水煤浆技术在蜡化应用的可行性分析

210水煤浆技术在蜡化应用的可行性分析季朝辉郭宗彬孙大任[内容摘要]水煤浆是一种以煤代油的环保型流体燃料，是国家重点支持生产的产业、产品。沈阳石蜡化工有限公司将一台75T/H的循环流化床锅炉改为水煤浆锅炉，2.2T/H水煤浆可替代1T/H重油，预计每年可节约1653万元。[主题词]水煤浆技术水煤浆制备系统水煤浆锅炉燃烧系统水煤浆是二十世纪七十年代石油危机中发展起来的一种新型低污染代油燃料，它是由65-70%不同粒度分布的煤、30-35%的水及约1%的添加剂制成的混合物，它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有石油一样的流动性和稳定性，可以象油一样易于管道输送和高效燃烧，被称为液态煤炭产品。因此发展和推广应用水煤浆技术，符合国家“以煤代油、压缩烧油”的能源政策，也是保证我国能源安全和可持续发展的战略选择。“七五”以来，煤炭、电力、冶金、石化等行业工业应用水煤浆技术取得了可喜的成果，尤其在以水煤浆代油、改善环保等方面，显示出越来越强的生命力和经济效益。国家经贸委提出“十五”期间工业节油和替代石油能力16.0Mt目标，其中相当大一部分都可以用水煤浆替代。目前，国内已建成山东枣庄八一（250kt/a）、山东白杨河（600kt/a）、河北东庞(250kt/a)、北京京西（250kt/a）、山西大同（1000kt/a）、广东茂名（500kt/a）等水煤浆厂，总设计能力约3000kt/a。新建和改造了电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉等应用水煤浆工程，如山东白杨河发电厂3台230t/h原烧油锅炉改烧水煤浆工程、新建北京燕山石化三电站220t/h锅炉燃用水煤浆示范工程、广东茂名热电厂2台220t/h原烧油锅炉改烧水煤浆工程、广东汕头万丰热电厂220t/h燃油锅炉改烧水煤浆工程等，水煤浆技术已进入到大型化、系统化和规模化的工业推广应用阶段。为了满足企业生产和远期发展的要求，合理利用我公司内现有设施，尽可能降低蒸汽和发电成本，取得较高效益，实施以1#锅炉技术改造为主的水煤浆工程。211一、项目建设条件1.企业基本情况沈阳石蜡化工有限公司是辽宁省沈阳市化工局管辖的大型化工企业，工厂建设规模按照加工原油700kt/a，生产石蜡和蜡系列化工产品规划建设。现已投产运行的包括常压蒸馏、重油催化裂解、液体石蜡5套装置以及相应辅助生产工程和系统工程。后期工程包括54#～62#固蜡、丙烯酸及酯类、PVC等。沈阳石蜡化工有限公司下设热电分厂，负责为公司各装置需用蒸汽提供汽源兼发电，现有3台75t/h锅炉，其中2#、3#锅炉正常燃油运行，1#锅炉（按流化床燃煤设计）本体安装后由于历史、生产规模等原因一直闲置，如再不投用行将报废。另外，热电分厂现有配置的2#背压汽轮机也由于1#锅炉未投运而闲置没有安装。21#（75t/h）锅炉基本情况沈阳石蜡化工有限公司热电分厂现装设的1#炉为四川锅炉厂生产的流化床燃煤锅炉，其基本情况如下：额定蒸发量：75t/h过热蒸汽压力：5.3MPa过热蒸汽温度：450℃给水温度：150℃热风温度：124℃锅炉设计效率：88.2%2．制浆原料煤供应辽宁省煤炭资源较丰富，有焦、气、肥、弱粘结、长焰等8个煤种、可采储量2275.5Mt。有抚顺、阜新、北票、铁法、南票、沈阳、本溪七个矿务局，36个大型矿井，22个大型选煤厂。其中矿井39.44Mt/a，核定能力38.5Mt/a。选煤厂设计入洗能力29.6Mt/a，可生产低灰、低硫、高挥发分、高灰熔点、高发热量的优质动力煤。根据沈阳附近如抚顺胜利煤的制浆工业生产结果，对抚顺虎台等有关煤种技术指标进行初步成浆性分析可以认为，在沈阳附近可以优选到长期供煤可靠、运输便捷的制浆原料煤基地，煤炭采用铁路运输到厂。本公司已与抚顺矿业集团有限公司老虎台煤业分公司选煤厂签订协议，将该厂作为我公司提供制浆原料的煤基地。