1.水是水煤浆滴结团增大促进排渣的脱尘剂

       水煤浆是以雾炬形式进入锅炉，其中每个浆滴包含几十颗煤粒。这些浆滴水分干燥后会结成多孔大颗粒团粒，形成群粒燃烧。还因为有大量水分的存在，促进超细颗粒的粘结团聚，使粒径增大，质量增加。这种多孔结团煤粒燃尽后很多会保持到成灰时期，而使水煤浆粉尘颗粒变得很粗，将会有20%-30%灰分形成炉渣从炉底排出，使烟气含尘量大大减少，这有利于后续烟气排尘处理。而粉煤炉仅只有10%左右的炉渣排出，比水煤浆炉低2-3倍，其尾部除尘的压力大于水煤浆锅炉。

        另一个原因，从成灰机理中可知，焦炭燃烧时，内部矿物质不断聚集形成大于1μm的灰颗粒，当温度高时，大焦炭消失速度快，容易破碎，产生细颗粒。当温度低时，内部矿物质有充足时间聚合，趋向于形成灰渣大颗粒。由于水煤浆中水分的存在，炉膛温度比普遍煤粉低100-200℃，矿物质形成大颗粒沉降下来的机会增多。此时水煤浆的雾化和结团过程，对降低烟气颗粒物排放有一定好的作用。

浙大在220t/h水煤浆锅炉进行对比测试，水煤浆飞灰PM_2.5占21.7%、PM₁₀占48.25%，而粉煤炉飞灰PM_2.5占35.56%、PM₁₀占92.47%，粉煤飞灰细颗粒大于水煤浆飞灰很多倍。很多其他研究也都表明，水煤浆的这种结团增大的脱尘剂作用，使排放的可吸入颗粒污染情况优于粉煤炉。

        2.水是水煤浆氮氧化物的抑制剂

        煤炭燃烧NO_X生成主要有两种影响形式：热力型和燃烧型。热力型NO_X和炉内燃烧温度有关。水煤浆有35%水分需要蒸发，使燃烧温度比粉煤炉低100℃-200℃，一般不超过1200℃，故水煤浆锅炉热力型NO_X基本不会生成，可以忽略不计。

         试验表明水煤浆燃烧时的排放的NO_X居多来自燃料中的NO_X，而燃料中NO_X的排放受燃烧时氮的挥发作用制约。水煤浆与粉煤相比，因为温度低氮的挥发速率较低，因此有较多的氮分子留着炭里，最后进入灰渣中被排除。从分析水煤浆灰渣遗留的氮元素比粉煤多，证明水煤浆排放的NO_X比粉煤少。李徇天的研究结果是，水分小于10%-12%时，水分会促进NO_X生成（这是粉煤NO_X生成量多的主因），而水分大于15%后，NO_X生成量一直是逐渐减小的。试验结果发现，在高水分的水煤浆燃料中NO_X生成量下降了25%左右。因此，可以说燃烧水煤浆氮氧化物的污染较低是其独特的优势水在其中起到减排剂作用。我们知道氮氧化物不仅是一次污染物，而且是二次污染物PM_2.5的前体物，在污染治理上，NO_X比SO₂更为艰难，其工艺复杂，运行成本也高，已是当前我国大气污染治理的一大难题。

       3.水是水煤浆二氧化硫的助减剂

       水煤浆中的硫在燃烧过程中除部分(约占5%-10%)残留在灰分中外，绝大部分与氧化合生产SO₂。在目前的锅炉中，还不能用像N0₂一样用改进燃烧技术方法来控制SO₂的生成量。而水煤浆的优势是可以利用制浆过程选取碱性较强的水煤浆添加剂，让这些碱性物质在燃烧中与SO₂发生中和反应，生成硫酸盐沉淀。另外，一般通用的是在燃料中添加石灰石参与燃烧可以达到SO₂减排的目的。实践表明水煤浆加石灰石燃烧可以达到50%-70%的SO₂减排量。同时浙江大学对比试验表明，由于石灰石乳能和水煤浆中的煤粒混合得更为均匀，因而其脱硫效果比同样条件下燃煤粉时好得多。北京燕山石化水煤浆锅炉的石灰石脱硫效果可以达到80%以上，顺利通过北京奥运的重大考验。证明水在水煤浆脱硫中起到助减剂作用。

