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推广工业型煤的技术策略及其专用锅炉的研制

发表日期:2015-09-07

导读:我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,煤炭在我国国民经济和社会发展中占有极其重要的地位。据预测,到2010年、2020年和2030年,我国煤炭需求量占一次能源的比例分别为66%、62%和

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,煤炭在我国国民经济和社会发展中占有极其重要的地位。据预测,到2010年、2020年和2030年,我国煤炭需求量占一次能源的比例分别为66%、62%和60%。因此,煤炭在今后相当长的时间内都将是我国能源的主体,其在一次能源结构的主导地位不会有太大的改变。

然而,能源消费结构中对煤炭的过分依赖导致了环境污染的加剧。我国煤利用的主要形式是原煤直接燃烧,直接燃煤量占用产煤总量的80%以上。这种原煤散烧方式造成了严重的粉尘污染和能源浪费。煤炭燃烧已成为我国环境污染物排放的主要来源,随着煤炭消费量的增加,面临的环境问题越来越多。据统计,我国每年排人大气的污染物中,80%的CO2、79%的尘埃、87%的S02、69%的NO,来源于煤的直接燃烧。近期对我国城市大气污染监测结果表明,我国城市大气污染严重,在大气污染类型主要为煤烟型大气污染。在被监测的城市中,SO2超标的城市占53%;NOX超标的城市占35%;总悬浮颗粒物(TSP)超标的城市占53%;降尘超标的城市占57%。目前我国已出现大面积酸雨区,在一些地方出现森林死亡、植被退化等生态环境破坏问题,因此,环境问题已经成为影响我国经济和社会发展的主要制约因素。

然而,我国是一个发展中国家,经济水平和能源利用率低,如以轻油、天然气或煤气为工业和民用锅炉的燃料,在经济上实际是无法承受的,况且我国的石油、天然气储量十分有限。因此,为了改善我国煤烟型大气污染日益严重的状况,目前比较现实的选择是使用型煤作为工业和民用锅炉的主要燃料。

推广使用工业型煤存在的关键问题

工业型煤是用一种或数种煤与一定比例的粘结剂、固硫剂等经加工成一定形状和有一定理化性能的、用于工业锅炉使用的燃料,是一种适合我国国情的、经济实用的洁净煤技术。修改后的《中华人民共和国大气污染防治法》第22条、第25条指出:国务院有关部门和地方各级人民政府应当采取措施,改进城市燃料结构,发展城市煤气、推广成型煤的生产和使用;大、中城市人民政府应当制定规划,对市区内的民用炉灶,限期实现燃用固硫型煤或者其他清洁燃料,逐步替代直接燃用原煤。与同容量燃用散原煤工业锅炉相比,燃用颗粒状型煤系列工业锅炉的平均节煤率可达10%~25%;而且可以使初始排尘减少80%~90%、烟气黑度降到1林格曼级以下、总固硫率50%以上。因此,推广使用型煤,不仅可以节约能源,提高煤炭利用效率,而且可以有效地减少环境污染。

我国大力推广型煤是在“六五”期间开始的。国家把加快城市燃料型煤化列入“六五”、“七五”计划。工业锅炉使用的主要是工业型煤。但至今为止,工业型煤并没有得到有效推广。究其原因,主要是由于推广使用工业型煤的技术路线错误造成的。

长期以来,我国推广使用工业型煤的技术路线是通过向工业型煤中加入各种化学添加剂以求改变工业型煤的某些理化性能(如机械强度、热稳定性、耐水性等)和燃烧性能,目的是使其能够在以燃用原煤为设计燃料的工业锅炉上有效使用,因此,我国工业型煤技术的研究工作一直集中在化学添加剂的开发方面。

由于工业型煤是由经粉碎的原料煤加入某些化学添加剂压制成的,为保证其在运输过程中不破碎,工业型煤必须有很好的机械强度。同时为降低锅炉烟气中的初始排尘浓度,工业型煤在燃烧过程中保持形状稳定而不被烧碎,即工业型煤必须具有热稳定性,因为只有这样才能使燃煤中的微小颗粒和在燃烧过程中产生的微小灰粒、焦碳粒固结在型煤里,才能保证有效降低锅炉烟尘的初始排放浓度。如果使用的工业型煤热稳定性很差,进入炉膛后就会被烧碎,由于工业型煤是将原煤粉碎后加工成型的,其微小煤颗粒的比例远高于原煤,所用型煤的添加剂也多为粉状无机物,因此,燃用热稳定性差的工业型煤的锅炉烟尘的初始排放浓度将会高于燃用原煤的工况,实际检测结果已经验证了这一点。

