劣質(zhì)煤能像燃油一樣潔凈嗎?
往年此時(shí)的北京市北馬莊供熱站,工人們要熱火朝天地卸煤、裝煤渣,忙個(gè)不停。但今年,工人們不用這么干活了,偌大一個(gè)供熱站只有區(qū)區(qū)三四個(gè)工作人員。一位負(fù)責(zé)人告訴記者,采用粉煤氣化燃燒機(jī)組后,煤消耗量和煤渣的產(chǎn)生量大幅度減少,特別是在煤中添加石灰石,在沒有脫硫設(shè)備的情況下,煙氣也能達(dá)標(biāo)排放。
據(jù)了解,由北京火德恒特能源科技發(fā)展有限公司(以下簡(jiǎn)稱火德恒特公司)自主創(chuàng)新研發(fā)的"粉煤氣化燃燒機(jī)組"項(xiàng)目,近日通過了由科技部主管的中國(guó)民營(yíng)科技促進(jìn)會(huì)組織的現(xiàn)場(chǎng)鑒定。鑒定結(jié)果顯示,"粉煤氣化燃燒機(jī)組"可使煤氣化燃燒效率大幅度提高,為節(jié)約煤炭、高效利用劣質(zhì)煤、減少燃煤的煙氣排放量、實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫提供了較為可靠的工藝保證。這個(gè)機(jī)組的燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),在實(shí)現(xiàn)煤的氣化、燃燒、系統(tǒng)控制等方面有創(chuàng)新,對(duì)現(xiàn)有明火用能設(shè)備進(jìn)行嫁接改造提供了一條新途徑。對(duì)此,記者近日采訪了火德恒特公司總經(jīng)理王興道,對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的了解。
傳統(tǒng)鍋爐燃燒方式差在哪?
較大一部分煤不能完全燃燒,產(chǎn)生一氧化碳、氮氧化物等有害氣體隨煙氣排向大氣,造成環(huán)境污染,同時(shí)伴隨煤炭資源的浪費(fèi)。但我國(guó)現(xiàn)有鍋爐、窯爐不可能全部淘汰怎么辦?
傳統(tǒng)鍋爐的燃燒方式,由于其燃燒部分的設(shè)計(jì)不足致使較大一部分煤不能完全燃燒,而產(chǎn)生一氧化碳、氮氧化物等有害氣體隨煙氣排向大氣,造成環(huán)境污染,同時(shí)伴隨煤炭資源的浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)環(huán)境污染的85%是由燃煤引起的。
王興道說,傳統(tǒng)鍋爐運(yùn)行中,為達(dá)到相對(duì)的完全燃燒,大多采用增大過量空氣系數(shù)的方式,其結(jié)果必然是一部分過量空氣冷卻了爐膛溫度,增加了排煙量。據(jù)實(shí)際測(cè)算,現(xiàn)役鏈條爐排鍋爐的燃燒效率在40~46%之間,排煙量為11~13m3/kg煤;而煤粉爐燃燒效率在70~80%之間,熱效率在90%以上,煙氣排放量為10~12m3/kg煤。
目前,我國(guó)仍然是高參數(shù)、大容量、高效率的電站鍋爐煤粉占主導(dǎo)地位。而火床爐只適用于65t/h以下的鍋爐。流化床仍處于發(fā)展階段,雖可燒用劣質(zhì)煤,但始終無法解決不能高溫燃燒導(dǎo)致多環(huán)物(POM)排放量增加、流態(tài)化氣化劑臨界風(fēng)量有風(fēng)壓限制等諸多問題,無法實(shí)現(xiàn)煙氣減排的目的。因此,大容量化的高效應(yīng)用技術(shù)還有待進(jìn)一步研究。
我國(guó)現(xiàn)擁有2t/h以上的工業(yè)鍋爐52萬余臺(tái),工業(yè)窯爐30萬余臺(tái)。針對(duì)我國(guó)的國(guó)情和鍋爐使用情況,不可能將這些所有鍋爐、窯爐全部淘汰。所以尋求一種既能達(dá)到提高燃燒效率又能節(jié)能減排的新型設(shè)備進(jìn)行嫁接改造是比較現(xiàn)實(shí)的出路。
新機(jī)組到底新在哪?
