劣質煤能像燃油一樣潔凈嗎?
往年此時的北京市北馬莊供熱站,工人們要熱火朝天地卸煤、裝煤渣,忙個不停。但今年,工人們不用這么干活了,偌大一個供熱站只有區區三四個工作人員。一位負責人告訴記者,采用粉煤氣化燃燒機組后,煤消耗量和煤渣的產生量大幅度減少,特別是在煤中添加石灰石,在沒有脫硫設備的情況下,煙氣也能達標排放。
據了解,由北京火德恒特能源科技發展有限公司(以下簡稱火德恒特公司)自主創新研發的"粉煤氣化燃燒機組"項目,近日通過了由科技部主管的中國民營科技促進會組織的現場鑒定。鑒定結果顯示,"粉煤氣化燃燒機組"可使煤氣化燃燒效率大幅度提高,為節約煤炭、高效利用劣質煤、減少燃煤的煙氣排放量、實現爐內脫硫提供了較為可靠的工藝保證。這個機組的燃燒控制系統設計,在實現煤的氣化、燃燒、系統控制等方面有創新,對現有明火用能設備進行嫁接改造提供了一條新途徑。對此,記者近日采訪了火德恒特公司總經理王興道,對這項技術進行詳細的了解。
傳統鍋爐燃燒方式差在哪?
較大一部分煤不能完全燃燒,產生一氧化碳、氮氧化物等有害氣體隨煙氣排向大氣,造成環境污染,同時伴隨煤炭資源的浪費。但我國現有鍋爐、窯爐不可能全部淘汰怎么辦?
傳統鍋爐的燃燒方式,由于其燃燒部分的設計不足致使較大一部分煤不能完全燃燒,而產生一氧化碳、氮氧化物等有害氣體隨煙氣排向大氣,造成環境污染,同時伴隨煤炭資源的浪費。據統計我國環境污染的85%是由燃煤引起的。
王興道說,傳統鍋爐運行中,為達到相對的完全燃燒,大多采用增大過量空氣系數的方式,其結果必然是一部分過量空氣冷卻了爐膛溫度,增加了排煙量。據實際測算,現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,我國仍然是高參數、大容量、高效率的電站鍋爐煤粉占主導地位。而火床爐只適用于65t/h以下的鍋爐。流化床仍處于發展階段,雖可燒用劣質煤,但始終無法解決不能高溫燃燒導致多環物(POM)排放量增加、流態化氣化劑臨界風量有風壓限制等諸多問題,無法實現煙氣減排的目的。因此,大容量化的高效應用技術還有待進一步研究。
我國現擁有2t/h以上的工業鍋爐52萬余臺,工業窯爐30萬余臺。針對我國的國情和鍋爐使用情況,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到提高燃燒效率又能節能減排的新型設備進行嫁接改造是比較現實的出路。
新機組到底新在哪?
