1、武汉锅炉厂修改提供网址： http:/0中国燃煤工业锅炉二氧化硫污染综合防治对策 (缩写 )张慧明（中国管理科学研究院终身研究员，266033 青岛市抚顺路 11 号 203 号信箱，0532-5072318）内容摘要 本研究报告对我国燃煤工业锅炉 SO2污染提出了综合防治对策。其中包括：禁止原煤直接燃烧和淘汰小锅炉；采用清洁燃料；以工业固硫型煤作燃料；应用水煤浆做燃料；应用循环流化床燃烧技术；采用烟气脱硫。认真实施这些对策，可以大幅度削减燃煤工业锅炉 SO2的排放量，简便、经济、有效地控制燃煤工业锅炉大气 SO2污染，减少 SO2对我国大气环境的污染。关 键 词 燃煤工业锅炉；煤炭；二氧化硫
2、；清洁燃料；洁净燃烧技术；烟气脱硫1、引言自 20 世纪 80 年代初以来，随着我国经济持续迅速发展，城市化进程加快，人口不断增加，煤炭年消耗量逐年以 3-9%的递增率大幅度增加，我国大气环境受到了严重污染，其中以 SO2和烟尘污染最为严重，成为世界上大气环境污染最严重的国家。在 SO2污染作用下，我国酸雨污染也日趋加重，成为世界第三大酸雨区。未来煤炭逐年大幅度增加和SO2排放量的矛盾也不容乐观。大气 SO2环境严重污染，已导致我国大气环境安全问题产生，对人民健康、生态环境、经济发展和社会进步造成的经济损失相当可观。2、中国燃煤工业锅炉大气环境 SO2 污染2.1 燃煤工业锅炉是大气 SO2污
3、染的最主要污染源燃煤工业锅炉，既是支撑我国经济持续迅速发展、量大面广的热能动力设备，又是严重污染我国大气环境、制约我国经济发展的最重要的 SO2污染源。2.2 燃煤工业锅炉的特点（1）锅炉容量小，70%以上的锅炉容量为小于等于 4T/h 的低压小锅炉，平均单台容量不到 2.5T/h，而美国和日本的平均单台容量为 5-14T/h，最大的高中压锅炉可达武汉锅炉厂修改提供网址： http:/1400T/h。（2）锅炉以燃煤为主，约占锅炉总容量的 90%左右，燃油燃气的锅炉很少，不到10%。而国外燃油燃气的工业锅炉及商业锅炉占 85-95%以上，锅炉容量越小，燃油燃气的比例越高。例如，美国工业锅炉和商
4、业锅炉共有 130 多万台，燃煤的仅占 5%左右，其他燃柴油和天然气等。（3）锅炉用煤炭的品质低劣，灰分及硫分含量高。灰分通常高于 22%，有时能达到40%以上；硫分一般高于 1%，平均为 1.7%，有时高达 3-5%或更高。而国外工业锅炉及商业锅炉燃用煤炭通常为工业固硫型煤和低灰低硫优质煤。（4）锅炉燃烧方式落后，多为层燃式，燃烧效率低，污染物排放强度高。我国锅炉烟尘排放浓度一般为 400mg/m3，而国外为 50-100mg/m3。（5）锅炉热效率低，一般为 50-55%，而国外工业锅炉和商业的热效率为 80-85%，相差 30%。（6）锅炉烟囱低矮，一般低于 30m，含硫烟气多为低空排放
5、，对城市大气污染贡献率高，通常为 45-65%。（7）锅炉布局相当分散，遍及全国各地。（8）锅炉烟气中 SO2浓度很低，一般为 0.5-1.5%，净化难，回收价值低。（9）锅炉烟气量大、烟气温度高、压力低、含有腐蚀性气体，净化操作难度大，费用高。（10）锅炉机械化、自动化水平低，管理水平差。3、中国燃煤工业锅炉 SO2污染综合防治对策笔者根据国内外燃煤工业锅炉 SO2污染防治的经验和对我国 20 多年工业煤炭燃烧造成大气环境污染安全问题及影响的反思，从能源与大气环境问题入手，对燃煤工业锅炉 SO2污染提出了综合防治对策。3.1 燃煤工业锅炉 SO2污染综合防治对策的基本原则（1）对于燃煤工业锅
6、炉，尤其是小容量的燃煤工业锅炉，优先燃烧清洁燃料，从源头上控制燃料燃烧产生的 SO2和烟尘等；（2）煤炭要洁净利用，即对煤炭进行洗选、加工、成型、气化、液化等，将污染型的煤炭转化成清洁的燃料，再用做锅炉的燃料；（3）采用洁净燃烧技术，使大气污染物最少化；（4）对于较大容量的燃煤工业锅炉（20T/h） ，可适当安装烟气脱硫装置。从能源与大气环境问题入手，采用清洁燃料和洁净煤技术，是燃煤工业锅炉 SO2污染防治的根本措施，以治本为主，兼顾治表，经济效益和环境效益最佳，人类面对长期难以解决的环境与发展两大矛盾得以解决。3.2 禁止原煤直接燃烧和淘汰小锅炉控制燃煤工业锅炉 SO2 污染（1）禁止原煤直
