应用工业固硫型煤技术控制燃煤工业锅炉

应用工业固硫型煤技术控制燃煤工业锅炉二氧化硫污染中国燃煤工业锅炉二氧化硫污染综合防治对策（四）张慧明 王娟 （青岛市环境科学学会，青岛266001） （青岛建筑工程学院环境工程系，青岛266033）摘 要 本文研究应用工业固硫型煤技术控制燃煤工业锅炉SO2的污染。研究表明，燃烧工业固硫型煤是控制燃煤工业锅炉SO2污染的最经济、简便、有效的方法。关键词 煤炭；燃煤工业锅炉；烟尘；二氧化硫；工业固硫型煤Controlling Sulfur Dioxide Pollution from Industrial Coal-Fixed Boilers by Burning Industrial Fixed sulfur model CoalZhang 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 controlling 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 pollution from industrial coal-fired boilers .Key words Coal; Industrial coal-fired boiler; dust; sulfur dioxide; industrial fixed sulfur model coal1引言多年来，我国大气污染控制实践表明，应用传统的方法，燃煤工业锅炉SO2污染是难以控制的。只有从能源与大气环境问题入手，采用清洁燃料、淘汰小锅炉、应用工业固硫型煤、采用水煤浆、应用循环流化床洁净燃烧技术和烟气脱硫一整套的科学的综合防治技术，才能简便、经济、有效地控制燃煤工业锅炉SO2污染。这套防治技术具有燃烧效率高，一般在90%左右；热效率高，一般在80%以上；排烟烟尘浓度和SO2浓度均可达到锅炉大气污染物排放标准的要求，大大减少资源浪费，经济效益、环境效益和社会效益最佳，是我国目前及未来燃煤工业锅炉SO2污染防治最佳的替代技术。只有采用这套污染综合防治技术，我国大气环境污染才有望得到控制，即使在经济持续迅速发展的情况下，我国大气环境污染也是可以控制的。本文研究应用工业固硫型煤技术，控制我国燃煤工业锅炉SO2污染。2工业固硫型煤概况20世纪50年代初，由于伦敦烟雾事件，英国研究开发了民用及工业用型煤，以防治民用炉灶和工业炉窑烟尘SO2污染。80年代中期，美国洁净煤技术研究开发规划出台，作为洁净煤技术的重要内容之一的型煤技术，获得进一步的研究及发展。由于节能和大幅度减少烟尘和SO2污染，工业固硫型煤受到许多国家的青睐。在我国天然气、柴油等短缺的许多地区和部门，煤炭依然是燃煤工业锅炉的主要燃料，用作锅炉的煤炭不应是原煤，而应是工业固硫型煤。应用工业固硫型煤，控制燃煤工业锅炉SO2污染。型煤是由原煤粉碎、添加粘结剂、助燃剂、固硫剂后经加工而成的成型固体清洁燃料。对于工业型煤，就其加入固硫剂与否，可分为工业固硫型煤和工业非固硫型煤。工业型煤按加工工艺，可分为冷压成型和热压成型两种。由于冷压成型需要加入粘结剂，且工艺比较简单，又称为粘结成型，在我国获得广泛的应用。我国工业固硫型煤技术研究开发较晚，只是近十几年，为了削减燃煤工业锅炉SO2及烟尘的排放量，国家对工业锅炉固硫型煤进行了专门的攻关研究，并取得了可喜的成果。目前我国工业锅炉燃烧型煤后，SO2可减少4080%，国外可达87%；烟尘排放量可减少5080%，国外可达80%；NOx和苯并（）芘的排放量也会减少50%以上，国外也如此；热效率提高1525%，国外可达2030%；节约煤炭1520%，国外可达2030%，经济效益和环境效益相当可观。我国的工业固硫型煤技术，也步入了国际的先进行列。3工业固硫型煤的生产工艺流程及设备和质量指标3.1工业固硫型煤生产工艺粘结成型型煤的生产工艺流程如图1所示，热压成型型煤的生产工艺流程如图2所示。