和慧+姜軍偉+李淑芬

摘要：青島市能源消費以煤炭為主，燃煤廢氣是霧霾主要成因之一。調(diào)研發(fā)現(xiàn)全市燃煤鍋爐的潔凈煤技術(shù)應(yīng)用水平較低，在燃煤品質(zhì)和鍋爐爐型兩方面具有較大提升空間，以占全市鍋爐總數(shù)65%的鏈條爐為例，在產(chǎn)生同等熱量的情況下，鏈條爐通過提升煤質(zhì)和爐型升級可節(jié)約30%左右的燃煤量，污染物初始排放濃度也明顯降低，在減少污染物排放量的同時減輕了鍋爐煙氣末端治理的技術(shù)和經(jīng)濟壓力。本文從加強源頭控制、過程控制和政策扶持等三個方面提出了推進全市燃煤鍋爐潔凈煤技術(shù)發(fā)展的建議。

關(guān)鍵詞：潔凈煤技術(shù)；燃煤鍋爐改造；節(jié)能減排

中圖分類號：X382 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）01-0098-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.057

Analysis and implementation suggestion on application of clean coal rechnology in coal fired boiler in qingdao city

He Hui 1， Jiang Junwei 2， Li Shufen 1

（1. Qingdao Research Institute of Environmental Protection， Qingdao Shandong 266033， China；

2. Qingdao Urban Planning and Design Institute， Qingdao Shandong 266071， China）

Abstract： Qingdaos main energy consumer product is coal，the waste gas of coal born is one of the chief causes of smog. According the survey in the city the coal boilers used low level of clean coal technology. in coal quality and boiler types both with large room for improvement.Take the chain boiler which occupies 65% of the whole city boiler as an example. in the case of the same heat generated，the chain furnace can save about 30% of the coal consumption by upgrading the coal quality and upgrading the boiler type，the concentration of pollutants was also decreased，while reducing emissions also reduced the end of the boiler flue gas treatment technology and economic pressure.And from strengthening the source control， process control and policy support，three aspects put forward Suggestions for the development of clean coal technology coal-fired boiler in the city.

Key words： Cleancoal technology； Reforming of coal-fired boilers； Energy conservation and emissions reduction

一個城市的生態(tài)環(huán)境決定并制約其城市發(fā)展的質(zhì)量及未來趨勢，青島市為國家沿海重要中心城市和濱海度假旅游城市、國際性港口城市、國家歷史文化名城，但大氣環(huán)境呈復(fù)合型污染特征，近幾年灰霾天氣時有發(fā)生。青島市能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，85%的燃煤用于電力、熱力行業(yè)，尤其是采暖季，大批燃煤供熱鍋爐開始運行，霧霾天氣也隨之嚴(yán)重。煤炭一直在能源結(jié)構(gòu)中扮演者重要的角色，在工業(yè)發(fā)展、居民供熱等方面起著特別重要的作用[1，2]。隨著經(jīng)濟步入穩(wěn)增長的新常態(tài)，立足國情，能源對煤炭的依賴短時間內(nèi)無法改變，這意味著煤炭發(fā)展需要走清潔利用的道路[3-6]。潔凈煤技術(shù)是指煤炭從開發(fā)到利用全過程中，減少污染排放與提高利用效率的加工、燃燒、轉(zhuǎn)化及污染控制的產(chǎn)品的總稱，旨在最大限度地發(fā)揮煤作為能源的潛能利用，同時又實現(xiàn)最少的污染物釋放，達到煤的高效、清潔利用目的[7]。

在《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》中，“煤炭清潔高效利用”被列為未來五年計劃實施的百項重大工程之一。山東省印發(fā)了《關(guān)于加快推進全省煤炭清潔高效利用工作的意見》，啟動實施了“工業(yè)綠動力”計劃，實施工業(yè)企業(yè)及熱電廠高效煤粉鍋爐示范工程等。青島市開展了燃煤鍋爐超低排放改造、小型燃煤鍋爐淘汰等多項末端治理工程，但對燃煤清潔利用過程開展的工作較少。本論文對青島市燃煤鍋爐的潔凈煤技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進行調(diào)研，分析了潔凈煤技術(shù)改造空間及改造后帶來的環(huán)境效益，提出了推行潔凈煤技術(shù)的具體建議方案，為環(huán)境空氣質(zhì)量改善的路徑選擇提供技術(shù)支持，為環(huán)境管理服務(wù)。