7、接燃烧为了确保锅炉热效率高和大气污染物排放量最小化，燃煤工业锅炉对煤炭（动力煤或燃料煤）的品质有严格的要求，并列入国家标准。煤炭的品质包括：煤炭中 C、H、O、N武汉锅炉厂修改提供网址： http:/2的组成，挥发分（V） 、灰分（A） 、水分（W） 、热值（Q） 、煤种、粒度等。然而，由于我国煤炭洗选能力很低，多年来在 18%徘徊，燃煤工业锅炉的煤炭品质基本上得不到保证，而是原煤直接散烧。由于优质资源的不断减少和采煤机械化的发展，我国生产的原煤灰分高（27%） 、硫分高（1.7%） ，今后灰分和硫分都有增加的趋势。试验表明，原煤灰分越高，排烟烟尘浓度越高，例如在其它条件相同下，灰分从 21.
8、5%提高到 32.5%时，烟尘浓度从1448mg/m3增加到 2123mg/m3；原煤硫分愈高，排烟 SO2污染也愈高，基本上呈正比例；原煤粒度（3mm）增加，烟尘浓度减少，原煤含末量增加，排烟 SO2浓度也增多，例如煤炭粒度 3mm 为 100%、70%和 40%时，烟尘浓度为 425 mg/m3、1284mg/m 3和 2238mg/m3。原煤经过洗选或筛分，除去大部分煤矸石、灰分和硫分，确保一定的粒度，提高了商品煤的质量，致使锅炉热效率高，SO 2和烟尘排放量少，能满足用户对煤炭品质的要求。目前我国燃煤工业锅炉 SO2和烟尘严重污染，就是由于高灰高硫的原煤未经洗选筛选直接燃烧和燃烧技术落
9、后造成的。浪费资源、污染环境。禁止原煤直接燃烧，是许多国家控制锅炉 SO2污染的根本措施，因而才产生了采用清洁燃料天然气、柴油、工业固硫型煤、水煤浆等用作锅炉的燃料。在我国，为了确保锅炉热效率高，控制锅炉燃烧 SO2和烟尘严重污染，也必须从锅炉源头上对燃料做出严格的限制，即禁止锅炉燃烧高灰高硫的原煤。近年来，我国相当一部分城市禁止小容量的锅炉直接烧原煤，如青岛市,在市区内禁止 10T/h 以下的锅炉烧原煤，北京市在三环以内禁止锅炉直接烧原煤，以油代煤，以气代煤，经济效益和环境效益可佳。在清洁燃料短缺的地区，可采用工业固硫型煤和水煤浆作锅炉燃料，同样也可做到禁止锅炉直接烧原煤。为了确保控制我国大
10、气环境 SO2污染，国家有关部门应尽快做出禁止燃煤工业锅炉直接燃烧原煤的决定，并在国内部分城市和地区，如酸雨污染控制区和 SO2污染控制区首先贯彻执行，待取得经验后在全国逐步推广执行。当然，相关的配套工作也应展开，如落实清洁燃料来源、生产、运输及供应等。（2）淘汰小锅炉锅炉的热效率和污染物的排放量，不仅和煤炭的品质及燃烧方式有关，而且同锅炉的容量有关。通常在其它条件相同时，锅炉容量越大，锅炉热效率越高，污染物排放量越小。这是由于锅炉容量大，热负荷高，炉膛空间相对较大，烟气停留时间长，煤炭燃尽系数高，热效率高，烟尘排放量少。热效率高，节省了煤炭，也就是减少了烟尘和 SO2的排放量。容量愈小的锅炉
11、，燃烧方式也愈落后，燃烧不稳定，燃烧效率低，污染物排放量也愈多。20T/h 锅炉的热效率比 1T/h 锅炉高 10 左右，前者热效率为 50-55%，而后者仅为 40-45%，当然后者污染物排放量也要多。为此，淘汰小容量的锅炉，是提高热效率、节约煤炭、减少 SO2及烟尘排放量的最简便、最经济的方法。近年来，我国许多城市都采取淘汰小锅炉节约能源和改善大气环境质量，已取得显著的成效。不同城市对小锅炉容量划分也不相同，如北京、上海、广州、大连、太原等城市，将 4T/h 以下（但不包括 4T/h）的小锅炉淘汰，而大量的县级市将 1T/h（不包括 1T/h）武汉锅炉厂修改提供网址： http:/3以下的
12、小锅炉淘汰。创造环保模范城市时，淘汰小锅炉和禁止原煤直接燃烧对改善大气环境质量，起到了立竿见影的效果。淘汰小锅炉是指燃煤的小容量锅炉，燃油燃气的小容量锅炉则不属于这个范畴。3.3 采用清洁燃料控制燃煤工业锅炉 SO2 污染3.31 清洁燃料概论根据能源在开发、加工、利用过程中，是否对环境造成污染及影响，能源又可分为清洁型能源和污染型能源。太阳能和水、电属于清洁型能源，而煤炭和石油则属于污染型能源。习惯上将在利用过程中对环境造成影响较小的能源也称为清洁型能源或清洁燃料，如天然气、煤制气、优质煤（灰分低于 10%，硫分低于 0.7%）等。石油是污染型能源，但石油制品，如柴油、液化石油气等，作为燃煤
