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        1.水是水煤漿滴結(jié)團(tuán)增大促進(jìn)排渣的脫塵劑

       水煤漿是以霧炬形式進(jìn)入鍋爐，其中每個(gè)漿滴包含幾十顆煤粒。這些漿滴水分干燥后會(huì)結(jié)成多孔大顆粒團(tuán)粒，形成群粒燃燒。還因?yàn)橛写罅克值拇嬖冢龠M(jìn)超細(xì)顆粒的粘結(jié)團(tuán)聚，使粒徑增大，質(zhì)量增加。這種多孔結(jié)團(tuán)煤粒燃盡后很多會(huì)保持到成灰時(shí)期，而使水煤漿粉塵顆粒變得很粗，將會(huì)有20%-30%灰分形成爐渣從爐底排出，使煙氣含塵量大大減少，這有利于后續(xù)煙氣排塵處理。而粉煤爐僅只有10%左右的爐渣排出，比水煤漿爐低2-3倍，其尾部除塵的壓力大于水煤漿鍋爐。

        另一個(gè)原因，從成灰機(jī)理中可知，焦炭燃燒時(shí)，內(nèi)部礦物質(zhì)不斷聚集形成大于1μm的灰顆粒，當(dāng)溫度高時(shí)，大焦炭消失速度快，容易破碎，產(chǎn)生細(xì)顆粒。當(dāng)溫度低時(shí)，內(nèi)部礦物質(zhì)有充足時(shí)間聚合，趨向于形成灰渣大顆粒。由于水煤漿中水分的存在，爐膛溫度比普遍煤粉低100-200℃，礦物質(zhì)形成大顆粒沉降下來的機(jī)會(huì)增多。此時(shí)水煤漿的霧化和結(jié)團(tuán)過程，對降低煙氣顆粒物排放有一定好的作用。

浙大在220t/h水煤漿鍋爐進(jìn)行對比測試，水煤漿飛灰PM_2.5占21.7%、PM₁₀占48.25%，而粉煤爐飛灰PM_2.5占35.56%、PM₁₀占92.47%，粉煤飛灰細(xì)顆粒大于水煤漿飛灰很多倍。很多其他研究也都表明，水煤漿的這種結(jié)團(tuán)增大的脫塵劑作用，使排放的可吸入顆粒污染情況優(yōu)于粉煤爐。

        2.水是水煤漿氮氧化物的抑制劑

        煤炭燃燒NO_X生成主要有兩種影響形式：熱力型和燃燒型。熱力型NO_X和爐內(nèi)燃燒溫度有關(guān)。水煤漿有35%水分需要蒸發(fā)，使燃燒溫度比粉煤爐低100℃-200℃，一般不超過1200℃，故水煤漿鍋爐熱力型NO_X基本不會(huì)生成，可以忽略不計(jì)。

         試驗(yàn)表明水煤漿燃燒時(shí)的排放的NO_X居多來自燃料中的NO_X，而燃料中NO_X的排放受燃燒時(shí)氮的揮發(fā)作用制約。水煤漿與粉煤相比，因?yàn)闇囟鹊偷膿]發(fā)速率較低，因此有較多的氮分子留著炭里，最后進(jìn)入灰渣中被排除。從分析水煤漿灰渣遺留的氮元素比粉煤多，證明水煤漿排放的NO_X比粉煤少。李徇天的研究結(jié)果是，水分小于10%-12%時(shí)，水分會(huì)促進(jìn)NO_X生成（這是粉煤NO_X生成量多的主因），而水分大于15%后，NO_X生成量一直是逐漸減小的。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在高水分的水煤漿燃料中NO_X生成量下降了25%左右。因此，可以說燃燒水煤漿氮氧化物的污染較低是其獨(dú)特的優(yōu)勢水在其中起到減排劑作用。我們知道氮氧化物不僅是一次污染物，而且是二次污染物PM_2.5的前體物，在污染治理上，NO_X比SO₂更為艱難，其工藝復(fù)雜，運(yùn)行成本也高，已是當(dāng)前我國大氣污染治理的一大難題。

       3.水是水煤漿二氧化硫的助減劑

       水煤漿中的硫在燃燒過程中除部分(約占5%-10%)殘留在灰分中外，絕大部分與氧化合生產(chǎn)SO₂。在目前的鍋爐中，還不能用像N0₂一樣用改進(jìn)燃燒技術(shù)方法來控制SO₂的生成量。而水煤漿的優(yōu)勢是可以利用制漿過程選取堿性較強(qiáng)的水煤漿添加劑，讓這些堿性物質(zhì)在燃燒中與SO₂發(fā)生中和反應(yīng)，生成硫酸鹽沉淀。另外，一般通用的是在燃料中添加石灰石參與燃燒可以達(dá)到SO₂減排的目的。實(shí)踐表明水煤漿加石灰石燃燒可以達(dá)到50%-70%的SO₂減排量。同時(shí)浙江大學(xué)對比試驗(yàn)表明，由于石灰石乳能和水煤漿中的煤粒混合得更為均勻，因而其脫硫效果比同樣條件下燃煤粉時(shí)好得多。北京燕山石化水煤漿鍋爐的石灰石脫硫效果可以達(dá)到80%以上，順利通過北京奧運(yùn)的重大考驗(yàn)。證明水在水煤漿脫硫中起到助減劑作用。

