近年來,霧霾天氣嚴重影響人們的生活和工作,調查發現霧霾成因是多方面的,其中粗放型燃煤是重要原因之一。
2014年6月13日習近平主席在主持召開的中央財經領導小組會議上,針對我國能源安全戰略指出:“中國的基礎能源還是煤炭,并要用好煤炭”。同時提出推動能源生產和消費革命5點要求,四次提到“立足國情”的嶄新要求和指示。尤其是在第二點提出:“立足國內多元供應保安全,大力推進煤炭清潔高效利用”的精辟口號。“立足國內”就是為了“保能源安全”,就是要很好的依據我國富煤少油缺氣的國情,來“大力推進煤炭清潔高效利用”。習主席的這個講話把今后我國能源發展路線勾畫得十分清晰。這條路線與近些年貫徹的一條處處“煤改氣”的“去煤化”風潮形成鮮明的對照,充分證明那是一種不講國情,更不立足國內的危險的能源發展道路。
在“去煤化”風潮下,北京等地區竟將“水煤漿、型煤”和“加工成型的生物質燃料”打成高污染燃料壓制其使用,這是毫無科學和實踐依據的輕率行為。2014年北京開出減煤換煤清單提出,到2017年關停所有燃煤機組,用天然氣取代,此清單一出就受到專家學者的質疑。中電聯人士認為,“這并非******選擇”。目前北京四大電廠燃煤總量占北京煤炭消費41%,但煙塵、二氧化硫、氮氧化物只占排放總量2.4%。充分說明煤炭的不清潔燃燒才是霧霾的主要原因。而四大電廠燃氣替代燃煤,靜態投資超過170億元,燃氣發電成本高于燃煤0.24元/千瓦時,且煤改氣環境效益并不明顯。
《中國環境報》2015年6月26日刊登一篇調查報告,標題為“煤改氣無助于控制氮氧化物排放”的長篇文章,深切的指出:“霧霾的主要成分是PM2.5,產生PM2.5的罪魁又是氮氧化物。目前大規模“煤改氣”中使用的天然氣鍋爐,氮氧化物排放濃度平均在300 g/m3以上,“對控制氮氧化物沒有任何優勢可言”。能源專家倪維斗院士做過測算,熱電廠“煤改氣”后,“氮氧化物排放不但不會減少,反而會增加,這不是更增加霧霾嗎?”
北京是潔凈煤水煤漿的發源地,************臺水煤漿鍋爐的改造是在北京造紙廠的20 t/h燃油鍋爐上進行的。地處大使館集中的朝陽區的北京造紙廠因燃重油污染嚴重遭到大使館的質疑,北京市政府把它交給水煤漿代油改造。在煤炭部、浙江大學、中科院等科研單位的共同努力下,一舉改造成功,得到使館們的贊許。后又先后在北京的北京陶瓷廠、北京印染廠相繼試驗成功,繼而推廣至燕山石化熱電廠。這些水煤漿項目多次得到中央最高領導層的關注和支持,其節能環保效益十分明顯,尤其燕山石化水煤漿鍋爐經歷嚴格的奧運藍天的大考。所有這一切,怎么會一夜間被定罪為“高污染燃料”呢?
北京的“煤改氣”源于北京特殊地位,可以優先獲得國產氣、進口氣、液化天然氣、煤制氣等多渠道氣源供應,大力推行的“氣代煤”讓人還有些許理解。奇怪的是在“去煤風”的影響下,不少毫無氣源的地市,也將“壓煤改氣”當做治污王牌。如福建石獅市,2013年7月18日出臺獅政【2013】28號文,將水煤漿、型煤等潔凈煤定性為高污染燃料而被禁用。石獅的作法讓人很難理解。一年來以前的2011年12月24日~26日,由福建省經貿委、石獅市政府支持,有國家發改委、環保部領導出席的“2011年全國水煤漿節能減排、資源循環利用技術推廣會議”就在石獅市召開,會議期間全國近百名水煤漿專家學者和企業家還參觀考察了石獅市內福建省******水煤漿生產基地和100 t/h水煤漿電站鍋爐。該項目2013年10月30日被人民日報記者以“我國水煤漿技術已經成熟——把煤變成‘清潔能源’”為題,評價為“燃燒水煤漿成本與傳統燃煤相當,排放之少,可與天然氣比肩。”這是石獅市清源水煤漿項目的真實寫照,也是我國水煤漿產業的縮影。然而在“去煤風”的影響下,個別當權者竟無視這些事實,胡亂棒打水煤漿這類潔凈煤技術。說到底這是某些不謀其職的當事者,在全民對當前霧霾污染不滿情緒下,用“煤”字當做擋箭牌,采取的一種推卸責任的伎倆。水煤漿、型煤都帶了煤字,可以打一打,甚至可以為自己不作為擋一擋。
