Vatten-kolbränsle , vattenkol (förkortningar: VUT, GDP, CWS, CWSM, CWM) är ett flytande bränsle , som erhålls genom att blanda krossat kol , vatten och ett mjukgörare . Används i värmealstrande anläggningar, främst som ett alternativ till naturgas och eldningsolja . Ger dig möjlighet att avsevärt minska kostnaderna för produktion av värme och el.
Vattenkol har specificerade reologiska ( viskositet , bias stress), sedimentation (bevarande av enhetlighet i statiska och dynamiska förhållanden) och bränsle (energipotential, fullständighet av utbrändhet av organiska föreningar) egenskaper. Parametrarna för vattenkol är tydligt reglerade av de nationella standarderna i Kina, som kan användas som referens[ varför? ] . Dessutom är följande egenskaper karakteristiska för kolvattenbränsle: antändningstemperatur - 800-850 ° C, förbränningstemperatur - 950-1150 ° C, värmevärde - 3700 ... 4700 kcal . Graden av förbränning av kol är mer än 99%. Vattenkol är brand- och explosionssäkert.
| alternativ | KLASS | ІІ KLASS | III KLASS | Kina standard |
|---|---|---|---|---|
| Kolhalt, % | ≥65 | 63–65 | 60–63 | GB/T18856.2 |
| Viskositet | ≤ 1200 mPa/s | GB/T18856.4 | ||
| Förbränningsvärme (lägst), Kcal | ≥ 4700 | 4420 - 4660 | 4000 - 4420 | GB/T213 |
| Askinnehåll, % | ≤ 6 | 6–8 | 8–10 | GB/T213 |
| Svavelhalt, ％ | ≤ 0,35 | 0,35–0,65 | 0,65–0,80 | GB/T214 |
| Asksmältpunkt | ≤ 1250 | GB/T219 | ||
| Partiklar över 300 µm, % | ≤ 0,05 | 0,05–0,20 | 0,20–0,80 | GB/T18856.3 |
| Partiklar upp till 75 µm, ％ | ≥75,0 | |||
| flyktigt innehåll, % | ＞30 | 20–30 | ≤ 20 | GB/T18856.7 |
Huvudprincipen vid beredningen av vatten-kolbränsle är att säkerställa stabiliteten av kolmalning med de angivna parametrarna och strikt efterlevnad av koncentrationerna av hjälpämnen, vilket leder till en förbättring av reologiska egenskaper och stabilitet i förbränningsprocessen. [ett]
Hittills finns det olika metoder för att mala kol, men den mest utvecklade och studerade metoden är att använda kontinuerliga våtmalande kulkvarnar .
Kol av gaskvaliteter levereras till det öppna området av anläggningen. En frontlastare matar in kol i mottagningsbehållaren på en tvåvalskross , varifrån kolet, malt till en bråkdel av 3-6 mm, skickas för vidare malning till en kulkvarn, i vilken tekniskt vatten och en tillsats levereras med hjälp av batchers. Det finns en våtmalning av kol med en tillsats till en bråkdel av 0-300 mikron. Vatten-kol bränsle laddas genom ett filter i lagringstankar med en blandningsanordning. Bränslefraktionen 71-300 mikron återförs till kvarnen för vidare malning. Det färdiga bränslet från lagringstanken lastas i tankar för transport.
Som framgår av klassificeringen och kvalitetskraven för vatten-kolbränsle bör endast högkvalitativa termiska kol med låg svavel- och askhalt användas för matlagning.
I processen för bränsleberedning ägnas stor uppmärksamhet åt kontrollen av den elementära sammansättningen. Detta beror på behovet av att följa miljöstandarder och låter dig också förlänga utrustningens livslängd. Därför används endast tidigare preparerat, renat vatten för bränsleberedning.
