水煤漿在節(jié)能減排中的應(yīng)用及發(fā)展前景

吳良忠,韋 業(yè),余禮明,林華榮

(1.北海市海城區(qū)環(huán)境保護(hù)分局,廣西 北海 536000;2.北海市環(huán)境監(jiān)測中心站,廣西 北海 536000)

水煤漿在節(jié)能減排中的應(yīng)用及發(fā)展前景

吳良忠1,韋 業(yè)2,余禮明2,林華榮2

(1.北海市海城區(qū)環(huán)境保護(hù)分局,廣西 北海 536000;2.北海市環(huán)境監(jiān)測中心站,廣西 北海 536000)

水煤漿是由60%～68%的煤和32%～40%的水或廢水經(jīng)研磨混合,在0.5%添加劑作用下形成的一種均勻穩(wěn)定的流體潔凈燃料,以流態(tài)霧化噴燃方式燃燒。水煤漿技術(shù)基本成熟,已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)鍋爐和窯爐。在同等條件下,水煤漿與燃煤相比可節(jié)煤32%,減排SO2和煙塵分別達(dá)到77%和82%以上;燃自制水煤漿時(shí)可節(jié)省燃料費(fèi)20%以上。將水煤漿技術(shù)應(yīng)用于治理棉漿粕黑液時(shí),不僅投資比堿回收工程少1/2,而且實(shí)現(xiàn)了零排放。自“十五”以來,國家一直十分重視水煤漿產(chǎn)業(yè),其發(fā)展前景十分廣闊。

水煤漿;燃燒系統(tǒng);節(jié)能減排;綜合效益;應(yīng)用前景

《國家“十一五”規(guī)劃綱要》提出了“十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20%左右,主要污染物排放總量減少10%的約束性指標(biāo)。我國的燃煤工業(yè)鍋爐(窯爐)和高濃度有機(jī)廢水污染嚴(yán)重,是節(jié)能減排工作要解決的重點(diǎn)[1]。為此,本文淺析了一種煤基流體清潔燃料——水煤漿在工業(yè)鍋爐(窯爐)和高濃度有機(jī)廢水節(jié)能減排中的應(yīng)用及發(fā)展前景。

1 水煤漿的制備與燃燒系統(tǒng)

水煤漿以洗精煤或低灰、低硫的原煤為主(60%～68%),以水或高濃度的有機(jī)廢水為輔(32%～40%),經(jīng)專用設(shè)備研磨、充分混合,在0.5%化學(xué)添加劑的作用下,形成均勻穩(wěn)定的流體。水煤漿通常以流態(tài)霧化噴燃方式燃燒[2～4],其基本工作程序是:水煤漿經(jīng)供漿泵輸至過濾器后,在空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體作用下經(jīng)特制噴槍送入燃燒器,用油點(diǎn)火,在爐膛內(nèi)燃燒;產(chǎn)生的廢氣經(jīng)高效除塵脫硫處理后,由煙囪排入大氣。水煤漿的制備與燃燒系統(tǒng)工藝流程[5]如圖1。

圖1 水煤漿的制備與燃燒系統(tǒng)工藝流程

2 水煤漿技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 水煤漿在工業(yè)鍋爐(窯爐)中的應(yīng)用

水煤漿在我國經(jīng)過近30年的研究開發(fā)、工業(yè)性實(shí)驗(yàn)和商業(yè)性示范應(yīng)用歷程,其生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)基本成熟,已推廣到絕大部分省、區(qū)、市。據(jù)2006年8～9月國家發(fā)改委會(huì)同有關(guān)部門的調(diào)查,全國水煤漿生產(chǎn)能力達(dá)1 500萬t/a以上,在20多臺燃油鍋爐、300臺工業(yè)鍋爐及數(shù)百臺工業(yè)窯爐上替代燃油、燃?xì)夂腿济骸?/p>

由于水煤漿在工業(yè)鍋爐(1～150 t/h)和工業(yè)窯爐(陶瓷行業(yè)的噴霧干燥塔、油田的盤管式燃油爐、導(dǎo)熱油爐等)上的節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)效益顯著,目前在這方面的應(yīng)用發(fā)展較快。據(jù)悉,山西省、天津市、杭州市、南寧市、蘭州市、鶴壁市、銅川市等地的人民政府均下文大力推廣應(yīng)用水煤漿技術(shù),其中有的地市還出臺了鼓勵(lì)扶持政策。

