分散式清潔燃煤供熱分析

2017?年底以來(lái)，北方地區(qū)清潔取暖改造從最初的“宜電則電、宜氣則氣”調(diào)整為“宜電則電、宜氣則氣、宜煤則煤、宜熱則熱”，從而扭轉(zhuǎn)了清潔取暖就是去煤化的思維。

實(shí)際上，為降低農(nóng)村散煤燃燒污染，我國(guó)各地在推進(jìn)減煤換煤增效方面做了大量工作，但效果卻并不理想。例如，通過(guò)燃燒無(wú)煙煤、蘭炭等所謂的“潔凈煤”以減少黑煙排放。特別是蘭炭，由于它是高揮發(fā)分煙煤在中低溫條件下干餾熱解得到的較低揮發(fā)分固體炭質(zhì)產(chǎn)品，相比無(wú)煙煤燃燒的?NO_x和?SO₂排放相對(duì)要低一些，因此在我國(guó)的山東和陜西等地進(jìn)行了較大規(guī)模示范應(yīng)用。但由于無(wú)煙煤和蘭炭一般均采用正燒式爐具燃燒，因而燃燒過(guò)程中氧不足導(dǎo)致產(chǎn)生大量的?CO。而且，蘭炭和無(wú)煙煤均存在資源少和價(jià)格高的問(wèn)題，尤其是還存在難點(diǎn)火、上火慢、火力弱等缺點(diǎn)，因而爐具炊事功能先天不足。這不符合農(nóng)民用戶的使用習(xí)慣，因此老百姓也不喜歡使用。本質(zhì)上，將潔凈煤定義為無(wú)煙煤或蘭炭一類的低揮發(fā)分燃料并不科學(xué)，而且也不存在完全潔凈的煤炭燃料。雖然我國(guó)煤種多樣，但主要是以高揮發(fā)分煙煤為主。如果采用合理的爐具設(shè)計(jì)和科學(xué)的燃燒方式，燃燒煙煤也可以達(dá)到大幅節(jié)能減排的效果。這其中的核心關(guān)鍵問(wèn)題不在于燒什么煤，而在于利用什么燃燒技術(shù)和何種環(huán)保爐具來(lái)燒煤并達(dá)到什么樣的排放效果。

傳統(tǒng)的民用燃煤爐一般采用正燒、反燒或正反燒相結(jié)合的燃燒方式。傳統(tǒng)正燒爐中空氣和煙氣同時(shí)向上流動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致?lián)]發(fā)分和?CO?燃燒不充分，易冒煙，不適用于燃燒煙煤；傳統(tǒng)反燒爐中空氣向下而煙氣向上流動(dòng)，這雖然有利于揮發(fā)分的燃盡，但?CO?的燃燒仍不充分，且不適用于低揮發(fā)分燃料的燃燒。而采用做飯正燒、取暖反燒、多級(jí)供風(fēng)的燃燒形式設(shè)計(jì)的民用炊暖燃煤爐相比于市售鍋爐，卻具有燃燒效率高、污染物排放低等優(yōu)點(diǎn)。

煤炭的燃燒過(guò)程是包含煤炭熱解氣化和揮發(fā)分以及半焦燃燒的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，在煤炭熱解過(guò)程中生成的還原性氣體以及高溫半焦都對(duì)?NO_x具有明顯的還原作用?；诖嗽恚袊?guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所早在?1995?年就發(fā)明了解耦燃燒技術(shù)，致力于解決民用燃煤爐?NO_x排放和冒黑煙的難題。盡管當(dāng)時(shí)我國(guó)對(duì)?NO_x的減排問(wèn)題并沒(méi)有提出明確的要求，但經(jīng)過(guò)?20?多年持續(xù)不斷地發(fā)展和完善，解耦燃燒已經(jīng)成為一種可以同時(shí)有效降低中小型燃煤鍋爐?NO_x、CO?和黑煙排放的實(shí)用技術(shù)，從而為解決我國(guó)農(nóng)村的煤炭散燒污染問(wèn)題提供了可能的途徑。

與空氣和煙氣同／逆向流動(dòng)的傳統(tǒng)正／反燒爐不同，解耦燃煤爐具有底部連通的兩個(gè)分別被稱為熱解室和燃燒室的并列爐膛，煤炭從熱解室上部加入，而空氣則通過(guò)熱解室底部的傾斜爐排引入（圖1a）。這樣，部分空氣、半焦燃燒煙氣以及熱解氣就會(huì)先在熱解室混合，然后才在煙囪的拔力作用下依次穿過(guò)半焦層和燃燒室后從煙囪排出。在此過(guò)程中，煤炭先后經(jīng)歷了在熱解區(qū)低溫還原條件下的煤炭熱解過(guò)程和在燃燒區(qū)高溫氧化條件下的熱解氣以及半焦的燃燒過(guò)程，從而充分利用煤炭熱解自身產(chǎn)生的還原性熱解氣和高溫半焦來(lái)抑制和還原?NO_x（圖?1b）。若采用資源豐富、價(jià)格低廉的煙煤為原料，通過(guò)混合高效固硫劑制成潔凈煙煤型煤，并采用“潔凈型煤＋解耦爐具”匹配燃燒的模式，則不僅可以繼承煙煤易燃燒、上火快、火力強(qiáng)、燃盡率高的特點(diǎn)，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)?SO₂、NO_x和?CO?的同時(shí)控制，并進(jìn)行高效固灰和降塵，從而降低綜合污染物排放，提高爐具熱效率。

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