绿色燃料——水煤浆在陶瓷工业中的应用前景

[摘要] 本文针对水煤浆优质高效的燃烧特性及工艺技术要求，分析了其对陶瓷产品质量及操作环境的影响。.水煤浆是一种具有流动性好、燃烧效率高、污染低，符合环保要求的清洁代油的高技术液体燃料，是替代重油、煤气、煤粉、焦碳的新型“绿色”燃料。

[关键词] 水煤浆 工艺制备 陶瓷 应用

陶瓷业属于高能耗行业，其燃料费用占整个生产成本的20％～30%。陶瓷生产中，很多企业在喷雾制粉工艺中，多以柴油、重油等作为燃烧炉的燃料。尽管燃油技术成熟、调节方便、设备易操作，但燃油成本高，利用空间小。而且石油资源非常有限。这就迫切需要寻找新的能源。我国是世界上煤炭储量丰富的国家，已探明的储存预计可使用500年～700年。有些企业采用燃煤技术，但因污染严重，不符合环保要求、加之操作复杂，稳定性差，而被停止使用。水煤浆技术有投资少、占地面积小、成本低、污染小等优点，为陶瓷企业的再发展增添了无尽的动力。目前水煤浆技术已在广东、山东、河南、内蒙一些陶瓷企业得到重视并逐步推广使用。下面就水煤浆在陶瓷业的应用前景作以简要的介绍。

一、水煤浆的特性及应用前景

水煤浆是国家“六五”到“十五”期间以“煤代油”的重要科技攻关项目。它是由60%～70%煤粉、30%～40%的水和1%的添加剂通过一定的工艺流程加工而成。它是固、液两相流体燃料、常温下不氧化、不自然、无粉尘、无操作危险。它具有良好的流动性、烟气排放可达到国家一类地区的环保要求。制备水煤浆的原煤经过洗选后，可使灰、硫成分大为降低，如再加石灰石进行脱硫处理，又比在相同条件下原煤脱硫率提高20%。另外水煤浆中大量水分的存在会降低炉内温度，可使炉内呈一定的还原性气氛，使NOx排放量大为降低，并抑制水煤浆自燃。就热值而言，一般2～2.5t左右水煤浆相当于1t燃料油，而其成本仅为燃料油的二分之一～三分之一。因此，水煤浆作为代油燃料是具有显著的经济效益和发展前景，是21世纪陶瓷业经济、环保、高效、节能的重要燃料。

在陶瓷行业应用水煤浆是近1年～2年的时间，主要应用于制备陶瓷粉料的喷雾制粉技术上。尤其在生产陶瓷内、外墙砖的粉料中使用水煤浆，有显著效果。因为喷雾干燥塔是建陶企业的主要工艺设备之一，该环节的能耗占生产线总能耗的比例很大，采用水煤浆与燃油相比其成本可降低28%左右，因此推广意义十分重大。

二、水煤浆的制备

1.原料要求

(1)对煤质要求：应选用热量在（2.710～2.927）×107J/kg，杂质在10%以下，挥发分在30%以上,灰和硫成分较低的精洗煤。

(2)对添加剂的要求；选用苯磺酸钠、木质素、纤维素等制成的化工添加剂起解凝作用，因为水煤浆静止24hr 后有少许沉淀。

(3)对水质的要求：宜选用中性水，硬度不可太大。

2.制备方式与工艺流程

表水煤浆性能

(1)制备方式：目前水煤浆的制备比较成熟的方法是间歇式制备方法（球磨机法）。其制浆工艺与陶瓷行业的制浆工艺相似，投资较少。将煤、水、添加剂以60%、40%、1%的比例加入球蘑机中研磨，研磨6～8hr，达到性能要求指标后出磨。水煤浆的性能指标要求见表1

(2)水煤浆的工艺流程及工艺布置。水煤浆的工艺流程如下：

精洗煤 + 添加剂→磅秤→球磨机→浆池→隔膜泵→震动筛→伺服罐→柱塞泵→热风炉

水煤浆的工艺布置如下图所示。

三、水煤浆的燃烧机理和技术

1.水煤浆（旋风式）燃烧炉简介

水煤浆旋风式燃烧炉是水煤浆的燃烧设备，有32型、50型二种。32型主要为3200型喷雾干燥塔配备；50型主要为4000型上喷雾干燥塔配备。旋风式燃烧炉的结构由烟道、配风机、除尘器、燃烧室、除渣器五个部分组成，各组成部分的作用是：