13、工业锅炉燃料时对环境影响很小，有时说石油是清洁燃料，实际上是指石油制品（柴油、液化石油气等）是清洁燃料。能源开发、利用中“三废”排放量有多少，和能源消耗量、耗能方式与技术水平、能源种类与品质构成这三类因素有关。各种能源以及不同品质的同类能源，其污染物排放量也有很大的差别，燃烧产生同样能量时的“三废”排放量的差别也很大。3.3.2 煤炭、石油和天然气燃烧的影响及评价(1)煤炭、石油和天然气燃烧煤炭燃烧过程中排放出多种污染物，如烟尘、SO 2、NO x、CO 2、CO、烃类、醛类、痕量金属、放射性物质，以及大量的灰渣。其中痕量元素包括砷、铍、铅、汞及放射性等有毒有害的痕量元素；灰渣由底渣和除尘器收
14、集的飞灰组成。石油和重油燃烧不良时，会产生少量黑烟污染环境。但除了钒等痕量金属元素外，没有其它粉尘排放到大气中，所以比燃煤要干净得多。石油中的硫化物大都残留在重油里，不易脱除，燃烧后变成 SO2，但其排放量要比燃煤少得多，油燃烧时还会排放出CO2、NO x、CO、烃类、醛类等污染物。CO 2的生成量要比煤炭燃烧时少得多。天然气是一种高热值的清洁燃料，燃烧时产生的污染物很少，基本上可视为洁净燃烧，SO2生成量很少，燃烧时还生成 CO2、NO x、CO 等。CO 2的生成量也比煤炭要少得多。（2）煤炭、原油和天然气燃烧影响评价一座 1000MW 发电厂采用不同能源时的“三废”排放量如表 1 所示。
15、由表 1 可见，装机容量为 1000MW 的电厂采用煤炭为燃料时，每年排放的烟尘、SO 2、废渣为最多，对环境污染危害为最大；以石油油品为燃料时居中；而以天然气为燃料时污染物排放量最少，对环境污染危害最小，近似清洁生产。表 1 采用不同燃料的 1000MW 电厂的三废排放量项目能源种类废气m3/yrSO2T/yr废水中污物含量T/yr废渣T/yr微量元素T/yr放射物质T/yr健康危害（过早死亡人数）烧煤 14210 3 1110 4 1028.7 3610 5 20.8 17810 -3 20烧油 63.110 3 3.710 3 1017 9.210 4 91.2 14210 3 6烧天然
16、气 20.810 3 20 1051 0 0 14210 3 .004武汉锅炉厂修改提供网址： http:/4包括砷、镉、铬、铅、锰、汞、镍、钒装机容量 1000MW 机组燃煤时安装电除尘器和烟气脱硫装置的投资大约为 15 亿元，每年环保设备运行费用约 1.7 亿元，单位 SO2脱除费用为 408 元/T（SO 2） ，脱硫成本为11.98 元/MWh,而 SO2和烟尘对生态环境和人体健康的危害还未加考虑。这足以说明以煤为燃料时为了保护环境所要付出的代价相当沉重。可见，以清洁燃料天然气、柴油等为燃料时，成套除尘脱硫设备不需要安装，经济效益和环境效益最佳。3.3.3 清洁燃料价格国内外清洁燃料的
17、价格差异较大，本研究报告仅列目前北京市清洁燃料的价格，为了便于比较，其它燃料价格也一并列出。表 2 北京市主要燃料比价系数序号 燃料 单位价格(元)热值(大卡)(低热值)百万大卡热值价格(元)GJ 热值价格(元)热值价比系数1 普遍原煤 Kg 0.22 5000 44 10.51 12 低硫洗煤 Kg 0.3 6000 50.00 11.94 1.143 重油 Kg 2 9800 204.08 48.74 4.644 柴油 Kg 2.8 10302 271.79 64.92 6.185 液化石油气 M3 2.4 11650 206.01 49.20 4.686 煤气 M3 0.8 4500 1
18、77.78 42.46 4.047 发电天然气 M3 1.4 8400 166.67 39.81 3.798 民用天然气 M3 1.7 8400 202.38 48.34 4.609 工业天然气 M3 1.8 8400 214.29 51.18 4.8710 商业天然气 M3 2.2 8400 261.90 65.55 5.9511 合理用气价格 M3 1.11 8400 132.14 31.56 3.00由表 2 可见，清洁燃料天然气、液化石油气、柴油等价格，要比煤炭贵得多，这仅是燃料的基本价格，并没有加入环境污染影响造成的经济损失。如果考虑环境效益和社会效益，燃烧清洁燃料要比燃煤合算得多。