但是,如果要求工业型煤具有热稳定性,在达到锅炉的额定出力的条件下,用现有的、以燃用原煤为设计燃料的机械炉排锅炉是无法将其烧透的。此外,实践表明,即使不考虑由于工业型煤长期堆垛存放而导致化学添加剂的失效问题,仅靠化学添加剂技术不能根本解决上述用现有的机械炉排锅炉不能烧透具有热稳定性的工业型煤的问题。

因此,若要推广使用工业型煤,必须放弃依赖向工业型煤中加入化学添加剂以期达到工业型煤在原有的工业锅炉上替代原煤使用的技术路线。

推广使用工业型煤的技术策略

一、研制推广使用燃用工业型煤的专用锅炉

如前所述,如果要降低锅炉烟尘的初始排放浓度,所燃用的工业型煤必须有热稳定性。然而,如果要求工业型煤具有热稳定性,用现有的机械炉排锅炉是不可能烧透的,也不可能达到锅炉的额定出力,依靠化学添加剂技术也不能根本解决上述问题。因此,如果推广使用工业型煤并使其达到环保的效果,必须研制推广使用燃用工业型煤的专用锅炉。

此外,如果推广使用燃用工业型煤的专用锅炉,就可以降低对工业型煤的煤质要求,也就同时降低了对其原料煤的煤质要求,提高了推广使用工业型煤的经济性。

二、取消工业型煤的防水添加剂

工业型煤添加剂成本的主要构成是所谓防水剂的成本。通常加有防水添加剂的工业型煤可泡在水中数月而不粉碎,但这不意味着工业型煤可以长期存放。实践表明,加有防水添加剂并可泡在水中数月而不粉碎的工业型煤,在潮湿的环境下同样在较短的期间内受潮粉碎,而且也同样不能长期堆垛存放,如长期堆垛存放其下层的工业型煤会大量粉碎,因此,在工业型煤中加入所谓防水添加剂的实际意义不大,可以取消对工业型煤需要加入防水添加剂的要求,使工业型煤的生产成本降低。

三、取消工业型煤的助燃添加剂

由于以燃用原煤为设计燃料的机械炉排锅炉无法烧透具有热稳定性的工业型煤,因此,过去采用在工业型煤中加有所谓的助燃添加剂的方法,试图以此解决上述问题。但长期的实践表明,即使不考虑由于工业型煤由于存放而导致其助燃添加剂的失效问题,仅靠所谓的助燃添加剂技术是不能解决上述的工业型煤不能烧透的问题。由于燃用工业型煤的专用锅炉是根据工业型煤的燃烧特性来设计燃烧设备的,工业型煤烧透的问题只能是通过合理设计工业型煤的专用锅炉的燃烧设备来解决。因此,可以取消对工业型煤需要加入助燃添加剂的要求,减少工业型煤的生产成本。

四、在城市周边地区建设工业型煤加工厂并建立配送体制

对于在产煤矿区建立的型煤生产企业,其生产的工业型煤通常需经过多次倒运才能送到用户,再用上煤机将工业型煤送入锅炉煤斗后入炉燃烧。这样几次装卸运输,工业型煤的破碎率很高。如果破碎的工业型煤人炉燃烧,其环保效果还不如燃用原煤。而且,工业型煤毕竟是用粉煤加添加剂经机械压力加工制成的,其机械强度是有限的,要使其能够经过多次装卸运输而保持不破碎非常困难。

如果将型煤加工厂建设在城市周边,对于用户采用配送体制,即在用户处仅存5~7天用量的工业型煤,可采用室内存放或建造简易大棚存放来防水,这不仅可以取消对工业型煤防水性的要求,而且可以保证工业型煤不破碎,其环保性能才会得到保证。而且,将原煤运输到城市周边地区,加工成工业型煤后配送用户的型煤生产方式在经济上也是合理的。

五、研制和推广高性能型煤生产成套设备

目前,工业型煤的生产设备和生产工艺存在着一些共性的问题,严重影响着工业型煤的质量,最主要问题有:

工业型煤生产设备不匹配。工业型煤生产需要有配料、粉碎、搅拌、捏合、成型等工序,每道工序的设备出力应该匹配。但从目前的情况看,工业型煤生产设备不匹配的现象严重,影响了工业型煤产品的质量和设备的设计能力的发挥。