Användningen av mjukgörare i kol-vattenbränsle beror på behovet av att tillhandahålla speciella egenskaper: låg viskositet, god fluiditet, långtidsstabilitet hos suspenderade kolpartiklar. De mest använda föroreningarna är baserade på tekniska lignosulfonater, humusreagens (natriumsalter av humussyror av olika fraktioner), polyfosfater, som effektivt fungerar i en alkalisk miljö (vid pH = 9 ÷ 13 med 40% vatten i bränslet).
För våtslipning (andra steget) användes oftast vibrerande kvarnar av olika utformningar. Vibrationskvarnar använder kulor med en diameter på 20–50 mm som malmedel. Valet av kuldiameter bestämmer partikelstorleksfördelningen för CWF vid kvarnens utlopp. Praxis med att använda vibrationskvarnar har visat att för att uppnå designvärdena för partikelstorleksfördelningen och fukthalten i CWF, måste en klassificeringsanordning installeras vid utgången av vibrationskvarnen för att separera malningsprodukten till färdig produkt ( med en mindre partikelstorleksfördelning än den specificerade) och som kräver ommalning. Således implementerar beredningen av CWF i vibrerande kvarnar som regel en sluten malningscykel.
Förutom våtslipning i vibrerande kvarnar är det lämpligt att använda ytterligare homogenisatorer. Energiförbrukningen för framställning av CWF i vibrationsbruk varierar vanligtvis från 55 kWh/t, exklusive produktåtercirkulation.
Under 2009 utvecklade och testade Amaltea-gruppen med framgång Hydroimpact Wet Grinding Unit (GUUMP), som implementerar en öppen cykel för framställning av CWF med specificerade egenskaper. Förberedelse av VUT i GUUMP utförs i ett pass. Samtidigt med våtmalning homogeniseras suspensionen i GUUMP. Energiförbrukningen för CWF-beredning i GUUMP är 8…10 kW*h/t, medan produktrecirkulation inte krävs. GUUMP gör det möjligt att erhålla kol-vattenbränsle som är stabilt i minst 3..5 dagar utan användning av mjukgörare, vilket avsevärt förenklar CWF-beredningstekniken. Denna stabilitet är ganska tillräcklig för de flesta CWT-applikationer. Om långtidsförvaring av CWF krävs (till exempel för transport) kan mjukgörare användas. Det är också möjligt att upprätthålla stabiliteten hos CWF genom periodisk återcirkulation i CWF-lagringstankar.
Vatten-kolbränsle är brand- och explosionssäkert i alla skeden av dess produktion, transport och användning. Produktions- och förbränningsprocesserna är separerade, vilket gör det möjligt att inte förorena stadsmiljön under transporten av kol. Leverans av bränsle sker i tankar på väg eller järnväg.
Vatten-kolbränsle levereras till pannhuset i färdig form. Bränsle lagras i slutna behållare (den erforderliga volymen bestäms enligt "SNiP II-35-76" Arkivkopia daterad 8 maj 2013 på Wayback Machine baserat på en 5-dagars förbrukningsvolym). För att skydda bränslet från frysning är tankarna täckta med ett värmeisolerande lager på 50 mm och ett lager av lättmetall för att skydda mot yttre påverkan. Tillförseln av vatten för förbränning utförs av pumpar från lagringstankar genom blandningsanordningar. För högkvalitativ sprutning tillför kompressorn tryckluft till brännarens blandningsenhet. Förbränningskammaren förvärms med dieselbränsle eller naturgas. När den inställda temperaturen uppnåtts öppnas avstängningsventiler för att tillföra vatten till huvudmunstycket. Vattenkol förbränns genom sprutning i en bloss. Brännaren är utformad på ett sådant sätt att vid sprutning erhålls fina partiklar för att säkerställa snabb avdunstning av fukt och stabilisering av cirkulationen av brännbara gaser i antändningszonen. Själva förbränningsprocessen äger rum inom intervallet 950-1150 ° C. Förbränningen av vatten-kolbränsle kan delas in i två faser: - Avdunstning av fukt, förbränning av de frigjorda flyktiga komponenterna i kol; — Fasta partiklars förbränningsfas. En viktig aspekt av en sådan förbränningsprocess är effekten på frisättningen av NOx-föreningar. På grund av lågtemperaturförbränning och överskottsluft i kammaren upp till 1,25 minimeras bildningen av dessa föreningar.
