K-燃料(R)技术及其在燃煤发电中的应用.pdf

N o ．1 ，2 0 1 2 煤炭加工与综合利用 C O A L P R O C E S S I N G C O M P R E H E N S I V EU T I L I Z A l “ I O N 4 9 K 一燃料 技术及其在燃煤发电中的应用 张丽早，王少华，朱文涛 长青中美 北京 能源技术有限公司，北京1 0 0 0 7 1 摘要介绍了非蒸发式K 一燃料 褐煤干燥技术的工作原理；实验分析了提质后产品煤 的水分及产品煤放置不同时间的回吸水量；在美国有关电厂燃烧发电的实践表明，燃烧干燥后 的褐煤与优质煤效果相同，并且污染物排放量降低，可提高电厂整体经济性。 关键词褐煤；K 一燃料 技术；燃煤发电；污染物 中图分类号T D 9 4 6 ．2文献标识码A文章编号1 0 0 5 - 8 3 9 7 2 0 1 2 0 1 - 0 0 4 9 - 0 3 近年来，我国电力需求持续增长，火电消耗 煤量加大。而我国的能源结构决定了燃煤发电长 时期内仍将是最主要的发电形式。由于烟煤、无 烟煤等优质煤炭资源储量有限，因此寻找其他可 代替的能源对于电力行业的可持续发展意义重 大。我国褐煤资源储量丰富，已探明保有资源量 约占全国煤炭探明保有资源量的1 3 ％。2 0 1 0 年 我国褐煤产量3 ．1 9 亿t ，原煤产量3 2 ．4 亿t ，褐 煤产量占9 ．8 ％，因此，对褐煤资源的开发利用 前景非常广阔⋯。 褐煤具有易开采、发电成本低廉的优点，其 缺点是水分含量高、热值低，如直接用于燃烧， 收稿日期2 0 1 1 - 1 0 ．1 0 作者简介张丽早 1 9 斟一 ，女，河北邢台人，2 0 0 9 年毕 业于天津大学化学工程专业，工学硕士，长青中美 北京 能源 技术有限公司化学工艺工程师，电话0 1 0 6 3 9 7 7 4 5 8 。 大量水分在燃烧汽化过程中吸收热量，使得锅炉 热效率大大降低担J 。燃用褐煤的发电机组具有能 耗高、厂用电率大、供电煤耗高、污染物排放量 大等缺点。日前，环保部新发布的火电厂大气 污染物排放标准进一步约束了污染物排放限 值，提高了新建机组和现有机组烟尘、二氧化 硫、氮氧化物等污染物的排放控制要求，并增设 了汞的排放限值。直接燃用褐煤发电，不符合国 家环保政策的发展要求。研究表明，燃烧干燥后 的褐煤，可提高电厂整体经济性，降低运输成 本【3 ．4 】。K 一燃料 技术是在褐煤燃烧前对其进行 处理的新一代洁净煤技术。可大幅降低褐煤的水 分含量，提高其热值。K 一燃料 技术处理成本 低，应用方式灵活，适合坑口电站。K 一燃料 产品煤不回吸水分，产品性能稳定，可长距离运 至电厂，大幅降低了运输成本。 【3 0 】 I C S j d o s t r o m ，G ．C h e n ，Q ．Y u ，C ．B r a g e ，C ．R ∞白1 ． 【3 4 】 I s a b e l l aA i g n e r ，C h r i s t o p hP f e l l e r ．H e r m a a nH o f l Ⅲe r ．C o P l 咖蒯r e a c t i v i t y0c h a ri nC O 一秘i m 洳0 fb i ma n dg a s i f i c a t i o no fc o a la n dw o o di nad u a lf l u i d i 翻x lb e dg a s - c o a l ．“ a y I 捌嚼∞i nt h et l I 矗m ∞k 蒯p r o c e s s [ J ] ．F u e l ，i f l e r [ J ] ．F u e l 2 0 1 1 ，d o i 1 0 ．1 0 1 6 ／j ．f u e l ．2 0 1 1 ． 1 朔．7 8 1 1 8 9 1 1 9 4 ．0 3 ．0 2 4 [ 3 l 】Y ．G ．P a n ，E ．V e l o ，X ．R o c a ，e ta 1 ．F l u i d i z e d b e d[ 3 5 】王立群，李伟振，宋旭，等．生物质与煤共气化制取 C O g a s i f i c a t i o no fr c s i d [ I l 丑lb i o m a s V p o o rc o a lb l e n d sf o rf u e l氢气的试验[ J 】．江苏大学学报 自然科学版 ，2 0 0 9 ， g a sp r o d u c t i o n 【J 】．F u e l 。