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       今年以來(lái)我國(guó)中東部地區(qū)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、大范圍、重污染霧霾天氣，覆蓋了1/4的國(guó)土，影響了6億人口的生活及身心健康，已經(jīng)引起中央高層的極大關(guān)注和重視。從黨中央到最高行政機(jī)關(guān)、最高立法機(jī)關(guān)、最高司法機(jī)關(guān)連續(xù)發(fā)出了環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)的最強(qiáng)呼聲，明確傳達(dá)了中央治理環(huán)境污染的決心。從近期國(guó)務(wù)院部署的大氣污染防治十條措施（國(guó)發(fā)[2013]37號(hào)《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》）中第一條“減少污染排放”的第一點(diǎn)“全面整治燃煤小鍋爐”、第二點(diǎn)“加快重點(diǎn)行業(yè)脫硫脫銷除塵改造”可以看出，燃煤是造成霧霾天氣的罪魁禍?zhǔn)?，整治燃煤小鍋爐已經(jīng)成為治理環(huán)境大氣污染的重中之重。

       一、福建省造紙行業(yè)的燃煤鍋爐現(xiàn)狀

       中國(guó)的燃煤工業(yè)鍋爐目前在用的58.48萬(wàn)臺(tái)，80%以上是鏈條爐，熱效率低下，平均65%左右，比國(guó)外先進(jìn)水平低15~20個(gè)百分點(diǎn)。單機(jī)容量小，技術(shù)落后，工藝配置簡(jiǎn)單，灰渣含碳量高，排煙溫度高，環(huán)境污染嚴(yán)重，鍋爐自動(dòng)化水平低，無(wú)法根據(jù)負(fù)荷變化及時(shí)跟蹤調(diào)整各種燃燒參數(shù)，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于當(dāng)前飛速發(fā)展的智能化和信息化要求，大多成了被淘汰產(chǎn)品和限制發(fā)展產(chǎn)品，有些已被列入《高耗能落后機(jī)電設(shè)備（產(chǎn)品）淘汰目錄（第一批）》。

        正當(dāng)全國(guó)開(kāi)展全民治理大氣污染之際，《中國(guó)環(huán)境報(bào)》2013年8月2日以《福建重拳整治冒黑煙企業(yè)》為題，頭版頭條報(bào)導(dǎo)了福建省整治大氣污染的情況，副標(biāo)題為“共排查210家，主要集中在木制品、紙制品等行業(yè)”。 報(bào)導(dǎo)中指出：“據(jù)了解，大部分冒黑煙企業(yè)的鍋爐（爐灶）未建設(shè)除塵設(shè)備或除塵設(shè)備運(yùn)行不正?；騼H建設(shè)簡(jiǎn)單的水路除塵設(shè)施”。作為國(guó)內(nèi)造紙生產(chǎn)大省的福建省造紙行業(yè)，給我省國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)創(chuàng)造巨大財(cái)富的同時(shí)也給大氣和環(huán)境帶來(lái)了巨大污染，這不能不引起業(yè)界人士的極大關(guān)注。

        據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全省共有510臺(tái)燃煤工業(yè)鍋爐，其中造紙行業(yè)（包括：造紙、印刷包裝、木業(yè)）總共82臺(tái)燃煤鍋爐，占16%，居全省第二位（第一位是食品行業(yè)，113臺(tái)，占22%），研究和關(guān)注我省造紙行業(yè)的鍋爐污染排放是促進(jìn)我省造紙行業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的重大課題。

       二、發(fā)展水煤漿技術(shù)是解決燃煤污染問(wèn)題的戰(zhàn)略選擇

        上世紀(jì)70年代末，國(guó)際上爆發(fā)了石油危機(jī)，這使得世界各國(guó)都在尋找一種代替石油的節(jié)能環(huán)保新能源，水煤漿應(yīng)運(yùn)而生。中國(guó)是一個(gè)富煤、少氣、貧油的國(guó)家，水煤漿的應(yīng)用和發(fā)展對(duì)于中國(guó)的煤炭利用有著其特殊意義。自1983年5月攻關(guān)研制出了第一批水煤漿并試燃燒成功之后，我國(guó)的水煤漿制備技術(shù)和燃料技術(shù)發(fā)展很快，并達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

       水煤漿是由大約65%的煤、34%的水和1%的添加劑通過(guò)一定的工藝加工后得到的一種低污染、高效率、可管道輸送的代油煤基流體燃料。它改變了煤的傳統(tǒng)儲(chǔ)存、運(yùn)輸和燃燒方式，顯示出了巨大的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

