青島市燃煤鍋爐潔凈煤技術應用效果分析及實施建議

和慧+姜軍偉+李淑芬

摘要：青島市能源消費以煤炭為主，燃煤廢氣是霧霾主要成因之一。調研發現全市燃煤鍋爐的潔凈煤技術應用水平較低，在燃煤品質和鍋爐爐型兩方面具有較大提升空間，以占全市鍋爐總數65%的鏈條爐為例，在產生同等熱量的情況下，鏈條爐通過提升煤質和爐型升級可節約30%左右的燃煤量，污染物初始排放濃度也明顯降低，在減少污染物排放量的同時減輕了鍋爐煙氣末端治理的技術和經濟壓力。本文從加強源頭控制、過程控制和政策扶持等三個方面提出了推進全市燃煤鍋爐潔凈煤技術發展的建議。

關鍵詞：潔凈煤技術；燃煤鍋爐改造；節能減排

中圖分類號：X382 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）01-0098-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.057

Analysis and implementation suggestion on application of clean coal rechnology in coal fired boiler in qingdao city

He Hui 1， Jiang Junwei 2， Li Shufen 1

（1. Qingdao Research Institute of Environmental Protection， Qingdao Shandong 266033， China；

2. Qingdao Urban Planning and Design Institute， Qingdao Shandong 266071， China）

Abstract： Qingdaos main energy consumer product is coal，the waste gas of coal born is one of the chief causes of smog. According the survey in the city the coal boilers used low level of clean coal technology. in coal quality and boiler types both with large room for improvement.Take the chain boiler which occupies 65% of the whole city boiler as an example. in the case of the same heat generated，the chain furnace can save about 30% of the coal consumption by upgrading the coal quality and upgrading the boiler type，the concentration of pollutants was also decreased，while reducing emissions also reduced the end of the boiler flue gas treatment technology and economic pressure.And from strengthening the source control， process control and policy support，three aspects put forward Suggestions for the development of clean coal technology coal-fired boiler in the city.

Key words： Cleancoal technology； Reforming of coal-fired boilers； Energy conservation and emissions reduction

一個城市的生態環境決定并制約其城市發展的質量及未來趨勢，青島市為國家沿海重要中心城市和濱海度假旅游城市、國際性港口城市、國家歷史文化名城，但大氣環境呈復合型污染特征，近幾年灰霾天氣時有發生。青島市能源結構以煤炭為主，85%的燃煤用于電力、熱力行業，尤其是采暖季，大批燃煤供熱鍋爐開始運行，霧霾天氣也隨之嚴重。煤炭一直在能源結構中扮演者重要的角色，在工業發展、居民供熱等方面起著特別重要的作用[1，2]。隨著經濟步入穩增長的新常態，立足國情，能源對煤炭的依賴短時間內無法改變，這意味著煤炭發展需要走清潔利用的道路[3-6]。潔凈煤技術是指煤炭從開發到利用全過程中，減少污染排放與提高利用效率的加工、燃燒、轉化及污染控制的產品的總稱，旨在最大限度地發揮煤作為能源的潛能利用，同時又實現最少的污染物釋放，達到煤的高效、清潔利用目的[7]。

在《國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》中，“煤炭清潔高效利用”被列為未來五年計劃實施的百項重大工程之一。山東省印發了《關于加快推進全省煤炭清潔高效利用工作的意見》，啟動實施了“工業綠動力”計劃，實施工業企業及熱電廠高效煤粉鍋爐示范工程等。青島市開展了燃煤鍋爐超低排放改造、小型燃煤鍋爐淘汰等多項末端治理工程，但對燃煤清潔利用過程開展的工作較少。本論文對青島市燃煤鍋爐的潔凈煤技術應用現狀進行調研，分析了潔凈煤技術改造空間及改造后帶來的環境效益，提出了推行潔凈煤技術的具體建議方案，為環境空氣質量改善的路徑選擇提供技術支持，為環境管理服務。

1 青島市霧霾成因分析

“十二五”期間，青島市以改善空氣質量為目標，開展了燃煤鍋爐脫硫、除塵、脫硝、低氮燃燒改造等治理工程，SO2、NOx及煙（粉）塵排放總量大幅減少，煤煙型污染得到了一定控制，但環境空氣中的主要污染物SO2主要來源于工業和燃煤廢氣排放，NO2主要來源于燃煤廢氣及機動車尾氣排放，顆粒物主要來源于燃煤廢氣、機動車尾氣和揚塵污染。因此，燃煤廢氣排放仍然是青島市霧霾主要成因之一。根據最新的2015年統計資料，青島市調查統計的41個工業行業中，電力和熱力行業的二氧化硫、氮氧化物和煙塵排放量均位于首位，且排放量較大，是造成青島市空氣污染的主要原因。冬季采暖燃煤量增加，在不利氣象條件下，霧霾出現的概率較高。青島市區2015年、2016年全年污染天氣天數分別為72天、67天，其中分別有38天、41天集中在冬季采暖期[8、9]，受燃煤廢氣影響較大。目前青島市能源結構仍以煤炭為主，控制煤炭燃燒過程中廢氣污染物的排放仍是大氣環境污染防治的重點。

