
近年来,雾霾天气严重影响人们的生活和工作,调查发现雾霾成因是多方面的,其中粗放型燃煤是重要原因之一。
2014年6月13日习近平主席在主持召开的中央财经领导小组会议上,针对我国能源安全战略指出:“中国的基础能源还是煤炭,并要用好煤炭”。同时提出推动能源生产和消费革命5点要求,四次提到“立足国情”的崭新要求和指示。尤其是在第二点提出:“立足国内多元供应保安全,大力推进煤炭清洁高效利用”的精辟口号。“立足国内”就是为了“保能源安全”,就是要很好的依据我国富煤少油缺气的国情,来“大力推进煤炭清洁高效利用”。习主席的这个讲话把今后我国能源发展路线勾画得十分清晰。这条路线与近些年贯彻的一条处处“煤改气”的“去煤化”风潮形成鲜明的对照,充分证明那是一种不讲国情,更不立足国内的危险的能源发展道路。
在“去煤化”风潮下,北京等地区竟将“水煤浆、型煤”和“加工成型的生物质燃料”打成高污染燃料压制其使用,这是毫无科学和实践依据的轻率行为。2014年北京开出减煤换煤清单提出,到2017年关停所有燃煤机组,用天然气取代,此清单一出就受到专家学者的质疑。中电联人士认为,“这并非******选择”。目前北京四大电厂燃煤总量占北京煤炭消费41%,但烟尘、二氧化硫、氮氧化物只占排放总量2.4%。充分说明煤炭的不清洁燃烧才是雾霾的主要原因。而四大电厂燃气替代燃煤,静态投资超过170亿元,燃气发电成本高于燃煤0.24元/千瓦时,且煤改气环境效益并不明显。
《中国环境报》2015年6月26日刊登一篇调查报告,标题为“煤改气无助于控制氮氧化物排放”的长篇文章,深切的指出:“雾霾的主要成分是PM2.5,产生PM2.5的罪魁又是氮氧化物。目前大规模“煤改气”中使用的天然气锅炉,氮氧化物排放浓度平均在300 g/m3以上,“对控制氮氧化物没有任何优势可言”。能源专家倪维斗院士做过测算,热电厂“煤改气”后,“氮氧化物排放不但不会减少,反而会增加,这不是更增加雾霾吗?”
北京是洁净煤水煤浆的发源地,************台水煤浆锅炉的改造是在北京造纸厂的20 t/h燃油锅炉上进行的。地处大使馆集中的朝阳区的北京造纸厂因燃重油污染严重遭到大使馆的质疑,北京市政府把它交给水煤浆代油改造。在煤炭部、浙江大学、中科院等科研单位的共同努力下,一举改造成功,得到使馆们的赞许。后又先后在北京的北京陶瓷厂、北京印染厂相继试验成功,继而推广至燕山石化热电厂。这些水煤浆项目多次得到中央最高领导层的关注和支持,其节能环保效益十分明显,尤其燕山石化水煤浆锅炉经历严格的奥运蓝天的大考。所有这一切,怎么会一夜间被定罪为“高污染燃料”呢?
北京的“煤改气”源于北京特殊地位,可以优先获得国产气、进口气、液化天然气、煤制气等多渠道气源供应,大力推行的“气代煤”让人还有些许理解。奇怪的是在“去煤风”的影响下,不少毫无气源的地市,也将“压煤改气”当做治污王牌。如福建石狮市,2013年7月18日出台狮政【2013】28号文,将水煤浆、型煤等洁净煤定性为高污染燃料而被禁用。石狮的作法让人很难理解。一年来以前的2011年12月24日~26日,由福建省经贸委、石狮市政府支持,有国家发改委、环保部领导出席的“2011年全国水煤浆节能减排、资源循环利用技术推广会议”就在石狮市召开,会议期间全国近百名水煤浆专家学者和企业家还参观考察了石狮市内福建省******水煤浆生产基地和100 t/h水煤浆电站锅炉。该项目2013年10月30日被人民日报记者以“我国水煤浆技术已经成熟——把煤变成‘清洁能源’”为题,评价为“燃烧水煤浆成本与传统燃煤相当,排放之少,可与天然气比肩。”这是石狮市清源水煤浆项目的真实写照,也是我国水煤浆产业的缩影。然而在“去煤风”的影响下,个别当权者竟无视这些事实,胡乱棒打水煤浆这类洁净煤技术。说到底这是某些不谋其职的当事者,在全民对当前雾霾污染不满情绪下,用“煤”字当做挡箭牌,采取的一种推卸责任的伎俩。水煤浆、型煤都带了煤字,可以打一打,甚至可以为自己不作为挡一挡。
