綠色燃料——水煤漿在陶瓷工業中的應用前景

[摘要] 本文針對水煤漿優質高效的燃燒特性及工藝技術要求，分析了其對陶瓷產品質量及操作環境的影響。.水煤漿是一種具有流動性好、燃燒效率高、污染低，符合環保要求的清潔代油的高技術液體燃料，是替代重油、煤氣、煤粉、焦碳的新型“綠色”燃料。

[關鍵詞] 水煤漿 工藝制備 陶瓷 應用

陶瓷業屬于高能耗行業，其燃料費用占整個生產成本的20％～30%。陶瓷生產中，很多企業在噴霧制粉工藝中，多以柴油、重油等作為燃燒爐的燃料。盡管燃油技術成熟、調節方便、設備易操作，但燃油成本高，利用空間小。而且石油資源非常有限。這就迫切需要尋找新的能源。我國是世界上煤炭儲量豐富的國家，已探明的儲存預計可使用500年～700年。有些企業采用燃煤技術，但因污染嚴重，不符合環保要求、加之操作復雜，穩定性差，而被停止使用。水煤漿技術有投資少、占地面積小、成本低、污染小等優點，為陶瓷企業的再發展增添了無盡的動力。目前水煤漿技術已在廣東、山東、河南、內蒙一些陶瓷企業得到重視并逐步推廣使用。下面就水煤漿在陶瓷業的應用前景作以簡要的介紹。

一、水煤漿的特性及應用前景

水煤漿是國家“六五”到“十五”期間以“煤代油”的重要科技攻關項目。它是由60%～70%煤粉、30%～40%的水和1%的添加劑通過一定的工藝流程加工而成。它是固、液兩相流體燃料、常溫下不氧化、不自然、無粉塵、無操作危險。它具有良好的流動性、煙氣排放可達到國家一類地區的環保要求。制備水煤漿的原煤經過洗選后，可使灰、硫成分大為降低，如再加石灰石進行脫硫處理，又比在相同條件下原煤脫硫率提高20%。另外水煤漿中大量水分的存在會降低爐內溫度，可使爐內呈一定的還原性氣氛，使NOx排放量大為降低，并抑制水煤漿自燃。就熱值而言，一般2～2.5t左右水煤漿相當于1t燃料油，而其成本僅為燃料油的二分之一～三分之一。因此，水煤漿作為代油燃料是具有顯著的經濟效益和發展前景，是21世紀陶瓷業經濟、環保、高效、節能的重要燃料。

在陶瓷行業應用水煤漿是近1年～2年的時間，主要應用于制備陶瓷粉料的噴霧制粉技術上。尤其在生產陶瓷內、外墻磚的粉料中使用水煤漿，有顯著效果。因為噴霧干燥塔是建陶企業的主要工藝設備之一，該環節的能耗占生產線總能耗的比例很大，采用水煤漿與燃油相比其成本可降低28%左右，因此推廣意義十分重大。

二、水煤漿的制備

1.原料要求

(1)對煤質要求：應選用熱量在（2.710～2.927）×107J/kg，雜質在10%以下，揮發分在30%以上，灰和硫成分較低的精洗煤。

(2)對添加劑的要求；選用苯磺酸鈉、木質素、纖維素等制成的化工添加劑起解凝作用，因為水煤漿靜止24hr 后有少許沉淀。

(3)對水質的要求：宜選用中性水，硬度不可太大。

2.制備方式與工藝流程

表水煤漿性能

(1)制備方式：目前水煤漿的制備比較成熟的方法是間歇式制備方法（球磨機法）。其制漿工藝與陶瓷行業的制漿工藝相似，投資較少。將煤、水、添加劑以60%、40%、1%的比例加入球蘑機中研磨，研磨6～8hr，達到性能要求指標后出磨。水煤漿的性能指標要求見表1

(2)水煤漿的工藝流程及工藝布置。水煤漿的工藝流程如下：

精洗煤 + 添加劑→磅秤→球磨機→漿池→隔膜泵→震動篩→伺服罐→柱塞泵→熱風爐

水煤漿的工藝布置如下圖所示。

三、水煤漿的燃燒機理和技術

1.水煤漿（旋風式）燃燒爐簡介

水煤漿旋風式燃燒爐是水煤漿的燃燒設備，有32型、50型二種。32型主要為3200型噴霧干燥塔配備；50型主要為4000型上噴霧干燥塔配備。旋風式燃燒爐的結構由煙道、配風機、除塵器、燃燒室、除渣器五個部分組成，各組成部分的作用是：