機(jī)組運(yùn)用最新煤潔凈燃燒技術(shù)并結(jié)合噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)原理,將煤的預(yù)處理、熱解、氣化、燃燒一體化,達(dá)到了煤的燃燒效率97%以上的目的,實(shí)現(xiàn)了燃煤鍋爐具有燃?xì)?油)鍋爐的燃燒效率和節(jié)煤減排的目的。
新機(jī)組運(yùn)用最新煤潔凈燃燒技術(shù)并結(jié)合噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)原理,將煤的預(yù)處理、熱解、氣化、燃燒一體化,達(dá)到了煤的燃燒效率97%以上的目的,實(shí)現(xiàn)了燃煤鍋爐具有燃?xì)?油)鍋爐的燃燒效率和節(jié)煤減排的目的。據(jù)統(tǒng)計(jì)新機(jī)組較傳統(tǒng)鏈條爐排燃煤鍋爐節(jié)煤30%以上,減少煙氣排放量40%以上,在無脫硫設(shè)備的情況下,脫硫效率達(dá)到60%。由于新機(jī)組為外置式燃燒設(shè)備,適用于絕大多數(shù)明火用能設(shè)備的嫁接和改造。
王興道給記者詳細(xì)解釋了這項(xiàng)技術(shù)的原理。煤炭氣化是提高燃燒效率的主要途徑之一,煤受熱后揮發(fā)份析出、氧化分解和干餾等一系列變化,吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)交織,但熱分解溫度是相對(duì)定的,從而保證了氣化效率的穩(wěn)定,進(jìn)而提高了煤的燃燒效率。
新機(jī)組由煤預(yù)處系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、煤氣化系統(tǒng)、煤粉氣化燃燒系統(tǒng)四大部分組成,并把煤的預(yù)處理(篩分、制粉)和熱解、氣化、燃燒有機(jī)地組合在一套裝置中,通過煤的預(yù)處理過程,實(shí)現(xiàn)了煤燃燒過程中熱解氣化燃燒的同步完成,使固定碳的燃燒和揮發(fā)份的燃燒實(shí)現(xiàn)了時(shí)間同步。
在向記者解釋過程中,王興道特別強(qiáng)調(diào),由于采用噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒原理,將塊煤煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的高熱值煤氣的燃火焰直接噴入煤粉燃燒器,形成穩(wěn)定的高溫?zé)嵩?使計(jì)量配入的細(xì)度為80~120目的煤粉瞬間熱解氣化,并與已預(yù)熱的空氣在煤粉燃燒器出口處充分混合、燃燒,最終強(qiáng)火焰的形式噴出,向受能設(shè)備供能。
做到了節(jié)能,如何減排呢?王興道說,減排就是減少粉塵和二氧化硫排放。以北馬莊供熱站為例,以前采用傳統(tǒng)的脫硫設(shè)備脫硫,效果不錯(cuò),但是成本較大。新燃燒機(jī)組決定另辟蹊徑,在燃燒過程中找脫硫的新路子。為了不浪費(fèi)爐內(nèi)的高溫,技術(shù)人員首先想到的是生石灰。"高溫下,煤中的硫和生石灰燃燒,不再是二氧化硫而是硫酸鈣;而且由于煤粉細(xì)度較小,生成的硫酸鈣也比較小,實(shí)際上就夾雜在粉塵中。因此,脫硫的實(shí)質(zhì)就是在除塵。"王興道不無驕傲地說道。
新機(jī)組的除塵原理其實(shí)很簡(jiǎn)單,不是布袋,也不是靜電,而是旋風(fēng)。利用旋風(fēng)在除塵塔中作用,把熱風(fēng)和粉塵做了分離。粉塵在重力作用下降入塔底,而熱風(fēng)也不浪費(fèi),用來干燥和吹動(dòng)煤粉進(jìn)入燃燒室。"在把熱能榨干榨盡的同時(shí),這套機(jī)組的脫硫效率達(dá)到了60%,煙氣中CO含量小于0.1%,林格曼黑度小于1。"王興道說。
經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)在哪?