煤炭确实是雾霾形成的原因之一,但这不怪煤炭本身。煤炭是要革命,但不是革煤炭的命,而是在如何清洁高效利用上。也就像大豆一样,大豆营养价值高,它含有丰富蛋白质。然而炒黄豆、煮黄豆蛋白质吸收率只有40%~50%,而且消化不好,人的胃也受不了。可打成豆浆尤其是做成豆腐,蛋白质的吸收率高达80%~95%以上。实践证明煤炭粗放式散烧效率只有70%~80%,而制作成水煤浆等洁净煤燃烧效率可以高达98%以上。污染之少完全可以达到天然气的水平。由此可见,煤没有错,只要清洁利用,洁净燃烧,煤会变得很清洁。所以习主席强调的“大力推进煤炭清洁高效利用”的道路和指示,既符合中国国情,又有科学道理,更具有现实意义的。
习主席讲话之后,中央有关部门连续出台两个文件,对这条能源战略作出了深入而科学的探讨和计划安排。第一个文件(国能煤炭【2014】571号),由国家能源局、环境保护部、工信部联合发布,题目为《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》,其中主要任务的第五项“提高煤炭产品质量和利用标准,大力发展煤炭洗选加工”,“积极推广先进的型煤和水煤浆技术”,还了水煤浆一个清白。第二个文件(国能煤炭【2015】141号),由国家能源局2015年4月27日发布,文件名称是《煤炭高效利用计划(2015~2020)》,是对习主席讲话和【2014】571号文件的进一步细化,内容充实,可操作性强。“计划”重点工作:一是推进煤炭洗选和提质加工,“积极推广先进的煤炭提质、洁净型煤和高浓度水煤浆技术”。“通过采用选煤、配煤、型煤、水煤浆、低阶煤提质等先进的煤炭优质化加工技术,提高、优化煤炭质量”。整个文件4~5次提到水煤浆技术是提高煤炭清洁高效利用的关键核心技术,对“去煤化”风潮是一个******的纠偏和扶正之举。可以说中央的这两个文件已经为型煤、水煤浆做了彻底的平反,它们不仅不是高污染燃料,而且是值得积极推广的清洁能源。甚至可以说,水煤浆是“煤炭清洁高效利用”的战略选择。
为什么说水煤浆技术是“煤炭清洁高效利用”的战略选择?
1. 代油:水使固体燃料煤炭利用简单的物理作用相变成液体燃
料,方便了贮存、运输和高效使用。相比煤的气化,液化投资省、简便容易推广,是煤代油、气的******途径。
2. 节能:水没有因气化潜热损失而保持了很高的燃烧效率,节能功效不可否认。
水煤浆的燃烧效率无论是大型锅炉还是小型锅炉都保持了98%以上的燃烧效率,和燃油、燃气水平相当。锅炉热效率达到85%-88%的较高水平,远比普通燃煤锅炉(65%)高出二十个百分点。其原因是:
① 水是水煤浆锅炉良好的清洁剂。炉膛水冷壁的沾污积灰的危害性比煤粉炉轻,吸热效果很好,提高了锅炉的热效率。
② 水煤浆锅炉中的水蒸气三元子气体很多,其热辐射能力强,也提高了能源的利用率,达到节能效果。
③ 水使水煤浆颗粒形成多孔结构,燃烧时氧气充满孔隙内部可以形成内外同时燃烧,提高了燃烧速度也提高了燃尽率。
④ 水蒸气可以在缺氧的条件下与碳结合形成水煤气反应,不仅提高了水煤浆燃烧效率也降低了对环境的污染,同时使水煤浆锅炉能够在较低的空气过剩系数下燃烧,对排烟化学热损失的减少是有好处的。从水煤浆小型锅炉与大型燃煤电站锅炉燃烧效率对比中可以看出,水煤浆锅炉是高效节能型锅炉,那种认为水煤浆锅炉并不节能是伪科学。下面两组能源测试对比可知,小型水煤浆锅炉能效与大型电站锅炉能源测试效果相近,充分证明水煤浆锅炉是节能高效的。
福建某火电厂粉煤锅炉资料汇总表(设计数据)
项目 | 单位 | 1#炉 | 2#炉 | 3#炉 | 4#炉 | 5#炉 | 6#炉 | 平均 |
额定蒸发量 | t/h | 130 | 130 | 220 | 220 | 410 | 410 | 253.33 |
蒸汽压力 | Mpa | 4.3 | 4.3 | 11.5 | 11.5 | 11.6 | 11.6 | 9.13 |
锅炉热效率 | % | 89.95 | 89.95 | 89.75 | 89.75 | 85 | 85 | 88.23 |
项目 | 符号 | 单位 | 1#炉 | 2#炉 | 3#炉 | 4#炉 | 平均值 |
蒸汽量 | D | Kg/h | 6162 | 6000 | 9569.64 | 9704.89 | |
正平衡效率 | η1 | % | 89.99 | 82.94 | 89.36 | 85.23 | 86.88 |
反平衡效率 | η2 | % | 85.07 | 86.85 | 88.75 | 88.49 | 87.29 |
