應(yīng)用工業(yè)固硫型煤技術(shù)控制燃煤工業(yè)鍋爐

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1、應(yīng)用工業(yè)固硫型煤技術(shù)控制燃煤工業(yè)鍋爐 二氧化硫污染 ——中國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐二氧化硫污染綜合防治對(duì)策（四） 張慧明 王娟 （青島市環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)，青島266001） （青島建筑工程學(xué)院環(huán)境工程系，青島266033） 摘 要 本文研究應(yīng)用工業(yè)固硫型煤技術(shù)控制燃煤工業(yè)鍋爐SO2的污染。研究表明，燃燒工業(yè)固硫型煤是控制燃煤工業(yè)鍋爐SO2污染的最經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、有效的方法。 關(guān)鍵詞 煤炭；燃煤工業(yè)鍋爐；煙塵；二氧化硫；工業(yè)固硫型煤 Controlling Sulfur Dioxide Pollution from Indu

2、strial Coal-Fixed Boilers by Burning Industrial Fixed sulfur model Coal Zhang Huiming (Qingdao Institute of Environmental science, Qingdao 266001) Wang Juan (Department of Environmental Engineering , Qingdao Institute of Architecture and Engineering，Qingdao 266033) Abstract Research on cont

3、rolling sulfur dioxide pollution from industrial coal-fired boilers by burning industrial fixed sulfur model coal have been conduced in this paper. It is shown by study that burning industrial boilers is the most economic and the simple and the effective means for controlling sulfur dioxide pollutio

4、n from industrial coal-fired boilers . Key words Coal; Industrial coal-fired boiler; dust; sulfur dioxide; industrial fixed sulfur model coal 1引言 多年來(lái)，我國(guó)大氣污染控制實(shí)踐表明，應(yīng)用傳統(tǒng)的方法，燃煤工業(yè)鍋爐SO2污染是難以控制的。只有從能源與大氣環(huán)境問(wèn)題入手，采用清潔燃料、淘汰小鍋爐、應(yīng)用工業(yè)固硫型煤、采用水煤漿、應(yīng)用循環(huán)流化床潔凈燃燒技術(shù)和煙氣脫硫一整套的科學(xué)的綜合防治技術(shù)，才能簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、有效地控制燃煤工業(yè)鍋爐SO2污染。這

5、套防治技術(shù)具有燃燒效率高，一般在90%左右；熱效率高，一般在80%以上；排煙煙塵濃度和SO2濃度均可達(dá)到《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，大大減少資源浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益最佳，是我國(guó)目前及未來(lái)燃煤工業(yè)鍋爐SO2污染防治最佳的替代技術(shù)。只有采用這套污染綜合防治技術(shù)，我國(guó)大氣環(huán)境污染才有望得到控制，即使在經(jīng)濟(jì)持續(xù)迅速發(fā)展的情況下，我國(guó)大氣環(huán)境污染也是可以控制的。本文研究應(yīng)用工業(yè)固硫型煤技術(shù)，控制我國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐SO2污染。 2工業(yè)固硫型煤概況 20世紀(jì)50年代初，由于倫敦?zé)熿F事件，英國(guó)研究開發(fā)了民用及工業(yè)用型煤，以防治民用爐灶和工業(yè)爐窯煙塵SO2污染。80年代中期，美國(guó)潔

6、凈煤技術(shù)研究開發(fā)規(guī)劃出臺(tái)，作為潔凈煤技術(shù)的重要內(nèi)容之一的型煤技術(shù)，獲得進(jìn)一步的研究及發(fā)展。由于節(jié)能和大幅度減少煙塵和SO2污染，工業(yè)固硫型煤受到許多國(guó)家的青睞。 在我國(guó)天然氣、柴油等短缺的許多地區(qū)和部門，煤炭依然是燃煤工業(yè)鍋爐的主要燃料，用作鍋爐的煤炭不應(yīng)是原煤，而應(yīng)是工業(yè)固硫型煤。應(yīng)用工業(yè)固硫型煤，控制燃煤工業(yè)鍋爐SO2污染。 型煤是由原煤粉碎、添加粘結(jié)劑、助燃劑、固硫劑后經(jīng)加工而成的成型固體清潔燃料。對(duì)于工業(yè)型煤，就其加入固硫劑與否，可分為工業(yè)固硫型煤和工業(yè)非固硫型煤。工業(yè)型煤按加工工藝，可分為冷壓成型和熱壓成型兩種。由于冷壓成型需要加入粘結(jié)劑，且工藝比較簡(jiǎn)單，又稱為粘結(jié)成型，在我國(guó)獲