19、3.3.4 小锅炉优先燃烧清洁燃料在有条件的地方及部门，燃煤工业锅炉优先采用天然气、柴油等清洁燃料，尤其是小容量的燃煤工业锅炉，更应优先采用清洁燃料，锅炉容量越小，燃烧清洁燃料的比例也越高。采用清洁燃料是燃煤工业锅炉 SO2污染防治的最简便、最经济、最有效的措施。3.4 采用工业固硫型煤控制燃煤工业锅炉 SO2污染在许多地区及部门，天然气、柴油等短缺时，煤炭依然是燃煤工业锅炉的主要燃料，并会长期存在。用作锅炉的煤炭不应该是原煤，而是工业固硫型煤，即采用工业固硫型煤控制燃煤工业锅炉 SO2污染。3.4.1 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清
20、洁固体燃料武汉锅炉厂修改提供网址： http:/5型煤，以防治民用炉灶和工业炉窑烟尘和 SO2污染。从此，工业型煤问世，并在许多国家工业炉窑上获得了广泛的应用。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型煤技术，获得进一步的研究及发展。用煤初级净化产品锅炉型煤，由于节能和大幅度减少烟尘和 SO2污染，受到许多国家的青睐。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清洁燃料。型煤可分为民用型煤和工业型煤。就工业型煤而言，就其加入固硫剂与否，又可分为工业固硫型煤和工来非固硫型煤。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
21、入粘结剂，且工艺比较简单，又称为粘结成型，在我国获得广泛应用。我国工业固硫型煤技术研究开发较晚，始于 80 年代初。工业锅炉用型煤研究开发更为缓慢。只是近十几年，为了削减燃煤工业锅炉 SO2及烟尘的排放量，国家环保局和国家科委投入大量的人力物力，组织有关单位在北京、杭州、太原、黄石等地，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 40-80%，国外可达 87%；烟尘排放量可减少 50-80%，国外可达 80%；NO X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 15-25%，国外可达 20-30%；节约煤炭 15-
22、20%，国外可达 20-30%；经济效益和环境效益相当可观。我国的工业固硫型煤技术，也步入了国标的先进行列。目前，我国已在20T/h、10T/h、5T/h、6/h、4T/h、3T/h 以及 1T/h 部分锅炉上燃烧工业固硫型煤。锅炉工业型煤年生产能力为 2000 多万 T。3.4.2 工业固硫型煤的生产工艺过程及设备和质量指标(1)工业固硫型煤生产工艺。粘结成型型煤的工艺过程如图(略)(2)粘结成型型煤生产的主要设备环式破破碎机(Gj85A-型 产量 10-15T/h卧式双轴搅拌机(PLT2300 型) 产量 15T/h立式搅拌机 产量 5T/h双辊成型机(MQ 11-9 型) 产量 5T/h
23、双层翻板烘干窑 产量 5T/h(3)TY-A 型工业锅炉型煤质量指标粒度，mm 203040 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 H y，% 3.62Ny，% 1.02 O y，% 2.17反应活性 1000 49.7 孔隙率 QDWy，% 16.5T1, 12.7T2, 13.6T3, 14003.4.3 工业固硫型煤的原料煤及粘结剂和固硫齐武汉锅炉厂修改提供网址： http:/6(1)工业固硫型煤原料的控制指标如下：加入烟煤，% 8-12 加入无烟煤，% 78-8
24、2低位发热量，kcal/kg 75600 水分，% 4粒度 3mm 占 80%以上 (2)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 3。表 3 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，石油沥青纸浆废渣，糖醛废渣，醇酒废液，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 粘土纸浆废渣，水玻璃粘土，水玻璃水泥（3）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。表 4 列出工业固硫型煤常用的固硫剂。固硫剂的加入量视煤的含硫量而定，一般石灰加入量为 2-3%。型煤高温燃烧时，煤炭产生的 SO2被 C
