天逐渐变凉、边冷了,如何采暖、供暖又被提上议事日程,煤炭是一个比较可用的能源。不光取暖需要煤炭,在其他很多领域煤炭都有着不可替代的作用,这是无需多言的。在利用煤炭的同时,如何防范煤炭燃烧而带来的污染也被提上了议事日程。
也许有人会说这是个老生常谈的话题了。可是笔者要在这里提出的是,现在采用的对煤炭燃烧(主要是锅炉燃煤)烟气治理的某种“质疑”。
当前运行的锅炉由两部分组成,上面为锅,专司汽、水,下面为炉,专司风、煤、烟。锅炉的燃煤方法是横向添煤,直接把煤添进炉膛。这种燃煤方法造成在任何一个燃煤炉膛中,总是有两种同时存在又同时升空。一种是煤在准备燃烧阶段受热析出的挥发分气体,一种是煤燃烧排放的气体。两种气体虽然在炉膛中同时存在,但它们产生的时间和空间却不同。一种在先,一种在后。一种在煤的准备燃烧阶段,一种在煤的燃烧阶段。它们的质也不同,前者受热析出的挥发分气体是氢、氧、氮、硫混合元素。煤燃烧排放的气体是二氧化碳。尽管煤在准备让少阶段受热析出的挥发分气体进入燃烧阶段时被烧掉一部分,但硫烧不尽,氮不燃烧。两种气体同时升空,烧不尽的硫和不燃烧的氮就会造成污染。
总结一下,就可以发现现行运行的锅炉都是把煤直接投入炉膛燃烧,煤中的挥发分是在不隔绝空气条件下见热析出的。笔者认为这是现行的锅炉燃煤造成污染的根本原因。
明确了这一原因,我们要治理锅炉燃煤烟气污染,就是要使炉膛中的两种气体分流排出。实现这一目的,我们就应该想出一种新的方法。
先来做个简单的实验。把煤粉放在铁管内,隔绝空气加强热,过一会儿就会有气体析出。这些气体在经“U”型管冷却后就会凝结出水和一些黑色粘稠油状物———煤焦油,气体析出完毕,铁管里剩下的是灰黑色固态物质———焦炭,这个过程就是煤的干馏。这一过程显示,煤中的氢、氧、氮、硫元素,受热即化为气体析出,碳在隔绝空气虽然高温也不析出的特性。同时,煤的干馏过程可以控制煤的发展变化。
基于这一原理,我们可以控制住煤的发展变化,在锅炉炉膛中实现气体分流。为达此目的,我们可在现有锅炉炉膛上方增加一条竖道,竖装在炉膛中,煤道上连煤仓,下通炉膛。既是向炉膛添煤的输煤道,又是利用煤在煤道中停留,通过的时间,以炉膛温度为加热的加热道。煤道伤口被厚厚的煤层封住,不使进入空气,煤道的下口在炉膛中,空气被烧尽,上下口都不能进入空气,煤道内部就成为了隔绝空气加强热的低温干馏区。它的建成完善了锅炉的结构,就控制了煤准备燃烧阶段的发展变化。挥发分气体析出就把气体沿固定管道排出炉外,脱硫脱氮收集利用。碳不析出就推进炉膛燃烧,产生的气体从烟囱排出。两种气体各行其道排出炉外,大气将不被污染。
原理和做法其实很简单,但是效用确实很大。我们可以把这一加工后的锅炉称之为“气体分流式锅炉”。环保其实还只是它的用处之一,它还具有挑战煤燃烧极限温度的潜力。低温干馏煤要优于目前通用的高温空气燃烧,它可以改变后者加热空气,低氮化物排放,利用余热的原理,而改为加热煤、硫、氮回收,余热利用。这可以说是煤燃烧极限的挑战。