水煤漿是八十年代初出現(xiàn)的一種新型煤基流體燃料，國(guó)際上稱為CWM（Coal Water Mixture）或CWF（Coal Water Fuel），它含煤約70%，化學(xué)添加劑約1%，其余為水。其中的水并不能提供熱量，在燃燒過(guò)程中還會(huì)因蒸發(fā)造成熱損失，不過(guò)這種損失并不大。以含煤 70%的水煤漿為例，1公斤水煤漿中含水0.3公斤，水的氣化潛熱不到600大卡/公斤，故燃燒1公斤水煤漿因其中水造成的熱損失不到180大卡，約占水煤漿熱值的4%?？墒撬鼌s使煤炭從傳統(tǒng)的固體燃料轉(zhuǎn)化為一種流體燃料，從而帶來(lái)很多優(yōu)點(diǎn)。水煤漿像油一樣，可以泵送、霧化、貯存與穩(wěn)定著火燃燒。兩噸水煤漿可代一噸油。由于水煤漿與燃油在相同熱值下相比，其價(jià)格僅為重油的1/2左右，以水煤漿代油具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，因此是目前企業(yè)通過(guò)技術(shù)改造解困的有效途徑之一。燃用水煤漿與直接燒煤相比，具有燃燒效率高、負(fù)荷易調(diào)控、節(jié)能和環(huán)境效益好等顯著優(yōu)點(diǎn)。水煤漿經(jīng)長(zhǎng)距離管道輸送到終端后可直接燃用，儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程全封閉，既減少損失又不污染環(huán)境，是解決我國(guó)煤炭運(yùn)力不足的重要運(yùn)輸方式之一。

石油是重要的戰(zhàn)略物資，我國(guó)每年燒油量仍在三千萬(wàn)噸以上，占石油產(chǎn)量的五分之一。我國(guó)煤多油少、并致力于控制燃煤污染，所以水煤漿技術(shù)在我國(guó)受到政府的特別重視，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人多次親臨考察。

一、水煤漿的質(zhì)量特征與制漿技術(shù)簡(jiǎn)介

水煤漿和一般的煤泥水不同，因?yàn)樗且环N燃料，所以必須具備某些便于燃燒、使用的性質(zhì)，主要有：

1．為利于燃燒，水煤漿的含煤濃度要高。通常要求在62%-70% 左右；

2．為便于泵送和霧化，粘度要低。通常要求在100（1/秒）剪切率及常溫下，表觀黏度不高于1000-1200毫帕秒；

3．為防止在貯運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生沉淀，應(yīng)有良好的穩(wěn)定性。一般要求能靜置存放一個(gè)月不產(chǎn)生不可恢復(fù)的硬沉淀；

4．為提高煤炭的燃燒效率，其中煤粒應(yīng)達(dá)到一定的細(xì)度。一般要求粒度上限為300微米，其中小于200網(wǎng)目（74微米）的含量不少于75%。使水煤漿能滿足其中單項(xiàng)性能并不難，但要同時(shí)滿足各項(xiàng)要求就會(huì)遇到許多困難，因?yàn)橛行┬阅荛g是相互制約的。例如，要使水煤漿中含煤濃度高，就不能多用水；水少了，又會(huì)引起粘度高，流動(dòng)性差；要流動(dòng)性好，粘度就應(yīng)低，但粘度低又會(huì)使穩(wěn)定性變差。所以它的制備技術(shù)難度大，涉及煤化學(xué)、顆粒學(xué)、膠體與有機(jī)化學(xué)及流變學(xué)等多學(xué)科技術(shù)。

高濃度水煤漿的制備技術(shù)，在八十年代初期只有瑞典和美國(guó)掌握，并嚴(yán)加保密。引進(jìn)技術(shù)代價(jià)太高，1982年我國(guó)開始自主研制。要做出符合上述性能要求的高濃度水煤漿，單用細(xì)煤粉與水簡(jiǎn)單混合起來(lái)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，還必須采取一些特殊的技術(shù)措施，主要有：