脱硫剂粘结剂原料煤筛分储煤仓给料器破碎机卧式搅拌机烘干窑产品库成型机立式搅拌机图1 粘结成型型煤的生产工艺流程计量固硫剂粉状烟煤煤气发生炉型煤固定床氧热处理计量压球粉碎混料计量焦油渣工业固硫无烟煤图2 粘结成型型煤的生产工艺流程3.2粘结成型型煤生产的主要设备粘结成型型煤生产的主要设备包括：环式破碎机（GJ85A-型） 产量1015t/h 双辊成型机（ MQ11-9） 产量5t/h卧式双轴搅拌机（PLT2300型） 产量15t/h 双层翻板烘干窑 产量5t/h立式搅拌机 产量5t/h3.3 TY-A型工业锅炉型煤质量指标TY-A型工业锅炉型煤质量指标如下：粒度，mm203040灰分Ay，% 14.93全硫Sy，% 1.52全水，% 2.47发热量SyQ，cal/kg 6735 挥发分Vy，%17.00Cy，%72.89 Hy，%3.62Ny，%1.02 Oy，%2.17反应活性100049.7孔隙率QyDW，%16.5T1, 12.7T2, 13.6T3, 1400 4工业固硫型煤的原料煤及粘结剂和固硫剂4.1工业固硫型煤原料煤的控制指标工业固硫型煤原料煤的控制指标如下：加入烟煤，% 812 加入无烟煤，% 812低位发热量，kcal/kg 75600 水分，% 4粒度 3mm占80%以上4.2工业固硫型煤粘结剂工业固硫型煤的粘结剂，按化学状态可分为有机、无机、复合三大类，常用粘结剂列于表1。粘结剂添加量为614%。表1 工业固硫型煤常用粘结剂粘结剂分类粘结剂名称有机疏水型亲水型煤焦油沥青，石油沥青纸浆废液，糠醛废液，酿酒废液，制糖废液无机不溶性水溶性水泥，石灰，各类粘土水玻璃等复合粘结剂粘土纸浆废液，水玻璃粘土，水玻璃水泥4.3工业锅炉型煤固硫剂工业锅炉型煤的固硫剂，按化学组成可分为钙系、钠系及其它三类。工业固硫型煤常用的固硫剂列于表2。固硫剂的加入量视煤的含硫量而定，一般石灰加入量为23%。型煤高温燃烧时，煤炭产生的SO2表2 工业固硫型煤常用固硫剂固硫剂分类固硫剂分子式钙系金属氧化物氢氧化物盐 类CaO，MgOCa(OH)2，Mg(OH)2CaCO3，Mg CO3 钠系氢氧化物盐 类NaOH，KOHNa2CO3，K2CO3其它金属氧化物MnO2，Fe2O3，SiO2，Al2O3被Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaO、MgO等碱性物质吸收，生成的硫酸盐被固定在炉渣中，削减了煤炭燃烧SO2的排放量。型煤燃烧时热效率高，燃尽率高，反应活性大，为无焰燃烧，大大降低了烟尘的排放量。5工业固硫型煤的特性5.1型煤的反应活性（）比原煤高试验表明，在同一温度下，型煤的活性（）值比原煤高0.32.6倍。940时原煤活性（）值为0.17，型煤的活性（）值为0.78，型煤的活性（）值比原煤提高了3.58倍，此时型煤炉温可达1100。5.2型煤的燃烧性比原煤好试验表明， 型煤的燃烧性比原煤好，如表3所示。由于型煤具有良好的燃烧性能，所以型煤热效率高，燃尽率高，节煤好。表3 型煤燃烧性能与原煤比较燃烧性能原煤型煤热变形特性焦渣特性比表面积（/m3）孔隙率（%）炉膛温度（）反应活性（1000时）不变形455194031.0花卉状320020110054.15.3型煤固灰固硫能力比原煤好由于型煤燃烧性能好，型煤燃烧时烟尘排放量比原煤减少5080%，苯并（）芘的排放量也有大幅度下降，至少减少50%以上；型煤含有固硫剂及其特殊的结构，SO2排放量减少了4080%，故型煤固灰固硫能力比原煤好。6我国工业固硫型煤的规格及用途目前我国生产的工业固硫型煤有多种系列，起规格及用途列于表4。表4 中国工业固硫型煤的规格及用途形状产地规格用途椭圆形杭州28mm34mm46mm18mm33mm37mm用于工业锅炉黄石30mm40mm48mm20mm36mm40mm用于手烧和普通锅炉用于机械炉排锅炉太原20mm30mm40mm用于蒸汽锅炉和热水锅炉棒 形杭州直径25mm，长度视需要而定用于工业锅炉和窑炉正方形杭州100mm100mm100mm用于工业锅炉和窑炉我国工业固硫型煤生产成本较低，比原煤仅增加11.5%。如果采用废渣废液作粘结剂和固硫剂，型煤的成本可降低10%以上。以废治废，综合利用、降低成本。7我国工业固硫型煤在锅炉上的应用7.1工业固硫型煤在锅炉上应用的环境效益和经济效益工业固硫型煤在锅炉上应用的环境效益和经济效益，优于其它各种煤加工途径，如表5所示。表5 型煤与各种煤加工途径对锅炉用煤的效益比较加工途径液化气化选煤块煤筛粉型煤环境效益烟尘减少95%95%增大40%5080%SO2减少90%95%50%04075%其他污染减少减少00减少节能效益浪费22%浪费20%浪费14%节煤6%节煤15%经济效益建厂投资（元/t煤）300270201220用户燃料费增加3倍增加2倍增加45%增加26%节约10%盈利情况亏亏盈盈盈7.2工业固硫型煤在锅炉上应用的节能效益工业固硫型煤在锅炉上应用的节能效益优于煤炭不同加工产品，如表6所示。