Flare (kammar) förbränning är idag den huvudsakliga metoden för förbränning av CWF, särskilt i pannor med medelstor och stor kapacitet. Pannornas geometri gör det som regel möjligt att organisera en låga inuti förbränningskammaren på ett sådant sätt att kolpartiklarna som utgör CWF helt kan brinna ut.
Nackdelarna med metoden inkluderar ganska höga krav på pannans brännaranordning (munstycke).
När CWF bränns i en fluidiserad bädd matas en bränslestråle på ett uppvärmt lager av inert material. Partiklar av vatten-kolbränsle som faller på den fluidiserade bädden antänds nästan omedelbart. De otvivelaktiga fördelarna med denna förbränningsmetod är den relativa lättheten att implementera på pannor med liten kapacitet, ett ganska stort utbud av panndrifteffektkontroll (utan förlust av effektivitet) och låga krav på kvaliteten på det tillförda bränslet. Nackdelarna inkluderar kapitalintensiteten för att organisera en fluidiserad bädd i pannor med medelhög och hög effekt, särskilt i fallet med rekonstruktionen av den senare.
Vid bränning av CWF i en fluidiserad bädd är tekniska lösningar möjliga för implementering av CWF-förgasningsläget ( pyrolys ), för vilket CWF är ett idealiskt råmaterial. I detta fall utförs förbränning i två steg: förgasning och direkt förbränning av de resulterande gaserna. Beroende på de tekniska egenskaperna är en kombination av förbränningsmetoder möjlig. Syntesgas som erhålls i förgasningsstadiet, som kommer in i pannugnen, ökar stabiliteten i förbränningen av CWF. Nackdelen med metoden idag är bristen på massproducerade pannor.
Det är ganska uppenbart att fukt, som kan vara upp till 40 % av CWF, är en ballast och en del av energin från kolförbränning går åt till energin från fasövergången av vatten från ett flytande till ett gasformigt tillstånd. Det exakta värdet av den förbrukade energin måste beräknas utifrån kolets värmevärde. För kol av de flesta kvaliteter kan det anses att för varje 10 % av fukten förbrukas 1 % av kolets värmevärde. Det är viktigt att notera att när man jämför kol och CWF är det nödvändigt att jämföra fukthalten i CWF och fukthalten i det ursprungliga kolet, som kan vara upp till 25 %. Till exempel, om det ursprungliga kolet har en fukthalt på 15%, och den resulterande CWF har en fukthalt på 38%, krävs det dessutom att förånga 38% - 15% = 23% fukt. Trots dess självklarhet ignoreras detta faktum mycket ofta i preliminära beräkningar.
En typisk CWF som erhålls vid de flesta växter behåller sin stabilitet (delaminerar inte) under en dag eller två, vilket innebär användning av speciella mjukgörare.
Vid de första stadierna av CWF-applicering var det ett högt slitage på munstycken för CWF-förbränning. Till exempel, vid Novosibirsk CHPP-5, tjänade de första munstyckena inte mer än 40 timmar. Under moderna förhållanden har dessa problem lösts, fram till produktionen av seriella brännare för CWF, främst tillverkade i Kina.