1 青島市霧霾成因分析

“十二五”期間，青島市以改善空氣質(zhì)量為目標(biāo)，開展了燃煤鍋爐脫硫、除塵、脫硝、低氮燃燒改造等治理工程，SO2、NOx及煙（粉）塵排放總量大幅減少，煤煙型污染得到了一定控制，但環(huán)境空氣中的主要污染物SO2主要來源于工業(yè)和燃煤廢氣排放，NO2主要來源于燃煤廢氣及機動車尾氣排放，顆粒物主要來源于燃煤廢氣、機動車尾氣和揚塵污染。因此，燃煤廢氣排放仍然是青島市霧霾主要成因之一。根據(jù)最新的2015年統(tǒng)計資料，青島市調(diào)查統(tǒng)計的41個工業(yè)行業(yè)中，電力和熱力行業(yè)的二氧化硫、氮氧化物和煙塵排放量均位于首位，且排放量較大，是造成青島市空氣污染的主要原因。冬季采暖燃煤量增加，在不利氣象條件下，霧霾出現(xiàn)的概率較高。青島市區(qū)2015年、2016年全年污染天氣天數(shù)分別為72天、67天，其中分別有38天、41天集中在冬季采暖期[8、9]，受燃煤廢氣影響較大。目前青島市能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主，控制煤炭燃燒過程中廢氣污染物的排放仍是大氣環(huán)境污染防治的重點。

2 青島市燃煤鍋爐潔凈煤技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及改造空間

2.1 燃煤鍋爐潔凈煤技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)最新2015年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全市規(guī)模以上工業(yè)原煤消費量1283萬噸，其中電力、熱力等鍋爐燃煤量約為1090噸，約占原煤消費總量的85%以上，占比較大，因此對全市燃煤及燃煤鍋爐的潔凈煤技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進行調(diào)查統(tǒng)計。目前青島市燃煤企業(yè)所購買燃料基本為未經(jīng)洗選的原煤，發(fā)熱值約4000～5000大卡，且含硫率和灰分相對較高，從而使污染物產(chǎn)生濃度相對較高。雖然青島市出臺了相關(guān)文件禁止銷售使用高硫高灰份劣質(zhì)燃煤，但因為沒有統(tǒng)一的潔凈煤配送中心，無法對原煤的煤質(zhì)進行監(jiān)管，從而使低廉的劣質(zhì)煤流入市場。

根據(jù)最新2016年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全市有燃煤企業(yè)80多家（鍋爐噸位10噸以上），共有燃煤鍋爐約250余臺?，F(xiàn)有燃煤爐型包括鏈條爐、循環(huán)流化床鍋爐和煤粉爐，鍋爐臺數(shù)所占比例分別為65%、29%、5%，其中75噸以下鍋爐大部分為鏈條爐，75噸及以上鍋爐大部分為循環(huán)流化床鍋爐或煤粉爐。從鍋爐型式來看，流化床鍋爐、煤粉爐和鏈條爐占鍋爐總噸位的比例大致為40%、20%、35%。因此，鏈條爐數(shù)量和總噸位所占比例均較高。與循環(huán)硫化床鍋爐、工業(yè)煤粉鍋爐等爐型相比，鏈條爐的優(yōu)點是適合各種煤質(zhì)，缺點是把煤塊送進燃燒室燃燒需要一定時間，煤塊與空氣接觸面積小易導(dǎo)致不完全燃燒，從而熱效率低、燃燒原材料消耗大，無法對爐溫進行控制，無法使用低氮燃燒器，導(dǎo)致氮氧化物等污染物產(chǎn)生濃度較高，給末端治理和運行資金投入帶來較大的壓力。

2.2 燃煤鍋爐潔凈煤技術(shù)提升改造空間分析

通過燃煤品質(zhì)、鍋爐爐型兩方面分析得出，青島市潔凈煤技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀仍處于較低水平，首先，沒有統(tǒng)一的潔凈煤配送中心和制備中心，無法對燃煤質(zhì)量進行監(jiān)管；其次，效率較低的鏈條爐占鍋爐總數(shù)的65%，鍋爐噸位占總噸位的35%，同時占總數(shù)29%的循環(huán)硫化床鍋爐實際效率相對于高效煤粉爐也偏低，且在用燃煤鍋爐絕大部分在2010年以前投建并開始使用，設(shè)備運行時間較長，設(shè)備老化，鍋爐能耗大，需要升級改造。因此，青島市潔凈煤技術(shù)在燃煤煤質(zhì)管理和現(xiàn)有落后鍋爐潔凈煤技術(shù)改造兩方面具有較大的提升改造空間。