       4.水是烟尘粒子良好的表面改性剂

       粉尘是燃煤的第一大污染物，也是对大气造成严重污染的PM_2.5的一次污染源，是环境治理的重点。随着社会对环境的重视，在众多除尘技术中，现在普遍采用的是布袋除尘和静电除尘两种，水煤浆锅炉也不例外。在应用这两种脱除方法上和其他工艺技术一样由于水的存在也有其独特的优势。

       4.1 水煤浆布袋除尘的颗粒优势

①由于水煤浆雾化浆滴具有着结团群粒燃烧的特征，使其燃烧后的飞灰粒径都会大于粉煤飞灰，容易沉降并被布袋收集起来。

②水煤浆飞灰即使是细颗粒，大部分也是由大颗粒焦滴破碎形成的，颗粒表面粗糙对布袋收集也较光滑的粉煤球形飞灰容易。

③由于水煤浆有水的存在，大量的水蒸汽在温度下降后冷凝成水时，会粘附在细颗粒表面而凝并成大颗粒后被大量收集起来。

因此水煤浆布袋除尘的除尘效率都是较高的，能达到99%以上。

       4.2水煤浆静电除尘的比电阻优势

       上述布袋除尘的优势如结团燃烧飞灰粒径变大，表面粗糙，水蒸汽相变飞灰被凝并长大等特性对静电除尘也有好处。除此之外静电除尘所需要的颗粒比电阻特性对水煤浆飞灰来讲更具特殊的优势。（见下表）

                                                          美国学者对比试验

 说明：电除尘对粉尘的最主要特性要求是物料合适的比电阻，粉尘的比电阻过高或过低均不利于除尘。最适合的比电阻范围是（1*10⁴）~（2*10¹⁰）Ω·cm。

比电阻过低，说明它容易荷电，也容易放电。比电阻过高说明它既不容易荷电，也不易放电，会对到达集尘极的颗粒释放电荷很慢，并且留有部分电荷，这样会排斥随后而至的带负电荷的粉尘颗粒，影响其颗粒的正常沉降。水煤浆因有水存在，因此其湿度大、温度低，比电阻在2*10¹⁰以下。而粉煤飞尘2*10¹²左右，比水煤浆高1-2个数量级。粉煤炉要想达到理想的除尘效果，常常需要向烟气中喷水，使之降温和提湿，来满足静电除尘的技术要求。

总之水煤浆中的水改变飞灰的表面性质，使布袋除尘和静电除尘效率达到98%-99%的较高水平。

       5.水是水煤浆燃烧中炭烟污染的减排剂

       煤是一种非常复杂的混合物，如果燃烧条件非常理想，煤就可以完全燃烧即完全氧化。如果燃烧条件不够理想，特别是在挥发分析出阶段，供氧不足时，热解产生的挥发分会形成多环化合物，最终形成碳烟，这些碳烟不仅会造成能源消失而且含有多种有害化合物，对环境和人类健康造成严重影响。

        国内外实验结果表明，有水蒸汽条件下，炭烟浓度随水蒸汽的加入而降低，直到完全消失。这可以从加热出口观察到预混气体当加入水蒸汽时，首先出现明显的蓝色火焰，这是氢气在出口处与空气进行燃烧形成的。随后发现炭烟所形成的黑烟明显的逐渐减少直至消失。这就说明水蒸汽加入使炭烟与其发生了水煤气反应，从而抑制了炭烟颗粒的形成。水煤浆自身完全具备这些条件，当氧、碳混合均匀时，燃烧正常，水蒸汽是个旁观者。而一旦存在缺氧燃烧炉内会很快形成炭黑，此时水蒸汽会马上弥补过来与炭黑进行煤气化反应，此时既完成水煤浆完全燃烧的目的，又消除炭黑的污染。可以说水煤浆中的水起着燃烧中消防员的作用，达到减排剂的效果。