       4.水是煙塵粒子良好的表面改性劑

       粉塵是燃煤的第一大污染物，也是對大氣造成嚴(yán)重污染的PM_2.5的一次污染源，是環(huán)境治理的重點(diǎn)。隨著社會(huì)對環(huán)境的重視，在眾多除塵技術(shù)中，現(xiàn)在普遍采用的是布袋除塵和靜電除塵兩種，水煤漿鍋爐也不例外。在應(yīng)用這兩種脫除方法上和其他工藝技術(shù)一樣由于水的存在也有其獨(dú)特的優(yōu)勢。

       4.1 水煤漿布袋除塵的顆粒優(yōu)勢

①由于水煤漿霧化漿滴具有著結(jié)團(tuán)群粒燃燒的特征，使其燃燒后的飛灰粒徑都會(huì)大于粉煤飛灰，容易沉降并被布袋收集起來。

②水煤漿飛灰即使是細(xì)顆粒，大部分也是由大顆粒焦滴破碎形成的，顆粒表面粗糙對布袋收集也較光滑的粉煤球形飛灰容易。

③由于水煤漿有水的存在，大量的水蒸汽在溫度下降后冷凝成水時(shí)，會(huì)粘附在細(xì)顆粒表面而凝并成大顆粒后被大量收集起來。

因此水煤漿布袋除塵的除塵效率都是較高的，能達(dá)到99%以上。

       4.2水煤漿靜電除塵的比電阻優(yōu)勢

       上述布袋除塵的優(yōu)勢如結(jié)團(tuán)燃燒飛灰粒徑變大，表面粗糙，水蒸汽相變飛灰被凝并長大等特性對靜電除塵也有好處。除此之外靜電除塵所需要的顆粒比電阻特性對水煤漿飛灰來講更具特殊的優(yōu)勢。（見下表）

                                                          美國學(xué)者對比試驗(yàn)

 說明：電除塵對粉塵的最主要特性要求是物料合適的比電阻，粉塵的比電阻過高或過低均不利于除塵。最適合的比電阻范圍是（1*10⁴）~（2*10¹⁰）Ω·cm。

比電阻過低，說明它容易荷電，也容易放電。比電阻過高說明它既不容易荷電，也不易放電，會(huì)對到達(dá)集塵極的顆粒釋放電荷很慢，并且留有部分電荷，這樣會(huì)排斥隨后而至的帶負(fù)電荷的粉塵顆粒，影響其顆粒的正常沉降。水煤漿因有水存在，因此其濕度大、溫度低，比電阻在2*10¹⁰以下。而粉煤飛塵2*10¹²左右，比水煤漿高1-2個(gè)數(shù)量級。粉煤爐要想達(dá)到理想的除塵效果，常常需要向煙氣中噴水，使之降溫和提濕，來滿足靜電除塵的技術(shù)要求。

總之水煤漿中的水改變飛灰的表面性質(zhì)，使布袋除塵和靜電除塵效率達(dá)到98%-99%的較高水平。

       5.水是水煤漿燃燒中炭煙污染的減排劑

       煤是一種非常復(fù)雜的混合物，如果燃燒條件非常理想，煤就可以完全燃燒即完全氧化。如果燃燒條件不夠理想，特別是在揮發(fā)分析出階段，供氧不足時(shí)，熱解產(chǎn)生的揮發(fā)分會(huì)形成多環(huán)化合物，最終形成碳煙，這些碳煙不僅會(huì)造成能源消失而且含有多種有害化合物，對環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重影響。

