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发展晶炭生产 减少煤烟污染——山西天宇公司清洁高效煤研发纪实

中国煤炭新闻网 2018/12/21 6:44:23    论文专区

  生态恶化已严重威胁到人类的生存与发展,治理环境污染已成为人类社会的共同使命。党的十九大指出,加强生态文明建设、建设美丽中国和推进能源生产消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系。做好“能源四个革命一个加强”,实现绿水青山美好远景。我国政府除积极参与国际环保组织签订各种协议(议定书、宣言等)外,还结合本国实际制定了一系列行之有效的治理环境污染的法律法规,省市级地方政府积极响应也制定了一系列符合实际又行之有效的实施办法。特别是将大气污染中最严重的煤烟型大气污染做为首要污染源治理,先后实行了煤炭生产改造升级、关井压产、工业用煤煤烟严格治理、禁止原煤燃烧、煤改电、煤改气、推广清洁煤等系列措施,也确实收到明显的效果。

  一、煤炭清洁高效利用的必然性

  地球赐予人类最丰富、最可靠的就是“三大化石能源”:石油、天然气和煤炭,目前都已得到大规模开发利用。我国煤炭生产与消费占比高,是基于我国资源保护能力、开发难易程度、生产和消费成本、运输储存使用便捷性等因素理智比选后形成的局面。权威部门统计表明,我国三大化石能源矿产资源已探明储量中,煤炭占94%以上,石油和天然气仅占6%不到,这种资源禀赋条件使得我国的基础能源严重依赖煤炭,煤炭成为我国能源供给的“当家菜”。大家知道煤炭含量中碳、氢、氧占95%左右,其它占5%左右。煤炭燃烧时碳和氢是产生热量的元素;氧是助燃元素;氮不产生热量,在高温下转变成氮氧化合物和氨,以游离状态析出;硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分,其中以硫最为重要。煤炭燃烧时绝大部分的硫被氧化成二氧化硫(SO2),随烟气排放,污染大气,危害动、植物生长及人类健康,腐蚀金属设备等。

  中国煤炭加工利用协会理事长张绍强,在2017年11月19日召开的“煤炭清洁燃烧技术现状与发展座谈会”上讲:目前我国煤炭消费主要是:1、燃煤发电,燃煤18-20亿吨/年,占煤炭消费总量的50%左右。经过多年的节能升级改造,目前已实现了与使用天然气同样的“标准排放”,有的基本实现了零排放;2、冶金炼焦(含兰炭),燃煤6.5亿吨/年,占17.5%左右。通过全面升级改造,如对焦油池封闭、对化产和焦炉气综合利用、VOCS逃逸进行焚烧净化等,基本实现“超低排放”;3、煤化工,燃煤2.5亿吨/年,占6.8%左右。现代煤化工都是新型大规模化新兴产业,完全可以做到清洁生产、超低排放;4、锅炉用煤(含工业窑炉和供热供暖锅炉),燃煤7.5亿吨/年,占20%左右。随着近几年最严环保令与各地政府《锅炉大气污染排放标准》的出台,也已逐部得到治理;5、民用散煤,燃煤2亿吨/年,占不足6%。但散烧煤对大气污染物排放量是燃煤电厂的10倍以上。虽近几年各地政府采取了“煤改气”、“煤改电”、“优化配煤”等措施,但由于负荷量、可供量、高峰期保障性等条件和价格等因素制压,很多地方出现了如环保工作者的感叹话:“理想很丰满,现实很残酷”现象。

  然而回归理性、面对现实。在现有资源禀赋下,我国国情决定了一个“非常之局”,那就是在可预见的相当长时间里,中国基础能源供给以煤为主的现状无法改变。煤炭燃烧本身没有错,错在原始的、过度的、任性的直接燃烧和直接排放。上世纪八十年代中期,国家针对煤炭消费领域、行业燃煤对大气的污染程度,就提出一方面对燃具进行节能减排升级改造;一方面推广洁净煤生产技术,有选煤脱硫降灰、固硫型煤、洁净水煤浆、优化配煤等。大量的工程实践和技术发展已证明,煤炭完全能做到清洁燃烧和高效利用。有的清洁煤燃烧基本可以达到天然气燃烧相同的排放标准。山西天宇公司研发的“晶炭”就是其中最典型的代表之一。

  二、高利生研发团队的多项专利与成果

  高利生,男,1954年生,祖籍:山西省盂县,从小生长在榆次。1972年在阳泉钢厂参加工作,1978年调晋中挂车厂工作,1997年离职创办“晋中天宇环保科技有限公司”,2005年在太原高新区注册成立“山西天宇环保科技有限公司”,始任公司法人代表兼总经理,现任公司董事长兼研究所所长。从公司创办之初至今一直致力于清洁环保型煤并与之配套的节能高效锅炉的研发与生产。研发团队从单人到现在的二十余人,协作单位也从自身发展到现在多家科研院所、大专院校十几家,其中与山西大学在校区联合投资建立了“联合实验室”,高利生也被山西大学聘为资源与环境学院“客座教授”。现已形成“科、工、贸”、“产、学、研”一体的联合体。

