4.5.4.1 兰炭与煤的性质对比
将兰炭型焦与兰炭、各种煤的工业分析、元素分析、硫含量及灰成分等相关指标进行对比(结果见表4-128~表4-132)。
(1)兰炭型焦与各种煤的工业分析对比。
表4-128 兰炭型焦与各种煤的工业分析结果
从表4-128可以看出,兰炭型焦与兰炭、其他煤相比,具有挥发分低、灰分低、固定碳高、热值高的特点。
(2)兰炭型焦与各种煤的元素分析对比。
表4-129 兰炭型焦与各种煤的元素分析结果 单位:%
从表4-129可以看出,和其他煤相比,兰炭型焦的硫含量相对较低。
(3)兰炭型焦与各种煤中硫形态分析对比。
表4-130 兰炭型焦与各种煤中硫形态的分析结果 单位:%
从表4-130可以看出,兰炭型焦不仅总硫含量较低,而且其中的有机硫不足30%,无机硫含量大于70%,主要以硫酸盐的形式存在于灰分中,燃烧时排放的SO2较少。
(4)兰炭型焦与兰炭、烟煤的灰成分分析对比。
表4-131 兰炭型焦与兰炭、烟煤的灰成分分析结果 单位:%
从表4-131灰成分分析数据可以看出,兰炭型焦中的氧化钙含量高,这就使其燃烧时发生自脱硫反应生成硫酸钙,硫留在灰中。
CaO+SO2+1/2O2→CaSO4
Ca2++O2-+SO2+1/2 O2→CaSO4
(5)兰炭型焦与兰炭、烟煤的比表面积分析对比。
表4-132 兰炭型焦与兰炭、烟煤的比表面积分析结果
从表4-132比表面积分析数据可以看出,兰炭型焦比表面积大(与原煤相差40多倍),有利于进行物理吸附的自脱硫反应,降低SO2排放。
由表4-128~表4-132中的数据可知,兰炭和兰炭型焦的质量优于表4-133京津冀地区民用洁净型煤地方标准的要求。
表4-133 京津冀地区民用洁净型煤地方标准
4.5.4.2 兰炭型焦与各种煤现场试烧排放数据分析
分别选用榆林民用燃煤炉、北京民用燃煤炉和灶台炉,将兰炭型焦和各种煤进行现场试烧,对比其燃烧性能以及燃烧过程中的颗粒物、有害气体排放数据。
(1)兰炭型焦与各种煤现场试烧颗粒物排放数据对比。
表4-134 兰炭型焦与各种煤现场试烧颗粒物排放数据对比(www.xing528.com)
以榆林民用燃煤炉为例,使用兰炭型焦燃烧过程中排放的PM2.5和总颗粒物浓度是榆林烟煤的1/33和1/7,远低于烟煤,略低于无烟煤。
(2)兰炭型焦与各种煤现场试烧有害气体排放数据对比。
表4-135 兰炭型焦与各种煤现场试烧有害气体排放数据对比
续表
以榆林民用燃煤炉为例,兰炭型焦燃烧后排放的NOx、SO2比烟煤少约3.5倍,与无烟煤接近。
(3)兰炭型焦与各种煤农户试烧性能对比。
以北京民用燃煤炉为例,在北京郊区随机选取4家农户,分别试烧兰炭块、兰炭型焦、无烟煤块和无烟煤型焦(四种燃料加入量均为10kg),重点考察不同煤的点火时间、燃烧时间和灰样残炭率(确定燃尽率)。
1)兰炭型焦和不同煤的点火时间对比。
表4-136 兰炭型焦和不同煤的平均点火时间
从表4-136数据可以看出,兰炭块及兰炭型焦的平均点火时间均小于无烟煤块和无烟煤型焦,说明其化学活性好,容易燃烧。
2)兰炭型焦和不同煤的燃烧时间对比。
表4-137 兰炭型焦和不同煤的平均燃烧时间
从表4-137数据可以看出,兰炭型焦燃烧时间最长,达7 h以上,且燃烧过程中火力稳定,耐烧;兰炭块与无烟煤块燃烧时间相近,平均燃烧时长约5 h。
3)兰炭型焦和不同煤燃烧后的残炭率对比。
表4-138 兰炭型焦和不同煤种的平均残碳率
从表4-138数据可以看出,兰炭型焦燃烧后灰中残碳率还不足无烟煤块的1/30,燃烧彻底,浪费少,无二次污染,这主要是因为兰炭型焦比表面积大、孔隙率高、透气性好。
4.5.4.3 结论
(1)兰炭型焦具有挥发分低(<8%)、灰分低(<15%)、硫含量低(<0.3%)、固定碳高(>75%)、发热量高(>25.1 MJ/kg)、化学活性高等特点(“三高三低”),各项指标均优于烟煤,部分指标优于无烟煤。
(2)兰炭型焦燃烧过程中排放的颗粒污染物PM2.5和总颗粒物浓度远低于榆林烟煤,略低于宁夏无烟煤和晋城无烟煤。
(3)兰炭型焦点火时间比无烟煤短,容易着火和燃烧。兰炭型焦作为高效清洁燃料应用到民用燃煤炉中,具有易燃优势。
(4)兰炭型焦的燃烧性能优于无烟煤。在农户试烧试验中,兰炭型焦平均燃烧时长超过7 h,而无烟煤的燃烧时长只有5 h左右。
(5)兰炭型焦有效利用率远远高于无烟煤。兰炭型焦残碳率不足无烟煤的1/30,利用率高,燃烧后产生的灰渣污染物少,具有无烟煤无法比拟的优势。
(6)兰炭型焦具有资源优势。我国无烟煤资源有限,仅占全国煤炭资源的10%;而用于制备兰炭型焦的榆林原煤资源丰富,仅榆林市兰炭产能就达到5000×104 t/a。
(7)京津冀地区民用燃煤消费量约3600×104 t/a,如果利用兰炭型焦代替,京津冀地区就少向大气中排放约26×104 t SO2、18×104 t NOx。
(8)兰炭型焦作为民用燃料在降低环境污染的同时,还具有价格优势:在京津冀地区,无烟煤售价1200元/t左右,兰炭型焦售价为900元/t左右,按照每年3600×104 t的市场需求计算,仅京津冀地区就可节约资金108亿元左右。
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