        同時(shí)，由于水煤漿技術(shù)將傳統(tǒng)的固態(tài)燃煤方式變成了液態(tài)霧化燃燒方式，大大的提高了煤炭的燃盡率，提高了鍋爐的熱效率，水煤漿鍋爐熱效率可達(dá)86%以上，燃盡率高達(dá)98%以上。因此，水煤漿技術(shù)是一項(xiàng)深度潔凈煤技術(shù)，對(duì)于煤炭資源豐富的我國(guó)，水煤漿技術(shù)的發(fā)展能夠在******程度上提高燃煤效率，降低燃煤污染，有條件成為最基礎(chǔ)、最經(jīng)濟(jì)的潔凈能源。

        三、水煤漿鍋爐燃燒機(jī)理研究

       水煤漿燃燒機(jī)理介于燃油及煤粉，除兩者特長(zhǎng)兼而有之外，又有其自身的特點(diǎn)。各國(guó)專家經(jīng)過(guò)多年的研究，目前比較認(rèn)同的是日本學(xué)者的《水煤漿火炬燃燒物理模型》。該模型也得到我國(guó)水煤漿專家岑可法院士和徐通模教授的推薦，對(duì)水煤漿技術(shù)的推廣和應(yīng)用有一定的使用價(jià)值。其展示的水煤漿燃燒過(guò)程為：霧化——漿滴結(jié)團(tuán)干燥——揮發(fā)分著火燃燒——焦炭燃燒——飛灰形成——燃燒完成。

（一）水煤漿霧化階段

                                                         表1 霧滴顆粒組成

 1、霧滴滴徑從48μm到128μm分為6個(gè)級(jí)別，每個(gè)級(jí)別統(tǒng)計(jì)3-7個(gè)漿滴。從平均煤顆粒數(shù)可知，48μm粒徑漿滴平均會(huì)有煤顆粒56粒，64μm級(jí)平均含煤顆粒64粒，而超過(guò)100μm顆粒粒數(shù)超過(guò)100顆。

2、大顆粒的煤顆粒形成大的漿滴，而64μm以下的漿滴中大顆粒很少，這就預(yù)示要想獲得細(xì)小霧滴，除了在霧化空氣做文章外，制漿過(guò)程中應(yīng)盡量避免粗顆粒煤粒的出現(xiàn)，這有利于霧化細(xì)漿滴的形成。

（二）漿滴結(jié)團(tuán)干燥階段

表2 水煤漿滴與煤顆粒干燥情況對(duì)比表

（三）揮發(fā)分析出及著火燃燒階段

                                  表3 水煤漿與煤顆粒著火特征對(duì)比表

（四）焦炭燃盡階段

                             表4 水煤漿與煤顆粒焦炭燃盡階段特征對(duì)比表

（五）飛灰的形成特性

①霧化粒徑與飛灰粒徑呈正比關(guān)系，燃盡后的飛灰粒徑仍大于或接近煤顆粒，說(shuō)明結(jié)團(tuán)膨脹起到增粗效果，有利于除塵。

②霧化粒徑反比于燃盡率，細(xì)的霧滴有利于燃盡率的提高。

（六）水煤漿飛灰與煤粉飛灰性質(zhì)的優(yōu)化對(duì)比

1、飛灰粒度分布

表6 水煤漿飛灰與煤粉飛灰粒徑分布對(duì)比表

分析：①水煤漿飛灰小于1μm的顆粒占0.11%，僅為煤粉的1/3，PM_2.5污染明顯低于煤粉

②飛灰15um以下的較難脫除顆粒，水煤漿飛灰占17.54%，而煤粉飛灰占42.86%，是水煤漿飛灰的2.5倍。

③飛灰30μm以上的較容易脫除顆粒，水煤漿飛灰占65.41%，而煤粉為33.19%，僅為水煤漿飛灰的一半。

對(duì)比表說(shuō)明，水煤漿飛灰PM_2.5含量少于煤粉，而易脫除的粗顆粒多于煤粉，水煤漿減排煙塵效果十分明顯。

2、水煤漿煙氣濕度的優(yōu)越性

        實(shí)踐證明，煙氣增濕可以使粉塵電阻降低到適合電除塵器有效工作數(shù)值。為此目前很多電廠以加噴蒸汽的手段來(lái)提高電除塵效率，而水煤漿30%以上的水分，對(duì)電除塵有很大優(yōu)勢(shì)。

        電除塵器工作的電阻一般為10⁸-10¹¹Ωcm，在這個(gè)數(shù)值以外，電除塵器性能都會(huì)下降。水煤漿由于水分的存在，比電阻在10¹¹Ωcm以下，不是高比電阻粉塵，用常規(guī)電除塵法可以實(shí)現(xiàn)收集。而煤粉飛灰的比電阻在10¹⁰-10¹³Ωcm,比水煤漿飛灰高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，電除塵效率要低于水煤漿飛灰。