1．要使煤與水能混為一體，至少必須使煤粒能全部為水所浸沒(méi)。通常情況下，煤粉中顆粒間往往存有較多的空隙，水首先要將這些空隙充滿才可浸沒(méi)全部煤粒，所以耗水量大，難以做成高濃度水煤漿。為了提高制漿濃度，必需使煤的粒度分布具有較高的堆積效率，即顆粒間空隙要少。使空隙最少的技術(shù)稱“級(jí)配”，是制漿的關(guān)鍵技術(shù)之一。其中涉及兩項(xiàng)技術(shù)，首先是要能判定什么樣的粒度分布才具有較高的堆積效率；更重要的是如何根據(jù)給定的煤炭性質(zhì)與粒度組成，制定合理的制漿工藝、選擇磨碎設(shè)備的類型、設(shè)計(jì)磨機(jī)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行參數(shù)，使產(chǎn)品能達(dá)到具有較高堆積效率的粒度分布。

2．煤炭的主體是有機(jī)質(zhì)，它是結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的大分子碳?xì)浠衔?。這些有機(jī)質(zhì)的表面具有強(qiáng)烈的疏水性，不易為水所潤(rùn)濕。細(xì)煤粉又具有極大的比表面積，在水中很容易自發(fā)地彼此聚結(jié)，這就使煤粒與水不能密切結(jié)合成為一種漿體，在較高濃度時(shí)只會(huì)形成一種濕的泥團(tuán)。所以制漿中必需加入少量的化學(xué)添加劑，即分散劑，以改變煤粒的表面性質(zhì)，使煤粒表面緊緊地為添加劑分子和水化膜包圍，讓煤粒均勻地分散在水中，防止煤粒聚結(jié)，并提高水煤漿的流動(dòng)性。由于各地煤炭的性質(zhì)千差萬(wàn)別，適用的添加劑會(huì)因煤而異，不是一成不變的。

3．煤漿畢競(jìng)是一種固、液兩相粗分散體系，煤粒又很容易自發(fā)地彼此聚結(jié)。在重力或其他外力作用下，很容易發(fā)生沉淀。為防止發(fā)生硬沉淀，必需加入少量的化學(xué)添加劑，即穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑有兩種作用，一方面使水煤漿具有剪切變稀的流變特性，即當(dāng)靜置存放時(shí)水煤漿有較高的粘度，開始流動(dòng)后粘度又可迅速降下來(lái)；另一方面是使沉淀物具有松軟的結(jié)構(gòu)，防止產(chǎn)生不可恢復(fù)的硬沉淀。

從以上可以看出，煤炭的制漿效果與煤炭本身的理化性質(zhì)有著密切關(guān)系，制漿用原料的性質(zhì)直接影響到水煤漿的質(zhì)量與生產(chǎn)成本。所以，建設(shè)制漿廠時(shí)，根據(jù)用戶對(duì)煤漿質(zhì)量的需求，以及煤炭成漿性規(guī)律，合理選擇制漿用煤是十分重要的從燃燒角度出發(fā)，制漿用煤的揮發(fā)分含量不能太低，鍋爐用水煤漿時(shí)，通常要求>28%，否則煤漿不易穩(wěn)定著火燃燒。此外，為防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣，對(duì)于大多數(shù)采用固態(tài)排渣的爐子，要求煤炭的灰熔點(diǎn)（T2）高于1250℃。至于煤炭的發(fā)熱量、灰分與硫分指標(biāo)，則應(yīng)根據(jù)用戶的需求而定。至于煤炭的成漿性，則需要對(duì)有代表性的煤樣進(jìn)行專門的試驗(yàn)研究后才能判定。一般地說(shuō)，煤炭的內(nèi)在水分越低、可磨性越好、煤中氧含量越低，則成漿性越佳。

