洁净型煤技术开发研制.doc

洁净型煤技术摘要：通过对洁净型煤技术的介绍，并对型煤质量及燃烧测试分析，认为洁净型煤技术是一种煤的高效洁净燃烧、改善环境空气质量及节约能源的有效技术。关键词：型煤；洁净技术；1 型煤的发展现状煤炭是世界一次能源的重要组成部分。近30年来，世界煤炭在生产与消费结构中的比重保持在30%左右，对世界经济发展起着举足轻重的作用。中国的能源消费一直以煤为主，煤炭在一次能源生产和消费中都占75%左右。据统计，中国城市排放到大气中的烟尘的70%以上和SO2总量的75%80%直接来源于燃煤。研究表明，燃用型煤比燃用散煤在节能、降低排烟温度、除尘、减少废气排放等方面都有很大的提高，在原煤中加入一定的添加剂将其加工成型煤，可大大降低燃煤对大气的污染。型煤按用途来分可分为民用型煤和工业型煤二大类，工业型煤和民用型煤都已具备了较为成熟的生产技术。工业型煤与散煤相比在燃烧过程中可减少SO2排放量30%，烟尘74%，节煤10%以上；民用型煤与散煤相比，可减少CO排放量70%以上，烟尘90%，节煤12%以上。由此可见，在中国目前的经济条件下，发展型煤是改善燃煤效率，保护环境的有效途径，中国大气污染防治法已明文规定推广型煤的生产和使用。2 洁净型煤技术开发 近年来，国内对型煤技术做了大量的研究开发工作，现已发展到一个新的阶段即动力优化配煤、洁净煤添加剂与型煤一体化的洁净型煤技术阶段。在成功掌握洁净型煤的4项技术即优化动力配煤技术、添加剂技术、型煤成型技术和粘结剂技术的基础上，于2000年研制开发出适合工业锅炉、工业炉窑等多种型号的“免烘干”型洁净型煤产品，现将构成洁净型煤技术的4项技术浅析如下：2. 1 优化动力配煤技术洁净型煤的原料煤为优化动力配煤，利用非线性规则原理建立目标函数，并根据各种商品煤的价格及质量指标，采用计算机神经网络自动优选出能满足各种工业锅炉和工业炉窑所需的最优配方，并使其配煤成本达到最低。配煤生产工艺流程如图1所示。称量给料原料仓A外销运输均化成品混配称量给料原料仓 B称量给料原料仓 C计算机专家系统图1 配煤生产工艺流程图2.2 添加剂技术在原煤中掺入一定量具有催化助燃作用的添加剂，能提高燃烧设备热效率，并具有固硫和除尘作用。经过长期反复的试验研究，先后开发出具有显著环保和节能效果的HZ1型、HZ2型及ZDM型等节能添加剂系列产品。 添加剂的原料组成主要为工业废渣、矿物原料及少量的化工原料。添加剂生产工艺流程如图2所示。在生产过程中对进厂原料的化学组分进行批次化验，添加剂成品在均化装置出料端设置取样装置，以备及时取样。整个添加剂生产线并入洁净优化配煤计算机专家系统，可将原料组分资料、成品取样化验资料输入该专家系统，生产时计算机专家系统根据不同配料煤种、添加剂原料变化波动情况及时调整由计算机控制的原料配比，保证添加剂产品的成品质量和洁净型煤的质量。称量矿物原料 入库包装均化 称量化工原料混合图2 添加剂生产线工艺流程图2.3 型煤成型技术型煤成型技术是洁净型煤技术中一个重要的环节，主要是通过控制原料粉煤的水份、成型过程中的成型压力、粉煤粒度等，把掺有粘结剂的粉煤压制成型。浙江省洁净煤中心在杭州煤场建立型煤生产线，生产线工艺流程图如图3所示。 原料的预处理和原料制备。将按照要求配制好的优化动力配煤即原料煤进行取样化验，达到使用要求后放入原料仓中，经输送设备将其输入粉碎机破碎，再用输送设备将粉煤送入调节仓当中。 搅拌和成型。用输送机将调节仓内经计量后的粉煤输入到轮碾机中，同时加入相应数量的添加剂和粘结剂到轮碾机中进行混合和搅拌。在保证搅拌均匀后将拌有粘结剂和添加剂的粉煤放入地仓中，地仓用作储存之用，经地仓出来的粉煤用输送设备送入型煤成型机中成型，成型机后的型煤经滑坡筛筛除的碎屑返回到成型机中二次成型，合格的型煤装袋后运往堆置场进行堆置。产品运输。型煤全部装袋后外销。如果在运输半径之内，用汽车装运；如遇到运输较远且水运方便时，就采用水运。 成型技术要求。成型方法可分为冷压成型、热压成型和球团成型；成型压力可分为低压成型、中压成型和高压成型；粘结剂按性质可分为无机、有机和复合粘结剂，按耐水程度可分为耐水型粘结剂和亲水型粘结剂2种。型煤成型采用冷压、复合粘结剂成型，亦可根据实际需要采用亲水或耐水粘结剂成型。