煤炭確實是霧霾形成的原因之一,但這不怪煤炭本身。煤炭是要革命,但不是革煤炭的命,而是在如何清潔高效利用上。也就像大豆一樣,大豆營養價值高,它含有豐富蛋白質。然而炒黃豆、煮黃豆蛋白質吸收率只有40%~50%,而且消化不好,人的胃也受不了。可打成豆漿尤其是做成豆腐,蛋白質的吸收率高達80%~95%以上。實踐證明煤炭粗放式散燒效率只有70%~80%,而制作成水煤漿等潔凈煤燃燒效率可以高達98%以上。污染之少完全可以達到天然氣的水平。由此可見,煤沒有錯,只要清潔利用,潔凈燃燒,煤會變得很清潔。所以習主席強調的“大力推進煤炭清潔高效利用”的道路和指示,既符合中國國情,又有科學道理,更具有現實意義的。
習主席講話之后,中央有關部門連續出臺兩個文件,對這條能源戰略作出了深入而科學的探討和計劃安排。第一個文件(國能煤炭【2014】571號),由國家能源局、環境保護部、工信部聯合發布,題目為《關于促進煤炭安全綠色開發和清潔高效利用的意見》,其中主要任務的第五項“提高煤炭產品質量和利用標準,大力發展煤炭洗選加工”,“積極推廣先進的型煤和水煤漿技術”,還了水煤漿一個清白。第二個文件(國能煤炭【2015】141號),由國家能源局2015年4月27日發布,文件名稱是《煤炭高效利用計劃(2015~2020)》,是對習主席講話和【2014】571號文件的進一步細化,內容充實,可操作性強。“計劃”重點工作:一是推進煤炭洗選和提質加工,“積極推廣先進的煤炭提質、潔凈型煤和高濃度水煤漿技術”。“通過采用選煤、配煤、型煤、水煤漿、低階煤提質等先進的煤炭優質化加工技術,提高、優化煤炭質量”。整個文件4~5次提到水煤漿技術是提高煤炭清潔高效利用的關鍵核心技術,對“去煤化”風潮是一個******的糾偏和扶正之舉。可以說中央的這兩個文件已經為型煤、水煤漿做了徹底的平反,它們不僅不是高污染燃料,而且是值得積極推廣的清潔能源。甚至可以說,水煤漿是“煤炭清潔高效利用”的戰略選擇。
為什么說水煤漿技術是“煤炭清潔高效利用”的戰略選擇?
1. 代油:水使固體燃料煤炭利用簡單的物理作用相變成液體燃
料,方便了貯存、運輸和高效使用。相比煤的氣化,液化投資省、簡便容易推廣,是煤代油、氣的******途徑。
2. 節能:水沒有因氣化潛熱損失而保持了很高的燃燒效率,節能功效不可否認。
水煤漿的燃燒效率無論是大型鍋爐還是小型鍋爐都保持了98%以上的燃燒效率,和燃油、燃氣水平相當。鍋爐熱效率達到85%-88%的較高水平,遠比普通燃煤鍋爐(65%)高出二十個百分點。其原因是:
① 水是水煤漿鍋爐良好的清潔劑。爐膛水冷壁的沾污積灰的危害性比煤粉爐輕,吸熱效果很好,提高了鍋爐的熱效率。
② 水煤漿鍋爐中的水蒸氣三元子氣體很多,其熱輻射能力強,也提高了能源的利用率,達到節能效果。
③ 水使水煤漿顆粒形成多孔結構,燃燒時氧氣充滿孔隙內部可以形成內外同時燃燒,提高了燃燒速度也提高了燃盡率。
④ 水蒸氣可以在缺氧的條件下與碳結合形成水煤氣反應,不僅提高了水煤漿燃燒效率也降低了對環境的污染,同時使水煤漿鍋爐能夠在較低的空氣過剩系數下燃燒,對排煙化學熱損失的減少是有好處的。從水煤漿小型鍋爐與大型燃煤電站鍋爐燃燒效率對比中可以看出,水煤漿鍋爐是高效節能型鍋爐,那種認為水煤漿鍋爐并不節能是偽科學。下面兩組能源測試對比可知,小型水煤漿鍋爐能效與大型電站鍋爐能源測試效果相近,充分證明水煤漿鍋爐是節能高效的。
福建某火電廠粉煤鍋爐資料匯總表(設計數據)
項目 | 單位 | 1#爐 | 2#爐 | 3#爐 | 4#爐 | 5#爐 | 6#爐 | 平均 |
額定蒸發量 | t/h | 130 | 130 | 220 | 220 | 410 | 410 | 253.33 |
蒸汽壓力 | Mpa | 4.3 | 4.3 | 11.5 | 11.5 | 11.6 | 11.6 | 9.13 |
鍋爐熱效率 | % | 89.95 | 89.95 | 89.75 | 89.75 | 85 | 85 | 88.23 |
項目 | 符號 | 單位 | 1#爐 | 2#爐 | 3#爐 | 4#爐 | 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 |