表7 水煤漿灰樣與煤粉灰樣的比電阻實(shí)測(cè)值

四、水煤漿鍋爐是減排PM_2.5的重要手段

      水煤漿鍋爐的******優(yōu)勢(shì)是減排PM_2.5，這可以從下述水煤漿鍋爐燃燒前后的工藝流程及效果的剖析過(guò)程得到證實(shí)。

水煤漿鍋爐減排PM_2.5工藝流程及效果

（一）選煤提質(zhì)

從源頭上減少燃煤煙氣中的灰分和二氧化硫等污染物的手段是煤炭的洗選。

洗煤可以去除50%~80%的灰分和40%~50%的硫分。

降低原煤灰分不僅減少煙氣含塵量，還能提高燃燒效率。

每入選1億噸原煤，可以減少燃燒排放二氧化硫150萬(wàn)噸，而選煤的脫硫成本僅只有煙氣脫硫的1/2。

國(guó)外入選率都較高，美國(guó)55%，德國(guó)95%，英國(guó)75%，澳大利亞75%，加拿大60%，而我國(guó)1980年18.4%，1985年16.4%，1990年17.7%，1995年15.6%，2000年31.7%，2005年32.0%，要趕上國(guó)際先進(jìn)水平還有很長(zhǎng)的路要走。

發(fā)展選煤是用好我國(guó)豐富煤炭資源的基本策略和解決燃煤污染的根本途徑。水煤漿技術(shù)率先較全面的應(yīng)用著選煤產(chǎn)品和優(yōu)質(zhì)煤炭，所以一般水煤漿灰分<10%，硫分<0.8%，這為節(jié)能減排提供了先決條件。

（二）濕磨制漿

濕法磨礦無(wú)粉塵污染，封閉輸送節(jié)約損耗，生產(chǎn)、運(yùn)輸及燃用便捷安全。

（三）水煤漿懸浮霧化燃燒

水煤漿燃燒因有29~35%的水份，燃燒溫度低，可實(shí)現(xiàn)低氮氧化物燃燒，火焰射流及煙氣速度較高，鍋爐的自清能力較強(qiáng)，爐壁污染系數(shù)較低，有利于熱效率的提高。

（四）漿滴結(jié)團(tuán)

霧化漿滴包含多顆煤粒，干燥后會(huì)結(jié)團(tuán)，呈群粒燃燒，點(diǎn)火和燃燒溫度較低，更重要的是結(jié)團(tuán)燃燒灰顆粒較粗，產(chǎn)生的PM_2.5顆粒極少。

（五）爆裂燃燒

結(jié)團(tuán)顆粒不像煤塊那么緊密，在溫度升高后團(tuán)粒硬殼在內(nèi)部壓力下會(huì)產(chǎn)生爆裂，表面積增大，有利于完全燃燒。由于爆裂后的顆粒是不規(guī)則形狀，有利于過(guò)濾除塵。

 （六）多孔膨脹

升溫后的團(tuán)粒內(nèi)部揮發(fā)分析出后形成大量孔隙，氧氣充分進(jìn)入，燃燒充分。也由于孔隙增加，使顆粒膨脹，有利于形成多面接觸氧氣而完全燃燒。膨脹后的團(tuán)粒有利于燃盡后形成大的灰粒，使除塵更容易。

（七）水煤漿鍋爐的布袋除塵

上述充分燃燒的全過(guò)程使得水煤漿的燃盡率可達(dá)到98%以上。

由于灰顆粒較粗，爐內(nèi)排渣量可占灰分的20%~25%，比粉煤爐高一倍，減少除塵壓力。

由于水分存在，排煙溫度不超過(guò)150℃，有利于布袋除塵。

（八）水煤漿鍋爐的電除塵

因煙氣中水蒸汽較多，飛灰的比電阻較粉煤灰低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，有利于靜電除塵除灰，加之飛灰粒徑較粉煤灰粗，電除塵效率較粉煤好。

（九）水煤漿飛灰脫硫

由于原料含硫量的減少，且水煤漿添加劑多為堿性物質(zhì)，在燃燒過(guò)程中有一定脫硫效果，加之采用噴淋堿液脫硫，一般SO₂排放可低于100mg/m3的較好水平。

（十）水蒸氣裹塵外排

經(jīng)過(guò)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?jiàn)A雜在大量水蒸氣中被水分包裹起來(lái)外排，形成較大的霧滴可以降落在地面，使其無(wú)法在大氣中形成有害的PM_2.5顆粒。

通過(guò)上述十個(gè)相互疊加的燃燒工藝過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)水煤漿鍋爐******限度減排PM_2.5污染的目標(biāo)。

