几种煤炭清洁燃烧技术的比较

我国
“
历 史 再 一 次把 我 国推 到 了世 界舞 台 开 始 了 新 的世 纪 轮 回
近百 年来 关 于 煤 炭 清 洁燃 烧 的 探索 始终 没有 停 止
。
,
,
炭 的 清洁 燃烧无 疑 是新一 轮 回 的 主题
节 能减 排
”
但愿 在
的 形 势下
,
涌 现 出具 有划 时代 的 清 洁 燃烧 技 术 服 务 于 世 界
稳定 的 碱 性气 体
,
因此 该 技术 只 能通 过 人 造 气溶胶 来 实 现
。
制造 气溶 胶 的 方法 有 汽 凝 法
空气 压
缩雾 化法 和 超声 雾 化法 等等
三
、
原 理 比较
、
以 下 在化学 热 力学
化学 动力 学二 方 面 对各种 技 术进行 对 比
,
。
虽 然 催 化技 术 属 于 化 学动力 学
具有
第二 章
节 能 减排 与 可 持 续 发展
,
提 高 燃烧 效 率 功能
.
,
并且 在燃 烧 中能 降低 氮 氧化 物 和 二氧化 硫 的 生 成
。
,
进 而达 到洁 净 燃 烧 和 提 高
燃烧 效 率 的双 重 功 效
3
煤碳 催化燃 烧 技术是 通 过 向煤 中添加 催 化 剂
。
,
提 高燃 烧 速 率
论那 类 清 洁燃烧 技 术 其煤 炭燃 烧 的 化学 热力 学性质 是 一样 的
( 二 ) 化 学动 力 学比 较
由 于 煤 炭燃 烧 属 于 气
( 简化 式 )
:
一
固反 应
,
锅 炉 设 计 是 依 照 朗格 缪 尔 气
`
=
一
固 吸 附方 程 演 绎 的 传 质 方 程 (4 )
人肥 尸t
中式
口 人
一
、
月J l
舀
,
人类 对煤 炭 的 利 用
过 5 0 年荷 兰 ( 0 3
0
一
最早 是 中 国 宋 朝
,
10
0 年 8
,
0 万 利 用 煤 炭 冶铁 1
, ,
t
以上 ( 直到 1 8 世纪 末
;
英 国 发 生 工业革 命 才超 过 这 个 数 字 )
15 8 0
但 是受 制 于 运 输
煤 炭并 没 有成 为 中 国 社 会 主 要 能 源 并 建 立繁 荣 帝 国
。 。
可 使 工业锅 炉 节能 5 %
5
0 % 以上 提 高锅 炉 出 力 1
。
并减 少大 气环 境 污 染
碱性 燃烧技 术 是通 过 将 普 通 助燃 空 气 改性 为 碱 性 空 气 后 参 与燃 烧 的 技术
1 卜m
碱 性 空气 是 将
普通 空 气 制成含 有 粒 径小 于
学动 力学 特 征
,
,
固体 不 完 全 燃 烧损 失
。
降低
2%
,
节 省原 煤
,
8%
一
巧%
。
富氧 燃烧技 术 是将 空 气经 过 处 理 使 含 氧量 提 高
给燃 烧提 供 了 足 够 的 氧气
附法 及膜 分离法 实 现 术
,
.