2 青島市燃煤鍋爐潔凈煤技術應用現狀及改造空間

2.1 燃煤鍋爐潔凈煤技術應用現狀

根據最新2015年統計數據，全市規模以上工業原煤消費量1283萬噸，其中電力、熱力等鍋爐燃煤量約為1090噸，約占原煤消費總量的85%以上，占比較大，因此對全市燃煤及燃煤鍋爐的潔凈煤技術應用現狀進行調查統計。目前青島市燃煤企業所購買燃料基本為未經洗選的原煤，發熱值約4000～5000大卡，且含硫率和灰分相對較高，從而使污染物產生濃度相對較高。雖然青島市出臺了相關文件禁止銷售使用高硫高灰份劣質燃煤，但因為沒有統一的潔凈煤配送中心，無法對原煤的煤質進行監管，從而使低廉的劣質煤流入市場。

根據最新2016年統計數據，全市有燃煤企業80多家（鍋爐噸位10噸以上），共有燃煤鍋爐約250余臺。現有燃煤爐型包括鏈條爐、循環流化床鍋爐和煤粉爐，鍋爐臺數所占比例分別為65%、29%、5%，其中75噸以下鍋爐大部分為鏈條爐，75噸及以上鍋爐大部分為循環流化床鍋爐或煤粉爐。從鍋爐型式來看，流化床鍋爐、煤粉爐和鏈條爐占鍋爐總噸位的比例大致為40%、20%、35%。因此，鏈條爐數量和總噸位所占比例均較高。與循環硫化床鍋爐、工業煤粉鍋爐等爐型相比，鏈條爐的優點是適合各種煤質，缺點是把煤塊送進燃燒室燃燒需要一定時間，煤塊與空氣接觸面積小易導致不完全燃燒，從而熱效率低、燃燒原材料消耗大，無法對爐溫進行控制，無法使用低氮燃燒器，導致氮氧化物等污染物產生濃度較高，給末端治理和運行資金投入帶來較大的壓力。

2.2 燃煤鍋爐潔凈煤技術提升改造空間分析

通過燃煤品質、鍋爐爐型兩方面分析得出，青島市潔凈煤技術應用現狀仍處于較低水平，首先，沒有統一的潔凈煤配送中心和制備中心，無法對燃煤質量進行監管；其次，效率較低的鏈條爐占鍋爐總數的65%，鍋爐噸位占總噸位的35%，同時占總數29%的循環硫化床鍋爐實際效率相對于高效煤粉爐也偏低，且在用燃煤鍋爐絕大部分在2010年以前投建并開始使用，設備運行時間較長，設備老化，鍋爐能耗大，需要升級改造。因此，青島市潔凈煤技術在燃煤煤質管理和現有落后鍋爐潔凈煤技術改造兩方面具有較大的提升改造空間。

3 青島市燃煤鍋爐潔凈煤技術改造及效果分析

3.1 煤質提高減排效果分析

根據調查，目前青島市燃煤企業所購買燃料大部分為未經洗選的原煤，發熱值約4000～5000大卡，含硫率和灰分相對較高。而洗選后的優質煤發熱值可以達到6000大卡以上，且含硫率和灰分較低，經計算分析表明，在產生同等熱量的情況下，使用優質煤可節約燃煤約15%左右。

目前青島市鏈條爐每年燃煤量約為510萬噸，約占2015年全市燃煤總量的40%。若全部使用潔凈煤，在產生同等熱量的情況下，可節約燃煤量約76.5萬噸。對每噸普通原煤和洗選潔凈煤的廢氣污染物產生量進行比較計算，其中普通原煤含硫率取1.0%、灰分取20%，潔凈煤含硫率取0.6%、灰分取15%，以全部使用鏈條爐為例，污染物產生量詳見表1。

由表1可以看出，潔凈煤燃燒產生的二氧化硫和煙塵初始排放濃度明顯降低。以每年節約76.5萬噸燃煤為例，可以減少二氧化硫產生量7344噸，減少煙塵產生量19890噸，若煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度按照不超過10mg.Nm-3、50mg.Nm-3、100mg.Nm-3進行計算，可以減少排放量分別為76.5t、382.5t和765t。

3.2 爐型升級減排效果分析

鏈條爐設計熱效率一般為70%～80%，實際平均熱效率約65%左右，普遍存在熱效率低、耗煤量大等問題。隨著鍋爐技術的不斷發展[10]，懸浮流化床鍋爐、煤粉爐等高效鍋爐可以將設計效率提高到90%以上，實際熱效率達85%以上。通過調研青島市金州熱力有限公司改造后的實際運行數據得知，采用高效煤粉爐代替多臺小型鏈條爐后，在產生同等熱量的情況下，可以節約15%～20%的燃煤量。以鏈條爐改造為例，按照節約17%的燃煤量進行推算，在產生同等熱量的情況下，升級改造后可節約燃煤量約86.7萬t。若按照上述排放濃度進行計算，通過爐型升級，可以減少煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放量分別為86.7t、433.5t和867t。

