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清洁取暖不妨试试兰炭

日期: 2020-09-22
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       一年一度的北方地区冬季清洁取暖燃料准备工作又要开始了,同时,打赢大气污染防控三年攻坚战也到了即将交卷的时刻。经过几年的不断努力和探索,业内对如何既能保证百姓温暖过冬,又能确保大气污染防控效果多了一些认识和选择。

       散煤取暖造成的大气污染还历历在目,但为什么老百姓就是放不下散煤?因为散煤来源广、供应有保障,且价格便宜,供暖的舒适性较高。如何既能保留散煤的优点,又能避免其污染的不足?一种新型的清洁燃料——兰炭逐渐进入人们视野。


近期,由于部分地区在“限煤双控”刚性政策的约束下,适当放松了对兰炭的限制,引起一些地区争抢兰炭,尤其是一些燃煤电厂为完成压煤任务,也加入了争抢大军。其实,兰炭只适合于那些无法进行烟气超低排放治理的家庭民用和中小型工农业、养殖业等分散用户采用,并不很适合煤粉炉燃煤发电厂使用。

清洁取暖不妨试试兰炭

传统炉灶结构不合理致散煤直烧产生大量污染

自古人发现煤炭并将其作为燃料用于取暖和炊事以来,直到2017前,家庭散煤的燃烧方式并无太大变化,祖祖辈辈都是采用直立式底部自然进风短炉膛燃煤正烧小炉灶,即使后来的家用封闭式取暖炉,炉膛结构也没有变化。此种炉灶由于结构简单、制作成本极低而被长期广泛使用。

但此种炉灶结构燃用烟煤,会产生大量煤烟污染,能效也很低。因为这种结构的炉灶没有二次供风,煤炭被引燃和后续加煤都在炉膛火焰中心上部,煤炭被加热到320℃左右就发生热解,产生的热解煤气在炉膛上部很难点燃和完全燃烧,使60%-70%的热解煤气顺着烟道排空;热解过程中煤炭不断爆裂产生的大量细煤粉也随着烟气被带出;煤中的硫不断被氧化生成的二氧化硫烟气,因不能和灰渣中的碱性物质接触固硫,所以多数二氧化硫也都一并进入大气中,造成严重空气污染;同时这些排出的干馏气和带出的煤粉没有得到燃烧使用,白白浪费,使整体热效率低于60%。这就是散煤燃烧造成严重污染和能效低下的根本原因。无论是用块煤、粉煤,还是型煤都是如此。

如果向炉灶中直接加入细颗粒煤,飞扬出去的煤粉更多、浪费更大;如果做成型煤(包括打煤饼)再烧,飞出的煤粉会少得多,但挥发分逃逸(煤烟)问题仍无法解决;工业锅炉由于炉膛较长,但如果没有二次风补燃,挥发分逃逸问题就不可避免;一般锅炉都是强制鼓风,煤粉带出问题更为严重。

煤烟中含有大量焦油蒸汽、甲烷和少量其它烃类气体,以及氢气,这些都是大气光化学污染的重要构成物质,是VOCs治理的重点;焦油蒸汽含有大量苯、酚、萘、蒽、苯并芘等数十种知名和尚不知名的多环芳烃类有毒有害物质,有的还是强致癌物,它们会加重雾霾和酸雨,对人体健康产生不良影响。

清洁取暖不妨试试兰炭

中低温热解技术让散煤变为污染极小的兰炭,成为散煤替代首选

兰炭是烟煤热解后的半焦,通过热解技术去除烟煤的大部分“烟”(挥发分)后的固体产物,这种技术在陕北、鄂尔多斯地区已有20多年的发展历史。起初用当地盛产的长焰煤进行土法烧焦,污染严重,导致被戴上“高污染”的帽子。近十多年来,随着技术的不断改进和环保政策的倒逼,兰炭的生产工艺、装备以及污染控制都有了革命性进步,已进入清洁生产和超低排放的现代化大工业阶段。目前,兰炭产业已扩展到整个陕北、蒙西、甘肃、新疆等拥有长焰煤资源的地区,全国产能近1亿吨。兰炭的用途也从一开始的铁合金和电石行业,扩展到高炉喷吹、球团烧结、工业造气等行业,近两年逐步进入家庭民用和冬季取暖领域。