       6.水使锅炉烟气中水蒸汽裹尘外排好似大气的清洁剂

       经过炉内集渣和炉外除尘，排烟气流中的飞灰已经很少，只占总灰量的0.5%-1.0%，这些少量飞灰夹杂在大量水蒸汽中被水分包裹起来外排，形成较大的雾滴可以降落在地面，使这些飘尘凝并长大成为降尘，清洁大气中的微粒，使其无法在大气中形成有害的PM_2.5颗粒和雾霾。这种水蒸汽裹尘外排机理是任何其他燃烧方式所不具备的。

水煤浆烟气含水量与飞灰关联数据表

        7.水是促进蒸汽相变使燃烧源PM_2.5凝并长大的合成剂

       现在让我们深层次分析水煤浆减排PM_2.5的最重要机理。雾霾天气推进燃烧源PM_2.5或更细的PM_0.5、PM_0.1等超微米级粒子的控制问题的提出。目前脱除PM_2.5的主要途径是在除尘器前设置预处理设施，使其通过物理或化学作用长大成较大颗粒后加以脱除，如电团聚、声团聚、磁团聚、热团聚、光团聚和化学团聚等。它们对除尘效率的提高或多或少都能起到一定的作用，但耗费能源太大，工艺复杂，适应性有限，仅有局部实验成果。而在烟气中喷水或加蒸汽的蒸汽相变的科研成果可以促进微粒凝聚增大，被认为是一项颇具应用前景的项目。其主要原理是：以PM_2.5微粒为凝结核，通过水蒸汽的冷凝作用，使微粒质量增大，粒度增大，从而使微粒较易惯性碰撞而被捕集。

       这种蒸汽相变技术的影响因素主要与灰粒的润湿性和表面粗糙程度有很大关系。颗粒表面粗糙降低了颗粒与水汽间的接触角，改善颗粒的润湿性能，颗粒越容易核化。随着液滴的长大，水汽在表面的凝结越多。而光滑的表面成核速率和成粒几率都很低。水煤浆灰粒就是一种表面多孔粗糙的颗粒，很易凝并增大。而粉煤颗粒大多呈球形的光滑体，即使加水喷蒸汽也达不到水煤浆飞灰凝结长大的成效。更何况水煤浆含水30%-35%,其蒸汽是自带的，并且有较高的温度级差，完全能满足蒸汽相变的各种条件。而粉煤加湿需要耗费能源及大量水资源，颗粒润湿性不好，凝结并不牢固，成效有限。可以说水煤浆飞灰和煤粉飞灰蒸汽相变凝并两者效果和经济性差距很大，再次证实水煤浆在脱除PM_2.5上具有很大优势。

       8.减排小结：水煤浆绝不是高污染燃料

        水煤浆中的水分，不仅使煤炭精加工和运输得以在最环保安全下实现，而且在燃烧的终结，仍在使用蒸汽相变的凝并长大等功能帮助人类将烟尘中的有害致命的PM_2.5捕获下来，还天空一个洁白的蓝天，水其功不可没。希望那种像北京市把水煤浆当做高污染燃料的事件将不再重演。

       下表为厦钨水煤浆10t/h工业锅炉污染物排放对比表：2012年至2016年五年平均污染排放值全面达到史上最严格的新国标“GB13271-2014”特别排放限值的燃气锅炉水平。各年份污染排放值全面超过燃油锅炉和燃煤锅炉特别排放限值，距离近零排放很近了。

厦门鸿益顺-厦钨水煤浆锅炉污染物排放对比表

（与最新国标-特别排放限值对比 单位mg/m³）