2 0 0 0 ，7 9 1 3 1 7 1 3 2 6 ．3 0 5 4 9 6 5 0 0 ． 【3 2 1 R a f tN e r oA n d 瞎，F i l o m e n aP i n t o ，C a r l ‘ⅪF r a n c o ，aa 1 ． [ 3 6 ] 宋新朝，李克忠，王锦风．等．流化床生物质与煤共气 H u i d i s e db e de o g a s i f i c a t i o no fc o a la n do l i v eo i li n d u s t r y 化特性的初步研究[ J 】．燃料化学学报，2 0 0 6 ，3 4 W S , S I I * [ J 】．F u e l ，2 0 0 5 ，8 4 1 6 3 5 1 6 4 4 ． 3 3 0 3 3 0 8 ． [ 3 3 】 M a r i a L a u r aM a s t e l l o n e ，L u e i oZ a c c a u ／e l l o 。U m b e r t oA r e n a ． 【3 7 】 J h o nF ．V 6 1 e z ，F a r i dC h e j n e ，C a r l 0 6F ．V a l d 6 8 ，e ta 1 ． C o 一8 a s i f l c a t i n no fc o a l ．p l a s t i cW S B ￡ea n dw o o di na b u b b - C o g a s i f i c a t i o n0 fC o l o m b i a nc o a la n db i o m a s si nf h i d i z e d l i n gf l u i d i z e db e dr e a c t o r 【J 】．F u e l ，2 0 1 0 ，8 9 2 9 9 1 一 b e d A ne x p e r i m e n t a ls t u d y [ J ] ．F u e l ，2 0 0 9 。8 8 4 2 4 3 0 0 0 ．一4 3 0 ． 万方数据 5 0 煤炭加工与综合利用2 0 1 2 年第1 期 1K 一燃料 技术 非蒸发式的K 一燃料 技术是一种在煤炭燃 烧前对其进行处理的新一代洁净煤技术，其原理 是在高压釜式处理器中，利用热应力破坏煤中的 毛细孔结构和亲水性官能团，“挤”出煤中的水 分，使煤收缩变得更加致密，煤由亲水性变为疏 水性。提质后的产品煤再吸附水分的能力大大降 低。从煤中“挤”出的液态水和生产过程中的蒸 汽冷凝水经过处理可作为工艺水循环使用，节省 了大量的水资源。整个生产过程不排放废蒸汽， 节能环保性强。 K 一燃料 技术工艺流程如图1 所示，整个 系统为在线在压封闭式运行，安全可靠。 嘲牲篓⋯⋯。 | | 目黥威 中水 泥 产品煤 图1K 一燃料 技术工艺流程示意 1 ．1K 一燃料 提质效果 长青中美公司通过对内蒙古、新疆、云南等 地煤样进行了大量实验，积累了我国主要褐煤产 区的大量实验数据。部分褐煤提质结果见如表1 。 表l 不同地区褐煤实验前后相关指标 堡壁丝 竺丝 兰兰 兰堕 兰竺 竺 竺坠型 竺皇 里竺竺二坐望 内蒙古原煤 3 1 ．舳2 1 ．7 31 3 ．8 94 6 ．2 24 6 ．3 1O ．2 21 8 ．7 71 6 ．7 2 海拉尔 K 一燃料 1 2 ．1 01 0 ．1 01 4 ．3 24 3 ．6 4 4 9 ．2 10 ．2 02 2 ．6 12 1 ．8 7 大量实验结果表明褐煤经K 一燃料 技术 提质后，其水分大幅降低 尤其是内水 ，降水率 达到2 0 ％一8 0 ％；热值可提高3 0 ％一1 0 0 ％；褐 煤中硫等有害物质减少。 1 ．2K 一燃料 产品煤的疏水性实验 对K 一燃料 产品煤进行疏水性实验，结果 如表2 所示。从表中可以看出，褐煤经K 一燃 料 技术提质后基本不回吸水分，产品煤各项指 标稳定。 与其它技术相比，褐煤经过K 一燃料 技术 提质后，水分降低更多，热值显著升高，煤的利 用价值大幅提升。从储存的角度考虑，经过K 一 燃料 技术提质后，褐煤各项指标稳定，可降低 其在储存过程中易风化、易自燃的危险性，便于 加工企业和用户长时间储存。从运输的角度考 虑，与直接运输褐煤相比，K 一燃料 产品煤各 项指标稳定，在输运过程中较安全，且水分大幅 降低，可降低运输费用，对于缓解我国北煤南运 的运输难题意义重大。 