        國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有水蒸汽條件下，炭煙濃度隨水蒸汽的加入而降低，直到完全消失。這可以從加熱出口觀察到預(yù)混氣體當(dāng)加入水蒸汽時(shí)，首先出現(xiàn)明顯的藍(lán)色火焰，這是氫氣在出口處與空氣進(jìn)行燃燒形成的。隨后發(fā)現(xiàn)炭煙所形成的黑煙明顯的逐漸減少直至消失。這就說明水蒸汽加入使炭煙與其發(fā)生了水煤氣反應(yīng)，從而抑制了炭煙顆粒的形成。水煤漿自身完全具備這些條件，當(dāng)氧、碳混合均勻時(shí)，燃燒正常，水蒸汽是個(gè)旁觀者。而一旦存在缺氧燃燒爐內(nèi)會(huì)很快形成炭黑，此時(shí)水蒸汽會(huì)馬上彌補(bǔ)過來與炭黑進(jìn)行煤氣化反應(yīng)，此時(shí)既完成水煤漿完全燃燒的目的，又消除炭黑的污染?？梢哉f水煤漿中的水起著燃燒中消防員的作用，達(dá)到減排劑的效果。

       6.水使鍋爐煙氣中水蒸汽裹塵外排好似大氣的清潔劑

       經(jīng)過爐內(nèi)集渣和爐外除塵，排煙氣流中的飛灰已經(jīng)很少，只占總灰量的0.5%-1.0%，這些少量飛灰夾雜在大量水蒸汽中被水分包裹起來外排，形成較大的霧滴可以降落在地面，使這些飄塵凝并長大成為降塵，清潔大氣中的微粒，使其無法在大氣中形成有害的PM_2.5顆粒和霧霾。這種水蒸汽裹塵外排機(jī)理是任何其他燃燒方式所不具備的。

水煤漿煙氣含水量與飛灰關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)表

        7.水是促進(jìn)蒸汽相變使燃燒源PM_2.5凝并長大的合成劑

       現(xiàn)在讓我們深層次分析水煤漿減排PM_2.5的最重要機(jī)理。霧霾天氣推進(jìn)燃燒源PM_2.5或更細(xì)的PM_0.5、PM_0.1等超微米級粒子的控制問題的提出。目前脫除PM_2.5的主要途徑是在除塵器前設(shè)置預(yù)處理設(shè)施，使其通過物理或化學(xué)作用長大成較大顆粒后加以脫除，如電團(tuán)聚、聲團(tuán)聚、磁團(tuán)聚、熱團(tuán)聚、光團(tuán)聚和化學(xué)團(tuán)聚等。它們對除塵效率的提高或多或少都能起到一定的作用，但耗費(fèi)能源太大，工藝復(fù)雜，適應(yīng)性有限，僅有局部實(shí)驗(yàn)成果。而在煙氣中噴水或加蒸汽的蒸汽相變的科研成果可以促進(jìn)微粒凝聚增大，被認(rèn)為是一項(xiàng)頗具應(yīng)用前景的項(xiàng)目。其主要原理是：以PM_2.5微粒為凝結(jié)核，通過水蒸汽的冷凝作用，使微粒質(zhì)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(shù)的影響因素主要與灰粒的潤濕性和表面粗糙程度有很大關(guān)系。顆粒表面粗糙降低了顆粒與水汽間的接觸角，改善顆粒的潤濕性能，顆粒越容易核化。隨著液滴的長大，水汽在表面的凝結(jié)越多。而光滑的表面成核速率和成粒幾率都很低。水煤漿灰粒就是一種表面多孔粗糙的顆粒，很易凝并增大。而粉煤顆粒大多呈球形的光滑體，即使加水噴蒸汽也達(dá)不到水煤漿飛灰凝結(jié)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。而粉煤加濕需要耗費(fèi)能源及大量水資源，顆粒潤濕性不好，凝結(jié)并不牢固，成效有限?？梢哉f水煤漿飛灰和煤粉飛灰蒸汽相變凝并兩者效果和經(jīng)濟(jì)性差距很大，再次證實(shí)水煤漿在脫除PM_2.5上具有很大優(yōu)勢。

       8.減排小結(jié)：水煤漿絕不是高污染燃料

        水煤漿中的水分，不僅使煤炭精加工和運(yùn)輸?shù)靡栽谧瞽h(huán)保安全下實(shí)現(xiàn)，而且在燃燒的終結(jié)，仍在使用蒸汽相變的凝并長大等功能幫助人類將煙塵中的有害致命的PM_2.5捕獲下來，還天空一個(gè)潔白的藍(lán)天，水其功不可沒。希望那種像北京市把水煤漿當(dāng)做高污染燃料的事件將不再重演。

       下表為廈鎢水煤漿10t/h工業(yè)鍋爐污染物排放對比表：2012年至2016年五年平均污染排放值全面達(dá)到史上最嚴(yán)格的新國標(biāo)“GB13271-2014”特別排放限值的燃?xì)忮仩t水平。各年份污染排放值全面超過燃油鍋爐和燃煤鍋爐特別排放限值，距離近零排放很近了。

廈門鴻益順-廈鎢水煤漿鍋爐污染物排放對比表

（與最新國標(biāo)-特別排放限值對比 單位mg/m3）