分散式清潔燃煤供熱分析

2017?年底以來，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。

實際上，為降低農(nóng)村散煤燃燒污染，我國各地在推進(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，通過燃燒無煙煤、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，相比無煙煤燃燒的?NO_x和?SO₂排放相對要低一些，因此在我國的山東和陜西等地進(jìn)行了較大規(guī)模示范應(yīng)用。但由于無煙煤和蘭炭一般均采用正燒式爐具燃燒，因而燃燒過程中氧不足導(dǎo)致產(chǎn)生大量的?CO。而且，蘭炭和無煙煤均存在資源少和價格高的問題，尤其是還存在難點火、上火慢、火力弱等缺點，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向上流動，這會導(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，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、多級供風(fēng)的燃燒形式設(shè)計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。

煤炭的燃燒過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)，在煤炭熱解過程中生成的還原性氣體以及高溫半焦都對?NO_x具有明顯的還原作用?；诖嗽?，中國科學(xué)院過程工程研究所早在?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)時我國對?NO_x的減排問題并沒有提出明確的要求，但經(jīng)過?20?多年持續(xù)不斷地發(fā)展和完善，解耦燃燒已經(jīng)成為一種可以同時有效降低中小型燃煤鍋爐?NO_x、CO?和黑煙排放的實用技術(shù)，從而為解決我國農(nóng)村的煤炭散燒污染問題提供了可能的途徑。

與空氣和煙氣同／逆向流動的傳統(tǒng)正／反燒爐不同，解耦燃煤爐具有底部連通的兩個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先在熱解室混合，然后才在煙囪的拔力作用下依次穿過半焦層和燃燒室后從煙囪排出。在此過程中，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抑制和還原?NO_x（圖?1b）。若采用資源豐富、價格低廉的煙煤為原料，通過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、燃盡率高的特點，還可實現(xiàn)對?SO₂、NO_x和?CO?的同時控制，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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