3 青島市燃煤鍋爐潔凈煤技術(shù)改造及效果分析

3.1 煤質(zhì)提高減排效果分析

根據(jù)調(diào)查，目前青島市燃煤企業(yè)所購買燃料大部分為未經(jīng)洗選的原煤，發(fā)熱值約4000～5000大卡，含硫率和灰分相對較高。而洗選后的優(yōu)質(zhì)煤發(fā)熱值可以達到6000大卡以上，且含硫率和灰分較低，經(jīng)計算分析表明，在產(chǎn)生同等熱量的情況下，使用優(yōu)質(zhì)煤可節(jié)約燃煤約15%左右。

目前青島市鏈條爐每年燃煤量約為510萬噸，約占2015年全市燃煤總量的40%。若全部使用潔凈煤，在產(chǎn)生同等熱量的情況下，可節(jié)約燃煤量約76.5萬噸。對每噸普通原煤和洗選潔凈煤的廢氣污染物產(chǎn)生量進行比較計算，其中普通原煤含硫率取1.0%、灰分取20%，潔凈煤含硫率取0.6%、灰分取15%，以全部使用鏈條爐為例，污染物產(chǎn)生量詳見表1。

由表1可以看出，潔凈煤燃燒產(chǎn)生的二氧化硫和煙塵初始排放濃度明顯降低。以每年節(jié)約76.5萬噸燃煤為例，可以減少二氧化硫產(chǎn)生量7344噸，減少煙塵產(chǎn)生量19890噸，若煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度按照不超過10mg.Nm-3、50mg.Nm-3、100mg.Nm-3進行計算，可以減少排放量分別為76.5t、382.5t和765t。

3.2 爐型升級減排效果分析

鏈條爐設(shè)計熱效率一般為70%～80%，實際平均熱效率約65%左右，普遍存在熱效率低、耗煤量大等問題。隨著鍋爐技術(shù)的不斷發(fā)展[10]，懸浮流化床鍋爐、煤粉爐等高效鍋爐可以將設(shè)計效率提高到90%以上，實際熱效率達85%以上。通過調(diào)研青島市金州熱力有限公司改造后的實際運行數(shù)據(jù)得知，采用高效煤粉爐代替多臺小型鏈條爐后，在產(chǎn)生同等熱量的情況下，可以節(jié)約15%～20%的燃煤量。以鏈條爐改造為例，按照節(jié)約17%的燃煤量進行推算，在產(chǎn)生同等熱量的情況下，升級改造后可節(jié)約燃煤量約86.7萬t。若按照上述排放濃度進行計算，通過爐型升級，可以減少煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放量分別為86.7t、433.5t和867t。

3.3 減排控制措施對比分析

燃煤鍋爐廢氣的污染物減排控制措施包括爐內(nèi)減排和爐外減排。爐內(nèi)減排措施主要包括爐內(nèi)脫硫和脫硝，通過爐內(nèi)控制，可以減輕爐外減排措施的運行壓力。根據(jù)爐型特點，現(xiàn)行的鏈條爐無法改裝低氮燃燒器，循環(huán)流化床可以改裝低氮燃燒器，但因煙氣溫度不好控制，脫硝效果一般。高效煤粉爐等環(huán)保鍋爐可以通過爐內(nèi)脫硫脫硝及煙氣溫度控制來降低鍋爐煙氣中污染物的產(chǎn)生濃度，從而大大減輕了后續(xù)環(huán)保設(shè)施的運行負(fù)擔(dān)和運行投入。爐外減排措施包括脫硝、除塵和脫硫設(shè)施，因煙氣濃度不同，爐外設(shè)施的投入也不同，初始濃度的高低決定了凈化設(shè)施投資的多少。在煤質(zhì)相同的情況下，選取三類典型燃煤鍋爐的廢氣污染物初始排放濃度進行對比，詳見表2。

由表2可以看出，在煤質(zhì)相同的情況下，鏈條爐的二氧化硫和氮氧化物產(chǎn)生濃度都是最高的，而煙塵產(chǎn)生濃度是最低的；高效煤粉爐的二氧化硫和氮氧化物產(chǎn)生濃度比鏈條爐低，但煙塵初始排放濃度比鏈條爐高。根據(jù)各類爐型污染物的產(chǎn)生濃度，鏈條爐煙塵初始排放濃度較低，除塵設(shè)施投入較低，但脫硫和脫硝設(shè)施投入最大，且運行管理復(fù)雜。經(jīng)研究表明，鏈條爐環(huán)保設(shè)施投資和運行成本最大，其次為循環(huán)流化床鍋爐、高效煤粉爐等。

