，特别是可以采用液体燃料方式用泵和管道输送；水煤浆加工简单，并易储存；不存在自燃着火、粉尘飞场等问题；可以实现100%代油，且可与油一样雾化燃烧，因此，原有的锅炉只需经过简单改造即可燃用水煤浆，燃烧效率高，电厂锅炉能达到98%～99%以上，与煤粉接近；在水煤浆加工过程中，可以进行脱硫脱灰等净化处理，原煤制成水煤浆，其灰分低于8%，硫分低于1%，且燃烧时火焰中心温度比一般煤粉温度低200℃左右，因此燃烧时烟尘、SO₂、NO_x等的排放都低于燃料油和烧散煤。

2.3.3.1 水煤浆定义和分类

水煤浆是由大约70%的煤、29%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。从发展的种类和用途上可分为多种，如表2-2所示。

2.3.3.2 水煤浆生产工艺

（1）制浆技术

制浆技术是水煤浆技术的核心技术之一，完善的制浆工艺对于提高水煤浆的质量和降低水煤浆的成本起着至关重要的作用。水煤浆制备生产工序通常包括选煤、破碎、磨矿（加入添加剂）、混捏和搅拌、滤浆等多个环节，每个环节的作用是：

① 选煤。是制浆的基础，包括两个含义：一是选择合适的制浆用煤或配煤，即成浆性能好，并且具有良好燃烧特性的煤；二是原料煤进行脱灰脱硫处理，以保证制浆原料煤的质量。

普通水煤浆，是在制浆前采用一般的选煤方法，制浆原料煤的灰分一般在9%左右；精细水煤浆，一般要经过两次选煤，第一次是常规的选煤方法，把灰分降到9%左右，然后再超细粉碎，使煤中矿物质和可燃体充分解离，再用特殊的方法使煤的灰分降到1%左右；高灰水煤浆，制浆原料本身就是经过洗选的尾煤，不用洗选。

② 破碎与磨矿。是制浆工艺过程中最关键的环节。为了减少磨矿功耗，磨矿前原料煤必须先经破碎（按照多破少磨原则，破碎粒度越细越好），然后经过磨矿至水煤浆产品所需要的细度，并使其粒度分布达到较高堆积效率。其粉碎过程即先破碎后磨煤，分湿法和干法两种；磨矿回路可以是一段磨矿，也可以是由多台磨机构成的多段磨矿。磨矿的设备主要有雷蒙磨、中速磨、风扇磨、球磨、棒磨、振动磨和搅拌磨。

③ 混捏和搅拌。混捏的目的是使干磨所产生的煤粉或中浓度磨矿产品经过滤机脱水所得的滤饼与水和分散剂均匀混合，并初步形成有一定流动性的浆体，便于在下一步搅拌工序中进一步混匀，混捏的设备通常是捏混机。搅拌的作用是使煤颗粒、水与添加剂充分均匀混合，而且在搅拌过程中再使煤浆经受强力剪切，以加强添加剂与煤颗粒表面间的相互作用，改善浆体的流动性能，搅拌的设备通常是搅拌机。

④ 滤浆。其作用是除去在制浆过程中出现的粗颗粒和混入浆体的某些杂物，以保证水煤浆产品在储运和燃烧过程中不堵塞管路和喷嘴，滤浆的设备是筛网滤浆器。

在制浆工艺中，还必须配置煤量、水量、添加剂量、煤浆流量、料位、液位等在线检测与控制计量。目前，针对不同的水煤浆用户，国内制浆厂的生产工艺呈现多样化发展。我国的制浆生产工艺主要分为湿法制浆、干法制浆和间歇式制浆，其中采用湿法磨矿制浆工艺最为普遍。

（2）湿法制浆工艺

湿法磨矿制浆工艺按照磨矿浓度又可分为高浓度磨矿制浆工艺，中浓度磨矿制浆工艺，中、高浓度联合磨矿制浆工艺。此外还有浮选精煤制浆工艺及煤泥制浆工艺等。

1）高浓度磨矿制浆工艺

其工艺流程如图2-2所示，是将煤、水和分散剂一起加入磨机研磨，磨矿产品再经搅拌、稳定剂处理，即为成品水煤浆。采用这种工艺需要很好地掌握磨机的结构和运行参数。该工艺的优点是在高浓度下使磨介表面可黏附较多的煤浆，有利于在研磨中产生较多的细粒来改善粒度分布，也有利于分散剂及时与煤粒表面接触，从而提高制浆效果。缺点是对变化的煤种适应性差；对磨机的结构参数和运行参数要求严格，因为浆体浓度过高会严重影响磨矿的功效，并且磨矿产品粒度分布与调整受到一定的局限。但由于其工艺流程简单，我国大多数浆厂都采用这种工艺。