使 可 燃 煤充 分燃 烧
,
— 减 少 了 固体 不完 全燃 烧 的 排放
。 、
,
即 富氧 空 气 技 术
、 。
第二 类是
法
、
对 燃煤进 行 前 处 理 方 式
使其 燃烧 充 分
,
主要 有 水 煤 浆
。
气化 分相 燃 烧 法
添加 催 化 助剂方 法 等
。
第三 类是
,
对 助燃 空 气进 行前 处理 方式
使煤 炭 更燃烧 充 分
并 减少 污 染 物 的排 放 如煤制 氢气
、
主要 有
富氧 燃烧 和 碱性 燃 烧技术 等 法等 等
,
严格来 说煤 炭 清洁燃 烧技 术应 该是 没有 二氧化 碳 排放 的 燃烧
,
二 氧化 碳 回 收方
但 这 些 技 术几乎 没有 应 用 实 例
、
,
这 里不 作 理 论上 的 比较
。
。
仅 对第 二
、
三 类 相 对 清 洁燃 烧
概念 的 技 术
并 且 有实 际 应 用 的技 术进 行 分 析 比较
二
,
△尸
t
— 反 应 系数 - 氧气 削减 分压 —燃烧 时 间 —
;
。
— 煤 炭 比表 面 积
`
煤 炭 消耗量 ;
;
;
中 国 环 境 科 学学会 学术 年 会 论 文 集
表
各 技术 相 关参数 比 较
(2 0
催 化燃烧 烧
比表 面 积
富氧燃烧 烧 煤粉 粒 径 不变 变 增加 加 相同
、
碱性燃烧 烧 煤粉 粒 径
; ;
,
经
一 16 8 0 )
90 )
的 碳 泥 成 为其 国 家 经 济 能 源 动 力 支 柱
;
又过 了
年
,
8 0 一1 8 英国 ( 1
,
的 煤炭 利用 造 就 了 大 英 帝 国 取 代 荷 兰 的 世 界 霸 主 地 位
,
在 以后 的 年美 国 的
0 5
0 年间 7
德国
,
、
美 国还 有俄 国 的煤 炭 能 源 都 为 其经 济 迅 猛发 展 提 供 了 动 力
富 氧 空 气参 与 燃 烧
,
减少 了 氮和 其 他
、
惰性 气 体 随 烟 气 带 走 的 热能
。
具有 明显 的 节 能 和 环 保 效应
巧%
,
目前 富 氧是通 过 深 冷 分 离 法
变压 吸
膜 法 富 氧技 术 是 近 年发 展 的 非 常 适 合各 种 锅 炉
一
窖 炉 做 助 燃 用途 的新 技
因为 水煤浆 燃 烧
催 化燃 烧 和 碱性 燃烧 的 催化 部 分也 都 属 于 气
2
。
固催 化
,
其催化 效 率也 符 合
朗格 缪尔 传质方 程
,
依 此 比较 见 表
表
2
各 催 化 技术 催 化 剂 参数 比 较
催 化燃烧 烧 催 化剂 比 表 面 积
氧 气消减 分 压 煤粉 粒 径 相同 煤炭 炭 差
,
以 催 化燃 烧 为 例
,
每 吨 燃煤 添加
400 kg
。
0
的 催 化剂
0 万 k w 机 组锅 炉 小 时燃 煤 近 2
、
ZO0 t
煤
,
无 论 添加 固体还 是 液 体
(一 )
二
催 化剂 在工业 上很 难实 现 快 速
均匀
。
因 此 说催 化燃 烧 的 工 业化 应
用 效 果不 如 其 他 技 术方法 经 济 实 用
C CO
一
固反 应 和 气 (气 ) 。
H ZO
气反 应
+
,
化学 方应 式为
HZ O
:
( 固)
+
H ZO
+
(气 ) 。
O
:
(气 )
CO
:
H:
(气)
+
(2 ) (气 )
H ZO
。
(气)
H
:
(气 )
(气 )
,
(3 )
因 此说 无
其中
,
(2
)
、
(3 )
式 只是 ( ) l
式 中 间 增加 了
参 与反应
。
但 最终 又 生 成
6 3%
有益 益
有益
第二 章
节 能 减排 与 可 持 续 发展
二
投 资( 运 行 经 济 效 益 比 较
表
各 技术 投 资
、
、
运 行费 用 比 较
4
催 化燃烧 烧
设 备投 资
运 行成本 本
I
富氧燃烧 烧
I l f l
碱性燃烧 烧
水煤浆 燃烧 烧
f I l V l
分 相燃烧 烧
V I
适用 性
各 类燃料 料
。
水煤浆 燃烧 烧 煤 浆粒 径 相同 液体 一般
碱性燃烧 烧 气溶胶 粒 径 相同 同
空气
催 化剂 载体
均 匀性 性
好
催化 燃烧效 果 是碱性 燃烧 优 于 水煤 浆 和 催化燃 烧
四
、
工 业 应 用 比较
,
工业 燃煤锅 炉 耗煤量 很大
意义
。
烟 气量 大
.