Intensiv vetenskaplig forskning om skapandet av kolvattenbränsle började i Sovjetunionen 1985. I synnerhet i Ukraina utfördes utvecklingen i denna riktning av: VNIIPIgidrotruboprovod , Institute of Colloid Chemistry and Chemistry of Water uppkallad efter V.I. A. V. Dumansky National Academy of Sciences of Ukraine (Kiev), Institutet för fysisk organisk kemi och kolkemi vid National Academy of Sciences of Ukraine (Donetsk); Donetsk Polytechnic Institute , etc.). Inhemska forskningsorganisationer, i samarbete med Snamprogetti (Italien), utvecklade, byggde och satte i drift 1989 en pilotindustriell huvudkolledning Belovo-Novosibirsk (Ryssland) med en längd på 260 km med en kapacitet på 3 miljoner ton kol per år på torr basis. Omkring 50 uppfinningar gjordes av forskningsinstitut i Ukraina för att genomföra detta projekt.
Som ett resultat av efterföljande utveckling [2] skapades också metod- och mjukvarustöd för parametriska studier av bränsle, en kavitationspulsgenerator för dispergering av vatten-kol utvecklades och testades experimentellt, effekten av dispersion av kolpartiklar och bränslesammansättning på värmevärde, förbränningseffektivitet, värmekapacitet och värmeledningsförmåga studerades. Det har beräknats genom beräkning att utbränningstiden för en droppe vatten-kolsuspension minskar kvadratiskt med en minskning av dess diameter. Dessutom var NPO Sibekotechnika från Novokuznetsk engagerad i forskning i denna riktning .
I maj 1983 utfärdades en resolution från Sovjetunionens ministerråd "Om åtgärder för utveckling av pipeline hydrotransport av kol" i Moskva, institutet VNIIPIgidrotruboprovod [3] etablerades med en underavdelning i staden Novokuznetsk. Kolrörledningen Belovo-Novosibirsk byggdes ( Novosibirsk CHPP-5 )
Sedan 2004 har utvecklingen av teknik i Ryssland fått en ny vändning. Det första experimentella-industriella centret för förberedelse av CWF sedan stängningen 1993 av Belovo-Novosibirsk-projektet [4] byggdes i byn Yonsky , Kovdorsky-distriktet , Murmansk-regionen. VUT-beredningsverkstaden i Yonskoye [5] använde den tidigare generationens teknik (vibrationskvarnar) för våtmalning av kol och beredning av VUT. Dessutom har kol-vattenbränsle använts i Novokuznetsk vid sinterfabriken i Abagur sedan 1999. Och även på företagen i Kuzbass sedan början av 2000-talet. [6]
UkrainaFöretaget "Ukrainian Heat" har introducerat en teknik baserad på anrikningskomplexet på torklinjen av tekniskt kol. Vi talar om att minska kostnaden för termisk energi med 28%, en betydande ökning av komplexets produktivitet och en avkastning på investeringen inom 2,5 år. Efter att ha slutfört den kinesiska tekniken och justerat utrustningen med hänsyn till ukrainskt kol, kunde företaget lansera oberoende beredning av vatten-kolbränsle och är aktivt engagerad i populariseringen av teknik bland andra ukrainska kommersiella företag.
Nationellt projekt "Water-Coal Fuel" Tekniken för vatten-kolbränsle i Ukraina introduceras på statlig nivå av det statliga företaget "Ukteplocom" som en del av det nationella projektet "Energy of Nature" . Företaget genomför ett projekt för att konvertera kommunala pannor från naturgas till kol-vattenbränsle. Den planerade kapaciteten för de konverterade varmvattenpannorna är 2 500 Gcal per år, vilket kommer att minska naturgasförbrukningen med 2,5 miljarder m3. I det första skedet, under pilotprojektet, kommer pannhus att rustas om och anläggningar för beredning av kol-vattenbränsle kommer att byggas i tre städer.
I augusti 2013 installerade Effective Energy Technologies GmbH , tillsammans med ryska LLC Amaltea-Service , ett stativ för beredning av CWF och dess förbränning i en gasoljepanna. Tester utfördes på denna monter för att mäta utsläpp från förbränning av CWF, främst utsläpp av kväveoxider (NO x ). Testresultaten bekräftade minskningen av NO x -utsläpp [7] [8] vid förbränning av kol i form av CWF jämfört med klassisk kolförbränning.