2）中浓度磨矿制浆工艺

其工艺流程如图2-3所示，是指采用50%左右的浓度磨矿。由于中浓度磨矿产品粒度分布堆积效率不高，一般都要采用两段以上的中浓度磨矿，以调整磨矿产品的粒度分布，使其达到较高的堆积效率。同时对磨矿产品还要进行过滤、脱水，脱水后的滤饼再加入分散剂进行捏混、搅拌、调浆、稳定性处理后为成品水煤浆。该工艺是通过不同阶段磨矿产品的搭配来调整磨矿产品粒度分布，还需有过滤脱水等工序，工艺流程较为复杂。

3）中、高浓度联合磨矿制浆工艺

其工艺流程如图2-4所示。是采用高浓度和中浓度两段磨矿，粗磨和细磨相结合。中、日合资兖日水煤浆厂采用的中、高浓度制浆工艺，粗磨仍然采用中浓度磨矿，细磨不是像中浓度制浆工艺从粗磨中分出一部分，而是从入料中分出一部分高浓度细磨，然后和经脱水的中浓度粗磨后的物料加分散剂混捏成浆。该工艺的特点是：可以获得较好的级配，堆积效率较高（74%），但仍需要过滤脱水环节。

该工艺的优点是：可获得堆积效率较高的磨矿产品，但由于细磨只起到改善级配的作用，对提高制浆能力作用不大，能耗相对较高。因此，大多在处理难制浆煤种或要求获得高质量水煤浆产品中才采用。

4）浮选精煤制浆工艺

该工艺是我国独创的一种湿法制浆工艺，是利用煤炭洗选过程中自然产生的细粒煤泥经浮选、过滤、调整粒度后制成水煤浆。其最大优点是省去对煤的研磨，制浆成本大大降低。

5）煤泥浆制浆工艺

该工艺是利用洗煤厂排出的浮选尾煤，调制成经济型煤泥水煤浆。由于煤泥本身粒度细，不需要磨矿也不需要加入任何添加剂，大大简化了制浆工艺。

（3）干法磨矿制浆工艺

干法磨矿制浆工艺是煤料经破碎、选分（分选粒度）后与水、添加剂经搅拌后制成煤浆母料（速溶水煤浆粉），装袋外运至炉前加水再调至成浆，如图2-5所示。

干法磨矿制浆工艺的不足之处是：对一般的干法磨机，要求入料煤的水分小于5%，洗精煤的水分都比较高，难以满足该要求；能耗比湿法磨矿制浆高，在同样的细度下，干法磨机的能耗比湿法磨机约高30%；干法磨矿的安全和环境不如湿法磨矿；粒度分布不如湿法磨矿，堆积效率较低，干法磨煤颗粒表面氧化较快，影响制浆效果。

（4）干法、湿法联合制浆工艺

其工艺流程如图2-6所示。该流程是在干法制浆工艺的基础上，分出一部分干法粉碎的物料再用湿法进一步粉碎，其特点是与干法相比，可以获得更好的粒度分布，即获得更好的级配。但该流程仍是以干法磨煤为主，干法制浆的不足之处依然存在。

虽然相对于原煤而言，水煤浆具有诸多的优点，但也存在一些缺点，需要在应用中予以重视和改进：从水煤浆的性能来看，它适合长途运输，但由于水煤浆中含30%左右的水分，水的长距离运输是一种经济浪费，因此要充分考虑浆厂与电厂之间的距离；如果存放周期过长或浆液质量有问题，水煤浆有可能会在储罐、管道中沉淀，清通比较困难，所以储罐的机械搅拌设施及严格的管理措施是必要的；尽管水煤浆的含灰量比原煤少，但也存在结渣、积灰以及磨损等问题。直到目前为止，这一问题的解决方法还在探索中。