吴良忠,韦 业,余礼明,林华荣

(1.北海市海城区环境保护分局,广西 北海 536000;2.北海市环境监测中心站,广西 北海 536000)

水煤浆在节能减排中的应用及发展前景

吴良忠1,韦 业2,余礼明2,林华荣2

(1.北海市海城区环境保护分局,广西 北海 536000;2.北海市环境监测中心站,广西 北海 536000)

水煤浆是由60%～68%的煤和32%～40%的水或废水经研磨混合,在0.5%添加剂作用下形成的一种均匀稳定的流体洁净燃料,以流态雾化喷燃方式燃烧。水煤浆技术基本成熟,已被广泛应用于工业锅炉和窑炉。在同等条件下,水煤浆与燃煤相比可节煤32%,减排SO2和烟尘分别达到77%和82%以上;燃自制水煤浆时可节省燃料费20%以上。将水煤浆技术应用于治理棉浆粕黑液时,不仅投资比碱回收工程少1/2,而且实现了零排放。自“十五”以来,国家一直十分重视水煤浆产业,其发展前景十分广阔。

水煤浆;燃烧系统;节能减排;综合效益;应用前景

《国家“十一五”规划纲要》提出了“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左右,主要污染物排放总量减少10%的约束性指标。我国的燃煤工业锅炉(窑炉)和高浓度有机废水污染严重,是节能减排工作要解决的重点[1]。为此,本文浅析了一种煤基流体清洁燃料——水煤浆在工业锅炉(窑炉)和高浓度有机废水节能减排中的应用及发展前景。

1 水煤浆的制备与燃烧系统

水煤浆以洗精煤或低灰、低硫的原煤为主(60%～68%),以水或高浓度的有机废水为辅(32%～40%),经专用设备研磨、充分混合,在0.5%化学添加剂的作用下,形成均匀稳定的流体。水煤浆通常以流态雾化喷燃方式燃烧[2～4],其基本工作程序是:水煤浆经供浆泵输至过滤器后,在空气压缩机产生的高压气体作用下经特制喷枪送入燃烧器,用油点火,在炉膛内燃烧;产生的废气经高效除尘脱硫处理后,由烟囱排入大气。水煤浆的制备与燃烧系统工艺流程[5]如图1。

图1 水煤浆的制备与燃烧系统工艺流程

2 水煤浆技术的应用现状

2.1 水煤浆在工业锅炉(窑炉)中的应用

水煤浆在我国经过近30年的研究开发、工业性实验和商业性示范应用历程,其生产与应用技术基本成熟,已推广到绝大部分省、区、市。据2006年8～9月国家发改委会同有关部门的调查,全国水煤浆生产能力达1 500万t/a以上,在20多台燃油锅炉、300台工业锅炉及数百台工业窑炉上替代燃油、燃气和燃煤。

由于水煤浆在工业锅炉(1～150 t/h)和工业窑炉(陶瓷行业的喷雾干燥塔、油田的盘管式燃油炉、导热油炉等)上的节能减排和经济效益显著,目前在这方面的应用发展较快。据悉,山西省、天津市、杭州市、南宁市、兰州市、鹤壁市、铜川市等地的人民政府均下文大力推广应用水煤浆技术,其中有的地市还出台了鼓励扶持政策。

2.2 水煤浆技术在资源化治理高浓度有机废水中的应用

张家港市锦丰轧花剥绒有限责任公司产生的棉浆粕黑液高浓度有机废水约6万t/a。该公司鉴于黑液碱回收设施投资大、运行成本高[6],委托江苏东大热能机械制造有限公司利用水煤浆技术对棉浆粕黑液进行资源化治理。其技术路线是:将现有的20 t/h、35 t/h二台燃煤锅炉的燃烧系统进行改造,使其适用于燃烧用棉浆粕黑液制成的水煤浆;将棉浆粕黑液与洗精煤按一定配比,采用新型湿式研磨工艺制成水煤浆供锅炉燃烧。所形成的工艺流程如图1所示。