2.2 水煤漿技術(shù)在資源化治理高濃度有機(jī)廢水中的應(yīng)用

張家港市錦豐軋花剝絨有限責(zé)任公司產(chǎn)生的棉漿粕黑液高濃度有機(jī)廢水約6萬t/a。該公司鑒于黑液堿回收設(shè)施投資大、運(yùn)行成本高[6],委托江蘇東大熱能機(jī)械制造有限公司利用水煤漿技術(shù)對棉漿粕黑液進(jìn)行資源化治理。其技術(shù)路線是:將現(xiàn)有的20 t/h、35 t/h二臺燃煤鍋爐的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改造,使其適用于燃燒用棉漿粕黑液制成的水煤漿;將棉漿粕黑液與洗精煤按一定配比,采用新型濕式研磨工藝制成水煤漿供鍋爐燃燒。所形成的工藝流程如圖1所示。

該工程竣工后,在實(shí)現(xiàn)棉漿粕黑液零排放和鍋爐廢氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的同時(shí),還形成了15萬t/a水煤漿的生產(chǎn)能力;2008年9月通過了蘇州市環(huán)保局的驗(yàn)收。

利用水煤漿技術(shù)資源化治理棉漿粕黑液的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在:(1)該工程總投資近500萬元,約占堿回收工程投資的1/2,不僅投資少,而且節(jié)省了堿回收工程的運(yùn)行費(fèi)用。(2)年產(chǎn)15萬t水煤漿,企業(yè)消耗 6萬 t,9萬 t外賣,至少可獲利1 000萬元,半年左右即可收回投資。(3)棉漿粕黑液的發(fā)熱值約800大卡/kg,并含有木質(zhì)素、苯磺酸納等水煤漿所需的添加劑,比用自來水制備水煤漿的成本明顯降低。(4)棉漿粕黑液制成的水煤漿含稀堿液成分,與燃燒過程中產(chǎn)生的SO2廢氣發(fā)生反應(yīng),起到爐內(nèi)脫硫作用。

江蘇東大熱能機(jī)械制造有限公司研究利用水煤漿技術(shù)資源化治理棉漿粕黑液,以其顯著的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益開創(chuàng)了實(shí)現(xiàn)高濃度有機(jī)廢水零排放的先河,從而為酒精、造紙、制藥、淀粉和印染等行業(yè)的高濃度有機(jī)廢水資源化治理開辟了一條新的有效途徑。

3 水煤漿的特點(diǎn)與綜合效益

3.1 水煤漿的特點(diǎn)

與固體燃料煤和燃油相比,水煤漿具有許多優(yōu)異的特點(diǎn):(1)水煤漿的燃盡率由固體燃料煤的70%～80%提高到98%以上,水煤漿鍋爐的熱效率由傳統(tǒng)燃煤鍋爐的65%～70%提高到84%以上,具有高度節(jié)能的特點(diǎn)[7]。(2)水煤漿鍋爐爐渣中的含炭量由傳統(tǒng)燃燒鍋爐的13.7%下降到2%以下,灰渣排放量的明顯降低,既減少了鍋爐房的占地面積,又改善了周邊環(huán)境。(3)水煤漿與燃油相似,用儲罐運(yùn)輸和儲存,減少了固體煤運(yùn)輸過程的污染和儲存的占地面積。水煤漿的理化性能穩(wěn)定,在運(yùn)輸和儲存中幾乎沒有任何危險(xiǎn)。(4)水煤漿鍋爐可以迅速達(dá)到900～1 200℃連續(xù)穩(wěn)定燃燒,避免了燃煤鍋爐加煤時(shí)低溫燃燒不充分的污染過程,也避免了燃油鍋爐高溫(1 300℃以上)燃燒產(chǎn)生的大量氮氧化物污染。(5)水煤漿鍋爐外排廢氣中煙氣黑度、煙塵和 SO2等均達(dá)到《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271—2001)一類區(qū)Ⅱ時(shí)段的燃油鍋爐標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)也基本杜絕了鍋爐房常有的煤煙或油煙氣味,完全可滿足環(huán)保要求。

3.2 水煤漿的綜合效益

我國現(xiàn)有在用的中小型工業(yè)鍋爐50多萬臺,總?cè)萘考s180萬蒸t/h,其中燃煤鍋爐約163萬蒸t/h,燃油(柴油和重油)鍋爐約16.5萬蒸t/h,其余為燃?xì)夂腿茧婂仩t。若全國中小型燃煤和燃油工業(yè)鍋爐均改燃水煤漿,鍋爐運(yùn)行時(shí)間平均按每天16 h、全年300 d計(jì),則每年產(chǎn)生的綜合效益主要體現(xiàn)如下:

3.2.1 水煤漿的節(jié)能效益

水煤漿替代其他燃料在中小型鍋爐應(yīng)用上的節(jié)能情況如表1。

由表1可知,用發(fā)熱值6 500大卡/kg的煤炭制成Ⅲ級水煤漿后,燃水煤漿比燃煤每噸蒸氣可少耗煤53 kg,節(jié)煤32%。全國中小型工業(yè)鍋爐均改燃水煤漿后,每年可節(jié)煤4.15億t,替代或節(jié)油 5 800萬 t。

3.2.2 水煤漿的減排效益

在同等產(chǎn)汽量條件下,用同一種煤制成Ⅲ級水煤漿后,兩種不同燃燒方式的排污狀況示如表2。

表2 水煤漿鍋爐與燃煤鍋爐的排污狀況比較

由表2可知,全國均采用水煤漿鍋爐替代燃煤鍋爐后,每年可減排 SO2277.23萬 t和煙塵59.33萬t,削減量分別為77.81%和82.96%。

3.2.3 水煤漿的經(jīng)濟(jì)效益

為便于比較水煤漿與其他燃料在同等產(chǎn)汽量條件下的經(jīng)濟(jì)效益,以廣西南寧近期燃料物價(jià)為例進(jìn)行分析的結(jié)果如表3。

表3 同等產(chǎn)汽量條件下各種燃料成本比較

由表3可知,每噸蒸汽的成本,燃市售商品水煤漿比燃煤高16.78元,比燃油低257.22元。水煤漿倍受燃油用戶的青睞,因改燃水煤漿鍋爐后半年內(nèi)就可收回購買水煤漿鍋爐和鍋爐房改造工程的投資;全國燃油鍋爐均改用水煤漿鍋爐后,不僅可省錢約2 037億元,而且能有效緩解燃料油日益緊缺的壓力。對燃煤用戶而言,為達(dá)到環(huán)保減排要求,改燃水煤漿后,在經(jīng)濟(jì)上基本也能承擔(dān)。

燃自制水煤漿,每噸蒸汽比燃煤約低27.33元,對用汽量較大的燃煤鍋爐(50 t/h以上)企業(yè)而言,將燃煤鍋爐改造成燃水煤漿,上馬一套爐前自制水煤漿機(jī)組,在自產(chǎn)自銷的情況下,與燃煤相比,2年左右即可收回工程投資。

4 水煤漿的發(fā)展前景

4.1 資源優(yōu)勢和國家產(chǎn)業(yè)政策的扶持

我國化石能源探明儲量中,煤炭占92.94%,石油占5.35%,天然氣占1.71%,其特點(diǎn)是富煤、貧油、少氣。由于燃料油不足,我國石油進(jìn)口量逐年增加,進(jìn)口的原油、重油含硫量普遍較高,燃高硫油不僅污染嚴(yán)重,而且給國家能源安全造成威脅。水煤漿不僅具有低污染、高效、節(jié)能、運(yùn)行成本低等突出優(yōu)點(diǎn),而且充分發(fā)揮了我國富煤的資源優(yōu)勢,因此,國家對發(fā)展水煤漿產(chǎn)業(yè)一直十分重視。自“十五”以來,國家有關(guān)部門在下發(fā)的各項(xiàng)有關(guān)文件中,如《關(guān)于印發(fā)節(jié)約和替代燃油“十五”規(guī)劃的通知》(國經(jīng)貿(mào)資源[2001]1019號)、《關(guān)于發(fā)布2002年國家重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)實(shí)用技術(shù)項(xiàng)目的通知》(環(huán)發(fā)[2002]11號)、國家發(fā)改委發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2005年度本)》和《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南(2007年度)》,均將水煤漿技術(shù)列為重要內(nèi)容之一。