7、得廣泛的應(yīng)用。 我國(guó)工業(yè)固硫型煤技術(shù)研究開發(fā)較晚，只是近十幾年，為了削減燃煤工業(yè)鍋爐SO2及煙塵的排放量，國(guó)家對(duì)工業(yè)鍋爐固硫型煤進(jìn)行了專門的攻關(guān)研究，并取得了可喜的成果。目前我國(guó)工業(yè)鍋爐燃燒型煤后，SO2可減少40～80%，國(guó)外可達(dá)87%；煙塵排放量可減少50～80%，國(guó)外可達(dá)80%；NOx和苯并（α）芘的排放量也會(huì)減少50%以上，國(guó)外也如此；熱效率提高15～25%，國(guó)外可達(dá)20～30%；節(jié)約煤炭15～20%，國(guó)外可達(dá)20～30%，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益相當(dāng)可觀。我國(guó)的工業(yè)固硫型煤技術(shù)，也步入了國(guó)際的先進(jìn)行列。 3工業(yè)固硫型煤的生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備和質(zhì)量指標(biāo) 3.1工業(yè)固硫型煤生產(chǎn)工藝

8、 粘結(jié)成型型煤的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，熱壓成型型煤的生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。 脫硫劑 粘結(jié)劑 原料煤 篩分 儲(chǔ)煤倉(cāng) 給料器 破碎機(jī) 臥式攪拌機(jī) 烘干窯 產(chǎn)品庫(kù) 成型機(jī) 立式攪拌機(jī) 圖1 粘結(jié)成型型煤的生產(chǎn)工藝流程 計(jì)量 固硫劑 粉狀煙煤 煤氣發(fā)生爐型煤 固定床氧熱處理 計(jì)量 壓球 粉碎 混料 計(jì)量 焦油渣 工業(yè)固硫 無(wú)煙煤 圖2 粘結(jié)成型型煤的生產(chǎn)工藝流程 3.2粘結(jié)成型型煤生產(chǎn)的主要設(shè)備 粘結(jié)成型型煤生產(chǎn)的主要設(shè)備包括： 環(huán)式破碎機(jī)（GJ85A-Ⅲ型）

9、 產(chǎn)量10～15t/h 雙輥成型機(jī)（ MQ11-9） 產(chǎn)量5t/h 臥式雙軸攪拌機(jī)（PLT2300型） 產(chǎn)量15t/h 雙層翻板烘干窯 產(chǎn)量5t/h 立式攪拌機(jī) 產(chǎn)量5t/h 3.3 TY-A型工業(yè)鍋爐型煤質(zhì)量指標(biāo) TY-A型工業(yè)鍋爐型煤質(zhì)量指標(biāo)如下： 粒度，mm 203040 灰分Ay，% 14.93 全硫Sy，% 1.52 全水，% 2.47 發(fā)熱量SyQ，cal/kg 6735 揮發(fā)

10、分Vy，% 17.00 Cy，% 72.89 Hy，% 3.62 Ny，% 1.02 Oy，% 2.17 反應(yīng)活性1000℃ 49.7 孔隙率QyDW，% 16.5 T1, ℃ 12.7 T2, ℃ 13.6 T3, ℃ ＞1400 4工業(yè)固硫型煤的原料煤及粘結(jié)劑和固硫劑 4.1工業(yè)固硫型煤原料煤的控制指標(biāo) 工業(yè)固硫型煤原料煤的控制指標(biāo)如下： 加入煙煤，% 8～12 加入無(wú)煙

11、煤，% 8～12 低位發(fā)熱量，kcal/kg 75600 水分，% ＜4 粒度 ＜3mm占80%以上 4.2工業(yè)固硫型煤粘結(jié)劑 工業(yè)固硫型煤的粘結(jié)劑，按化學(xué)狀態(tài)可分為有機(jī)、無(wú)機(jī)、復(fù)合三大類，常用粘結(jié)劑列于表1。粘結(jié)劑添加量為6～14%。 表1 工業(yè)固硫型煤常用粘結(jié)劑 粘結(jié)劑分類 粘結(jié)劑名稱 有機(jī) 疏水型 親水型 煤焦油瀝青，石油瀝青 紙漿廢液，糠醛廢液，釀酒廢液，制糖廢液 無(wú)機(jī) 不溶性 水溶性 水泥，石灰，各類粘土 水玻璃等