平均热效率 | ηpj | % | 87.53 | 84.9 | 89.06 | 86.87 | 87.09 |
3. 减排:水煤浆锅炉是减排燃煤污染的******选择,绝对是清洁能源。其原因是:
① 水是水煤浆滴结团增大促进排渣的脱尘剂,将有20%-30%的灰成分形成炉渣从炉底排出,而粉煤仅有不到10%,比水煤浆低2-3倍。水煤浆的飞灰比粉煤少,大大减轻后续烟尘的处理量,对减排有好处。
② 水是水煤浆氮氧化物的减排剂。水煤浆含有35%的水分需要蒸发,使燃烧温度比粉煤炉低100℃-200℃,故水煤浆锅炉的热力型NOX基本不会生成。且燃料型NOX由于燃烧温度较低燃料氮的挥发较粉煤低,部分氮元素残留在灰渣中,所以形成的NOX也较低。国内外研究表明高水分的水煤浆燃料中NOX生成量下降25%左右。这种低氮氧化燃烧对减排是很经济而可靠的。
③ 水是水煤浆二氧化硫的助减剂。水煤浆原料一般都选择的低硫洗选煤,并且在制浆过程中选择碱性添加剂,可以在燃烧中中和SO2生成硫酸盐,排除必要时可在燃烧中加入石灰参与燃烧,达到SO2的减排目标,这些条件都优于粉煤。
④ 水是烟尘粒子良好的表面改性剂。对于布袋除尘和静电除尘,飞灰颗粒的表面性质十分重要,水蒸气可以改变飞尘颗粒的比电阻和颗粒的表面形状,这些都将大大提高电除尘和布袋除尘的效果。
⑤ 水是水煤浆燃烧中碳烟污染的减排剂。一般燃烧中供氧不足,挥发分会形成多环化合物,最终形成碳烟排出,而有水蒸气存在条件下,碳烟会与其发生水煤气反应,从而抑制碳烟的形成,不仅达到完全燃烧的目的,而且消除碳黑的污染。
⑥ 水使锅炉烟气中水蒸气裹尘外排遇冷后形成较大雾滴降落地面,从而使这些飘尘凝并长大成为降尘,对清洁大气很有好处。
⑦ 水是促进蒸汽相变使燃烧源PM2.5凝并长大的合成剂。清华大学的研究成果认为,燃烧一公斤常规烟煤会产生8-12克PM2.5,要脱除PM2.5或更细的PM0.5、PM0.1等超微米级粒子难度就更大了。目前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,但耗费能源太多,工艺复杂,仅有局部实验成果。而在烟气中喷水或加蒸汽的蒸汽相变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。其原理是以PM2.5微粒为凝结核,通过水蒸气的冷凝作用,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是灰粒的润湿性和表面粗糙程度。水煤浆灰粒是一种多孔粗糙颗粒,很易凝并增大。而粉煤颗粒大多呈球形光滑体,即使加水或喷蒸汽也达不到水煤浆的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,说明水煤浆是脱除PM2.5的******选择。
⑧ 水煤浆污染排放已经能够达到燃气锅炉的较高水平,绝不是高污染燃料。下表为厦门钨业水煤浆锅炉污染物排放指标与最新国标-GB13271-2014特别排放限值对比表。
厦门鸿益顺-厦钨水煤浆锅炉污染物排放对比表
单位:mg/m³
污染物项目 | GB13271-2014 | 厦钨水煤浆锅炉 | |||||
燃煤 锅炉 | 燃油 锅炉 | 燃气 锅炉 | 2012年 | 2013年 | 2014年 | 平均 | |
颗粒物 | 30 | 30 | 20 | 13.4 | 14.5 | 1.22 | 9.7 |
二氧化硫 | 200 | 100 | 50 | 7.1 | 53.8 | 76 | 45.6 |
氮氧化物 | 200 | 200 | 150 | 80 | 178 | 192 | 150 |
最后,让我借用十八年前,新华社记者采访笔者后撰写的文章的一句话,作为本汇报的结语。虽然水煤浆技术的进步已不可同日而语,早已达到国际领先水平,但它还是能够充分表达本汇报的宗旨和意愿。该文刊登在新华社1996年3月25日《内部参考》上,题目为《在用户中推广燃烧水煤浆困难重重》。文章结尾语重心长的说:“记者认为,水煤浆的发展前景是极为可观的,此项事业功在当代,福泽子孙,各级领导应该重视,并从政策上、经济上给予有力支持,千万不要让它夭折。”