二、项目建设的必要性我国是一个以煤为主的能源生产与消费大国，与之相比，石油资源比较匮乏。212人均石油资源量和人均产油量仅为世界平均水平的18%和21%。目前，我国已探明和剩余的石油可采储量为24亿吨，按照目前开采速度只能采十几年，1999年，全国燃料油生产量为19.59Mt，而同期消费量为39.34Mt，缺口近一半，主要依靠进口解决。2000年我国石油净进口量达70Mt，支付外汇143亿美元。预计到2020年，我国对国际石油市场的依存度将达到50%左右，形势是十分严峻的。大量进口燃料油不仅要消耗大量外汇，使国家经济受国际油价的影响和冲击，从国家能源安全的角度也是十分严重的。我国的天然气前景虽然较好，近年来发现不少气田，但在相当一段时间内不可能大幅度改变我国能源结构。规划中的西气东输计划（管线达4200km，投资1000多亿元）完成后，也只是年输气120亿m3,仅占目前国家整个能源结构的1.2%。而1998年我国一次能源结构中，煤炭占71.6%，石油占19.8%，天然气占2.1%，水电及核能占6.5%。况且，天然气也是石化行业的优质原料。因此，重油、渣油包括天然气作为燃料烧掉，显然都是对资源的极大浪费。国家经贸委提出“十五”期间工业节油和替代石油能力16.0Mt目标，为此颁发国经贸资源[2001]1019号文件“关于印发《节约和替代燃料油“十五”规划》的通知”。文中节约和替代燃料油的替代技术第一项就是水煤浆技术。六五以来，国家计委、科委和国务院以煤代油专用资金办公室对水煤浆技术发展一直十分重视，投入了大量的科研和工程资金，用于该项技术的科研开发和工业推广应用，取得了可喜的成果,也同时得到了我国领导人的关注和多次参观视察，并给予重要指示。江泽民总书记在1996年1月19日视察水煤浆工作时指出：从战略上看，中国煤炭资源丰富，要充分发挥煤的作用，中国的燃料在相当长的时期内要依靠煤，要把水煤浆技术作为一个战略问题来考虑，这是一件重要的工作。近年来，国家计委、经贸委、科委、北京市等有关省市主管部门也就水煤浆项目多次听汇报和现场实地考察，体现了国家领导和有关部门对该项技术的重视和大力支持。1997年10月,国家主席江泽民在第十五届世界石油大会上根据我国的石油工业状况指出：“石油天然气是不可再生的能源，是人类极为宝贵的财富。我们要科学开采和合理利用石油、天然气，实行油气并重、开发与节约并重的方针，确保石油工业更好地为经济建设服务，造福于人民”。目前运行的2#、3#均为烧油锅炉，随着市场油价的波动变化，核算不仅发电成本高，而且不符合我国有关的能源政策。为了满足企业生产和远期发展的要求，符合国家有关能源政策和市场变化趋势，合理利用厂内现有设施，尽可能降低蒸汽和发电成本，取得较高效益，对现有设备进行技术改造，使之发挥作用是最佳选择。213水煤浆在输送、燃烧特性方面均与燃料油有非常相似之处，尤其对于原设计燃油电厂来说，利用现有油系统及其设备进行贮存、输送水煤浆十分方便，同时由于水煤浆燃烧特性接近于油燃料，对熟悉燃油锅炉运行的司炉而言，也容易接受和操作。由以上分析可知，热电分厂技术改造是必要的，同时也是企业自身节能降耗、降低发电成本的需要，是延长企业生命力的需要。另外，该工程的建设对推动小容量电站燃油锅炉改烧水煤浆有积极的示范作用。三、水煤浆工程的可行性分析1.技术可行性水煤浆是伴随着70年代国际石油危机的发生而发展起来的新技术，是发展洁净煤技术的一项重要内容。水煤浆由约63～68%的煤，31～36%的水和约1%的化学添加剂，经过一定的加工工艺流程制成。产品外观象油，流动性好，储存稳定，运输方便，能够泵送和雾化燃用，燃烧效率高，污染物排放量少，可广泛用于工业锅炉、电站锅炉和工业窑炉等代油或代煤、代气燃用。水煤浆技术包括水煤浆制备、贮存、运输、燃烧等关键技术，水煤浆制备为其首要和重要一项。根据煤炭性质和用户需要，国内已开发出不同品种水煤浆产品，包括供电站大型锅炉、工业中小型锅炉燃用的高浓度精煤水煤浆；供小型采暖锅炉、工业窑炉燃用的经济型水煤浆；供化工制料的气化水煤浆和解决有关环保排放的环保型水煤浆。