平均熱效率 | ηpj | % | 87.53 | 84.9 | 89.06 | 86.87 | 87.09 |
3. 減排:水煤漿鍋爐是減排燃煤污染的******選擇,絕對是清潔能源。其原因是:
① 水是水煤漿滴結團增大促進排渣的脫塵劑,將有20%-30%的灰成分形成爐渣從爐底排出,而粉煤僅有不到10%,比水煤漿低2-3倍。水煤漿的飛灰比粉煤少,大大減輕后續煙塵的處理量,對減排有好處。
② 水是水煤漿氮氧化物的減排劑。水煤漿含有35%的水分需要蒸發,使燃燒溫度比粉煤爐低100℃-200℃,故水煤漿鍋爐的熱力型NOX基本不會生成。且燃料型NOX由于燃燒溫度較低燃料氮的揮發較粉煤低,部分氮元素殘留在灰渣中,所以形成的NOX也較低。國內外研究表明高水分的水煤漿燃料中NOX生成量下降25%左右。這種低氮氧化燃燒對減排是很經濟而可靠的。
③ 水是水煤漿二氧化硫的助減劑。水煤漿原料一般都選擇的低硫洗選煤,并且在制漿過程中選擇堿性添加劑,可以在燃燒中中和SO2生成硫酸鹽,排除必要時可在燃燒中加入石灰參與燃燒,達到SO2的減排目標,這些條件都優于粉煤。
④ 水是煙塵粒子良好的表面改性劑。對于布袋除塵和靜電除塵,飛灰顆粒的表面性質十分重要,水蒸氣可以改變飛塵顆粒的比電阻和顆粒的表面形狀,這些都將大大提高電除塵和布袋除塵的效果。
⑤ 水是水煤漿燃燒中碳煙污染的減排劑。一般燃燒中供氧不足,揮發分會形成多環化合物,最終形成碳煙排出,而有水蒸氣存在條件下,碳煙會與其發生水煤氣反應,從而抑制碳煙的形成,不僅達到完全燃燒的目的,而且消除碳黑的污染。
⑥ 水使鍋爐煙氣中水蒸氣裹塵外排遇冷后形成較大霧滴降落地面,從而使這些飄塵凝并長大成為降塵,對清潔大氣很有好處。
⑦ 水是促進蒸汽相變使燃燒源PM2.5凝并長大的合成劑。清華大學的研究成果認為,燃燒一公斤常規煙煤會產生8-12克PM2.5,要脫除PM2.5或更細的PM0.5、PM0.1等超微米級粒子難度就更大了。目前的主要途徑是在除塵器前設置預處理設施,使其通過物理或化學作用長大成較大顆粒加以脫除。如電團聚、聲團聚、磁團聚、熱團聚、光團聚和化學團聚等,但耗費能源太多,工藝復雜,僅有局部實驗成果。而在煙氣中噴水或加蒸汽的蒸汽相變可以促進微粒凝聚增大,被認為是一項頗具應用前景的項目。其原理是以PM2.5微粒為凝結核,通過水蒸氣的冷凝作用,使微粒質量增大,粒度增大,從而使微粒較易慣性碰撞而被捕集。這種蒸汽相變技術的影響因素是灰粒的潤濕性和表面粗糙程度。水煤漿灰粒是一種多孔粗糙顆粒,很易凝并增大。而粉煤顆粒大多呈球形光滑體,即使加水或噴蒸汽也達不到水煤漿的飛灰凝結長大的成效。更何況水煤漿含水30-35%,其蒸汽是自帶的,并且有較高的溫度級差,完全能滿足蒸汽相變的各種條件,說明水煤漿是脫除PM2.5的******選擇。
⑧ 水煤漿污染排放已經能夠達到燃氣鍋爐的較高水平,絕不是高污染燃料。下表為廈門鎢業水煤漿鍋爐污染物排放指標與最新國標-GB13271-2014特別排放限值對比表。
廈門鴻益順-廈鎢水煤漿鍋爐污染物排放對比表
單位:mg/m3
污染物項目 | GB13271-2014 | 廈鎢水煤漿鍋爐 | |||||
燃煤 鍋爐 | 燃油 鍋爐 | 燃氣 鍋爐 | 2012年 | 2013年 | 2014年 | 平均 | |
顆粒物 | 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,讓我借用十八年前,新華社記者采訪筆者后撰寫的文章的一句話,作為本匯報的結語。雖然水煤漿技術的進步已不可同日而語,早已達到國際領先水平,但它還是能夠充分表達本匯報的宗旨和意愿。該文刊登在新華社1996年3月25日《內部參考》上,題目為《在用戶中推廣燃燒水煤漿困難重重》。文章結尾語重心長的說:“記者認為,水煤漿的發展前景是極為可觀的,此項事業功在當代,福澤子孫,各級領導應該重視,并從政策上、經濟上給予有力支持,千萬不要讓它夭折。”