要求型煤产品应具有合格的水分，灰分、挥发份、固定碳、含硫量、发热量等外，还要求有足够的冷、热强度和热稳定性，同时根据各种炉具的不同燃烧特性来确定型煤的最佳粒度。型煤成型过程中，要严格掌握粉煤的粒度，一般加工成型煤的粉煤粒度要求在1毫米以下最为适合成型，如果粉煤粒度过粗，颗粒间的空隙大，很难成型，即使成型，型煤冷抗压强度达不到要求。水分对型煤加工也是一个重要因素，一般控制在9%12%之间，在物料搅拌过程中，如果水分比例不当，干湿不均，在成型中会出现破损率高或不脱模、不成型、成型机闷车等问题。此外，型煤成型必须针对炉具、炉种的基本要求，物料的配比与干湿情况，合理配制烟煤、无烟煤，使之充分燃烧，提高节煤功效。 输送机 调节仓粉碎机输送机原料仓（优化配煤） 输送机轮碾机添加剂 成型机型煤输出地仓 粘结剂 输送机煤屑返回滑坡筛装车外运图3 型煤生产线工艺流程图2.4 粘结剂技术粘结剂是型煤生产的关键。无机粘结剂成型后冷热强度高，热稳定性好，价格低，防水性能好，但型煤的发热量降低，灰分提高。有机粘结剂本身具有一定的发热量，粘结性好，型煤机械强度较高，防水性能较好，但热稳定性差，成本高。研制开发出的型煤粘结剂采用有机无机相结合的复合型粘结剂，此种粘结剂具有有机和无机粘结剂各自的优点。总结归纳有以下优点：（1）利用此种粘结剂生产的型煤为“免烘干”型，堆放48h后即可自然干燥，在生产工艺上可免去烘干工序，减少了投资，简化了工艺；（2）适当调整粘结剂成分可生产出防水型和不防水型型煤；（3）经测定型煤冷热强度、热稳定性和防水性能（防水型型煤）等各项指标均能达到优良，表1为洁净型煤的性能指标测试表；（4）生产粘结剂的原材料来源广泛，价格低，每吨原煤中加入防水型型煤粘结剂成本为35元左右，而不防水型型煤只需20元左右，生产1t型煤所需粘结剂量约占原煤的4%；（5）粘结剂粘结能力强，流动性好，在煤粒表面易均匀扩散分布，制备工艺简单。表1 洁净型煤性能指标测试表冷抗压强度（kg/球）热抗压强度（kg/球）防水性（kg/球）热稳定性13mm(%)跌落强度13mm (%)耐水性 指标5256459794水浸48h不散3 洁净型煤燃烧测试掌握了型煤技术后在杭州煤场于2000年10月开始投入试生产，到目前为止洁净型煤生产已初具规模，年生产能力3万t，产品已推广到杭州周边地区，分别应用在手烧炉、窑炉、炉灶及链条炉上，经用户使用后收到良好的经济效益和社会效益，一些典型用户使用洁净型煤的基本情况见表2。 表2 洁净型煤典型用户使用情况表 成本、价格： 吨/元用户炉型原煤型煤成本林格曼黑度价格林格曼黑度余杭飞凤自行车厂1t手烧炉4504级以上3601级以下余杭宏达饲料厂0.5t炮状炉4504级以上3801级以下余杭运河搪瓷厂中型手烧炉窑(7台)4804级以上4301级以下嘉兴小芳食品有限公司小型炉灶(10台)4304级以上3801级以下杭州三叶生物化工厂0.5t炮状炉4504级以上3801级以下杭州卓型时装有限公司1t手烧炉4404级以上3601级以下 2001年6月委托浙江省环境监测中心站对在嘉兴小芳食品有限公司所烧洁净型煤进行环保测试，并于2001年9月委托浙江大学浙江省能源利用监测中心对余杭宏达饲料有限公司所烧洁净型煤进行热工测试，测试结果分别汇总于表3、表4。表3 型煤环保测试表燃料指标环保测试结果 收到基水分Mar/%4.95测试断面面积/m20.196空干基水分Mad/%2.05烟气温度/52空干基灰分A ad/% 24.93烟气含湿量/%3.9空干基挥发分Vad/% 17.66烟气平均流速/ms-13.63空干基固定碳FCad/% 55.36烟道静压/Pa0空干基全硫St,ad/% 0.68热态烟气量/m3h-12.57103焦渣特征CRC3标态烟气量/Ndm32.07103收到基低位发热量烟气含氧量/%17.9Qnet,ar/kjkg-1 23003过量空气系数6.77空干基低位发热量实测烟尘排放浓度（mg/ Ndm3）15.494.0 平均54.7Qnet,ad/kjkg-1 23777经换算后烟尘排放浓度（mg/ Ndm3）218烟尘排放量/kgh-10.11烟气黑度/林格曼级一级二氧化硫排放浓度（mg/ Ndm3）二氧化硫排放量/kgh-128.031.0 平均29.50.060表4 