成型机质量差,成型力低,耐磨性差。型煤成型机是生产工业型煤的关键设备。目前工业型煤生产企业所使用的成型机的质量较低,成型压力普遍不足,这是目前所生产的工业型煤机械强度低的主要原因。

成型后的工业型煤水分高。由于目前型煤生产企业所使用的工业型煤成型机的成型压力低,所以生产工业型煤的原料煤必须有相当量的水分才能成型。这样成型的工业型煤水分高,机械强度低。如果采用自然干燥的方法除去工业型煤所含有的多余水分,不仅需要很大的场地,而且干燥时间长,无法满足大规模生产的要求。一些型煤生产企业为减少工业型煤的干燥时间,试图采用烘干设备来干燥工业型煤。然而,由于工业型煤是大规模生产、压力成型的颗粒状物质,如果其水分含量较高,采用烘干设备干燥型煤同样需要相当长的时间。对于生产系统则要求工业型煤烘干设备与其它生产设备能够匹配生产,这样大出力的烘干设备的投资会相当大。此外,为避免可燃挥发分的析出流失,只能采用低温干燥的方法干燥工业型煤。这样低温干燥型煤方法的热效率低,运行费用高,使得工业型煤的生产成本大大增加。况且,即便采用低温干燥的方法干燥型煤,在技术上也很难保证大量的工业型煤在烘干设备中受热均匀而不产生局部过热。如果在实际烘干运行上产生工业型煤过热,就会造成其可燃挥发分析出流失,工业型煤的发热量下降,煤质降低。

解决上述问题的有效方法是研制出成型力大,耐磨性强的工业型煤成型机,这样的工业型煤成型机应可以保证原料煤在低水分的条件下成型,成型后的工业型煤即具有较高的初始机械强度,稍经自然干燥后即可运输或燃用。

燃用工业型煤专用锅炉的研制及其热工和环保测试结果

锅炉燃烧装置由炉排底座炉排、预燃室、前落煤道、后落煤道、煤闸板、煤斗、二次风管组、炉拱、炉膛等部分组成。预燃室布置在煤斗的下部。锅炉本体布置在燃烧装置的上部,由锅筒、侧对流换热管束等本体部件组成。锅炉的工作过程如下:

工业型煤存放在煤斗中,随着炉排的运动,煤斗中的一部分工业型煤通过前落煤道被送入预燃室,并同时接受来自预燃室内炉拱、炉墙的辐射热和先进入预燃室的煤燃烧后产生烟气的对流热着火燃烧,被引燃的煤层随炉排向后运动。煤斗中的另一部分工业型煤则由后落煤道落在从预燃室送出并已经被引燃的煤层之上,实现了无限制着火的下燃方式。随后被下引燃的煤层随炉排进入炉膛后,在煤层上部的工业型煤同时也被炉拱的高温引燃,其释放出的可燃气体将在二次风管组喷出来的组合空气射流的强烈混合下进行燃烧并燃尽,这样就形成了下部和上部双向着火燃烧的工况,这不仅强化了工业型煤在炉膛内的燃烧过程,加快了炉膛内工业型煤的燃尽速度,而且由于工业型煤煤层通风好,这种燃烧方式可以大大增加炉膛内的煤层厚度,相应减慢炉排速度,保证了工业型煤在炉膛内的燃烧时间。因此,燃用工业型煤的专用锅炉的完全可以确保了具有热稳定性的、低热值的工业型煤完全燃尽。

燃用工业型煤的专用锅炉可以保证在锅炉额定出力的条件下,具有热稳定性的、低热值的、无助燃添加剂的工业型煤的正常燃尽。

在我国目前的经济、技术条件下,推广使用工业型煤是解决我国目前大气环境污染日益严重状况的行之有效的方法。若要推广使用工业型煤,必须放弃原有的、依赖向工业型煤中加入化学添加剂以期达到工业型煤在原有的工业锅炉上替代原煤使用的技术路线。如果采用推广使用燃用工业型煤的专用锅炉、研制和推广高性能型煤生产成套设备、在城市周边地区建设工业型煤加工厂、采用高性能工业型煤生产成套设备并建立工业型煤配送体制等新的技术措施和技术路线,推广使用工业型煤的工作必将会顺利开展。燃用工业型煤的专用锅炉完全可以保证在锅炉额定出力的条件下,具有热稳定性的、低热值的、无助燃添加剂的工业型煤的正常燃尽。


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