,
污 染严 重
2%
,
很 多技术 往往 因为 不能 规模化 应 用而 失 去
3 ) 中 国 环 境 科 学学会 学术 年 会 论 文 集 ( 2 0 1
几 种煤炭清洁燃烧技 术 的比较
王
.
听
,
李锦 时
,
赵 琪睁
,
毕红岩
15 0 0 7 6 150
( 1 哈 尔 滨 市 环 境 监 测 中心 站
2
.
哈 尔滨
中 国 华 电 集 团哈 尔滨 发 电 有限 公 司
哈 尔滨
,
1 0
、
,
19 0 0
煤 炭 生 产 量 世界 第 一 成 仍 以 煤 炭为 主 持续 发展 当前 加装 脱硫
。
并 形 成 国 家工业 化 基 础
站 在 经 济帝 国 霸 主 位 置 上
。
如今
我 国的 能 源 构
并成 为 世界 燃煤 量 第 一大 国
。
。
然而
、
,
日益 严 重 的 空 气 污 染 问题
,
,
使 节 约 燃煤 控
排 放量
,
炉 内 喷 人 脱 硫 剂 降低 5 0
,
2
排放量 ; 或炉 后
,
脱 硝 设备 降 低
,
NO
排 放量
SCR
,
。
这 种技 术 主 要 应 用 于 常规 燃煤 发 电 厂
、
主 要 有循 环
。
流 化 床 喷钙法 脱 硫
石灰 石法 脱硫
、
、
法 脱 硝 等等
。
严 格来 说 不 是 绝 对 意 义 的 清洁燃 烧技 术 并 减 少 污 染 物 的排 放
范畴
,
但 是 催化 燃 烧是 近 代煤 炭化 工发 展 重 点
、
故 单 独进行 探讨
。
( 一 ) 化 学热 力 学比 较
催化 燃烧
化为
:
富氧燃烧
、
碱 性 燃 烧 和 部 分水 煤 浆 燃 烧 属 于气
C
一
固反应
,
化学 方应式 可 以 简
(
1
( 固)
+
+
O
:
(气 ) 。
CO
CO
:
(气 )
一
)
气化 分相 燃 烧 和 水煤 浆部 分燃 烧 属 于 气
制 污 染物 成为 我 国 当前 函 待解 决 的 重 大 环境 问 题 煤 炭 的 清洁燃 烧成 为 当务之 急
, ,
也 是 重 要 的社 会 问题
直接 影 响我 国 经 济 的 可
解 决 煤 炭清 洁燃烧 主 要 有 三 类方 式 改进 锅 炉 燃 烧方 式
50
:
、 、
,
:
一类 是
、
降低
二
NO
二
,
,
使 燃 烧更 充 分
,
.
,
达到 节 能
0 2%
.
目的的 技 术
同时 还 可 以 促进 煤 中灰 分 与 硫 氧 化 物 反 应
烟 气 二氧 化硫减 排
,
达 到脱硫效果
5
2%
,
添加 比例 在
左
右
。
据报 道
4 4
. .
