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工业余热将是未来集中供热的主要热源(下)

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人气:-发表时间:2016-07-03 16:05【

煤在燃烧过程中,要排放大量的烟尘和颗粒物。煤主要成分是碳,燃烧过程要生成2.1倍重量的二氧化碳。煤一般含有0.1%~2.0%的硫,燃烧过程要生成二氧化硫气体排放至大气,所有上述烟气生成物,都是产生雾霾的重要因素。因此,燃煤将严重污染大气。天然气由于是气体,容易与空气混合,通常燃烧效率比较高。天然气主要成分是甲烷,碳的含量远比煤少,因此二氧化硫的生成量,只是燃煤的一半。因此,通常把天然气称作清洁燃料。但必须了解,天然气的燃烧温度常常在1300摄氏度以上,此时会产生大量的氮氧化物,这种气体的排放,同样是形成雾霾的重要因素,因此,无论燃气还是燃煤,实现清洁燃烧都是非常重要的研发课题。

上世纪初至50年代,英国伦敦、美国洛杉矶都相继发生了严重的雾霾天气。两个城市都为此发生过数百人的死亡事故。但是,经过几十年的大气治污,又重新换回了蓝天白云。他们治理雾霾的基本经验:一是高污染的产业搬家(移向发展中国家);二是实行煤改气。近年来,随着我国经济的高速发展,也同样出现了严重的雾霾天气。摆在我国面前的是如何正确借鉴国外的可行经验?高污染企业向国外搬家,显然不现实。目前我国主要采取的是“煤改气”。但这几年的实践证明,我国在煤改气的政策中,实际上存在两个误区:一是缺乏数量上的整体规划。我国是个多煤少气的国家,不可能全国的供热都搞煤改气。就算从国外进口天然气,一年以4000亿平方米计算,也只能满足40个北京市(一年100亿立方米用气量)的用气量。全国中小城镇加起来,100个北京市都打不住。如果在全国范围内,盲目推广煤改气,一但发生“气荒”,就会犯下灾难性的错误。二是没有重视天然气的清洁燃烧。有些决策者,以为只要煤改气,大气治污的问题就会迎刃而解,因此在执行中,放松了对燃气的排放标准的严格控制(前些年,我国的排放标准始终≥100毫克3立方米)。结果,一个奇怪的现象,在北京出现了:2008年,北京首钢尚未完全搬家,北京热电厂仍然全部烧煤,但大气仍然达到了二级标准,顺利完成了奥运会的举办。但几年以后的今天,首钢完成了彻底搬迁,北京几乎所有的供热热源全部实现了“煤改气”,却出现了史无前例的严重雾霾。这种沉痛的教训,再次告诉我们,即使烧天然气,也必须立足于清洁燃烧。

在国外,利用降氮燃烧技术,是使煤改气政策获得成功的关键技术,我国在推广煤改气的过程中,必须认真学习国外的先进经验。研究表明,天然气在预燃阶段以及火焰的前、中段燃烧温度一般在800摄氏度以下,氮氧化物生成量很少,只是在火焰的尾端,燃烧温度在1300摄氏度以上,此时燃烧温度愈高,氮氧化物的生成量呈指数形式直线上升。中国供热信息网了解到因此降低火焰尾部的燃烧温度是降氮技术的关键。目前比较成熟的技术是分段燃烧或烟气回抽。分段燃烧,是在火焰的前、中、尾端分别送入空气过量系数为0.7、0.9和1.2,通过控制空气量达到降低燃烧温度进而减少氮氧化物生成量的目的。烟气回抽是将降温后的部分烟气抽送入火焰尾部,其目的仍然是降低燃气燃烧温度,进而降低氮氧化物的生成量。为了提高降氮效果,常将两种技术措施联合使用。天然气燃烧时,会有大量的水蒸汽产生(天然气中的氢与氧化合生成)。一种新的建议,利用尾部蒸汽冷凝水,回抽送入火焰尾部,同样可以达到降氮的目的。由于水的汽化潜热比较大,降低燃烧温度的效果会更显著。有的单位在工程上采用了上述技术,氮氧化物的排放量达到了44毫克3立方米,可见,有很好的发展前景。

我国是产煤大国,20年~30年内,要改变以煤为主的能源结构,是比较困难的。在供热行业,希望100%的实现煤改气也是难以想象的。因此,我国环境的改善在加大天然气清洁燃烧的同时,还必须下决心进行煤的清洁燃烧技术的研发。过去我们对于煤的清洁燃烧,重点放在烟尘和二氧化硫的排放的限制上。现在看来是不够的,烧煤也必须控制氮氧化物的排放(即脱硝)。对于脱硝技术,目前主要是在炉内喷入氨和尿素,通过催化或非催化还原反应,使氮氧化物还原为氮和水。对于煤的脱硫,目前已有多种方法,但还不尽如人意,必须继续加大研发力度。炉内脱硫,多用于循环流化床锅炉。实践表明:在实验研究阶段效果较好,但在实际工程应用中,效果并不理想。主要原因是,在燃烧现场,煤粉与石灰粉难以混合均匀,进而影响了脱硫效果。在供热行业,已经研制成功了煤粉锅炉,燃烧效率可达92%,很有发展前途。如果在制粉工艺过程,加入石灰粉,就可在制粉的同时完成脱硫任务。由于在制粉过程中,煤粉与石灰粉能得到充分混合,其脱硫效率一定会明显提高。目前,通行的脱硫方法是湿式脱硫法,为了提高脱硫效果,常常加大石灰水的循环量和喷淋强度,其结果是在烟气的排放中增加了硫酸钙的粉尘含量,使脱硫设备变成了新的雾霾发生器。所有这些问题,促使我们在煤、天然气的清洁燃烧研发中,必须在技术上要有新思路、新创新。

当前人们比较关注利用热泵进行烟气的余热回收,并且取得了不错的效果。如果我们大胆设想,利用化工行业的液态二氧化碳的低温分离技术以及塔板设备,就可同时实现脱硫、脱硝以及余热回收等多种功能,使锅炉烟气变成常温空气。这种清洁排放的新常态不是没有可能。国家能源局印发了《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》,这将预示着化石燃料的清洁燃烧,已成为国家的重大战略举措,从而增强了我们在这方面进行研发的信心与决心。

必须承认,所谓新型清洁能源,应该是在其放能的全过程,实现污染物的零排放。因此,煤、天然气只要真正实现了清洁燃烧,它们同样可以跻身于清洁能源的行列。

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