1 概 述

能源与环境是当今世界所面临的两大严峻的现实问题。20世纪70年代的世界石油危机促使一些国家，特别是石油资源欠丰富而又以石油为主要燃料的国家，开始研究新的能源替代品，水煤浆(Coal Water S1urry，简称CWS)便是其中之一。

目前，我国的总能源消费中煤炭占72.9%、油占22.5%、其它能源占4.6%。然而，煤的开采、运输、转换和利用的各个环节中都会对生态环境造成很大的危害。

以中国历年的资料估算，煤在燃烧过程中所排放的主要大气污染物(如粉尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等)的总量，约占整个燃料燃烧排放量的96%。其中，燃煤徘放的SO2占各类污染源(燃料燃烧源、工业废气源、流动源)总排放量的87%(占燃料燃烧排放量的93%);排放的粉尘占总排放量的60%(占总燃料燃烧排放量的99%);排放的NOx占总排放量的67%(占燃料燃烧徘放量的87%);排放的CO占总排放量的71%(占燃料燃烧徘放量的87%);排放的CO2占总排放量的85%。

由此可见，研究低污染的煤基燃料——水煤浆，具有重要的现实意义。

2 水煤浆的种类和用途

水煤浆是煤与水的非均相液固悬浮液，属于典型的非牛顿流体。典型的水煤浆是由大约70%的煤、30%的水配以1%左右的添加剂加工而成的浆体。根据不同的原料和生产工艺，可以制成许多种水煤浆。不同种类的水煤浆有不同的用途(见表1)。

3 水煤浆的特性

水煤浆的特性主要有以下几种：

(1)流变性。水煤浆和燃料油在本质上是完全不同的，它是一种固液两相混合物，它的流变学特性，受煤粉的颗粒分布、煤的表面性质、分散介质、可溶性矿物质离子、水分的含量和所使用的化学添加剂等诸多因数的影响。水煤浆具有较高的表现粘度和稳定的剪切应力，经过搅拌具有很好的流变特性，可满足泵送的要求。流变性会同时影响储存期间的稳定性、输送时的流动性、有效地喷入燃烧室的雾化性、有效燃烧的可燃性等诸多特性。

工业上，一般用比较简单的拟稳态流变法来测量水煤浆的流变特性，用简单的宾汉型流体模型来描述。

(2)触变性。触变性是大多数水煤浆的又一力学特性，即在剪切应力的作用下，水煤浆网状结构体系被破坏和恢复的效应。对触变性的描述较为复杂，一般来说，触变性越好，对水煤浆的应用越有利。

(3)可雾化性。虽然水煤浆在静态下是一种高浓度、高粘度的流体，但经过剪切后的水煤浆具有良好的可雾化性。使用气动雾化喷嘴，可将水煤浆雾化成约75μm的液滴。制备水煤浆的煤粉粒度越细，水煤浆的雾化性能就越强;喷嘴的设计越合理，水煤浆的雾化性也越好。

(4)水煤浆的燃烧特性。水煤浆就其单滴燃烧过程来说，一般可分为不等温加热、水分蒸发、挥发分析出及燃烧和焦炭燃烧及燃尽四个阶段。各个阶段所用的时间是不同的。由于水煤浆中含有较多的水分，所以其着火时间要比煤粒长;着火温度也比原煤粒约低200℃左右。水煤浆的理论燃烧温度比煤粉低200～250℃，燃烧后的烟气温度也比煤粉低100～200℃。

(5)水煤浆燃烧的环境特性。水煤浆的燃烧和煤粉的燃烧相似，除了产生烟尘外，还有SO2、NOX及CO2等氧化物的生成。烟尘的生成主要源于燃烧煤所包含的灰分和物理不完全燃烧所遗留下来的残碳。燃烧生成烟尘的多少，取决于制浆用煤所含的灰分和燃烧的完全程度。

研究表明：水煤浆燃烧所生成烟尘的质量平均直径，通常大于制浆煤粉直接燃烧后的烟尘的质量平均直径;水煤浆烟尘的电阻率低于煤粉烟尘，宜用静电除尘来净化烟气。

与煤粉燃烧相似，煤浆中的有机磺和黄铁矿中存在的硫，在燃烧过程中能全部参加反应并被氧化成SO2。

SO2的防治可分为前处理和后处理两种方法，水煤浆一般采用前处理的方法，以洗精煤为原料，结合煤的洗选过程进行物理脱硫，干基含硫量一般低于1%，水煤浆燃烧烟气中SO2的体积浓度一般不会超过4×10-6%～5×10-6%(V/V)。低灰水煤浆采用洗精煤为原料，水煤浆产品的灰分一般小于7%，燃烧时徘放的烟尘和SO2远低于烧原煤，由表2水煤浆和原煤环境特性的对比，可知水煤浆产品S O2的排放系数不到原煤的1/2。

4 水煤浆的制备与储运

水煤浆是通过煤粉、水和化学添加剂直接混合、搅拌等一系列物理加工，而得到的煤基流态燃料。其制浆工艺由煤的粉碎，煤粉、水、添加剂的混合以及脱灰、脱水等精工艺所组成。由于煤的种类、制浆的难易程度不同，以及用户对水煤浆有不同的要求，所以制浆的方法也不同。一般地，根据粉碎方法，可分为干法、湿法和混合法三种。

制备成功的水煤浆必须加以储存。储存时，不稳定的煤浆容易在储存罐的底部以及输送管道内沉淀，生成沉淀物。另外，水煤浆在阳光下曝晒，也会使煤浆的水分蒸发。所以为了保持煤浆的稳定，防止沉淀物生成，就要保证储存煤浆的容器密封，并在煤浆中加入添加剂。

目前水煤浆的运输，主要依赖罐车、船舶和管道等。其中管道输送具有输送量大，输煤管道投资小，运营费用低，管道全密闭，对环境无污染等优点。高浓度的水煤浆采用管道输送，煤浆输到终端无需脱水，就可直接为用户所使用。

水煤浆气化技术在中国的应用及其发展

中国矿物能源以煤为主，到2010年，一次能源消费结构中煤占60%左右。大力发展洁煤技术，高效清洁地利用中国煤炭资源，对于促进能源与环境协调发展，满足国民经济快速稳定发展需要，具有极其重要的战略意义。

煤气化作为洁净煤技术的重要组成部分，具有龙头地位。它将廉价的煤炭转化成为清洁煤气，既可用于生产化工产品，如合成氨、甲醇、二甲醚等，还可用于煤的直接与间接液化、联合循环发电(IGCC)和以煤气化为基础的多联产等领域。

迄今为止，世界上已经商业化的IGCC大型电站，均采用气流床技术，最具有代表性的是以干煤粉为原料的Shell气化技术和以水煤浆为原料的Texaco气化技术。Shell气化技术即将被引进中国建于洞庭，显现其碳转化率高，冷煤气效率高的优势。相比之下，水煤浆气化技术在中国引进得早，实践时间长，研究开发工作也做得更深入。

经过十多年的实践探索，中国在水煤浆气化技术方面，积累了丰富的操作、运行、管理与制造经验，气化技术日趋成熟与完善。经过长期科技攻关，在水煤浆气化领域，形成完整的气化理论体系，研究开发出拥有自主知识产权，达到国际领先水平的水煤浆气化技术。