25、a(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。表 4 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 CO 3钠系 氢氧化物盐类 NaOH 、KOHNaCO3、K 2 CO3其它 金属氧化物 MnO2，Fe 2o3,SiO2,Al2O33.4.4 工业固硫型煤的特性（1）型煤的反应活性（a）比原煤高。试验表明，在同一温度下，型煤的活性（a）值比原煤高 0
26、.3-0.6 倍。940时原煤活性（a）值为 0.17，型煤的活性（a）值为 0.78，型煤（a）值比原煤提高了 3.58 倍，此时型煤炉温可达 1100。（2）型煤燃烧性能比原煤好。试验表明，型煤的燃烧性能比原煤好，如表 5 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 5 型煤燃烧性能与原煤的比较武汉锅炉厂修改提供网址： http:/7燃烧性能 原煤 型煤热变形特性焦渣特性比表面积孔隙率（%）炉膛温度反应活性 a(1000时)不变形4-55194031.0花卉状320020110054.1（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减
27、少 50-80%，苯并（a）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，SO 2排放量减少了 40-80%。3.4.5 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，其规格及用途列于表 6。表 6 中国工业固硫型煤的规格及用途形状 产地 规格 用途杭州 28mm34mm46mm18mm33mm37mm用于工业锅炉黄石 30mm40mm48mm20mm36mm40mm用于手烧和普遍锅炉用于机械炉排锅炉椭圆形太原 20mm30mm40mm 用于蒸汽锅炉和热水锅炉棒形 杭州 直径 25mm,长度视需要定 用于工业锅炉和窑炉正方形 杭州 100mm
28、100mm100mm 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。3.4.6 工业固硫型煤在锅炉上的应用（1）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 7 所示。表 7 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 型煤烟尘减少 95% 95% 增大 40% 50-80%SO2 减少 90% 95% 50% 0 40-75%环境效益其它污染 减少 减少 0 0 减少节能效益 浪费 22% 浪费 20% 浪费
29、14 % 节煤 6% 节煤 15%建厂投资（元/t煤）300 270 20 12 20用户燃料费 增加 3 倍 增加 2 倍 增加 45% 增加 26% 节约 10%经济效益 盈利情况 亏 亏 盈 盈 盈武汉锅炉厂修改提供网址： http:/8（2）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 8 所示。表 8 煤炭不同加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，%能量转化效率，%总热能利用率，%节煤率，%75-8068-10068-9888+29-9985+25-75-8068-8558-148
30、673798.572695801797.57815-6053-22-5648-29（3）工业固硫型煤在锅炉上应用节约的基建费用，低于各种不同煤加工途径，如表9 所示。表 9 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 吨/a 基建费用，元/t按产品计 t 吨/a 的基建投资，元/T节约 T 煤/a 的投资，元/t建厂周期150-300500不节煤4-5270480不节煤3-42023不节煤2-310251301-220201181-2（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如表 10 所示。在处理烟气