煙道：是水煤漿（旋風式）燃燒爐最上面的一部分，另一端與噴霧干燥塔的分風器相連。配風后的熱氣（600～700℃）經此進入噴霧干燥塔。

配風器:通過調節閘板的開度大小控制配入冷風的流量，及進風速度，并調節噴霧干燥塔內及爐膛內的壓力。

除塵室:水煤漿燃燒爐內有射流風管，形成旋轉氣流，將煤燃燒所產生的粉塵、微細爐渣進行收集，以免污染粉料，其除塵效率可高達98%以上。

燃燒室:水煤漿的主要燃燒空間。

除渣器:位于燃燒爐最下部，是內腔充水的冷卻部分，也是定期清理廢渣的入孔。下部有一水斗，加水起密封作用，防止冷氣進入，以保證爐溫恒定，減少熱損失。

水煤炭工藝布置圖

2.水煤漿的燃燒機理和技術

由于加入了30%～40%的水，水煤漿的著火和燃燒特性與常規煤的著火發生了一些變化。它在鍋爐中的燃燒組織與油的燃燒組織相近。水煤漿是經過噴嘴、以蒸汽或壓縮空氣為霧化介質，霧化形成煤漿霧炬，同時液霧的周圍提供煤漿燃燒所需的空氣。煤漿液滴進入爐膛后被加熱，并與空氣混合，首先水分蒸發，然后揮發分揮發并著火，進而引起液滴中的焦炭顆粒著火燃燒，直到燃盡。

水分對水煤漿的燃燒過程有顯著的影響，由于水分的加熱蒸發需要一定的時間，煤漿霧滴中揮發分要待大部分水分蒸發后才能開始析出，因此延遲了水煤漿的著火。這一點是水分對水煤漿燃燒的不利影響。這也是與常規煤粉著火燃燒的一個顯著區別。但只要提高霧化質量，合理安排配風等措施，水煤漿可以表現出非常好的著火及燃燒特性。

水煤漿的火焰較為穩定、清晰、明亮，具有很好的強度。制備好的水煤漿在鍋爐的燃燒系統應經下列7個主要過程：水煤漿爐前攪拌系統（在攪拌罐中），以防止沉淀；水煤漿爐前過濾系統，以濾去雜質；供漿系統如供漿泵、供漿管路等，實現連續調節漿量的供給；爐前水煤漿霧化噴咀系統，以壓縮空氣或蒸汽為介質進行霧化；水煤漿燃燒系統；因水煤漿中含有30~40%的水分，燃燒器的設計將直接影響水煤漿的著火和燃燒率，霧化后的水煤漿噴入爐內完成著火燃燒，除水煤漿噴嘴、燃燒器需進行特殊設計外，爐膛及受熱面的設計要滿足水煤漿著火、燃燒的要求；其它系統，燃燒后的灰渣要經過除灰系統、排渣系統等。

水煤漿添加劑是水煤漿技術成功與否的關鍵，是制備高濃度、高穩定性水煤漿的必備條件，它對不同煤種應具有適應強、用量少、分散性好的特點。JZB—M系列水煤漿添加劑產品，能使一定分布的煤粉均勻分布在水中，形成高度分散的煤水混合物。它使水煤漿具有石油一樣的流動性和穩定性，通過泵送、霧化后可以穩定的燃燒，可以管道輸送、遠洋運輸，并長時間儲存。JZB—M系列添加劑是經化學合成的高分子有機物，屬陰離子表面活性劑，與水、煤具有良好的親和力和分散作用，還具有良好的可磨性和成漿性。

四、陶瓷業中使用水煤漿的質量評價

1.成本分析

熱值對比：重油:4.2×107J/kg；

水煤漿:1.7×107J/kg，

2～2.5t 水煤漿熱值等于1t重油；

價格對比：重油:1650元～1800元/t

水煤漿:310元～340元/t；

噸粉消耗價格比: 32～34/t(噸粉燃油)×1.65元/t=57.5元

80～85/t (噸粉燃水煤漿)×0.31元/t=27元

1天300t產量費用: 重油:300×57.5=17250元

水煤漿:300×27=8100元

1年節約費用： （17250-8100）×30×12=330萬元；

2.對環境污染方面的評價

建筑陶瓷企業使用水煤漿，具有環保和清潔性。在燃燒過程中水煤漿可將廢氣中的硫控制在1%以下，而燃燒重油時其含硫量卻達到4%。由于水煤漿的燃燒溫度比油低，氮氧化物排放量少，其小于1%的含硫量也減少了空氣中二氧化硫的排放，這可以減少酸雨的形成。由于水煤漿的燃燒效率非常高，廢氣中幾乎沒有黑煙，林格曼黑度小于1。鑒于水煤漿燃燒方式的特點，大部分的爐渣被隔離，其粉塵排放量低。水煤漿制作時是加水球磨，沒有粉塵產生，燃燒渣也被撈出，沒有廢水排放，只有少量搞衛生時產生的污水，不會污染江河水質。

目前，水煤漿代油燃燒技術在陶瓷行業上的應用只限于噴霧干燥粉料，由于諸多技術上的限制，現在還沒有用于陶瓷窯爐燒成中，總有一天這些限制條件被解決后，水煤漿將可完全替代油、氣用于陶瓷生產，在節能和“綠色燃燒”上跨入一個新時代。

參考文獻:

[1]孫晉濤等:硅酸鹽工業熱工過程及設備[M].武漢:中國建筑工業出版社，1987

[2]賈玉寶:水煤漿技術在陶瓷工業中的應用[J].陶瓷 2003，（3）：39～41

[3]劉振群:陶瓷工業熱工設備[M].武漢: 武漢工業大學出版社，1989

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。