10t/h工業(yè)鍋爐每年可節(jié)省279.8萬元左右,40t/h發(fā)電鍋爐每年節(jié)約1475.1萬元,投資回收期為6~10個(gè)月。
針對(duì)不同領(lǐng)域、不同需求的實(shí)際用能狀況,王興道選擇了具有代表性的10t/h和45t/h工業(yè)鍋爐進(jìn)行性能檢測(cè)和經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比。
以一家化工企業(yè)(應(yīng)要求隱去公司名字)的10t/h的工業(yè)鍋爐為例。這家企業(yè)產(chǎn)橡膠防老劑,生產(chǎn)線24小時(shí)用蒸汽,高峰在10t/h以上,低峰在8.7t/h左右,蒸汽壓力不低于0.8MPa,并輔以4噸導(dǎo)熱油爐,作管路保溫使用。
改造投資總額為200萬元,改造后的鍋爐耗煤量由1700kg/h減少到1035kg/h,減少率為39%;煙氣排量由2.3萬m3減少到1.3萬m3;功率則由77kw增加到88.7kw;操作工人由兩名增加到3名,年維修費(fèi)用15萬元。如果按照這個(gè)地區(qū)原煤價(jià)600元/噸計(jì)算,每天可節(jié)約1萬元左右。如果以一年為限,考慮當(dāng)?shù)仉妰r(jià)0.5元/度,人工7.5元/小時(shí),每年可節(jié)省279.8萬元左右(見表一),投資回收期約為10個(gè)月。
如果以45t/h發(fā)電鍋爐為例,改造投資總額為675萬元,耗煤量由8500kg/h減少到5000kg/h,減少率為41%;功率則由253.5kw增加到296kw;操作工人由4名增加到8名,年維修費(fèi)用40萬元。如果煤價(jià)、電價(jià)和人工價(jià)格與上一案例不變,每年節(jié)約1475.1萬元(見表二),投資回收期約為6個(gè)月。
王興道說,目前國(guó)內(nèi)還有大量2t/h以上的工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐,各類加熱爐近10萬臺(tái),發(fā)電鍋爐也達(dá)數(shù)萬臺(tái),市場(chǎng)潛力巨大。目前,已與新奧等燃?xì)庑袠I(yè)企業(yè)展開合作。在國(guó)際市場(chǎng)方面,俄羅斯、韓國(guó)以及東南亞、南美洲、非洲等地區(qū),除大型的合成氣設(shè)備源自歐洲外,煤燃燒技術(shù)基本上類似于我國(guó)狀況,也具有廣闊的市場(chǎng)空間。未來,王興道還設(shè)想與銀行合作,以按揭方式讓用戶以節(jié)煤款償還改造投資;以能源管理方式,通過與投資公司、租賃公司合作,將設(shè)備以金融租賃方式出租。
新聞鏈接
煤燃燒技術(shù)比較
煤是一類種類繁雜、化學(xué)成分多達(dá)上千種的化石能源。煤的制備技術(shù)、燃燒方式、氣化技術(shù)不勝枚舉。追求煤炭的高效利用,是所有煤化工和煤燃燒熱工科研人員的目標(biāo)。而現(xiàn)有的幾種煤燃燒技術(shù)均存在不同程度的弊端:
1.水煤漿:
水煤漿其制作工藝需精煤加工(約1.3噸原煤加工1噸水煤漿)并由30%的水和1%的添加劑組成。由于30%水份的存在,其燃燒溫度比理論上計(jì)算的低約100℃~150℃,1噸水煤漿燃燒值相當(dāng)于0.76噸煤。
2.發(fā)生爐熱煤氣:
發(fā)生爐熱煤氣是一種除塵效果好的燃料(脫硫另計(jì)),氣化效率在65%~70%之間,熱煤氣的燃燒效率在85%左右(還需熱空氣配風(fēng)),而綜合燃燒效率在50%~55%之間,而熱煤氣輸送過程中顯熱損失等原因使得其節(jié)能效果也不明顯。
3.粉煤氣化燃燒技術(shù):
煤的燃燒機(jī)理較油類、氣體燃料復(fù)雜,主要表現(xiàn)在揮發(fā)份燃燒與固定碳的燃燒機(jī)理差異太大。揮發(fā)份的燃點(diǎn)低,易于燃燒;固定碳燃點(diǎn)在比揮發(fā)份高幾倍,而且二者的化學(xué)反應(yīng)速率差異太大。所以,煤的燃燒最終要解決的問題是:燃燒充分和最大限度的熱利用。
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