31、量 150500m3的 43 台工业锅炉上燃用工业固硫型煤时，比燃用原煤时每年可节约 237.6 万元，其经济效益十分可观。表 10 工业锅炉燃用工业固硫型煤的经济效益燃烧原煤 燃烧工业固硫型煤炉窑类型烟尘治理投资万元/100m3烟尘治理运行管理费用万元/100m3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节省治理管理运行费用万元/a型煤耗量t 示/a节约煤炭%节煤价值万元/a锅炉0.8900 0.5445 7896.08 43 150500 133.95 81.95 6689.7 15.3 21.7148(5)工业锅炉燃用工业固硫型煤的环境效益。如表 11 所示，工业锅炉燃
32、烧工业固硫型武汉锅炉厂修改提供网址： http:/9煤时环境效益也相当可观，在年烟气总量为 425700 m3的三台工业锅炉上燃用工业固硫型煤后，烟尘年排放量减少 1577.2T，烟尘排放量可减少 57%；可降低烟气林格曼黑度 3 度；SO2年排放量减少 162.722T，型煤的固硫效率为 54.52%。锅炉排放烟气烟尘浓度，烟气黑度及 SO2的浓度，可达到锅炉大气污染物排标准的要求。表 11 工业锅炉燃用工业固硫型煤的环境效益炉窑类型 台数烟气量104m3/a燃原煤时平均排尘浓度mg/ m3燃 固 硫 型 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 SO2
33、排放量锅炉 3 425700 650 57 1577.2 3 51.52 162.724.4.7 锅炉燃烧工业固硫型煤的特点（1）型煤克服了原煤的缺陷，具有活性高、反应性能高的特点，燃烧反应安全，为无焰燃烧，热效率高，燃尽率高，减少烟尘污染，节约煤炭。（2）由于型煤在加工过程中可适当配料，添加脱硫剂，故有最佳的燃料化学和适宜的焦渣特性，并有显著的脱效率。（3）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（a）芘和烃类的排放量，节约了煤炭，减少了有害物质的排放量。（4）型煤入炉后不飞灰、不漏料，又
34、由于具有良好的燃烧性能，灰渣含碳量低，降低了煤耗。（5）利用粉煤、泥煤等做型煤的原料，为粉煤和泥煤等的利用找到了出路，资源得到了合理利用。（6）经济效益和环境效益相当可观，型煤是花费最少的锅炉大气污染控制的措施，是锅炉洁净燃烧首选的清洁燃料。（7）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、方便使用的高效率洁净固体成型燃料。（8）在清洁燃料短缺的地区，尤其是小容量的工业锅炉，可优先选用工业固硫型煤用作锅炉的燃料，目前主要用于 20T/h 以下的锅炉。4.5 采用水煤浆控制燃煤工业锅炉 SO2 污染20
35、 世纪 70 年代初，由于能源危机，发达国家研究与开发了一种新型煤基流体洁净燃料-水煤浆（Coal Water Mixture, 简称 CWM） ，后因能源危机解除，国标市场上石油供应充足，水煤浆技术并未获得替代石油的广泛应用。我国石油资源短缺，石油产量供不应求，以煤代油势在必行。为此，水煤浆技术在我国应运而生，并获得愈来愈广泛的应用，武汉锅炉厂修改提供网址： http:/1020 世纪 80 年代初，中国开始研究水煤浆技术。化工行业引进了美国德古士技术，在消化吸收国外技术的基础上，研究开发国产化的水煤浆技术及设备。煤炭行业也自行研制开发水煤浆的管道输送技术和水煤浆锅炉燃烧技术。我国水煤浆锅炉
36、的燃烧效率均在 90%以上，锅炉的热效率均在 80%以上。水煤浆锅炉烟尘和 SO2的排放浓度，可达到我国锅炉大气污染物排放标准 。水煤浆单位热值价格（元/MJ）与重油、天然气比较，水煤浆为0.0136-0.0167；重油为 0.03660-0.0439；天然气为 0.054。因此，水煤浆锅炉这项燃烧技术，因经济效益和环境效益好而列为我国十大洁净煤技术的前列。近年来水煤浆技术已被供热锅炉和热电厂采用，引起中国环保和能源界同行们的共同关注。我国水煤浆技术研究开发较晚，但发展较快。目前在燃煤工业锅炉上已进入工业化应用阶段，制浆技术已达到国际水平，部分水煤浆已向国外出口。目前我国运行的水煤浆锅炉，有