该工程竣工后,在实现棉浆粕黑液零排放和锅炉废气稳定达标排放的同时,还形成了15万t/a水煤浆的生产能力;2008年9月通过了苏州市环保局的验收。

利用水煤浆技术资源化治理棉浆粕黑液的主要特点表现在:(1)该工程总投资近500万元,约占碱回收工程投资的1/2,不仅投资少,而且节省了碱回收工程的运行费用。(2)年产15万t水煤浆,企业消耗 6万 t,9万 t外卖,至少可获利1 000万元,半年左右即可收回投资。(3)棉浆粕黑液的发热值约800大卡/kg,并含有木质素、苯磺酸纳等水煤浆所需的添加剂,比用自来水制备水煤浆的成本明显降低。(4)棉浆粕黑液制成的水煤浆含稀碱液成分,与燃烧过程中产生的SO2废气发生反应,起到炉内脱硫作用。

江苏东大热能机械制造有限公司研究利用水煤浆技术资源化治理棉浆粕黑液,以其显著的环境效益、经济效益和社会效益开创了实现高浓度有机废水零排放的先河,从而为酒精、造纸、制药、淀粉和印染等行业的高浓度有机废水资源化治理开辟了一条新的有效途径。

3 水煤浆的特点与综合效益

3.1 水煤浆的特点

与固体燃料煤和燃油相比,水煤浆具有许多优异的特点:(1)水煤浆的燃尽率由固体燃料煤的70%～80%提高到98%以上,水煤浆锅炉的热效率由传统燃煤锅炉的65%～70%提高到84%以上,具有高度节能的特点[7]。(2)水煤浆锅炉炉渣中的含炭量由传统燃烧锅炉的13.7%下降到2%以下,灰渣排放量的明显降低,既减少了锅炉房的占地面积,又改善了周边环境。(3)水煤浆与燃油相似,用储罐运输和储存,减少了固体煤运输过程的污染和储存的占地面积。水煤浆的理化性能稳定,在运输和储存中几乎没有任何危险。(4)水煤浆锅炉可以迅速达到900～1 200℃连续稳定燃烧,避免了燃煤锅炉加煤时低温燃烧不充分的污染过程,也避免了燃油锅炉高温(1 300℃以上)燃烧产生的大量氮氧化物污染。(5)水煤浆锅炉外排废气中烟气黑度、烟尘和 SO2等均达到《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271—2001)一类区Ⅱ时段的燃油锅炉标准,同时也基本杜绝了锅炉房常有的煤烟或油烟气味,完全可满足环保要求。

3.2 水煤浆的综合效益

我国现有在用的中小型工业锅炉50多万台,总容量约180万蒸t/h,其中燃煤锅炉约163万蒸t/h,燃油(柴油和重油)锅炉约16.5万蒸t/h,其余为燃气和燃电锅炉。若全国中小型燃煤和燃油工业锅炉均改燃水煤浆,锅炉运行时间平均按每天16 h、全年300 d计,则每年产生的综合效益主要体现如下:

3.2.1 水煤浆的节能效益

水煤浆替代其他燃料在中小型锅炉应用上的节能情况如表1。

由表1可知,用发热值6 500大卡/kg的煤炭制成Ⅲ级水煤浆后,燃水煤浆比燃煤每吨蒸气可少耗煤53 kg,节煤32%。全国中小型工业锅炉均改燃水煤浆后,每年可节煤4.15亿t,替代或节油 5 800万 t。

3.2.2 水煤浆的减排效益

在同等产汽量条件下,用同一种煤制成Ⅲ级水煤浆后,两种不同燃烧方式的排污状况示如表2。

表2 水煤浆锅炉与燃煤锅炉的排污状况比较

由表2可知,全国均采用水煤浆锅炉替代燃煤锅炉后,每年可减排 SO2277.23万 t和烟尘59.33万t,削减量分别为77.81%和82.96%。

3.2.3 水煤浆的经济效益

为便于比较水煤浆与其他燃料在同等产汽量条件下的经济效益,以广西南宁近期燃料物价为例进行分析的结果如表3。

表3 同等产汽量条件下各种燃料成本比较

由表3可知,每吨蒸汽的成本,燃市售商品水煤浆比燃煤高16.78元,比燃油低257.22元。水煤浆倍受燃油用户的青睐,因改燃水煤浆锅炉后半年内就可收回购买水煤浆锅炉和锅炉房改造工程的投资;全国燃油锅炉均改用水煤浆锅炉后,不仅可省钱约2 037亿元,而且能有效缓解燃料油日益紧缺的压力。对燃煤用户而言,为达到环保减排要求,改燃水煤浆后,在经济上基本也能承担。