表6 煤炭不同加工产品在工业锅炉上应用的节能效益燃料或加工途径原煤油气选煤块煤型煤液化气化燃烧效率，%锅炉热效率，%节能率，%能量转化率，%总热能利用率，%节煤率，%758068100689888+299985+257580688558-148673798.572695801797.578156053-225648-297.3工业固硫型煤在锅炉上应用节约的基建费用工业固硫型煤在锅炉上应用的基建费用，低于其它各种不同加工途径煤的基建费用，如表7所示。表7 煤炭不同加工节约基建费用的经济效益加工途径原煤煤液化煤气化选煤块煤型煤按原煤计t煤/a基建投资，元/t按产品计t煤/a基建投资，元/t节约t煤/a的投资，元/t建厂周期150300500不节煤45270480不节煤342023不节煤231025130122020118127.4工业锅炉燃烧工业固硫型煤的经济效益工业锅炉燃烧工业固硫型煤时经济效益十分显著，如表8所示。在年处理烟气量150500m3的43台工业锅炉上燃烧工业固硫型煤时，比燃烧原煤时每年可节约237.6万元，其经济效益十分可观。表8 工业锅炉燃用工业固硫型煤的经济效益炉窑类型燃烧原煤燃烧工业固硫型煤烟尘治理投资万元/1000m3烟尘治理运行管理费用万元/1000m3煤炭耗量t标/a台数烟气量m3/a节省治理投资费用万元/a节省治理运行管理费用万元/a型煤耗量t标/a节约煤炭%节煤价值万元/a锅炉0.89000.54457896.0843150500133.9581.956689.715.321.71487.5工业锅炉燃烧工业固硫型煤的环境效益工业锅炉燃烧工业固硫型煤时环境效益也相当可观，如表9所示。工业锅炉上燃烧工业固硫型煤后，烟尘排放量可减少57%；烟气林格曼黑度可降低3度；型煤的固硫效率为54.52%。锅炉排放的烟气烟尘浓度、烟气黑度及SO2的浓度，均可达到锅炉大气污染物排放标准的要求。表9 工业锅炉燃用工业固硫型煤的环境效益炉窑烟气总量104m3/a燃原煤时平均烟尘浓度mg/m3燃固硫型煤后减少排放烟尘%减少排尘量t/a降低林格曼黑度型煤固硫率%减少排SO2放量t/a类型台数锅炉3425700650571577.2351.52162.728结语（1）在清洁燃料短缺的地区及部门，尤其是小容量的工业锅炉，可优先选用工业固硫型煤作锅炉的燃料，目前主要用于20t/h以下的锅炉。（2）型煤克服了原煤的缺陷，具有活性高、反应性能高的特点，燃烧反应完全，为无烟燃烧，热效率高，燃尽率高，减少烟尘污染，节约煤炭。（3）由于型煤在加工过程中可适当配料，添加脱硫剂，故具有最佳的燃料化学特性和适宜的焦渣特性，并具有较高的脱硫效率。（4）型煤热变形性能好，燃烧时不崩溃而呈花卉状，因而空隙度高，比表面积大，能充分与空气接触，碳燃烧充分，炉温高，提高了热效率，减少了烟气中未燃尽碳、苯并（）芘和烃类的排放量，节约了煤炭，减少了有害物质的排放量。（5）型煤入炉后不飞灰、不漏料，又由于具有良好的燃烧性能，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，为泥煤和粉煤的利用找到了市场，资源得到充分、合理的利用。（7）经济效益和环境效益相当可观，型煤是最经济的工业锅炉大气污染控制技术，是工业锅炉洁净燃烧首选的清洁燃料。（8）煤的成型工艺是原煤的再加工物化过程，是把不便于运输、不便于使用、易于造成粉尘飞扬的细颗粒及粉煤加工成粒度均一、强度高、疏水性好、便于运输、方便使用的高效洁净固体成型燃料。（9）目前我国工业固硫型煤的生产多停留在示范阶段，无论是品种、质量和数量都远远满足不了工业锅炉的应用，工业固硫型煤在工业锅炉上的应用尚未起步。参考文献1、王汉臣，大气保护与能源利用，中国环境科学出版社，北京，1992；2、张天立，消烟除尘与环境保护，浙江大学出版社，杭州，1986年；3、张慧明，“中国能源与大气环境”，中国经济文库，中央编译出版社，北京，19954、张慧明，“应用工业固硫型煤控制大气二氧化硫污染”，上海环境科学，15（8）2124页，1996；5、张慧明，“中国燃煤工业锅炉排放二氧化硫对大气的污染及工业固硫型煤的应用”，环境科学进展，7（1）5461页，1999； 6、张慧明，“中国燃煤工业锅炉SO2污染综合防治对策”，首届中国西部地区环境与发展经济技术国际研讨会论文集，昆明，2003；作者简介 ：张慧明，著名环境学家，中国二氧化硫污染控制工程奠基人。6