兰炭生产和散煤直烧的化学反应过程十分相似,只不过兰炭是把原煤集中热解,散煤是分散到千家万户的炉灶中热解。通过烟煤的集中热解,把散煤变成兰炭,不仅可把燃料清洁化,而且可将煤炭中的挥发分物质全部回收,生产高附加值产品。不但能减少环境污染,而且能大大提高原煤经济效益、提升国家油气安全。

仅就兰炭而言,其性能已发生根本改变,其挥发分和硫分残余已很少,热值大幅提高:挥发分一般降至5%-10%、残余硫分降低50%以上,热值提至6000大卡/千克以上。挥发分大幅降低,散烧时产生的煤烟就可大幅减少;同时,经过热解形成的兰炭热稳定性有所提高,产生的煤粉和飞灰大幅减少,大大缓解了粉尘污染。即使还用原来的正烧小炉灶,也不会产生太大污染。

监测数据表明,烧兰炭比烧散煤可节能30%以上,产生的粉尘和其它烟气污染物下降80%-90%,二氧化硫下降50%以上。

对用户而言,燃料用量小了,运费可节省三分之一,所以兰炭的综合消费成本增加并不多。虽然表面看兰炭比散煤价格高,但只要厂家把原煤热解减重部分,即煤焦油和热解煤气高值高效利用起来,完全可抵消加工成本,甚至还会有盈余,兰炭成本还有一定的下降空间。

所以,兰炭虽以散煤为原料,但已不是散煤,而是转变成了非常优质的煤基清洁化固体燃料,既保持了散煤使用的便捷性和廉价性,又减少了污染物生成,且资源丰富有保障,是散煤替代工业和民用燃料的首选。石油需要“炼化”才能清洁化和分品种使用,原煤中低温热解也是一种“炼化”,“炼油”和“炼煤”有异曲同工之妙。

清洁取暖不妨试试兰炭

在不具备气代煤、电代煤的地区,以兰炭全面替代散煤切实可行

党中央、国务院非常重视大气污染治理和防控工作,同时也要求确保北方地区清洁取暖、温暖过冬。近年来部分地区采取了大量限煤、禁煤和煤改气、煤改电的行政措施,配合整个大气污染防控综合施策,中东部地区空气质量得到明显改善。

但在此过程中,工业和民用散煤替代也出现了一些问题。改电、改气后的保供难度大、消费成本高、舒适性偏低等问题极易导致散煤复烧。

如果采用兰炭,上述问题或可基本得到解决。虽然散烧兰炭还达不到超低排放和改气、改电的清洁效果,但相比过去原煤散烧有极大改善,特别是随着兰炭专用炉具的推广使用,能效和清洁性提升明显。

今年是“十三五”收官和“十四五”筹划之年,认真总结“十三五”期间散煤治理的经验教训,使“十四五”和未来更长时期内治理散煤污染更有力、更科学、更可承受十分重要。在不具备气代煤、电代煤的地区,以兰炭全面替代散煤是切实可行的办法。

一是针对家庭分散民用取暖和农业大棚、养殖场所、农村乡镇街道小企业等,大力推广兰炭替代,在基本不改变原有使用习惯的前提下,可全面替代。如果同时采用专用炉具,效果更好。初期投资和运行费用完全可承受,完全有潜力不依赖财政补贴。

二是针对10蒸吨/时及以下小工厂的供热供暖,如果实在无法改气、改电,也可采用兰炭专用锅炉,配合简易的烟气脱硫脱硝、除尘装置,完全可做到达标排放,且投资和运行费用低、可自动运行、供应有保障。但对于吨位较大的兰炭锅炉,必须配套建设烟气污染物超低排放治理系统。

三是对必须使用燃气的玻璃、陶瓷等行业,推荐采用新型无排放固定床兰炭连续气化炉,就地生产廉价燃气。这种兰炭气化炉完全无焦油和酚氨废水,在窑尾烟气排放总管配套建设超低排放系统把关,即可获得良好的减排效果。

当然,兰炭终归是碳基燃料,虽然污染问题可解决,但碳排放问题尚不能解决。因此,在温室气体减排、发展低碳经济的大趋势下,兰炭也不能任性和无节制地使用,虽然控制温室效应和碳减排是一个长期过程,但在有清洁能源和可再生能源的地方必须尽量优先使用,不足部分再考虑兰炭。


(作者系中国煤炭加工利用协会理事长,本文仅代表作者个人观点)


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