  经过二十余年的潜心研究和反复试验,在清洁环保煤生产技术的研发方面,他们先后取得国家发明专利3项:1、专利名称: 一种锅炉型煤及其生产方法, 专利号:200710061653.0 ;2、专利名称: 一种型煤引火剂及其生产方法, 专利号:200710061654.5 ;3、专利名称: 热结型煤干馏炉, 专利号:201610060273.4 。

  实用新型专利5项:1、专利名称: 一种型煤成型机, 专利号:200520016271.2;2、专利名称: 干馏炉的初始加热热风炉,专利号:201620004800.5;3、专利名称: 热结型煤干馏炉,专利号:200620087715.x;4、专利名称: 用于高温物料的输送装置, 专利号:201620087746.5;5、专利名称: 热结型煤干馏炉的风道导流装置, 专利号:201620004803.9。

  在节能环保锅炉方面他们先后取得实用新型专利技术4项:1、专利名称: 一种工业型煤给煤器,专利号:200520016272.7;2、专利名称: 一种型煤锅炉炉门, 专利号:200820077726.5;3、专利名称: 一种方形型煤锅炉, 专利号:200820077093.8 ; 4、专利名称: 一种方便除垢的茶炉, 专利号:200820077725.0 。

  同时还开展了多项科技实验:1、2002年承担国家级火炬计划项目《20万吨/年冷成型焦粉》,项目编号2002EB050116,批准文号:科学技术部 国科发计字【2002】228号;

  2、2003年承担国家级火炬计划项目《TY-Ⅲ洁净型煤技术示范及年产100万吨工业固硫型煤》,项目编号2003EB060170,批准文号:科学技术部 国科发计字【2003】98号;

  3、2005年1月入驻“太原市高新技术产业园区”,立项承担山西省《粉煤洁净成型工程化技术中试研发》项目;

  4、2005年8月经山西省科学技术厅评审被命名为“山西省高科技企业”,享受太原市高新产业区多项优惠政策;

  5、《高强度防水锅炉型煤的研究开发及应用》,2007年2月山西省科技厅晋科鉴字【2007】第030号,颁发了“科学技术成果鉴定证书”,并获得山西省科学技术进步二等奖(证书号:2007-J-2-028);

  6、2009年 6月被太原市环保局选定对小店区 10 个城中村锅炉进行本企业自主研发的《环保节能小锅炉改造》试点,改造成果得到太原市环保局的认可和村民的高度赞扬;

  7、《生物质固硫型煤的关键技术研究及应用》,2009年 9月山西省科技厅晋科鉴字【2009】第240号,颁发了“科学技术成果鉴定证书”;

  8、《大运高速公路型煤锅炉设计改造技术》2009年 9月山西省科技厅晋科鉴字【2009】第241号,颁发了“科学技术成果鉴定证书”;

  9、《利用煤系固废生产环保型煤技术》2010年10月月山西省科技厅晋科鉴字【2010】第213号,颁发了“科学技术成果鉴定证书”;

  10、《劣质煤资源化燃烧利用的关键技术开发及应用》,获得山西省科学技术进步一等奖(证书号:2011-J-1-003);

  11、《低阶煤制备环保型煤及锅炉燃烧系统的改造技术》,2011年12月获国家环保部《环境保护科学技术奖》三等奖(证书号:KJ2011-3-10-D02);

  12、特别是公司研发的晶炭项目,2012年被山西省柳林县委、县政府以高科技项目引进。年设计能力60万吨,一期工程30万吨/年,现已初步建成。这个项目2012年12月科学技术部 国科发社【2012】1112号文件列为全国唯一“煤烟型大气污染综合治理与示范”惠民项目。

  三、晶炭的生态、经济、社会效益

  晶炭(又称:热结型洁净型煤)是山西天宇公司多年研发的成果之一。它是以煤焦生产中的下脚料煤泥、兰炭粉及低阶煤、植物秸秆、枝叶等为原料加入自主配套研发的粘合剂和助燃剂等,粉碎混合冷压成型后,采用严格的热结炭化工艺生产而成。生产过程中加装了煤气、焦油、脱硫、除尘等的集中回收利用设备,从而有效的降低了挥发分、硫化物等污染物,并最大限度地保证了其环保性和热效率。目前主要生产民用晶炭,通过调整原料配方,可生产多种发热量、多种用途、多种规格的系列晶炭产品,满足民用和工业等不同的需求。晶炭的最大特点是:1、生产过程采用了密闭的煤烟排放集中回收利用,对大气不会带来污染; 2、产品燃烧使用中与原煤相比可减少煤烟型污染物排放95%以上,达到并超过国家、省清洁煤标准;3、原料采用煤焦生产中的下脚料(煤泥、中煤、兰炭粉)、低阶煤和植物秸秆枝叶等,实现了废弃物再利用和节能减排目的;4、原料经过碳化工艺后,产品结实、防潮、易运输、耐分化、耐变质;5、产品易燃烧(优于原块煤)、燃烧彻底(灰渣无黑心)、价格低廉(是同等发热量块煤价格的4/5);6、易推广(可不改变传统炉具,不改变使用方法),使用成本低于煤改气、煤改电,老百姓易于接受;为我省治理煤烟型大气污染提供又一廉价方便模式。