BulgarienEtt kraftvärmeverk i staden Gabrovo omvandlades till kol-vattenbränsle . [9]
ItalienTekniken utvecklades som ett alternativ till olja och en bekväm lösning för att transportera kol över långa avstånd. Snamprogetti ( Milano ) har utvecklat en Reocarb- bränsleberedningsteknologi, vars egenskap är att få en partikelstorleksfördelning nära bimodal. Komplex för beredning av vattenkol byggdes i städerna Livorno och Porto Torres , energistationer från ENEL- företaget med en kapacitet på 35 och 75 MW konverterades.
PolenDen 28-29 mars 2017 testade de anställda på Sibekotekhnika , tillsammans med polska partners Liquid Coal Fuels LLC ( Katowice ) och Institutet för kemisk kolbearbetning ( Zabrze ), en pilotanläggning för förbränning av vatten-kolbränsle (VUT) . [tio]
SverigeAB Carbogel , Nycol , Fluidcarbon international AB var involverade i utvecklingen av vatten-kolbränsleteknologier i Sverige . En egenskap hos dessa företags teknik är användningen av kol med låg askhalt. Beredningstekniken ger: tvåstegsmalning, siktning , skumflotation , kakuttorkning på vakuumfilter, kakblandning med vatten och mjukgörare. På grund av denna process erhålls vatten-kolbränsle med högkvalitativa egenskaper: aska upp till 2,8%, fast fas 75%, viskositet 1000 MPa / s, lägre värmevärde - 20 MJ / kg.
Vatten-kolbränsleteknik är en av de viktigaste som introduceras i landet för att minska Kinas beroende av knappa flytande och gasformiga bränslen. Idag är Kina världsledande inom utveckling och implementering av kol-vattenbränsle inom värme- och kraftindustrin. Den årliga volymen av vattenkolproduktion är 40-60 miljoner ton.
De ledande utvecklarna av vatten-kol-teknik i Kina är: Beijing Coal Research Institute , Beijing Coal Design Institute , Guoban Science and Technology Company , Sheyang Thermal Power Institute .
De största projekten som genomförts i Kina är: 1998 Shandong CHP (220 ton ånga per timme), 2003 Shenyang Refinery (75 ton ånga per timme), 2004 Tingdao CHP (130 ton ånga per timme, 2 turbiner för 12 och 25 MW ) ), 2004 Guangdong CHP (670 ton ånga per timme), 2005 Maoming vattenkolverk och CHP (440 ton ånga per timme, 1,5 miljoner ton vattenkol).
JapanFramgångsrikt genomförda och betydande projekt inkluderar: 1986 Mitsubishi Heavy Industries (kraftverk, 260 ton ånga per timme, 75 MW), 1989 Hitachi Zosen (34 ton ånga per timme), 1990 Japan COM (110 ton ånga per timme, leverans av bränsle med tankfartyg över en sträcka av 680 km.), 1993 Japan CJM Ltd (kraftverkspanna 600 MW).
Lafard Canada Inc. 1984 demonstrerades processen att bereda vatten-kol omedelbart före bränning i en roterande cementugn. För beredning användes kol och avfall från den våta anrikningsprocessen. På grund av frånvaron av behov av transport och lagring användes endast de enklaste reagensen för att förbättra dispergeringen och minska viskositeten. Ytterligare utveckling av vatten-kolbränsleteknik stoppades på grund av sänkta priser på olja och oljeprodukter.
USADen främsta förutsättningen för utvecklingen av kol-vattenbränsleteknik i USA var behovet av att göra sig av med avfall från våt kolberedning (40-50 miljoner ton per år) och att hitta effektiva sätt att transportera kol över långa avstånd. Särskilt sameldning av vattenkol och pulveriserat kol genomfördes vid Seaward Stations kraftverk .
| Huvudtyper av organiskt bränsle | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fossil |
| ||||||||
| Förnyelsebart och biologiskt | |||||||||
| artificiell | |||||||||