摘要: 1999 年全國(guó)二氧化硫排放總量1 857 萬(wàn)t ,而火電廠SO2 排放810 萬(wàn)t ,占全國(guó)SO2 排放的43. 6 %。火電站脫硫已成為研究的熱點(diǎn)。對(duì)火電站脫硫新模式- 燃前煤粉的摩擦電選在線脫硫進(jìn)行了研究論述: (1) 應(yīng)用摩擦電選技術(shù)與電站制粉系統(tǒng)集成進(jìn)行火電站燃前煤粉在線脫硫降灰的原理; (2) 該技術(shù)的合理性及可選性; (3) 實(shí)現(xiàn)燃前煤粉在線脫硫降灰對(duì)鍋爐燃燒特性的影響; (4) 該技術(shù)的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞:在線脫硫降灰,摩擦電選技術(shù),火電站,煤粉,制粉系統(tǒng),集成

前言

電力工業(yè)的快速發(fā)展, 特別是火電裝機(jī)容量和發(fā)電量的大幅增加, 電力環(huán)保問題日益突出。 1999 年全國(guó)火電廠SO2 排放810 萬(wàn)t , 占全國(guó)SO2 排放的43. 6 % ,原因就是直接燃燒原煤。我國(guó)火電廠1999 年燃煤平均灰分26 % , 燃煤含硫量> 1 % 的火電廠100多個(gè), 相應(yīng)裝機(jī)容量4000 多萬(wàn)千瓦, 約占全國(guó)火電裝機(jī)容量的14 %; 而到1999 年底, 投入運(yùn)行的火電廠煙氣脫硫裝置約250 萬(wàn)kW, 在建的火電廠煙氣脫硫裝置約100 多萬(wàn)千瓦, 兩者之和僅占火電裝機(jī)容量的1. 26 %。燃煤電站要執(zhí)行國(guó)家在環(huán)保方面的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn),必須采取脫硫措施。目前脫硫的途徑可分為在燃前對(duì)煤粉進(jìn)行脫硫、在燃燒爐中進(jìn)行固硫或?qū)θ己蟮臒煔膺M(jìn)行脫硫。增加燃中或燃后脫硫系統(tǒng), 其投資及運(yùn)行費(fèi)用都比較高。

若能實(shí)現(xiàn)燃前應(yīng)用高效先進(jìn)的選煤技術(shù)對(duì)煤粉進(jìn)行深度脫硫降灰, 使污染尚未產(chǎn)生就進(jìn)行治理, 將是一種減少污染排放、提高鍋爐效率、降低設(shè)備磨損、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、簡(jiǎn)化工藝流程、降低發(fā)電成本的合理選擇。

事實(shí)上, 燃煤電站的制粉工藝系統(tǒng)已為實(shí)現(xiàn)爐前煤粉的深度脫硫降灰提供了充分條件。因?yàn)槿济弘娬惧仩t噴吹用煤要磨細(xì)到70 %以上小于 74μm, 這時(shí)大部分礦物質(zhì)都已充分解離, 這就為在燃前應(yīng)用物理選煤的方法高效去除其中的黃鐵礦硫和成灰物質(zhì)提供了充分的解離條件。而且磨煤的能量消耗對(duì)燃煤電站來說是必須的, 使得在選煤過程中為了充分解離煤中的礦物質(zhì), 所要消耗的磨煤能耗得以節(jié)省, 選煤過程的成本自然就很低。因此,若能把選煤工藝與電站制粉系統(tǒng)的特點(diǎn)結(jié)合,集成化在爐前實(shí)現(xiàn)深度脫硫降灰,無論從技術(shù)工藝角度還是從經(jīng)濟(jì)效益角度來看都是一條理想的途徑,具有重要意義。

能夠適應(yīng)這種集成化要求的選煤方法, 必須是能夠分選< 74μm微細(xì)粒煤的工藝簡(jiǎn)單的干法分選技術(shù),因?yàn)殄仩t噴粉燃燒必須用干粉。采用濕法技術(shù)分選如此細(xì)的煤,其精煤產(chǎn)品需要脫水、干燥, 同時(shí)需要龐大的煤泥水處理系統(tǒng), 其投資、運(yùn)行成本都非常高,易造成新的環(huán)境污染,而且做不到爐前在線分選。因此,必須采用干法分選技術(shù)。摩擦電選技術(shù)恰是能滿足這種要求的高效干法分選技術(shù)。