3.3 減排控制措施對比分析

燃煤鍋爐廢氣的污染物減排控制措施包括爐內減排和爐外減排。爐內減排措施主要包括爐內脫硫和脫硝，通過爐內控制，可以減輕爐外減排措施的運行壓力。根據爐型特點，現行的鏈條爐無法改裝低氮燃燒器，循環流化床可以改裝低氮燃燒器，但因煙氣溫度不好控制，脫硝效果一般。高效煤粉爐等環保鍋爐可以通過爐內脫硫脫硝及煙氣溫度控制來降低鍋爐煙氣中污染物的產生濃度，從而大大減輕了后續環保設施的運行負擔和運行投入。爐外減排措施包括脫硝、除塵和脫硫設施，因煙氣濃度不同，爐外設施的投入也不同，初始濃度的高低決定了凈化設施投資的多少。在煤質相同的情況下，選取三類典型燃煤鍋爐的廢氣污染物初始排放濃度進行對比，詳見表2。

由表2可以看出，在煤質相同的情況下，鏈條爐的二氧化硫和氮氧化物產生濃度都是最高的，而煙塵產生濃度是最低的；高效煤粉爐的二氧化硫和氮氧化物產生濃度比鏈條爐低，但煙塵初始排放濃度比鏈條爐高。根據各類爐型污染物的產生濃度，鏈條爐煙塵初始排放濃度較低，除塵設施投入較低，但脫硫和脫硝設施投入最大，且運行管理復雜。經研究表明，鏈條爐環保設施投資和運行成本最大，其次為循環流化床鍋爐、高效煤粉爐等。

4 青島市潔凈煤技術應用前景分析

4.1 不同爐型燃煤鍋爐運行成本分析

青島市近幾年受霧霾天氣的影響，建設運行了一批燃氣、燃油、生物質鍋爐及電鍋爐。其中燃氣鍋爐一次投資是燃煤鍋爐的一半，但燃氣鍋爐運行費用是燃煤鍋爐的四倍，燃油鍋爐運行成本為燃氣鍋爐的三倍左右，為了達到超低排放的要求，燃氣鍋爐和燃油鍋爐也需要配套治理設施，從而增加了建設和運行成本。生物質鍋爐因原料成分復雜，能量密度低，收集成本高，經濟效益不突出等問題而應用較少。電熱鍋爐因成本太高應用更少。由于受能源供給、運行成本等限制，上述鍋爐均不可能取代燃煤工業鍋爐。

為了適應國家政策和環境保護的需求，燃煤鍋爐的技術水平在不斷進步，出現了一些煤粉爐等高效環保鍋爐，通過提高鍋爐效率，減少了燃煤量，結合源頭煤質控制、燃燒過程控制和污染物減排控制，污染物做到了低于燃氣鍋爐的排放要求，但經濟成本遠低于燃氣鍋爐、燃油鍋爐及電鍋爐等。

4.2 青島市潔凈煤技術實施建議

通過前述研究表明，從節約能源和保護環境兩方面來看，需對全市現有落后燃煤鍋爐進行潔凈煤技術改造是最現實、最經濟的方式。因此，結合青島市潔凈煤技術應用現狀，提出如下建議：

一是實施源頭控制。建設青島市的潔凈煤配送中心，實現煤炭精細化加工和集中統一配送，有效保障優質清潔煤炭供應，保證煤炭的含硫率和灰分符合環保要求，從源頭上控制污染物的產生量。

二是提升過程控制。制定綠動力和高效環保鍋爐推廣計劃，逐步實施現有落后鍋爐升級改造，采取“上大壓小”方式，整合部分小鍋爐，提高燃燒效率，減少燃煤量，同時實現爐內脫硫脫硝或通過控制爐溫等燃燒技術，控制或減少污染物產生量，從而減少爐外環保設施的建設和運行費用。

三是完善政策扶持機制。針對上述不同的升級改造方式，制定專項資金和相關優惠政策，把煤炭清潔高效利用作為重大民生工程，加大財政投入。

5 結語

通過調查研究，青島市潔凈煤技術在燃煤煤質和鍋爐爐型等方面應用水平不高，建議從提升煤質和高效環保鍋爐升級改造等方面實施潔凈煤技術改造，改造后可明顯降低燃煤量，污染物初始排放濃度也明顯降低，減輕了末端治理的壓力，經濟成本遠低于燃氣、燃油等鍋爐，在節約能源的同時，減少了污染物的排放，對改善全市環境空氣質量具有重要意義。

參考文獻

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[8]青島市2015年環境空氣質量公報.

[9]青島市2016年環境空氣質量公報.

[10]尚慶雨.我國煤粉工業鍋爐技術現狀及發展趨勢[J].煤炭科學技術.2016.44（1）：201-206.

收稿日期：2017-11-28

作者簡介：和慧（1981-），女，碩士研究生，研究方向為源清單編制、大氣環境污染治理、污染防治政策研究等。