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(qū)區(qū)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(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,煙氣也能達標排放。

據(jù)了解,由北京火德恒特能源科技發(fā)展有限公司(以下簡稱火德恒特公司)自主創(chuàng)新研發(fā)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(xiàn)場鑒定。鑒定結(jié)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(jié)約煤炭、高效利用劣質(zhì)煤、減少燃煤的煙氣排放量、實現(xiàn)爐內(nèi)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(tǒng)設(shè)計,在實現(xiàn)煤的氣化、燃燒、系統(tǒng)控制等方面有創(chuàng)新,對現(xiàn)有明火用能設(shè)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(jīng)理王興道,對這項技術(shù)進行詳細的了解。

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,同時伴隨煤炭資源的浪費。但我國現(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,同時伴隨煤炭資源的浪費。據(jù)統(tǒng)計我國環(huán)境污染的85%是由燃煤引起的。

王興道說,傳統(tǒng)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(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)實際測算,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,我國仍然是高參數(shù)、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(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致多環(huán)物(POM)排放量增加、流態(tài)化氣化劑臨界風量有風壓限制等諸多問題,無法實現(xiàn)煙氣減排的目的。因此,大容量化的高效應(yīng)用技術(shù)還有待進一步研究。

我國現(xiàn)擁有2t/h以上的工業(yè)鍋爐52萬余臺,工業(yè)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(jié)能減排的新型設(shè)備進行嫁接改造是比較現(xiàn)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(shù)并結(jié)合噴氣式發(fā)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(xiàn)了燃煤鍋爐具有燃氣(油)鍋爐的燃燒效率和節(jié)煤減排的目的。

新機組運用最新煤潔凈燃燒技術(shù)并結(jié)合噴氣式發(fā)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(xiàn)了燃煤鍋爐具有燃氣(油)鍋爐的燃燒效率和節(jié)煤減排的目的。據(jù)統(tǒng)計新機組較傳統(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,脫硫效率達到60%。由于新機組為外置式燃燒設(shè)備,適用于絕大多數(shù)明火用能設(shè)備的嫁接和改造。

王興道給記者詳細解釋了這項技術(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定的,從而保證了氣化效率的穩(wěn)定,進而提高了煤的燃燒效率。

新機組由煤預處系統(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(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)份的燃燒實現(xiàn)了時間同步。

在向記者解釋過程中,王興道特別強調(diào),由于采用噴氣式發(fā)動機的燃燒原理,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(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,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(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(zhì)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(jīng)濟效益優(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個月。

針對不同領(lǐng)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(yè)鍋爐進行性能檢測和經(jīng)濟效益對比。

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(qū)原煤價600元/噸計算,每天可節(jié)約1萬元左右。如果以一年為限,考慮當?shù)仉妰r0.5元/度,人工7.5元/小時,每年可節(jié)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(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(jié)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(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,發(fā)電鍋爐也達數(shù)萬臺,市場潛力巨大。目前,已與新奧等燃氣行業(yè)企業(yè)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(qū),除大型的合成氣設(shè)備源自歐洲外,煤燃燒技術(shù)基本上類似于我國狀況,也具有廣闊的市場空間。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、化學成分多達上千種的化石能源。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。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算的低約100℃~150℃,1噸水煤漿燃燒值相當于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),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(jié)能效果也不明顯。

3.粉煤氣化燃燒技術(shù):

煤的燃燒機理較油類、氣體燃料復雜,主要表現(xiàn)在揮發(fā)份燃燒與固定碳的燃燒機理差異太大。揮發(fā)份的燃點低,易于燃燒;固定碳燃點在比揮發(fā)份高幾倍,而且二者的化學反應(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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