12、 復(fù)合粘結(jié)劑 粘土—紙漿廢液，水玻璃—粘土，水玻璃—水泥 4.3工業(yè)鍋爐型煤固硫劑 工業(yè)鍋爐型煤的固硫劑，按化學(xué)組成可分為鈣系、鈉系及其它三類。工業(yè)固硫型煤常用的固硫劑列于表2。固硫劑的加入量視煤的含硫量而定，一般石灰加入量為2～3%。型煤高溫燃燒時(shí)，煤炭產(chǎn)生的SO2 表2 工業(yè)固硫型煤常用固硫劑 固硫劑分類 固硫劑分子式 鈣系 金屬氧化物 氫氧化物 鹽 類 CaO，MgO Ca(OH)2，Mg(OH)2 CaCO3，Mg CO3 鈉系 氫氧化物 鹽 類 NaOH，KOH Na2CO3，K2CO3 其它 金屬氧化物 MnO2，F(xiàn)e2O

13、3，SiO2，Al2O3 被Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaO、MgO等堿性物質(zhì)吸收，生成的硫酸鹽被固定在爐渣中，削減了煤炭燃燒SO2的排放量。型煤燃燒時(shí)熱效率高，燃盡率高，反應(yīng)活性大，為無(wú)焰燃燒，大大降低了煙塵的排放量。 5工業(yè)固硫型煤的特性 5.1型煤的反應(yīng)活性（α）比原煤高 試驗(yàn)表明，在同一溫度下，型煤的活性（α）值比原煤高0.3～2.6倍。940℃時(shí)原煤活性（α）值為0.17，型煤的活性（α）值為0.78，型煤的活性（α）值比原煤提高了3.58倍，此時(shí)型煤爐溫可達(dá)1100℃。 5.2型煤的燃燒性比原煤好 試驗(yàn)表明， 型煤的燃燒性比原煤好，如表3所示。由于

14、型煤具有良好的燃燒性能，所以型煤熱效率高，燃盡率高，節(jié)煤好。 表3 型煤燃燒性能與原煤比較 燃燒性能 原煤 型煤 熱變形特性 焦渣特性 比表面積（㎡/m3） 孔隙率（%） 爐膛溫度（℃） 反應(yīng)活性α（1000℃時(shí)） 不變形 4～5 ＜5 ＜1 940 31.0 花卉狀 3 ＞200 ＞20 1100 54.1 5.3型煤固灰固硫能力比原煤好 由于型煤燃燒性能好，型煤燃燒時(shí)煙塵排放量比原煤減少50～80%，苯并（α）芘的排放量也有大幅度下降，至少減少50%以上；型煤含有固硫劑及其特殊的結(jié)構(gòu)，SO2排放量減少了40～80%，故型煤固灰固硫能

15、力比原煤好。 6我國(guó)工業(yè)固硫型煤的規(guī)格及用途 目前我國(guó)生產(chǎn)的工業(yè)固硫型煤有多種系列，起規(guī)格及用途列于表4。 表4 中國(guó)工業(yè)固硫型煤的規(guī)格及用途 形狀 產(chǎn)地 規(guī)格 用途 橢圓形 杭州 28mm34mm46mm 18mm33mm37mm 用于工業(yè)鍋爐 黃石 30mm40mm48mm 20mm36mm40mm 用于手燒和普通鍋爐 用于機(jī)械爐排鍋爐 太原 20mm30mm40mm 用于蒸汽鍋爐和熱水鍋爐 棒 形 杭州 直徑25mm，長(zhǎng)度視需要而定 用于工業(yè)鍋爐和窯爐 正方形 杭州 100mm100mm100mm 用于工業(yè)鍋爐和窯爐