37、4T/h、6T/h、8T/h、10T/h、20T/h、35T/h、40T/h、75T/h、130T/h、200T/h，大容量的水煤浆锅炉有 500T/h 和 600T/h。3.5.2 水煤浆生产及物理性能水煤浆是燃料煤经过筛选、筛分及研磨粉碎后加水和少量的悬浮剂，制成煤水两相流浆体。由于燃料的粒度级配有严格的要求，加上少量添加悬浮剂的作用，使水煤浆不同于一般的煤水混合物，而具有一定的稳定性和流动性，可以像石油一样泵送，管道输送，船舶载运，车送，雾化燃烧。水煤浆燃烧稳定，而且经济效益和环境效益都很好。一般水煤浆的物理性能列于表 12。表 12 水煤浆的物理性能浓度干燥%粘度Pa.s粒度m发热量M
38、j/kg结冰点比重 灰分Aa%硫分%稳定性 挥发性%671 1.2-1.5 平均 5075m80%250m1%20 -40 1.22-1.2310 0.6 静存 6-10 个月33常温（20）空气助燃 250热风助燃燃点灰熔点 燃烧温度， 炉温 V 燃烧温度 炉温600-6501460 1700 1360 1900 14103.5.3 水煤浆锅炉燃烧系统的工艺过程及技术性能水煤浆锅炉燃烧系统的工艺过程如图 1 所示。 （略）本文以 4T/h 水煤浆锅炉为例，其技术性能如下：额定蒸发量 3880kg/h 燃料 水煤浆燃料消耗量 706.1kg/h 水煤浆价格 450 元/t燃烧空气入口温度 32
39、 排烟温度 197.3武汉锅炉厂修改提供网址： http:/11烟气量 6538.5 排烟空气过量系数 1.68烟气烟尘排放浓度 63.5mg/m 3 烟气 SO2排放浓度 730 mg/m 3排放烟气黑度林格曼 1 级 飞灰可燃物含量 30.2%给水温度 28.5 给水压力 1.31Mpa实际蒸发量 4009.30kg/h 蒸汽压力 1.25Mpa湿炉渣重量 9.03kg/h 排出炉渣温度 600 炉渣可燃物含量 5.1% 炉温 1300-1350每 T 蒸汽煤浆消耗量 176.52kg/t(蒸汽) 水煤浆锅炉单体价格 34.68 万元成套水煤浆锅炉系统投资 61 万元年 操作费用 与燃煤锅
40、炉相当3.5.4 水煤浆锅炉环境效益与经济效益（1）水煤浆锅炉环境效益可佳。显然，4T/h 水煤浆锅炉烟尘排放浓度为 63.5 mg/m3，SO 2排放浓度为 730 mg/m3，烟尘黑度为林格曼 1 级，符合锅炉大气污染物排放标准 （GWPB3-1999）标准中一类区时段的要求。而标准中一类区时段要求烟尘浓度不高于 80 mg/m3，SO 2浓度不高于 1200 mg/m3。可见水煤浆锅炉烟气 SO2的排放浓度远远低于国家标准，环境效益可佳。（2）水煤浆锅炉的经济效益相当可观。采用不同燃料时，生产每 T 蒸汽的成本差异较大，表 13 列出燃水煤浆、燃煤、燃油燃气及用电六种锅炉生产每 T 蒸汽
41、耗用燃料成本的比较。表 13 六种锅炉生产每 T 蒸汽耗用燃料成本比较项目炉型热效率% 燃尽率% 燃料名称 单价 耗 量 /T蒸 汽 成 本 /T蒸 汽 CWM 与其它成本比水煤浆锅炉 83-84 98 CWM 450 元/T 148Kg 66.6 1燃煤锅炉 67 80 混合煤 335 元/T 200Kg 67 1:1重油锅炉 84 98 重油 1500 元/T 75Kg 112.5 1:1.69燃气锅炉 92 99 天然气 2.0 元/T 78m3 156 1:2.34柴油锅炉 85 99 柴油 2600 元/T 70Kg 196 1:2.94电锅炉 97 - 电 0.40 元/KWh28
42、8 1:4.32由表 13 可见，就热效率而言，水煤浆锅炉为 83.5%，比燃煤锅炉高 16.5%。与燃柴油锅炉和重油锅炉 84-85%接近，水煤锅炉燃尽率为 98%，与燃柴油和燃重油锅炉接近，而比燃煤锅炉高 18%，这就是水煤浆锅炉烟尘排放浓度低而燃煤锅炉烟尘排放浓度高的基本原因。就每 T 燃料价格而言，水煤浆为 450 元，每 T 比煤炭贵 115 元，而比重油便宜 1050元，比柴油便宜 2350 元，属于价格便宜，用户可以接受。每生产 1T 蒸汽，水煤浆锅炉需要 66.6 元，与燃煤锅炉需要 67 元大体相当，而重油锅炉和柴油锅炉分别需要 112.5 元和武汉锅炉厂修改提供网址： ht
