中国分散式民用供热技术现状分析

分散式清洁燃煤供热分析

2017 年底以来，北方地区清洁取暖改造从最初的“宜电则电、宜气则气”调整为“宜电则电、宜气则气、宜煤则煤、宜热则热”，从而扭转了清洁取暖就是去煤化的思维。

实际上，为降低农村散煤燃烧污染，我国各地在推进减煤换煤增效方面做了大量工作，但效果却并不理想。例如，通过燃烧无烟煤、兰炭等所谓的“洁净煤”以减少黑烟排放。特别是兰炭，由于它是高挥发分烟煤在中低温条件下干馏热解得到的较低挥发分固体炭质产品，相比无烟煤燃烧的 NO_x和 SO₂排放相对要低一些，因此在我国的山东和陕西等地进行了较大规模示范应用。但由于无烟煤和兰炭一般均采用正烧式炉具燃烧，因而燃烧过程中氧不足导致产生大量的 CO。而且，兰炭和无烟煤均存在资源少和价格高的问题，尤其是还存在难点火、上火慢、火力弱等缺点，因而炉具炊事功能先天不足。这不符合农民用户的使用习惯，因此老百姓也不喜欢使用。本质上，将洁净煤定义为无烟煤或兰炭一类的低挥发分燃料并不科学，而且也不存在完全洁净的煤炭燃料。虽然我国煤种多样，但主要是以高挥发分烟煤为主。如果采用合理的炉具设计和科学的燃烧方式，燃烧烟煤也可以达到大幅节能减排的效果。这其中的核心关键问题不在于烧什么煤，而在于利用什么燃烧技术和何种环保炉具来烧煤并达到什么样的排放效果。

传统的民用燃煤炉一般采用正烧、反烧或正反烧相结合的燃烧方式。传统正烧炉中空气和烟气同时向上流动，这会导致挥发分和 CO 燃烧不充分，易冒烟，不适用于燃烧烟煤；传统反烧炉中空气向下而烟气向上流动，这虽然有利于挥发分的燃尽，但 CO 的燃烧仍不充分，且不适用于低挥发分燃料的燃烧。而采用做饭正烧、取暖反烧、多级供风的燃烧形式设计的民用炊暖燃煤炉相比于市售锅炉，却具有燃烧效率高、污染物排放低等优点。

煤炭的燃烧过程是包含煤炭热解气化和挥发分以及半焦燃烧的复杂化学反应网络，在煤炭热解过程中生成的还原性气体以及高温半焦都对 NO_x具有明显的还原作用。基于此原理，中国科学院过程工程研究所早在 1995 年就发明了解耦燃烧技术，致力于解决民用燃煤炉 NO_x排放和冒黑烟的难题。尽管当时我国对 NO_x的减排问题并没有提出明确的要求，但经过 20 多年持续不断地发展和完善，解耦燃烧已经成为一种可以同时有效降低中小型燃煤锅炉 NO_x、CO 和黑烟排放的实用技术，从而为解决我国农村的煤炭散烧污染问题提供了可能的途径。

与空气和烟气同／逆向流动的传统正／反烧炉不同，解耦燃煤炉具有底部连通的两个分别被称为热解室和燃烧室的并列炉膛，煤炭从热解室上部加入，而空气则通过热解室底部的倾斜炉排引入（图1a）。这样，部分空气、半焦燃烧烟气以及热解气就会先在热解室混合，然后才在烟囱的拔力作用下依次穿过半焦层和燃烧室后从烟囱排出。在此过程中，煤炭先后经历了在热解区低温还原条件下的煤炭热解过程和在燃烧区高温氧化条件下的热解气以及半焦的燃烧过程，从而充分利用煤炭热解自身产生的还原性热解气和高温半焦来抑制和还原 NO_x（图 1b）。若采用资源丰富、价格低廉的烟煤为原料，通过混合高效固硫剂制成洁净烟煤型煤，并采用“洁净型煤＋解耦炉具”匹配燃烧的模式，则不仅可以继承烟煤易燃烧、上火快、火力强、燃尽率高的特点，还可实现对 SO₂、NO_x和 CO 的同时控制，并进行高效固灰和降尘，从而降低综合污染物排放，提高炉具热效率。

相关文章