型煤热工测试表燃料特性热工测试结果原煤型煤测试项目型煤原煤型煤比原煤差值收到基元素碳Car /%63.6664.05蒸发量/kgh-1346.62328.91+17.71收到基元素氢Har /%3.683.39耗煤量/kgh-153.6058.5-4.90收到基元素氧Oar /%8.064.87排烟温度/207192+15收到基硫Sar /%0.560.35饱和蒸气焓/KJkg-127492757-8收到基氮Nar /%1.171.14汽化潜热/KJkg-1 21092086+23收到基水分Mar /%8.007.70蒸气湿度/%3.53.50收到基灰分Aar /%14.8718.50给水焓/KJKg99.60102.10-2.50收到基挥发分Var /%29.1425.30蒸气压力/Mpa0.550.58-0.03收到基低位发热量过剩空气系数1.832.14-0.31Qnet,ar/kjkg-12425424476炉膛温度/12841226+58炉渣含碳量/%13.2519.36-6.11正平衡效率/%68.0559.85+8.20由表4热工测试结果中热效率正平衡的数据,型为68.05%,原为59.85%,按公式：节煤率=（1-型/原）100%计算，节煤率为13.7%。根据表3环保测试及表4热工测试数据可得出燃用洁净型煤比燃用原煤在节能、固硫及降烟降尘三方面都得到了很大的改善。4 型煤的经济效益和环境效益4.1 环境效益燃用洁净型煤热效率可提高8%左右，并节煤10%以上。主要原因有：洁净型煤采用计算机优化配方，并在其中加入了助燃固硫催化剂，降低了洁净型煤的着火点及燃尽温度，使型煤在燃烧时表面开裂，有利于氧气和燃烧产物的相互扩散传质，促使型煤燃烧更完全，炉渣含碳量减少6%，燃用洁净型煤的残碳率比原煤低20%左右，提高碳的利用率；在燃用洁净型煤时根据其块度均匀、大小适中，通风条件好，但着火较散煤慢的特点，采用了“高煤层、低风速、慢推进”的操作方法，使型煤预热较充分，过剩空气系数小，有利于型煤的引烧，也降低了排烟热损失。 减少烟尘排放。由于添加剂中的成团剂作用及型煤本身具有一定的粒径，洁净型煤在燃烧火床上阻力均匀，型煤的含末率很小，且燃尽后灰渣也完全散碎成粉末，所以烟气中的尘含量比燃用原煤时降低80%以上，林格曼黑度降到一级以下。减少SO2排放量。由于洁净型煤中加入添加剂具有催化固硫作用，燃用洁净型煤后，SO2排放减少3040%。 减少NOx排放量。煤炭燃烧时排放的NOx来源可分为煤中的氮和热力氮2类，热力氮指高温下空气中N与O结合生成NOx。因型煤粒度均匀，燃烧时床温亦均匀，不会有局部超温，故而热力氮较少。而燃料氮，因其含量低，对NOx形成贡献不大。根据杭州宏达饲料厂手烧炉烟道NOx测定，采用洁净型煤可使NOx排放减少8%。减少CO2等污染物的排放。型煤在相同的锅炉出力时可减少煤炭消耗量，因此也可以减少燃煤产生的CO2、CO和碳氢化合物等污染物。4.2 经济效益块煤与型煤的价格差为50元/t左右，按杭州地区炉窑用煤量30万t/a，节约开支1500万元/a；燃用洁净型煤可节煤10%13%，则可节煤3万t/a。若按全国46万台锅炉、年耗煤3亿多吨计，如果一半应用洁净型煤，节约开支75亿元/a；并且全国相应年节煤1500万t；另外采用配送方式可最大限度的减少用户煤炭周转库存，大量节约用户的资金、人员和减少煤炭储存中由各种原因造成的损耗，同时可减少煤库的占地。4.3 社会效益由于环保实施力度的日益加大，实践证明：燃用洁净型煤是一条最快速、有效的途径，不仅能使污染排放达到环保要求，同时能收到良好的经济效益，免受停厂整顿处罚，解决了原本由于工厂燃煤环保超标工人面临下岗的问题，一定程度上缓和了社会的再就业压力，取得了良好的社会效益。5 结语综上所述，洁净型煤把动力配煤、添加剂、粘结剂和型煤成型四项技术有机的结合起来，生产出“免烘干”型洁净型煤的性能指标、燃烧状况、社会效益及经济效益俱佳，在国内同待业中处于领先地位。洁净型煤技术开发项目，经申报列入2001 年浙江省重点技术创新项目计划。随着当今社会对环保的日益重视，政府必将对那些燃煤不能达标的锅炉、窑炉进行治理。而对这些炉窑来说燃用洁净型煤是一种最有效、最便捷的措施。以杭州市郊、萧山、余杭、富阳为例，这类锅炉、炉窑的年用煤量已超过10万t，且这些燃煤锅炉改烧油