43、tp:/12196 元，重油锅炉是水煤浆锅炉的 1.69 倍，柴油锅炉是水煤浆锅炉的 2.94 倍。可见，水煤浆锅炉热效率高、节能、便宜、经济效益好。水煤浆锅炉年操作费用与燃煤锅炉大体相当，而比燃油锅炉便宜得多，就年燃料费用而言，一台 4T/h 柴油锅炉每天运行 10 小时，一年运行 300 天，年柴油消耗 900T，年柴油费用为 252 万元，而水煤浆锅炉水煤浆锅炉费用仅需 81 万元。可见，一台 4T/h 水煤浆锅炉一年燃料的费用，比燃油锅炉要节省 171 万元。分析比较可以得出，在四种不同燃料的锅炉中，只有水煤浆锅炉具有经济效益相当可观而且环境效益可佳的显著双重特点。3.5.5 水煤浆锅
44、炉的特点（1）热效率高，节煤，经济效益相当可观。水煤浆燃烧高效稳定，燃烧完全，燃烧效率高，大于 95%，与粉煤燃烧相同。燃尽率高，一般为 98%，与燃油锅炉接近。热效率高，通常为 84%左右，与燃油锅炉接近。水煤浆锅炉的炉渣含碳量低，一般为 0.60%左右，而燃煤锅炉炉渣含碳量一般为 13.7%，炉渣量明显减少。在同等热值下，水煤浆锅炉大大减少燃料的消耗量，节煤效果好。（2）烟尘和 SO2排放浓度低于国家标准，环境效益可佳。由于水煤浆含硫量低于0.6%，SO 2排放浓度低，一般为 700mg/m3左右，同时烟尘排放浓度也较低，通常为60mg/m3左右，排放烟气的黑度为林格曼 I 级，符合国家标
45、准要求。燃煤锅炉环境效益差，是不能与水煤浆锅炉比拟的。（3）炉温高，可达 1300-1350或更高。（4）控制、调节自动化，与燃油锅炉相似，优于粉煤炉。（5）储存、运输方式与燃油相似，也优于粉煤炉。（6）水煤浆锅炉的规格尽寸与燃油锅炉相似，比粉煤炉简单、安全。（7）水煤浆浓度高，流变性好，长期储存不发生沉淀，它能像燃油一样泵送、雾化，在锅炉上完全可以替代燃油。（8）水煤浆采用管道输送，燃烧器喷燃，减掉炉前口，消除了笨重的体力劳动，改善了工作环境。（9）用途广泛。水煤浆可用于燃煤工业锅炉、燃煤发电厂锅炉、燃煤工业炉窑。它适用于冶金、机械、化工、建材等行业的工业炉窑、加热炉、热处理炉、干燥炉窑、烧
46、成窑等。由于它方便地实现了“以煤代油”的应用和清洁地取代粉煤或块煤燃烧，其用途在我国广泛，前景看好。（10）水煤浆技术为我国主要能源煤炭的高效洁净利用，开辟了一条符合国情、富有生命力的出路，极大地开拓了煤炭的应用市场，为我国新世纪经济持续迅速发展提供了清洁能源。预计我国水煤浆技术市场将会迅速发展，水煤浆技术的用途将会日益不断拓宽。在当前及未来较长的时期内，它是燃煤工业锅炉及炉窑最佳的替代技术及设备。3.6 采用循环流化床洁净燃烧技术控制燃煤工业锅炉 SO2污染3.6.1 循环流化床锅炉洁净燃烧技术概况我国燃煤工业锅炉，多为落后的层燃式锅炉。床层中煤炭的颗粒与燃烧空气，因气武汉锅炉厂修改提供网址
47、： http:/13固两相不能充分接触，碳氧燃烧反应不完全，燃尽率低，燃烧反应也难以强化，一部分未燃尽的碳颗粒以烟尘污染物的方式排放到大气中。因此，层燃式锅炉热效率低，一般应为50-55%；烟尘排放浓度高，一般为 400 g/m3；SO 2排放浓度视煤的含硫量而定；不能燃烧高灰高硫劣质煤，资源不能合理利用。采用循环流化床锅炉洁净燃烧技术，层燃式锅炉难以解决的能源与大气环境问题，可以圆满地解决。人们发现，在流化床内，由于反应物料之间的湍流混合接触，使化学反应得强化。流化床应用于煤炭燃烧，煤的液化床燃烧，是近 20 年来才发展起来的一项新型洁净燃烧技术。破碎后的煤与脱硫剂（石灰或石灰石）混合物悬浮
48、在空气喷射流上，在炉内以类似沸腾的液体形式激烈翻滚。由于翻滚运动，使得煤的燃烧过程加剧，燃烧温度可控制在900，几乎是常规锅炉温度的 1/2。煤炭燃烧时，这样的温度有利于脱硫剂在床内吸收煤炭燃烧释放出来的大部分 SO2，脱硫效率大于 85-90%。同时，由于燃煤温度低，空气中的 N2只有少部分被氧化，故产生的 NOx比常规煤粉炉要少得多。因此，流化床燃烧技术可使燃煤锅炉不污染控制设备，就能满足环保法规对 SO2和 NOx的排放要求。流化床燃烧中煤颗粒的浓度很低，床内物料大多数为煤飞灰及已经反应和未反应的脱硫剂。这样煤的燃烧过程将不会显著受煤质的影响，故流化床适用于燃烧各种不同的煤种。为了提高脱硫剂的利用率，旋风除尘器