機組運用最新煤潔凈燃燒技術并結合噴氣式發動機原理,將煤的預處理、熱解、氣化、燃燒一體化,達到了煤的燃燒效率97%以上的目的,實現了燃煤鍋爐具有燃氣(油)鍋爐的燃燒效率和節煤減排的目的。
新機組運用最新煤潔凈燃燒技術并結合噴氣式發動機原理,將煤的預處理、熱解、氣化、燃燒一體化,達到了煤的燃燒效率97%以上的目的,實現了燃煤鍋爐具有燃氣(油)鍋爐的燃燒效率和節煤減排的目的。據統計新機組較傳統鏈條爐排燃煤鍋爐節煤30%以上,減少煙氣排放量40%以上,在無脫硫設備的情況下,脫硫效率達到60%。由于新機組為外置式燃燒設備,適用于絕大多數明火用能設備的嫁接和改造。
王興道給記者詳細解釋了這項技術的原理。煤炭氣化是提高燃燒效率的主要途徑之一,煤受熱后揮發份析出、氧化分解和干餾等一系列變化,吸熱反應和放熱反應交織,但熱分解溫度是相對定的,從而保證了氣化效率的穩定,進而提高了煤的燃燒效率。
新機組由煤預處系統、制粉系統、煤氣化系統、煤粉氣化燃燒系統四大部分組成,并把煤的預處理(篩分、制粉)和熱解、氣化、燃燒有機地組合在一套裝置中,通過煤的預處理過程,實現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份的燃燒實現了時間同步。
在向記者解釋過程中,王興道特別強調,由于采用噴氣式發動機的燃燒原理,將塊煤煤氣發生爐產生的高熱值煤氣的燃火焰直接噴入煤粉燃燒器,形成穩定的高溫熱源,使計量配入的細度為80~120目的煤粉瞬間熱解氣化,并與已預熱的空氣在煤粉燃燒器出口處充分混合、燃燒,最終強火焰的形式噴出,向受能設備供能。
做到了節能,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,以前采用傳統的脫硫設備脫硫,效果不錯,但是成本較大。新燃燒機組決定另辟蹊徑,在燃燒過程中找脫硫的新路子。為了不浪費爐內的高溫,技術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;而且由于煤粉細度較小,生成的硫酸鈣也比較小,實際上就夾雜在粉塵中。因此,脫硫的實質就是在除塵。"王興道不無驕傲地說道。
新機組的除塵原理其實很簡單,不是布袋,也不是靜電,而是旋風。利用旋風在除塵塔中作用,把熱風和粉塵做了分離。粉塵在重力作用下降入塔底,而熱風也不浪費,用來干燥和吹動煤粉進入燃燒室。"在把熱能榨干榨盡的同時,這套機組的脫硫效率達到了60%,煙氣中CO含量小于0.1%,林格曼黑度小于1。"王興道說。
經濟效益優在哪?
10t/h工業鍋爐每年可節省279.8萬元左右,40t/h發電鍋爐每年節約1475.1萬元,投資回收期為6~10個月。
針對不同領域、不同需求的實際用能狀況,王興道選擇了具有代表性的10t/h和45t/h工業鍋爐進行性能檢測和經濟效益對比。
以一家化工企業(應要求隱去公司名字)的10t/h的工業鍋爐為例。這家企業產橡膠防老劑,生產線24小時用蒸汽,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,年維修費用15萬元。如果按照這個地區原煤價600元/噸計算,每天可節約1萬元左右。如果以一年為限,考慮當地電價0.5元/度,人工7.5元/小時,每年可節省279.8萬元左右(見表一),投資回收期約為10個月。
如果以45t/h發電鍋爐為例,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,年維修費用40萬元。如果煤價、電價和人工價格與上一案例不變,每年節約1475.1萬元(見表二),投資回收期約為6個月。
王興道說,目前國內還有大量2t/h以上的工業鍋爐和工業窯爐,各類加熱爐近10萬臺,發電鍋爐也達數萬臺,市場潛力巨大。目前,已與新奧等燃氣行業企業展開合作。在國際市場方面,俄羅斯、韓國以及東南亞、南美洲、非洲等地區,除大型的合成氣設備源自歐洲外,煤燃燒技術基本上類似于我國狀況,也具有廣闊的市場空間。未來,王興道還設想與銀行合作,以按揭方式讓用戶以節煤款償還改造投資;以能源管理方式,通過與投資公司、租賃公司合作,將設備以金融租賃方式出租。
新聞鏈接
煤燃燒技術比較
煤是一類種類繁雜、化學成分多達上千種的化石能源。煤的制備技術、燃燒方式、氣化技術不勝枚舉。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。而現有的幾種煤燃燒技術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算的低約100℃~150℃,1噸水煤漿燃燒值相當于0.76噸煤。
2.發生爐熱煤氣:
發生爐熱煤氣是一種除塵效果好的燃料(脫硫另計),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),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能效果也不明顯。
3.粉煤氣化燃燒技術:
煤的燃燒機理較油類、氣體燃料復雜,主要表現在揮發份燃燒與固定碳的燃燒機理差異太大。揮發份的燃點低,易于燃燒;固定碳燃點在比揮發份高幾倍,而且二者的化學反應速率差異太大。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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