16、 我國(guó)工業(yè)固硫型煤生產(chǎn)成本較低，比原煤僅增加11.5%。如果采用廢渣廢液作粘結(jié)劑和固硫劑，型煤的成本可降低10%以上。以廢治廢，綜合利用、降低成本。 7我國(guó)工業(yè)固硫型煤在鍋爐上的應(yīng)用 7.1工業(yè)固硫型煤在鍋爐上應(yīng)用的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益 工業(yè)固硫型煤在鍋爐上應(yīng)用的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，優(yōu)于其它各種煤加工途徑，如表5所示。 表5 型煤與各種煤加工途徑對(duì)鍋爐用煤的效益比較 加工途徑 液化 氣化 選煤 塊煤篩粉 型煤 環(huán) 境 效 益 煙塵減少 95% 95% 增大 40% 50～80% SO2減少 90% 95% 50% 0 4

17、0～75% 其他污染 減少 減少 0 0 減少 節(jié)能效益 浪費(fèi)22% 浪費(fèi)20% 浪費(fèi)14% 節(jié)煤6% 節(jié)煤15% 經(jīng) 濟(jì) 效 益 建廠投資（元/t煤） 300 270 20 12 20 用戶燃料費(fèi) 增加3倍 增加2倍 增加45% 增加26% 節(jié)約10% 盈利情況 虧 虧 盈 盈 盈 7.2工業(yè)固硫型煤在鍋爐上應(yīng)用的節(jié)能效益 工業(yè)固硫型煤在鍋爐上應(yīng)用的節(jié)能效益優(yōu)于煤炭不同加工產(chǎn)品，如表6所示。 表6 煤炭不同加工產(chǎn)品在工業(yè)鍋爐上應(yīng)用的節(jié)能效益 燃料或加工途徑 原煤 油 氣 選煤 塊煤 型煤 液化

18、 氣化 燃燒效率，% 鍋爐熱效率，% 節(jié)能率，% 能量轉(zhuǎn)化率，% 總熱能利用率，% 節(jié)煤率，% 75～80 68 － 100 68 － 98 88 +29 － － － ～99 85 +25 － － － 75～80 68 － 85 58 -14 86 73 7 98.5 72 6 95 80 17 97.5 78 15 － － － 60 53 -22 － － － 56 48 -29 7.3工業(yè)固硫型煤在鍋爐上應(yīng)用節(jié)約的基建費(fèi)用 工業(yè)固硫型煤在鍋爐上應(yīng)用的基建費(fèi)用，低于其它各種不同

19、加工途徑煤的基建費(fèi)用，如表7所示。 表7 煤炭不同加工節(jié)約基建費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)效益 加工途徑 原煤 煤液化 煤氣化 選煤 塊煤 型煤 按原煤計(jì)t煤/a基建投資，元/t 按產(chǎn)品計(jì)t煤/a基建投資，元/t 節(jié)約t煤/a的投資，元/t 建廠周期 150 — — — 300 500 不節(jié)煤 4～5 270 480 不節(jié)煤 3～4 20 23 不節(jié)煤 2～3 10 25 130 1～2 20 20 118 1～2 7.4工業(yè)鍋爐燃燒工業(yè)固硫型煤的經(jīng)濟(jì)效益 工業(yè)鍋爐燃燒工業(yè)固硫型煤時(shí)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，如表8所示。在年處理煙氣量

20、150500m3的43臺(tái)工業(yè)鍋爐上燃燒工業(yè)固硫型煤時(shí)，比燃燒原煤時(shí)每年可節(jié)約237.6萬(wàn)元，其經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。 表8 工業(yè)鍋爐燃用工業(yè)固硫型煤的經(jīng)濟(jì)效益 爐窯類型 燃燒原煤 燃燒工業(yè)固硫型煤 煙塵治理 投資 萬(wàn)元/1000m3 煙塵治理運(yùn) 行管理費(fèi)用 萬(wàn)元/1000m3 煤炭 耗量 t標(biāo)/a 臺(tái)數(shù) 煙氣量 m3/a 節(jié)省治理 投資費(fèi)用 萬(wàn)元/a 節(jié)省治理運(yùn) 行管理費(fèi)用 萬(wàn)元/a 型煤 耗量 t標(biāo)/a 節(jié)約 煤炭 % 節(jié)煤 價(jià)值 萬(wàn)元/a 鍋爐 0.8900 0.5445 7896.08 43 150500