燃自制水煤浆,每吨蒸汽比燃煤约低27.33元,对用汽量较大的燃煤锅炉(50 t/h以上)企业而言,将燃煤锅炉改造成燃水煤浆,上马一套炉前自制水煤浆机组,在自产自销的情况下,与燃煤相比,2年左右即可收回工程投资。

4 水煤浆的发展前景

4.1 资源优势和国家产业政策的扶持

我国化石能源探明储量中,煤炭占92.94%,石油占5.35%,天然气占1.71%,其特点是富煤、贫油、少气。由于燃料油不足,我国石油进口量逐年增加,进口的原油、重油含硫量普遍较高,燃高硫油不仅污染严重,而且给国家能源安全造成威胁。水煤浆不仅具有低污染、高效、节能、运行成本低等突出优点,而且充分发挥了我国富煤的资源优势,因此,国家对发展水煤浆产业一直十分重视。自“十五”以来,国家有关部门在下发的各项有关文件中,如《关于印发节约和替代燃油“十五”规划的通知》(国经贸资源[2001]1019号)、《关于发布2002年国家重点环境保护实用技术项目的通知》(环发[2002]11号)、国家发改委发布的《产业结构调整指导目录(2005年度本)》和《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2007年度)》,均将水煤浆技术列为重要内容之一。

4.2 技术优势和产业化的支撑

我国的水煤浆制备与燃烧技术基本成熟,其产品不仅在国内得到广泛应用,而且远销朝鲜、泰国、印尼、巴基斯坦、哥伦比亚、毛里求斯等国。水煤浆在工业锅炉应用中显现的节能(节煤30%以上)、减排(削减的烟尘和 SO2均达70%以上)和经济(运行成本比燃料油低60%以上)等效益,外排废气中主要污染物均达到 GB13271-2001《锅炉大气污染物排放标准》一类区Ⅱ时段的燃油锅炉标准,能行之有效的替代燃料油,以及运输和储存过程安全、无污染的特点,基本构筑成稳定、经济、清洁的能源供应体系,同时也为实现温家宝总理2007年在全国节能减排工作电视电话会议上提出的“五年实现节能1亿吨标准煤”目标,创造了有利条件。

江苏东大热能机械制造有限公司研究应用水煤浆技术,以投入少、产出多的模式成功实现棉浆粕黑液零排放的范例,揭示了水煤浆技术将在资源化治理高浓度有机废水中起着重要作用。

水煤浆技术在我国已经产业化,许多水煤浆设备生产厂家在全国绝大部分地区设有分公司或办事处,形成的生产、销售和售后维修服务的经营链为水煤浆技术的推广应用提供了保障。

综上所述,水煤浆产业顺应了《国家“十一五”规划纲要》提出的积极开发和推广资源节约、替代利用技术,形成了健康文明节约资源的消费模式。可以预见,水煤浆在节能减排中具有广阔的发展前景。

[1]林华荣,庞兴云,崔珊珊,等.水煤浆在节能减排中的应用价值[J].环境与可持续发展,2008,(3):49-51.

[2]高志芳,朱书全,黄波,等.粒度分布对提质褐煤水煤浆性能影响的研究[J].选煤技术,2009,(1):1-5.

[3]李安.水煤浆技术发展现状及其新进展 [J].煤炭科学技术,2007,35(5):97-100.

[4]马玉峰,李建强,万启科,等.水煤浆燃烧技术及其发展[J].洁净煤技术,2003,9(3):13-17.

[5]孙素敏,陈畅,曹佩文.浅谈水煤浆技术及其应用[J].印染,2009,(11):31-33.

[6]何秀院.利用煤泥和制浆造纸黑液废水制备经济环保型水煤浆[J].化工进展,2010,(Z29):428-430.

[7]许胜军,张生安,刘玉国,等.燃煤锅炉改烧水煤浆的应用[J].山东化工 ,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

吴良忠(1971—),男,广西北海人,毕业于广西农业大学环境保护专业,注册环评师,主要从事环境影响评价和生态保护方面的工作。