五、水煤漿鍋爐代油代煤的經(jīng)濟(jì)效益

（一）代油效益

以廈門(mén)鎢業(yè)兩臺(tái)6噸水煤漿鍋爐替代兩臺(tái)10噸燃油鍋爐的實(shí)例分析：

原10噸燃油鍋爐，平均月供汽量3300蒸噸/月，年總供汽量3.96萬(wàn)蒸噸。

現(xiàn)6噸水煤漿鍋爐，平均月供汽量5500蒸噸/月，年總供汽量6.6萬(wàn)蒸噸。

原燃油鍋爐噸蒸汽耗油平均是74公斤/噸蒸汽，以3800元/噸燃料價(jià)格計(jì)算，每噸蒸汽燃料費(fèi)用為281.2元。

水煤漿鍋爐噸蒸汽耗漿量為175公斤，水煤漿價(jià)格按照950元/噸計(jì)算，噸蒸汽燃料費(fèi)用為166.25元，另外水煤漿鍋爐比燃油鍋爐增加30元/噸的運(yùn)行費(fèi)用，總計(jì)水煤漿鍋爐噸蒸汽價(jià)格比燃油鍋爐低84.95元。全年節(jié)約費(fèi)用6.6萬(wàn)噸×84.95元/噸=560.67萬(wàn)元，改造水煤漿鍋爐費(fèi)用為500萬(wàn)元，一年即可收回投資。

（二）水煤漿代煤效益

國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展水煤漿研究和推廣應(yīng)用的中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，多年前對(duì)山東省煤礦中小燃煤鍋爐改燒水煤漿進(jìn)行了調(diào)查研究，證明水煤漿代煤不僅解決了環(huán)境污染問(wèn)題，節(jié)約了煤炭，在經(jīng)濟(jì)效益上也與燃煤基本相當(dāng)，具體見(jiàn)下表：

表8中小型燃煤鍋爐改燒水煤漿節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益表

從上表可以看出，三家企業(yè)燃煤鍋爐改燒水煤漿后，節(jié)煤效果十分明顯，達(dá)到40%左右。經(jīng)濟(jì)方面，雖然水煤漿燃料費(fèi)與電耗比燃煤高，但維修費(fèi)用和人工費(fèi)用比燃煤低，總費(fèi)用水煤漿仍低于燃煤。

表中數(shù)據(jù)雖然為多年前的調(diào)研結(jié)果，但目前煤價(jià)與水煤漿價(jià)格比值與上述情況基本相當(dāng)，基本經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)相似，而環(huán)保、自動(dòng)化水平等方面，水煤漿都優(yōu)于燃煤很多。

上述三例只是對(duì)燃燒系統(tǒng)的局部改造，就體現(xiàn)了水煤漿節(jié)能效果，要想達(dá)到理想節(jié)能減排目的，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的全面改造，才能真正體現(xiàn)水煤漿的全部?jī)?yōu)勢(shì)。

結(jié)束語(yǔ)

        福建省造紙行業(yè)燃煤鍋爐82臺(tái)，共計(jì)需要蒸汽約500t/h，如果用水煤漿替代燃煤鍋爐，將需要90t/h的水煤漿，可實(shí)現(xiàn)節(jié)約標(biāo)煤14t/h，減排SO₂ 1.20t/h，減排粉塵 0.93 t/h，減排NO_X 0.15 t/h，按全年運(yùn)行6000小時(shí)計(jì)算，每年可以節(jié)約標(biāo)煤8.4萬(wàn)噸，減排SO_2- 7200噸，減排粉塵 5580噸，減排NO_X 900噸。

      經(jīng)過(guò)三十年的水煤漿技術(shù)攻關(guān)，在燃燒領(lǐng)域沒(méi)有任何一種燃料和燃燒方式可以像水煤漿燃燒一樣，能解決節(jié)能、減排SO₂、NO_X和PM_2.5粉塵污染問(wèn)題，同時(shí)還具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在當(dāng)今社會(huì)面臨環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展雙重壓力的形勢(shì)下，水煤漿鍋爐在福建省造紙行業(yè)中的發(fā)展前景是客觀的。

參考文獻(xiàn)

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（6）   廣東省特種設(shè)備協(xié)會(huì)《鍋爐節(jié)能減排知識(shí)問(wèn)題》華南理工大學(xué)出版社

作者簡(jiǎn)介：李顯?。?938年出生），原國(guó)家水煤漿技術(shù)委員會(huì)委員，從事煤炭加工技術(shù)研究50年，主要成果是低揮發(fā)份水煤漿燃燒技術(shù)、黑液水煤漿技術(shù)以及工業(yè)鍋爐，工業(yè)窯爐的水煤漿改造。