二、我國(guó)水煤漿技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用簡(jiǎn)況

我國(guó)從“六五”開始，就將“水煤漿制備與燃燒技術(shù)”列為國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。我校負(fù)責(zé)其中的制漿技術(shù)開發(fā)，包括煤種的優(yōu)選、添加劑、磨礦級(jí)配技術(shù)與制漿工藝、制漿專用設(shè)備與檢測(cè)控制技術(shù)等。經(jīng)過(guò)“六五”到“九五”近二十年的努力，現(xiàn)已擁有實(shí)驗(yàn)室制漿研究手段、 8公斤制漿臺(tái)架試驗(yàn)裝置、100公斤/時(shí)多功能連續(xù)制漿小試系統(tǒng)、2噸/時(shí)多功能連續(xù)制漿中試廠，以及先進(jìn)的現(xiàn)代儀器分析室；并開發(fā)出具有我國(guó)特色的制漿技術(shù)，形成了我國(guó)自己的制漿理論體系，取得了發(fā)明專利，并達(dá)到國(guó)際水平。曾先后獲得國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)、能源部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、山東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、教育部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。我校水煤漿技術(shù)的開發(fā)，還引起國(guó)際社會(huì)的重視，曾得到聯(lián)合國(guó)計(jì)劃開發(fā)署及國(guó)際科學(xué)文化中心（ICSC）世界實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的支持。國(guó)家水煤漿工程技術(shù)研究中心的制漿技術(shù)研究所及世界實(shí)驗(yàn)室的煤漿研究中心均設(shè)在我校。利用我校開發(fā)的技術(shù)，建設(shè)了大同（3萬(wàn)噸）、株州（3萬(wàn)噸）、紹軋（3萬(wàn)噸）、八一（25萬(wàn)噸）等中、小型制漿廠。立足國(guó)內(nèi)技術(shù)與裝備完全可以建設(shè)更大規(guī)模的制漿廠，目前正在建設(shè)的大型制漿廠是大同（年產(chǎn)100萬(wàn)噸）與勝利油田制漿廠（一期工程50萬(wàn)噸）。與國(guó)外相比，建廠投資省、生產(chǎn)成本低。引進(jìn)的年產(chǎn)25萬(wàn)噸兗日漿廠，投資40.2億日元，采用我校技術(shù)建設(shè)的相同規(guī)模八一漿廠，投資僅5000多萬(wàn)元，相當(dāng)引進(jìn)廠的1/4。我校開發(fā)的添加劑，費(fèi)用只相當(dāng)國(guó)外的1/3-1/2。水煤漿的價(jià)格比國(guó)外低得多，國(guó)外每噸65-70美元，我國(guó)只有40美元左右。山東白楊河電廠燃用八一水煤漿廠生產(chǎn)的水煤漿代油，在該廠3＃機(jī)組（5萬(wàn)千瓦、230t/h鍋爐）上經(jīng)過(guò)4000多小時(shí)安全運(yùn)行，1999年6月通過(guò)了國(guó)家鑒定，燃燒效率達(dá)99%，接近燃油水平；鍋爐效率達(dá)到90%；負(fù)荷在40-100%（20-50MW）區(qū)間變動(dòng)均能穩(wěn)燃，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。經(jīng)環(huán)保檢測(cè)，煙塵排放濃度為135.2mg/Ndm3、SO2排放濃度為627.4 mg/Ndm3、NOx排放濃度為495.1mg/Ndm3，均符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。在燃油價(jià)格1450元/噸的情況下，燃用水煤漿與燃油相比，標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)可降低426.37元/噸，單位發(fā)電變動(dòng)成本可降低182.2元/千千瓦時(shí)。由于經(jīng)濟(jì)效益顯著，該廠又僅用52天時(shí)間，將1＃機(jī)組（規(guī)模同3＃機(jī)組）改為燒水煤漿，并已于2000年1月投漿，并列、接帶負(fù)荷一次成功。以水煤漿代煤用于軋鋼加熱爐，最早是在桂林鋼廠，后來(lái)為紹興軋鋼廠采用，連續(xù)運(yùn)行了9年。燃燒效率由85%提高到98.5%以上，節(jié)煤30%，由于負(fù)荷和爐溫便于調(diào)控，爐內(nèi)火焰充滿度好，沿爐長(zhǎng)溫度梯度符合鋼坯加熱工藝要求，鋼坯氧化燒損率由1.8%降至1.5%，不僅鋼坯加熱質(zhì)量有明顯提高，同時(shí)加熱爐能力也由原來(lái)的30噸/時(shí)提高到40噸/時(shí)。采用常規(guī)水幕除塵，顯著改善了排煙質(zhì)量。以桂林鋼廠環(huán)保檢測(cè)數(shù)據(jù)為例，與原燃用粉煤相比，排放的煙塵濃度由 73降至240 mg/Ndm3，SO2由283.8降至9.78 mg/m3，NOx由14.1 降至4.4 mg/m3，林格曼黑度由2級(jí)降為0級(jí)。煙氣排放各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。此外，在山東萊蕪鋼廠大型臺(tái)車式鍛造加熱爐以水煤漿代氣，在紹興鋼廠的鋼坯加熱爐上以水煤漿代煤，均取得成功。水煤漿代油在石化與油田企業(yè)中的效益最佳，因?yàn)橐环矫嫠鼈冏杂缅仩t燒油量很大，另一方面重油催化裂化裝置又缺原料，以水煤漿代油不但代一噸油可節(jié)省燃料費(fèi) 400-600元，而且將省下的重油進(jìn)行深加工，每噸重油還可獲得效益400元。1994-1995年浙江大學(xué)與勝利油田管理局合作，曾在3MW與7MW 筒形臥式盤管燃油鍋爐上以水煤漿代油連續(xù)運(yùn)行1年多，取得很好的效益。目前，北京燕山石化總公司組織的以水煤漿代油用于自備電站5萬(wàn)千瓦機(jī)組的工業(yè)試驗(yàn)已初步獲得成功。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)仍在運(yùn)行的100MW以上的電站燃油機(jī)組還有2750MW；中石化系統(tǒng)尚在運(yùn)行的35-410t/h燃油鍋爐和機(jī)組有130余臺(tái)（總蒸發(fā)量15800t/h）。上述油爐改燒煤粉要比改為燒水煤漿難度大得多，改造投資大，工期長(zhǎng)。