尤其在制备高浓度精煤水煤浆产品方面已在国内建成多座规模不同的水煤浆生产厂，已运行的单条线制浆能力达到250kt/a（国外为500kt/a）。工业设计、生产技术成熟，设备完全国产化。水煤浆燃烧技术正在稳步向大型化、多型化、系统化发展。国外规模最大的代表性工程为俄罗斯别洛沃在1983～1989年建成了世界规模最大的水煤浆制备—管输—发电工程，水煤浆厂生产能力5Mt/a，管输距离260km，管径530mm，供新西伯利亚电站6×200MW机组670t/h锅炉燃用。国内已实现在电站单台规模220t/h锅炉上新建或改造后成功燃用水煤浆范例。新建或改造后锅炉，全燃水煤浆运行平稳、操作调节方便、燃烧效率均在99%以上，锅炉热效率均在90%以上。改造的锅炉还可根据用户要求，保留原烧油或烧气系统。沈阳石蜡化工有限公司1#（75t/h）锅炉改烧水煤浆工程在技术上和工程实施上是可行的。可行性的确认主要依据以下几点：（1）沈阳附近煤炭资源丰富，制浆品质较好，可供选择。供应渠道通畅。（2）国内已有多座水煤浆生产厂、改造或新建的燃用水煤浆锅炉，经过了连续运行考验，并积累了大量的设计运行经验可供借鉴。214（3）燃用水煤浆的锅炉与烧煤粉锅炉相似，锅炉改造亦无较大难度。（4）改造锅炉可设、留燃油或燃气系统，解除用户后顾之忧。（5）燃用水煤浆炉前系统简单，运行可靠，操作方便。（6）水煤浆粒度细，燃烧充分，锅炉热效率和燃烧效率高。（7）炉后加装电除尘器，灰渣量少，污水回用不排放，环保完全达标。2.经济合理性水煤浆技术应用产生的经济效益和社会效益主要体现在以下四个方面：（1）代油、代气直接效益代替重油、渣油和气源在锅炉中燃用。节约燃料成本，直接经济效益十分可观。一般情况下，2t～2.2t水煤浆代替1t重油或渣油，节省直接燃料费在1/2以上。替代下来的重油、气可进行石化深加工，1t重油可以带来500元以上的二次效益。合理利用了石油和气资源，带来了显著的社会效益。（2）环境效益水煤浆为洗选后的精煤制成，其燃烧温度比烧油和烧煤粉低约100℃～200℃，可大大减少NOx的生成和污染物的排放。完全满足国家和地方环保要求。利用矿区煤泥制备经济型水煤浆，供矿区或周围城镇锅炉燃用，合理利用了能源，改善了环境，增加了经济效益和社会效益。（3）节能作用水煤浆燃烧效率高（一般95%～98%以上），水煤浆燃烧系统（密闭储存、运输）损耗低，燃烧控制方便，节能效果显著。（4）提供新的能源运输方式水煤浆产品可用管道运输至用户，节省部分基建投资、占地少、污染小、供应可靠性高、运营费用低。国内实施水煤浆工程的电厂用户已体会到燃油锅炉改烧水煤浆具有的明显经济优势，即充分利用原有设施资产、改造投资省、建设时间短、经济效益和环保效益显著等。目前，改造1台220t/h燃油锅炉，投资2500～3000万元，建设期约1年即可投运，与烧油相比，年节省直接经济效益在5000万元以上。尤其是当燃烧用户选择自己制浆燃用（如山东白杨河电厂、茂名热电厂），而不是外购浆时，减少了一个利润收取和运输环节，其经济效益更加显著。四、1#炉水煤浆工程的改造原则1、改造原则215贯彻国家基本建设方针政策，遵守国家对基本建设项目的程序要求。在设计中坚持技术先进、适用、安全、美观的指导思想，满足委托方要求，保证工程设计质量，降低工程造价,尽量缩短建设工期，提高投资效益。2、改造范围本工程的改造范围包括：外购原料煤的铁路卸车、储存、准备、制浆、贮存及泵送管输；炉前供浆系统；锅炉本体改造；除尘、除灰渣系统；供配电、控制、土建、给排水、环境保护等配套工程。3、水煤浆制备系统水煤浆制备系统为一条年产100kt水煤浆生产线，与热电分厂1#炉改烧水煤浆系统配套，生产公司化工所需蒸汽和电力负荷。本制浆系统包括外购原料煤的铁路卸车、储存、准备、制浆、泵送以及成品浆的短期贮存。本工程年需洗精煤74kt，制备水煤浆102kt。年需制浆用添加剂（干基）348t，其中分散剂334.8t，稳定剂13.2t。系统设在沈阳石蜡化工有限公司热电分厂自有铁路专用线东北侧空场内。