21、133.95 81.95 6689.7 15.3 21.7148 7.5工業(yè)鍋爐燃燒工業(yè)固硫型煤的環(huán)境效益 工業(yè)鍋爐燃燒工業(yè)固硫型煤時(shí)環(huán)境效益也相當(dāng)可觀，如表9所示。工業(yè)鍋爐上燃燒工業(yè)固硫型煤后，煙塵排放量可減少57%；煙氣林格曼黑度可降低3度；型煤的固硫效率為54.52%。鍋爐排放的煙氣煙塵濃度、煙氣黑度及SO2的濃度，均可達(dá)到《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。 表9 工業(yè)鍋爐燃用工業(yè)固硫型煤的環(huán)境效益 爐窯 煙氣總量 104m3/a 燃原煤時(shí)平均煙塵濃度 mg/m3 燃固硫型煤后減少排放煙塵 % 減少排塵量 t/a 降低林格曼黑度

22、型煤固硫率 % 減少排SO2放量 t/a 類型 臺(tái)數(shù) 鍋爐 3 425700 650 57 1577.2 3 51.52 162.72 8結(jié)語(yǔ) （1）在清潔燃料短缺的地區(qū)及部門，尤其是小容量的工業(yè)鍋爐，可優(yōu)先選用工業(yè)固硫型煤作鍋爐的燃料，目前主要用于20t/h以下的鍋爐。 （2）型煤克服了原煤的缺陷，具有活性高、反應(yīng)性能高的特點(diǎn)，燃燒反應(yīng)完全，為無(wú)煙燃燒，熱效率高，燃盡率高，減少煙塵污染，節(jié)約煤炭。 （3）由于型煤在加工過(guò)程中可適當(dāng)配料，添加脫硫劑，故具有最佳的燃料化學(xué)特性和適宜的焦渣特性，并具有較高的脫硫效率。 （4）型煤熱變形性能好，燃燒時(shí)不崩潰而

23、呈花卉狀，因而空隙度高，比表面積大，能充分與空氣接觸，碳燃燒充分，爐溫高，提高了熱效率，減少了煙氣中未燃盡碳、苯并（α）芘和烴類的排放量，節(jié)約了煤炭，減少了有害物質(zhì)的排放量。 （5）型煤入爐后不飛灰、不漏料，又由于具有良好的燃燒性能，灰渣含碳量低，降低了煤耗。 （6）利用粉煤、泥煤等做型煤的原料，為泥煤和粉煤的利用找到了市場(chǎng)，資源得到充分、合理的利用。 （7）經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益相當(dāng)可觀，型煤是最經(jīng)濟(jì)的工業(yè)鍋爐大氣污染控制技術(shù)，是工業(yè)鍋爐潔凈燃燒首選的清潔燃料。 （8）煤的成型工藝是原煤的再加工物化過(guò)程，是把不便于運(yùn)輸、不便于使用、易于造成粉塵飛揚(yáng)的細(xì)顆粒及粉煤加工成粒度均一、強(qiáng)度高、疏

24、水性好、便于運(yùn)輸、方便使用的高效潔凈固體成型燃料。 （9）目前我國(guó)工業(yè)固硫型煤的生產(chǎn)多停留在示范階段，無(wú)論是品種、質(zhì)量和數(shù)量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了工業(yè)鍋爐的應(yīng)用，工業(yè)固硫型煤在工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用尚未起步。 參考文獻(xiàn) 1、王漢臣，大氣保護(hù)與能源利用，中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，北京，1992； 2、張?zhí)炝?，消煙除塵與環(huán)境保護(hù)，浙江大學(xué)出版社，杭州，1986年； 3、張慧明，“中國(guó)能源與大氣環(huán)境”，中國(guó)經(jīng)濟(jì)文庫(kù)，中央編譯出版社，北京，1995 4、張慧明，“應(yīng)用工業(yè)固硫型煤控制大氣二氧化硫污染”，上海環(huán)境科學(xué)，15（8）21～24頁(yè)，1996； 5、張慧明，“中國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐排放二氧化硫?qū)Υ髿獾奈廴炯肮I(yè)固硫型煤的應(yīng)用”，環(huán)境科學(xué)進(jìn)展，7（1）54～61頁(yè)，1999； 6、張慧明，“中國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐SO2污染綜合防治對(duì)策”，首屆中國(guó)西部地區(qū)環(huán)境與發(fā)展經(jīng)濟(jì)技術(shù)國(guó)際研討會(huì)論文集，昆明，2003； 作者簡(jiǎn)介 ：張慧明，著名環(huán)境學(xué)家，中國(guó)二氧化硫污染控制工程奠基人。 7