  就目前的技术水平,晶炭的生产使用至少可带来生态、经济、社会等诸多方面的效益:

  晶炭的生产过程,由于实行密闭生产,煤烟集中回

  收、集中利用、集中治理,做到了生产过程排放标准化。晶炭生产的最大特点是:变千家万户直接燃煤排放为工厂化集中炭化排烟回收处理后再利用,实现了民间散煤用户燃烧煤烟排放可达到国家规定的排放标准。如果调整晶炭配方可实现燃烧排放达到天然气燃烧的排放标准,完全可以达到煤烟对大气污染更高的治理目标。晶炭生产过程中集中回收提取的硫、焦油等为化工产品可利用;烟尘可作为化肥、粉煤灰砖等原料利用;煤气可作为工业和民用燃烧(该公司是加装燃气发电机组发电利用)。不仅生产出了环保型清洁煤炭,而且将回收的煤烟进行分类再利用,企业还可通过副产品增加一定的经济效益。

  2、晶炭生产使用的煤焦废弃物和植物秸秆枝叶等,既做到废弃物再利用节约能源,又减少了废弃物对环境的固废污染。特别是煤泥、低阶煤不仅会对土壤造成破坏,而且会产生有害气体对动植物和大气带来危害。植物秸秆枝叶的利用既可减少农田秸秆直接燃烧给大气带来的污染、为晶炭生产增加能源提高热稳定性,还可为农民通过销售秸秆枝叶增加一定的经济收入。

  3、综观晶炭生产全过程,是将煤焦生产的下脚料、低阶煤、植物秸秆枝叶进厂,生产出普通民用燃料—晶炭出厂。不仅做到了废物利用,而且创造了神奇的可替代煤炭的环保清洁燃料。还有一个效益是可安排近百人就业、带动周边运输劳务的发展,为增加农民收入、脱贫致富做贡献。

  4、晶炭不仅于民用做燃料,它还可供工业和其它行业使用。只要将不同品种的煤、热结工艺和原料配方变化,可生产出多用途、多品种的多系列晶炭,从而使晶炭生产和用途出现了广阔的前景。为此一些用户也将其称为“人造炭” 、“工业炭”等等。我们可以预计晶炭的出现必将对煤炭的生产、用途产生又一次深刻的革命,必将形成人们对煤炭(特别是民用)只有先经过加工排煤烟后才能使用的新观念。

  5、近两年来,我省在治理煤烟型大气污染方面投入大量资金,作了大量工作。如城区及周边普遍实行煤改气,一部分农村实行煤改电,但为了保证农民冬季取暖无奈只得放宽使用配煤、冷压型煤等。但一到冬季大气中二氧化硫总超标,原因还是原煤燃烧造成的。据权威部门检测大气中二氧化硫污染物70--80%源于煤炭燃烧造成,所以治理二氧化硫对大气污染的关键是降低煤炭直接燃烧中硫化物的排放。煤炭中的硫又分为有机硫和无机硫等,有机硫温度在400—1000度时从煤炭中析出排向空中生成二氧化硫,无机硫在1200度以上时才能从煤炭中析出排放。民用取暖锅炉燃烧时温度一般在700—1000度,有机硫完全析出排向大气生成二氧化硫,无机硫可留在灰渣中不向空中排放。而使用晶炭这一问题就可解决,因为晶炭在碳化加工时煤炭中的有机硫已经全部析出并回收利用。作者有个设想,如果每个县域将煤改气、煤改电、煤烟型大气污染治理费用切出一块建设一座晶炭厂,将晶炭作为煤改气、煤改电的补充,或者全部改用晶炭,既廉价又便于老百姓接受。一定会是利国利民的好事。

  闻道有先后,术业有专攻。晶炭的发明、生产、使用必将给煤炭能源带来又一次新的革命,或者会成为又一次新的飞跃。长远看必将对实现绿水青山,建设美丽中国、美丽乡村做出巨大贡献。

  作者系:山西省晋中市榆次区庄子乡学校中小学二级教师



作者:郑 健 敏      编 辑:一帆
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