烧油和烧煤的两个耗能大户是火力发电站锅炉和工业锅炉。要节能,就要从这两个大户开始。能源专家们又开发出一种新兴的液体燃料——水煤浆燃料。
第二次世界大战结束以后,随着经济发展,耗能量剧增,许多国家开始研究节省石油消费的途径。很快开发出来一种“煤—油混合燃料”(英文编写为“COM”),这是一种用重油和煤粉混合而成的液体,烧油锅炉不必动大手术改造就可以使用它,它可以代油30%~40%。美国首先起步,将一座电厂的12万千瓦级发电机组改烧“COM”。随后有几十个国家都相随开展过这项新技术的研究工作;日本还专门成立了“COM”燃料公司;我国一些大学、发电厂也在电站锅炉上进行过工业性实验,虽然都取得了一定成效,但从根本上说,这种“COM”技术仍没有脱离对石油的依赖,代油量不大,效益不高,发展推广受到很大限制。
到70年代末,能源专家们在“煤油混合”原理的启发下,开始研究“水—煤混合技术”,很快就制成了高浓度的代油燃料—水煤浆,即“CWM”。“O”、“W”,一字之差,就宣判了“煤—油燃料”的死刑,同时,也宣告了“煤—水混合燃料”的诞生。
所谓“水煤浆”,就是用70%~75%的煤粉和25%~30%的水,再加入0.2%~5%微量的添加剂混合而成的一种液体燃料。它是彻底不用石油的煤炭液化燃料,它将水掺入煤粉中参与燃烧。由于水中含有氢,虽起到一定的助燃作用,但也会使锅炉效率降低。可是从总体上计算,水煤浆在获取同样热量的情况下,要大大节省煤炭,热值提高很多。例如,煤炭直接燃料的利用率仅为28%左右;而近年德国研究的新一代煤炭高压加氢液化工艺,每天处理煤200吨,产轻油30吨,中油70吨,液化气20吨,煤炭转化率竟高达94%。另外,它的温室效应物质,特别是煤灰尘排放量大量减少,又可像石油一样运输和贮存,因而很受欢迎,国外有人把它誉为“6号重油”。这种新兴燃料的使用不失为一条可取的节能之路。
据考证,煤的液化技术早在20世纪20~30年代就开始发展了。在第二次世界大战期间,德国人就曾使用液化煤代替石油用作军车燃料。战后和平时期,石油市场占了上风。但南非国家依然发展液化煤,1959年建成了第一家商业化液化煤工厂,且产量一直稳步上升,到80年代后期,其全国汽车燃料消耗量的一半,是液化煤。不过,这些都是旧技术,液化效率很低。
近10多年来,一些工业先进国家发展了水煤浆加压气化技术,把水—煤混合燃料提高到一个新水平。美国、日本和德国发展最快,从1975年到1987年间先后建立了3套中试装置、3套工业示范装置和5套商业化装置,其中美、日各一套商业化装置已稳定运行6年以上。这些装置一般每天可处理200~600吨煤,取得很好的效果。法国、奥地利、澳大利亚、英国等国也在积极开发中。
我国自1981年开始也进行了水煤浆的开发研究工作,在添加剂筛选上已获得可喜成果,使水煤浆的浓度已达75%,稳定性也很好,保证一个半月静置中不沉淀,经1500公里长途运输后仍可直接燃烧。1986年1月,作为我国“六五”科技攻关项目通过了国家鉴定,表明水煤浆制备和燃烧技术已达到先进水平。北京造纸一厂作为第一个试用工业应用单位,经两年5次试验证明,经济效益明显。据调查,1986年时,该厂所用燃料油每吨为280元,而水煤浆每吨只需120元,1.8吨水煤浆就可顶替1吨杂油。一年要耗杂油2.2万吨,如改烧水煤浆,每年可节约燃料费103万元。
从煤炭质量来看,我国本来适于作水煤浆的高硫烟煤和褐煤很多,这些煤液化后,含硫高,往往起到对液化的反应催化作用,成为液化的良好原料。近几年又发现了陕西神木、黄陵、铜川一带的“黑金带”和“黑金三角”地区蕴藏着大量优质煤,更可为发展水煤浆提供重要原料。我国现有设计烧油的发电机组约7000万千瓦,年烧油量约1100万吨,约占我国年产油量的10%左右。如果全国能将80%的烧油锅炉用水煤浆把油顶替出来,每年可为国家换取外汇15亿美元,其经济效益是十分可观的。
从世界看,从我国看,水煤浆技术的开发,虽仍处于中试阶段,但只要抓紧技术攻关,水煤浆在世界能源结构中必将获得一席之地。