1 應(yīng)用摩擦電選技術(shù)進(jìn)行火電站燃前煤粉在線脫硫降灰的原理

如圖1 所示, 煤粉被氣流輸送經(jīng)過摩擦器時(shí), 煤中有機(jī)質(zhì)(煤) 和無機(jī)質(zhì)(礦物質(zhì)) 顆粒之間以及顆粒與摩擦器器壁間碰撞摩擦分別帶上正、負(fù)電荷, 荷電顆粒群被氣流送入高壓靜電場(chǎng), 正、負(fù)荷電粒子受到相反方向的電場(chǎng)力作用, 分別向相反電極極板運(yùn)動(dòng),形成兩股物料流,從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)與無機(jī)質(zhì)(特別是黃鐵礦硫) 的精確分離。由于摩擦電選技術(shù)以氣體作為載體介質(zhì), 能有效地克服分子力引起的顆粒團(tuán)聚,因此,能有效地分選細(xì)度 < 74μm的微粉煤, 而在這個(gè)級(jí)別中大部分無機(jī)質(zhì)(特別是黃鐵礦硫) 已充分解離, 從理論上講更容易實(shí)現(xiàn)深度脫硫降灰, 實(shí)際試驗(yàn)研究已給予了充分證明。

由摩擦電選技術(shù)的原理可知, 該技術(shù)可與燃煤電站制粉系統(tǒng)有機(jī)地集成在一起,因?yàn)?摩擦電選技術(shù)所需磨粉、干燥、氣力輸送等工藝環(huán)節(jié)在火電站制粉系統(tǒng)中已完全具備,因此,將摩擦電選機(jī)的給料口和精煤出料口直接插入到制粉系統(tǒng)的送粉管路與鍋爐之間達(dá)到集成化的目的, 在煤粉的輸送過程中,黃鐵礦等礦物質(zhì)被連續(xù)分離排出,進(jìn)入鍋爐的是低硫低灰潔凈煤, 實(shí)現(xiàn)了在線深度脫硫降灰。

2 應(yīng)用摩擦電選技術(shù)進(jìn)行燃前在線脫硫降灰的合理性、可行性

應(yīng)用摩擦電選技術(shù)進(jìn)行燃前在線脫硫降灰的合理性、可行性可由下面幾點(diǎn)看出。

(1) 首先燃煤電站鍋爐噴吹用煤要磨細(xì)到 70 %以上小于74μm, 這時(shí)大部分礦物質(zhì)都已充分解離, 這就為在燃前應(yīng)用摩擦電選技術(shù)在線高效脫除其中的黃鐵礦硫和成灰物質(zhì)提供了充分的解離條件。而且磨煤的能量消耗對(duì)燃煤電站來說是必須的, 使得在摩擦電選過程中為了充分解離煤中的礦物質(zhì),所要消耗的磨煤能耗得以節(jié)省,同時(shí)摩擦電選過程中主要是利用靜電場(chǎng)來分離黃鐵礦等礦物質(zhì),其能耗非常小。因此,在火電站制粉系統(tǒng)中插入摩擦電選系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)集成化在線脫硫降灰的運(yùn)行、加工成本很低。

(2) 由摩擦電選技術(shù)的原理可知,該技術(shù)可與燃煤電站制粉系統(tǒng)有機(jī)地集成在一起,因?yàn)?摩擦電選技術(shù)所需磨粉、干燥、氣力輸送等工藝環(huán)節(jié)在火電站制粉系統(tǒng)中已完全具備。因此,將摩擦電選機(jī)的給料口和精煤出料口直接插入到制粉系統(tǒng)的送粉管路與鍋爐之間達(dá)到集成化的目的, 在煤粉的輸送過程中脫除黃鐵礦等礦物質(zhì), 所需的設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用都很低。

因此, 把摩擦電選技術(shù)與火電站制粉系統(tǒng)的特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合,集成化在爐前實(shí)現(xiàn)深度脫硫降灰, 無論從技術(shù)工藝角度還是從經(jīng)濟(jì)效益角度來看都是一條合理的理想途徑。

(3) 摩擦電選過程對(duì)火電站制粉系統(tǒng)的工況條件適應(yīng)性問題。美國(guó)在該方面對(duì)煤粉電站制粉系統(tǒng)輸送管路中煤粉的摩擦帶電極性、帶電量進(jìn)行了測(cè)量,研究結(jié)果表明: ①煤粉荷電量的荷質(zhì)比可達(dá)50μC/ kg , 接近實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中顆粒的荷電量水平,能夠滿足摩擦電選的條件要求; ②輸送管路中的條件, 如風(fēng)煤比、氣流速度、氣體溫度及相對(duì)濕度不會(huì)對(duì)摩擦電選過程造成明顯的影響。