4 青島市潔凈煤技術(shù)應(yīng)用前景分析

4.1 不同爐型燃煤鍋爐運行成本分析

青島市近幾年受霧霾天氣的影響，建設(shè)運行了一批燃?xì)狻⑷加?、生物質(zhì)鍋爐及電鍋爐。其中燃?xì)忮仩t一次投資是燃煤鍋爐的一半，但燃?xì)忮仩t運行費用是燃煤鍋爐的四倍，燃油鍋爐運行成本為燃?xì)忮仩t的三倍左右，為了達到超低排放的要求，燃?xì)忮仩t和燃油鍋爐也需要配套治理設(shè)施，從而增加了建設(shè)和運行成本。生物質(zhì)鍋爐因原料成分復(fù)雜，能量密度低，收集成本高，經(jīng)濟效益不突出等問題而應(yīng)用較少。電熱鍋爐因成本太高應(yīng)用更少。由于受能源供給、運行成本等限制，上述鍋爐均不可能取代燃煤工業(yè)鍋爐。

為了適應(yīng)國家政策和環(huán)境保護的需求，燃煤鍋爐的技術(shù)水平在不斷進步，出現(xiàn)了一些煤粉爐等高效環(huán)保鍋爐，通過提高鍋爐效率，減少了燃煤量，結(jié)合源頭煤質(zhì)控制、燃燒過程控制和污染物減排控制，污染物做到了低于燃?xì)忮仩t的排放要求，但經(jīng)濟成本遠(yuǎn)低于燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐及電鍋爐等。

4.2 青島市潔凈煤技術(shù)實施建議

通過前述研究表明，從節(jié)約能源和保護環(huán)境兩方面來看，需對全市現(xiàn)有落后燃煤鍋爐進行潔凈煤技術(shù)改造是最現(xiàn)實、最經(jīng)濟的方式。因此，結(jié)合青島市潔凈煤技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，提出如下建議：

一是實施源頭控制。建設(shè)青島市的潔凈煤配送中心，實現(xiàn)煤炭精細(xì)化加工和集中統(tǒng)一配送，有效保障優(yōu)質(zhì)清潔煤炭供應(yīng)，保證煤炭的含硫率和灰分符合環(huán)保要求，從源頭上控制污染物的產(chǎn)生量。

二是提升過程控制。制定綠動力和高效環(huán)保鍋爐推廣計劃，逐步實施現(xiàn)有落后鍋爐升級改造，采取“上大壓小”方式，整合部分小鍋爐，提高燃燒效率，減少燃煤量，同時實現(xiàn)爐內(nèi)脫硫脫硝或通過控制爐溫等燃燒技術(shù)，控制或減少污染物產(chǎn)生量，從而減少爐外環(huán)保設(shè)施的建設(shè)和運行費用。

三是完善政策扶持機制。針對上述不同的升級改造方式，制定專項資金和相關(guān)優(yōu)惠政策，把煤炭清潔高效利用作為重大民生工程，加大財政投入。

5 結(jié)語

通過調(diào)查研究，青島市潔凈煤技術(shù)在燃煤煤質(zhì)和鍋爐爐型等方面應(yīng)用水平不高，建議從提升煤質(zhì)和高效環(huán)保鍋爐升級改造等方面實施潔凈煤技術(shù)改造，改造后可明顯降低燃煤量，污染物初始排放濃度也明顯降低，減輕了末端治理的壓力，經(jīng)濟成本遠(yuǎn)低于燃?xì)?、燃油等鍋爐，在節(jié)約能源的同時，減少了污染物的排放，對改善全市環(huán)境空氣質(zhì)量具有重要意義。

參考文獻

[1]郝江平，高士秋等.燃煤工業(yè)鍋爐的發(fā)展與解耦燃燒技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)鍋爐[J].2014，（4）：7-11.

[2]宋巍，王濤.淺談燃煤鍋爐的發(fā)展前景，應(yīng)用能源技術(shù)[J].2010，（3）：23-25.

[3]趙嘉博，劉小軍.潔凈煤技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進展，露天采礦技術(shù)[J].2011，（1）：66-69.

[4]王金華.我國煤炭高效潔凈利用新技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，（1）：1-4.

[5]張沖.選煤在潔凈煤技術(shù)中的作用探究[J].山西化工，2017，（1）：104-105+110.

[6]張存民.大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，促進煤炭產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展[J].中國煤炭，2016，（4）：22-24.

[7]劉立麟.中國潔凈煤發(fā)展戰(zhàn)略探究[J].潔凈煤技術(shù)，2012，18（2）：1-5.

[8]青島市2015年環(huán)境空氣質(zhì)量公報.

[9]青島市2016年環(huán)境空氣質(zhì)量公報.

[10]尚慶雨.我國煤粉工業(yè)鍋爐技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].煤炭科學(xué)技術(shù).2016.44（1）：201-206.

收稿日期：2017-11-28

作者簡介：和慧（1981-），女，碩士研究生，研究方向為源清單編制、大氣環(huán)境污染治理、污染防治政策研究等。