4.2 技術(shù)優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)化的支撐

我國的水煤漿制備與燃燒技術(shù)基本成熟,其產(chǎn)品不僅在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用,而且遠(yuǎn)銷朝鮮、泰國、印尼、巴基斯坦、哥倫比亞、毛里求斯等國。水煤漿在工業(yè)鍋爐應(yīng)用中顯現(xiàn)的節(jié)能(節(jié)煤30%以上)、減排(削減的煙塵和 SO2均達(dá)70%以上)和經(jīng)濟(jì)(運(yùn)行成本比燃料油低60%以上)等效益,外排廢氣中主要污染物均達(dá)到 GB13271-2001《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一類區(qū)Ⅱ時(shí)段的燃油鍋爐標(biāo)準(zhǔn),能行之有效的替代燃料油,以及運(yùn)輸和儲存過程安全、無污染的特點(diǎn),基本構(gòu)筑成穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、清潔的能源供應(yīng)體系,同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)溫家寶總理2007年在全國節(jié)能減排工作電視電話會(huì)議上提出的“五年實(shí)現(xiàn)節(jié)能1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤”目標(biāo),創(chuàng)造了有利條件。

江蘇東大熱能機(jī)械制造有限公司研究應(yīng)用水煤漿技術(shù),以投入少、產(chǎn)出多的模式成功實(shí)現(xiàn)棉漿粕黑液零排放的范例,揭示了水煤漿技術(shù)將在資源化治理高濃度有機(jī)廢水中起著重要作用。

水煤漿技術(shù)在我國已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化,許多水煤漿設(shè)備生產(chǎn)廠家在全國絕大部分地區(qū)設(shè)有分公司或辦事處,形成的生產(chǎn)、銷售和售后維修服務(wù)的經(jīng)營鏈為水煤漿技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了保障。

綜上所述,水煤漿產(chǎn)業(yè)順應(yīng)了《國家“十一五”規(guī)劃綱要》提出的積極開發(fā)和推廣資源節(jié)約、替代利用技術(shù),形成了健康文明節(jié)約資源的消費(fèi)模式?？梢灶A(yù)見,水煤漿在節(jié)能減排中具有廣闊的發(fā)展前景。

[1]林華榮,龐興云,崔珊珊,等.水煤漿在節(jié)能減排中的應(yīng)用價(jià)值[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2008,(3):49-51.

[2]高志芳,朱書全,黃波,等.粒度分布對提質(zhì)褐煤水煤漿性能影響的研究[J].選煤技術(shù),2009,(1):1-5.

[3]李安.水煤漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其新進(jìn)展 [J].煤炭科學(xué)技術(shù),2007,35(5):97-100.

[4]馬玉峰,李建強(qiáng),萬啟科,等.水煤漿燃燒技術(shù)及其發(fā)展[J].潔凈煤技術(shù),2003,9(3):13-17.

[5]孫素敏,陳暢,曹佩文.淺談水煤漿技術(shù)及其應(yīng)用[J].印染,2009,(11):31-33.

[6]何秀院.利用煤泥和制漿造紙黑液廢水制備經(jīng)濟(jì)環(huán)保型水煤漿[J].化工進(jìn)展,2010,(Z29):428-430.

[7]許勝軍,張生安,劉玉國,等.燃煤鍋爐改燒水煤漿的應(yīng)用[J].山東化工 ,2010,(39) :38-40.

The Application and Development Prospect of Coal Water Slurry in Energy Saving and Emission Reduction

Wu Liangzhong1,Wei Ye2,Yu Liming2,Lin Huarong2
(1.Haicheng B ranch of Beihai Environmental Protection Bureau,Beihai Guangxi 536000;2.Beihai Environmental Monitoring Central Station,Beihai Guangxi 536000)

Coal water slurry is a kind of inform and stable clean liquid fuel made up of 60%to 68%of coal and 32%to 40%of water or wastewater by adding 5%of additive after mixing and grinding,which is burnt by spraying.The technology of coal water slurry is almost mature,and has been widely used in industrial boiler and furnace.In comparison with coal,on the same conditions coal water slurry can save 32%of coal,reduce SO2and dust emissions beyond 77%and 82%respectively.Self-prepared coal water slurry can save more than 20%of cost.When coal water slurry is applied to treat cotton pulp digestion wastewater,the investment is 50%less than alkali recovery project,and can achieve zero emission.Since the Tenth Five-year Plan,the Chinese government has attached great importance to coal water slurry development,it has a wide development prospect.

coal water slurry;burning system;energy saving and emission reduction;comprehensive benefit;development prospect

X24

A

1008-813(2010)06-0045-05

10.3969/j.issn.1008-813X.2010.06.013

2010-07-15

吳良忠(1971—),男,廣西北海人,畢業(yè)于廣西農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境保護(hù)專業(yè),注冊環(huán)評師,主要從事環(huán)境影響評價(jià)和生態(tài)保護(hù)方面的工作。