烟道：是水煤浆（旋风式）燃烧炉最上面的一部分，另一端与喷雾干燥塔的分风器相连。配风后的热气（600～700℃）经此进入喷雾干燥塔。

配风器:通过调节闸板的开度大小控制配入冷风的流量，及进风速度，并调节喷雾干燥塔内及炉膛内的压力。

除尘室:水煤浆燃烧炉内有射流风管，形成旋转气流，将煤燃烧所产生的粉尘、微细炉渣进行收集，以免污染粉料，其除尘效率可高达98%以上。

燃烧室:水煤浆的主要燃烧空间。

除渣器:位于燃烧炉最下部，是内腔充水的冷却部分，也是定期清理废渣的入孔。下部有一水斗，加水起密封作用，防止冷气进入，以保证炉温恒定，减少热损失。

水煤炭工艺布置图

2.水煤浆的燃烧机理和技术

由于加入了30%～40%的水，水煤浆的着火和燃烧特性与常规煤的着火发生了一些变化。它在锅炉中的燃烧组织与油的燃烧组织相近。水煤浆是经过喷嘴、以蒸汽或压缩空气为雾化介质，雾化形成煤浆雾炬，同时液雾的周围提供煤浆燃烧所需的空气。煤浆液滴进入炉膛后被加热，并与空气混合，首先水分蒸发，然后挥发分挥发并着火，进而引起液滴中的焦炭颗粒着火燃烧，直到燃尽。

水分对水煤浆的燃烧过程有显著的影响，由于水分的加热蒸发需要一定的时间，煤浆雾滴中挥发分要待大部分水分蒸发后才能开始析出，因此延迟了水煤浆的着火。这一点是水分对水煤浆燃烧的不利影响。这也是与常规煤粉着火燃烧的一个显著区别。但只要提高雾化质量，合理安排配风等措施，水煤浆可以表现出非常好的着火及燃烧特性。

水煤浆的火焰较为稳定、清晰、明亮，具有很好的强度。制备好的水煤浆在锅炉的燃烧系统应经下列7个主要过程：水煤浆炉前搅拌系统（在搅拌罐中），以防止沉淀；水煤浆炉前过滤系统，以滤去杂质；供浆系统如供浆泵、供浆管路等，实现连续调节浆量的供给；炉前水煤浆雾化喷咀系统，以压缩空气或蒸汽为介质进行雾化；水煤浆燃烧系统；因水煤浆中含有30~40%的水分，燃烧器的设计将直接影响水煤浆的着火和燃烧率，雾化后的水煤浆喷入炉内完成着火燃烧，除水煤浆喷嘴、燃烧器需进行特殊设计外，炉膛及受热面的设计要满足水煤浆着火、燃烧的要求；其它系统，燃烧后的灰渣要经过除灰系统、排渣系统等。

水煤浆添加剂是水煤浆技术成功与否的关键，是制备高浓度、高稳定性水煤浆的必备条件，它对不同煤种应具有适应强、用量少、分散性好的特点。JZB—M系列水煤浆添加剂产品，能使一定分布的煤粉均匀分布在水中，形成高度分散的煤水混合物。它使水煤浆具有石油一样的流动性和稳定性，通过泵送、雾化后可以稳定的燃烧，可以管道输送、远洋运输，并长时间储存。JZB—M系列添加剂是经化学合成的高分子有机物，属阴离子表面活性剂，与水、煤具有良好的亲和力和分散作用，还具有良好的可磨性和成浆性。

四、陶瓷业中使用水煤浆的质量评价

1.成本分析

热值对比：重油:4.2×107J/kg；

水煤浆:1.7×107J/kg，

2～2.5t 水煤浆热值等于1t重油；

价格对比：重油:1650元～1800元/t

水煤浆:310元～340元/t；

吨粉消耗价格比: 32～34/t(吨粉燃油)×1.65元/t=57.5元

80～85/t (吨粉燃水煤浆)×0.31元/t=27元

1天300t产量费用: 重油:300×57.5=17250元

水煤浆:300×27=8100元

1年节约费用： （17250-8100）×30×12=330万元；

2.对环境污染方面的评价

建筑陶瓷企业使用水煤浆，具有环保和清洁性。在燃烧过程中水煤浆可将废气中的硫控制在1%以下，而燃烧重油时其含硫量却达到4%。由于水煤浆的燃烧温度比油低，氮氧化物排放量少，其小于1%的含硫量也减少了空气中二氧化硫的排放，这可以减少酸雨的形成。由于水煤浆的燃烧效率非常高，废气中几乎没有黑烟，林格曼黑度小于1。鉴于水煤浆燃烧方式的特点，大部分的炉渣被隔离，其粉尘排放量低。水煤浆制作时是加水球磨，没有粉尘产生，燃烧渣也被捞出，没有废水排放，只有少量搞卫生时产生的污水，不会污染江河水质。

目前，水煤浆代油燃烧技术在陶瓷行业上的应用只限于喷雾干燥粉料，由于诸多技术上的限制，现在还没有用于陶瓷窑炉烧成中，总有一天这些限制条件被解决后，水煤浆将可完全替代油、气用于陶瓷生产，在节能和“绿色燃烧”上跨入一个新时代。

参考文献:

[1]孙晋涛等:硅酸盐工业热工过程及设备[M].武汉:中国建筑工业出版社,1987

[2]贾玉宝:水煤浆技术在陶瓷工业中的应用[J].陶瓷 2003,（3）：39～41

[3]刘振群:陶瓷工业热工设备[M].武汉: 武汉工业大学出版社,1989

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

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