使 用 燃 煤 催 化燃 烧剂 可 使锅 炉 正 反平 衡效 率 平均 提 高
5 % 2
“
节能 减 排
”源自文库
效 果 比较
,
煤 炭 燃烧 会 产 生 很 多酸 性 污 染 气 体
和 N O 也 符合 朗格缪 尔 传 质方 程
。
其 中以
。
50
2
和 N O 最为代表
二
。
在 炉 膛 内 固化 脱 除
二
50
2
: 只 是将 氧 气 消 减 分 压 分 别替 换 为 5 0 和 N O
气 体分 压
,
将煤
一
各 类燃料 料
各 类燃料 料
优质煤 煤
焦煤 煤
序列
低至 高
V I
五
、
结
,
论
从
、
综上 所述 性燃 烧
、
“
节 能减排
”
效果
、
,
、
经 济 实 用 性 综 合 比 较燃 煤 锅 炉 清 洁 燃烧 技 术 次 序 为
。
:
碱 煤
富氧燃 烧
水煤 浆燃 烧
分相 燃烧 和 催化 燃 烧
,
经历 近千 年 的 煤 炭利 用 发 展史
摘
要
本文简 单 介绍 了 目 前 较 为 典 型 的几种清洁燃烧技术 方 法
、
并 从 化学热力学 和 动力学
”
经济 实
,
用 性角度 分 析
比 较 了 各 技术的 特 点
,
同时还结 合 各 技 术 的
。
“
节能减 排
效 果进行 了 综 合 次 序 排 列
对解 决 我 国 目前燃煤污染 问题 具 有一定 的参 考 价 值 关键 词 煤炭燃烧 清 洁 燃烧 节 能 减排
炭更 换为 脱硫剂 和 脱硝剂 而 已
。
减 排效 果见 表
3
3
表
各 催 化 技术 消 减 5 0
:
和 NO
二
效 果 比较
水煤浆 燃烧 烧
8% 4 0%
催 化燃烧 烧
节煤率
8%
一
富氧燃烧 烧
5%
一
碱性燃烧 烧
5%
一
分 相燃烧 烧
5%
一
15%
9 9%
.
10%
10%
脱硫率 脱硝 率
2 5%
82%
有益 益
有益 益
水煤浆 燃烧 烧 煤粉 粒 径
分 相燃烧 烧
煤粉 粒 径
煤粉 粒 径
反 应系 数 消 减 分压
提高
相同 相同
、
提高
相同 相同
提高
相同 相同
降低
相同 同 增加 加
。
停 留时间 间
由表
三
可 见 水煤 浆
、
富氧 燃烧
催化 燃 烧 和 碱 性燃 烧在 化学 动力 学方 面 有 一定 的 优势
一
催 化效 ( 率 比较
1
.
、
各种 技术简介
、
5 % 的煤 水煤 浆技术 是 由大 约 6
。
4 % 的水 和 3
,
1%
,
的 添 加 剂 通 过 物理 加 工 得 到 的 一 种 复 合
。
代油 煤 基 流 体燃 料 技术
来
,
它 改 变 了 煤 的 传统 燃烧方 式
具有 一定 的环 保节 能功 能
,
尤 其 是近 几 年
通 过 废物 资 源 化 研 制 的 环 保 水 煤 浆
碱性 物 质 的 气 溶 胶 空 气
,
碱性 空 气 参 与燃 烧 可 以 改 变 燃烧 的 化
,
具 有 催化 燃烧 功 能
,
提 高燃 烧速 率
“
,
使燃烧 更充 分
。 。
既 可 节能 还 可 以 与 燃烧 产 生
、
的 酸 性 污 染物发 生 中和 反 应
达到
节 能 减排
”
的 效果
因 为 自然 界 除氨 气 和 磷 化 氢外 没 有 更
参 考 文 献
[ 〕 约翰
1 2 3
. .
R
,
麦克 尼 尔
.
.
能源 帝国 史
。
可 以 在 增 加 很 少 费 用 的 前 提下
,
提高水煤浆 的 环保 先 通 过 低 温 热解 的温
。
效益
2
.
气化 分相 燃 烧 技术是 以煤 炭 为原 料
,
采 用 空 气 和 水 蒸 气 为气 化 剂
,
和气 化
在 同一 个 燃烧 室 内气 态 燃 料与 固态 燃料按 照 各 自的 燃烧 规律 和 特 点 分 别燃烧 技 术