燃煤污染已日益受到政府與社會(huì)的關(guān)注，許多大、中城市已先后決定不準(zhǔn)燒散煤，各城市現(xiàn)有大量的中小型燒煤鍋爐將面臨要改用其他燃料，改為燒氣和油當(dāng)然可行，但燃料費(fèi)用太高。若改燒水煤漿，既可滿足環(huán)保要求，又比燒油或氣經(jīng)濟(jì)，所以水煤漿在這方面也會(huì)有很好的市場(chǎng)前景。

三、制漿廠的投資、生產(chǎn)成本與效益

制漿廠投資取決于生產(chǎn)規(guī)模、制漿工藝及建廠條件等因素。生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)根據(jù)用戶需要而定。用戶集中的地區(qū)可建設(shè)規(guī)模較大的中央制漿廠，生產(chǎn)商品漿，供本地區(qū)若干用戶燃用；分散的小用戶或自身需漿量大的用戶，可建用戶自備制漿廠，或爐前制漿系統(tǒng)，專供本廠使用。

根據(jù)已有制漿廠的建設(shè)資料，在一般情況下，全部采用國(guó)內(nèi)技術(shù)與裝備，因規(guī)模大小和工藝不同，噸漿投資大致在150-200元范圍。用戶建設(shè)的自備漿廠及爐前制漿系統(tǒng)因生產(chǎn)的不是商品漿，制漿工藝可以簡(jiǎn)化，不需要龐大的儲(chǔ)漿設(shè)施，并可充分利用工廠已有的內(nèi)、外部條件，所以投資較省，噸漿投資有可能控制在 100元左右。 制漿廠的投資構(gòu)成中，設(shè)備購(gòu)置和安裝約占40%-60%；建筑約占20%-30%；其它費(fèi)用約占15%-25%

水煤漿的生產(chǎn)成本主要包括原料煤成本（每噸漿約需用0.7噸煤）和制漿加工費(fèi)。制漿加工費(fèi)的多少主要取決于所采用的制漿工藝與原料煤性質(zhì)。制漿加工費(fèi)中，主要是動(dòng)力電費(fèi)與所需化學(xué)添加劑費(fèi)用。制漿電耗約噸漿40-60度，添加劑費(fèi)用與所選用制漿原料煤成漿性的難易程度有密切關(guān)系，一般在噸漿20-60元左右。加上成本中的材料消耗、折舊、工資及其他費(fèi)用等項(xiàng)，每噸漿的加工成本（不包括原料煤）估計(jì)在90-140元之間。由于水煤漿是一種新型燃料，商品水煤漿的售價(jià)目前尚由供需雙方議價(jià)確定。按當(dāng)前重油和渣油價(jià)每噸1700元測(cè)算，水煤漿運(yùn)到用戶的價(jià)格每噸在 400-500元之間，用戶將有很高的效益，制漿廠也有較好的效益。