2K 一燃料 产品煤燃烧效果 首个K 一燃料 工厂于2 0 0 5 年1 2 月在美国 万方数据 2 0 1 2 年第1 期张丽早，等K 一燃料 技术及其在燃煤发电中的应用 5 1 怀俄明州的F o r tU n i o n 市建成并运行，年产7 5 万 t 提质褐煤。提质后的K 一燃料 产品在美国N e i l S i m p s o n 电厂等2 0 余家企业成功进行了燃烧实 验，取得了良好效果。多次燃烧实验结果显示， K 一燃料 产品煤应用于燃煤发电，其燃烧效果 与优质煤相同。 表2K 一燃料 产品煤疏水性实验结果 项目 原料煤广广F 型竽燮学生下了了 M 。／％3 3 ．6 1 1 1 ．7 91 0 ．2 61 0 ．9 0 1 0 ．5 4 1 0 ．3 8 9 ．5 61 3 ．2 99 ．9 3 Ad／％4．54 6 ．4 86 ．4 56 ．5 76 ．7 46 ．6 56 ．5 7 7 ．2 37 ．0 3 ％f ／％ 3 1 ．3 24 0 ．2 24 2 ．1 4柏．1 04 0 ．∞4 1 ．3 53 9 ．9 4 3 8 ．5 53 9 ．6 7 F C d ／％ 3 0 ．5 34 1 ．5 04 1 ．1 54 2 ．4 34 2 ．“4 1 ．6 24 3 ．9 44 0 ．9 3 4 3 ．3 7 S fd ／％ o ．2 40 ．3 7o ．3 6n 2 7o ．3 8o ．4 10 ．3 9o ．3 60 ．3 9 平衡水分g Q M ／％ 3 1 ．1 01 3 ．3 01 2 ．舳1 2 ．9 01 2 ．3 0 Q 。．。／M J k g 一 1 8 ．5 42 4 ．6 42 4 ．8 72 4 ．7 42 4 ．9 22 4 ．6 62 4 ．8 82 3 ．7 82 4 ．7 8 在犹他大学和N e i lS i m p s o n 电厂等进行的燃 烧实验得出，K 一燃料 产品煤应用于燃煤发电 时具有以下特点 1 容积密度比优质煤略低，在运输、传送、 储存、加工等环节，与优质煤相同； 2 研磨性好，在煤尘、粒度分布方面与优 质煤相同； 3 燃烧后的炉渣颜色变浅，熔渣减少，与 燃用低灰煤近似； 4 易点燃，火焰稳定，运转稳定； 5 污染物排放量少。s O 排放可降低约 8 0 ％，氮氧化物排放可降低约2 0 ％，汞排放可降 低约3 0 ％。 在犹他大学进行了K 一燃料 产品煤燃烧实 验，实验对比了K 一燃料 产品煤与一种美国中西 部电厂普遍采用的煤种在同一设备中的燃烧效果， 对于两种煤样燃烧后排放物的检测结果见表3 。 表3 犹他大学燃烧实验结果 燃煤排放物伊利诺斯州烟煤K 一燃料 产品煤 S 0 2 ／m I B m ～ 6 ．1 2 o - 6 6 坚芝坐里竺 翌 竺 由表3 可知，采用同样设备燃烧K 一燃料 产品煤与燃烧美国中西部常用煤种相比，污染物 排放量明显减少。 美国K 一燃料 工厂近5a 的实际运行经验 及多家电厂燃烧实验证明，K 一燃料 产品煤用 于电厂燃烧，当K 一燃料 产品煤热值大于2 0 ．9 M J ／k g 时，可有效提升锅炉效率，降低污染物排 放量。与直接燃用褐煤相比，坑口电厂采用K 一 燃料 技术，可大大提高燃煤锅炉效率，减少污 染物排放；远距离电厂采用K 一燃料 技术，不 仅可提高锅炉效率，减少污染物排放，还可大幅 降低运输成本，保障燃煤质量。 3 结论 根据我国的能源结构及发展现状，褐煤经提 质后用于燃煤发电的技术具有广阔的前景。目 前，成熟的K 一燃料 技术应用于褐煤提质，可 大幅降低褐煤的水分含量，提升其热值，减少煤 中有害物质的含量，并且生产过程节能环保。K 一燃料 技术处理成本低，应用方式灵活，不仅 适合建设坑口电站，也可长距离运输，能大幅降 低运输成本。因此，K 一燃料 产品煤是一种更 为便捷和经济有效的燃料，采用K 一燃料 技术 在褐煤燃烧前对其进行处理，对燃煤发电企业意 义重大。 参考文献 [ 1 ]贺永德．现代煤化工技术手册[ M 】．北京化学工业出 版社．2 0 1 1 ． [ 2 】严俊杰。刘明，肖峰，等．预干燥燃褐煤发电系统 理论研究[ J ] ．西安交通大学学报，2 0 1 l ，4 5 5 l 一5 ． [ 3 】吴平．褐煤利用的危与机[ J 】．中国高新技术企业， 2 0 l o 1 3 0 3 1 ． [ 4 】阎维平。马凯，李春启，等．褐煤干燥对电厂经济性 的影响[ J 】．中国电力，2 0 1 0 ，4 3 3 3 5 3 7 ． [ 5 ]D ．布罗克威，李孝尚．澳大利亚先进的燃褐煤发电技术 [ J 】．中国煤炭，2 0 0 0 ，2 6 3 5 6 5 8 ． 万方数据