在火電站制粉系統(tǒng)中, 煤粉被磨細(xì)的同時(shí)被干燥。被干燥的煤粉具有很強(qiáng)的吸附空氣的能力, 它能借助于顆粒表面極薄空氣層的減阻作用而具有良好的流動(dòng)性(松散性) , 這就為摩擦電選過程中顆粒的分散、碰撞摩擦帶電及輸送造就了更加良好的分選條件。

制粉系統(tǒng)管路中的溫度約60 ℃～70 ℃。已掌握的研究結(jié)果表明: 煤粉在這種水分及環(huán)境溫度下,具有很高的比電阻,更加有利于煤粉保持一個(gè)較高水平的荷電荷質(zhì)比,提高摩擦電選效率。

在直吹式制粉系統(tǒng)中, 輸送氣體的相對(duì)濕度為15 %～60 %。美國(guó)的理論研究表明,在這種條件下,不會(huì)對(duì)摩擦帶電過程產(chǎn)生明顯的影響;中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中試系統(tǒng)上, 在相對(duì)濕度為98 % 的陰雨天專門進(jìn)行試驗(yàn), 證明摩擦電選在這種條件下是完全可以進(jìn)行的。

在中倉(cāng)式制粉系統(tǒng)中, 輸送氣體的相對(duì)濕度更低,對(duì)摩擦電選過程不會(huì)產(chǎn)生影響。

目前,煤粉電廠的制粉工藝流程是:原煤→干燥、磨粉→輸送→燃燒。而采用適應(yīng)于微粉煤脫硫降灰的干法摩擦電選技術(shù), 集成化進(jìn)行爐前在線脫硫降灰, 分選工藝流程將為: 原煤→干燥、磨粉 →輸送→摩擦電選→輸送→燃燒。

從工藝及技術(shù)角度來說摩擦電選技術(shù)與幾種制粉系統(tǒng)都可以集成配合。摩擦電選脫硫后產(chǎn)生的尾煤可拋棄、用于井下充填或綜合利用或用循環(huán)流化床單獨(dú)處理。

3 實(shí)現(xiàn)燃前煤粉在線脫硫降灰對(duì)鍋爐燃燒特性的影響

摩擦電選后可得到灰分< 15 %或< 10 %、硫分< 1 %或< 0. 5 %的低灰低硫高熱值煤粉, 它具有高效低污染的燃燒特性,具體表現(xiàn)為: (1) 減少燃料消耗�；曳指叩拿翰粌H使發(fā)熱量降低,而且影響煤的著火和燃燒。例如,在煤粉升溫著火過程中,煤中的灰加熱到高溫和改變相態(tài), 要消耗一定的能量,延遲煤粉的及早著火;煤粉燃燒中所形成的灰殼對(duì)氧氣擴(kuò)散到焦炭表面起著阻礙作用,特別是燃盡末期,高灰有可能阻礙燃燒的繼續(xù)進(jìn)行,使燃燒盡度下降,影響燃燒效率�；曳置吭黾�1 % ,燃料消耗亦增加1 %。

(2) 提高燃燒溫度、鍋爐效率、降低磨損,提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)和安全性�；曳钟绊憮]發(fā)分的析出,其含量愈高則揮發(fā)分析出溫度愈高,著火速度也就愈慢, 且燃燒溫度下降; 燃燒高灰煤時(shí), 易造成爐內(nèi)結(jié)渣、受熱面積積灰與磨損都較嚴(yán)重,減少壽命,影響鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

(3) 降低煙氣中的飛灰濃度及灰渣處理費(fèi)用。在以固態(tài)排渣的煤粉燃燒中, 85%～90%的灰分以飛灰形式隨煙氣一起排出爐膛。煤粉灰分愈高, 飛灰濃度愈大。當(dāng)燃用發(fā)熱量為28. 6 MJ / kg ,灰分為 10%的優(yōu)質(zhì)煤時(shí),飛灰濃度為9. 4 g/ m3 ;而當(dāng)燃用發(fā)熱量為14. 5 MJ / kg , 灰分為47%的劣質(zhì)煤時(shí), 飛灰濃度高達(dá)83. 2 g/ m3。飛灰濃度大,易使受熱面積灰, 影響傳熱,使排煙溫度升高,增加排煙熱損失。由于燃煤灰分降低, 使排放灰渣總量減少, 降低灰渣處理費(fèi)用。

(4) 減少SO2 排放量。分選后精煤的硫分降低到1 %或0. 5 %以下, 在燃燒時(shí)可不需進(jìn)行燃中或燃后脫硫。

(5) 減少有毒痕量元素的排放。煤中有幾十種痕量元素, 它們?cè)诿禾咳紵兄饕腥N變化遷移方式。高熔點(diǎn)元素在燃燒中不揮發(fā),主要集中于灰渣中;高溫下?lián)]發(fā)、低溫下冷凝的元素易在微粒上富集; 易揮發(fā)不易冷凝的元素以氣態(tài)排入大氣。在上述三種方式中,最有害的是痕量元素在微粒上的富集, 因?yàn)楫?dāng)這些亞微米級(jí)的微粒排入大氣后,對(duì)人體健康毒害很大。存在于無機(jī)物中的痕量元素, 通過摩擦電選, 都能除去相當(dāng)一部分, 從而減少這些有毒的痕量元素在微粒上的富集, 減少有毒痕量元素的排放。

因此, 應(yīng)用摩擦電選技術(shù)與制粉系統(tǒng)集成在一起進(jìn)行爐前在線脫硫降灰與燃中、燃后脫硫技術(shù)相比, 具有達(dá)到脫硫目的的同時(shí), 實(shí)現(xiàn)節(jié)能、提高鍋爐效率、降低鍋爐磨損、降低灰渣處理費(fèi)用、減少有毒痕量元素排放的諸多優(yōu)點(diǎn)。

4 應(yīng)用前景

摩擦電選技術(shù)可直接在新建電站設(shè)計(jì)中有機(jī)結(jié)合在一起,由于其體積小,也可以在已建電站制粉、輸送系統(tǒng)中改造插入,實(shí)現(xiàn)煤粉爐前在線脫硫降灰。同時(shí),其低投資、低運(yùn)行成本的優(yōu)點(diǎn),都使得該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。

對(duì)于燃用含黃鐵礦硫?yàn)橹髅禾康碾娬緛碚f, 應(yīng)用投資及運(yùn)行費(fèi)用都非常低的摩擦電選與電站制粉系統(tǒng)集成進(jìn)行在線脫硫降灰技術(shù), 可省略煙氣脫硫系統(tǒng); 對(duì)于燃用含有機(jī)硫?yàn)橹髅禾康碾娬緛碚f,則可應(yīng)用煙氣脫硫技術(shù)或燃中脫硫技術(shù)。因此,該技術(shù)可與煙氣脫硫技術(shù)、燃中脫硫技術(shù)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ), 對(duì)于解決我國(guó)火電站SO2 污染問題將作出重要貢獻(xiàn)。結(jié)合我國(guó)的實(shí)際國(guó)情、經(jīng)濟(jì)狀況,研究開發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、投資及運(yùn)行費(fèi)用都非常低的與煤粉電站制粉系統(tǒng)集成的摩擦電選脫硫降灰技術(shù), 對(duì)我國(guó)來說具有是十分重要的戰(zhàn)略意義與現(xiàn)實(shí)意義。由于該技術(shù)是結(jié)合燃煤電站的供煤系統(tǒng)特點(diǎn),充分利用其潛在的有利條件,其投資及運(yùn)行費(fèi)用都非常低,該技術(shù)的應(yīng)用可省略燃中、燃后脫硫系統(tǒng)。結(jié)合我國(guó)西部大開發(fā)中火電發(fā)展的需要,以及西部地區(qū)嚴(yán)重缺水的特點(diǎn),潛在市場(chǎng)前景很好。

該技術(shù)還可應(yīng)用于高爐噴吹系統(tǒng)中, 進(jìn)行爐前煤粉的在線脫硫降灰。因此,它的應(yīng)用必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn):

[ 1] 俞珠鋒, 呂文斌. 潔凈煤技術(shù)及其在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中的作用[J ] . 中國(guó)能源,2001. 5 13～19.

[ 2] 徐通模等. 鍋爐燃燒設(shè)備[M] . 西安: 西安交通大學(xué)出版社, 1990 年.

[ 3]戴為等. 中速磨煤機(jī)[M] . 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1999 年.

[ 4] (蘇) м. и. 列茲尼柯夫等. 熱力發(fā)電廠蒸汽鍋爐[M] . 北京: 水利電力出版社,1989 年.

[ 5] J . M. Stencel et al . Triboelectrostatic Cleaning of Coal In - Line Be2 tween Pulverizers and Burners at Utilities. Coal Preparation. Vol . 19.

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”