碳 分子气化燃烧新技术

按：煤炭资源怎样才能高效洁净的利用？这个关于发展的方向性问题，需要我们科学的思考。我们认为应该按能源环保效益的理念来发展并提出量化基本式：

Q实用煤炭能量/(Q煤炭原始总能量+Q利用煤炭过程的总能耗量)=最大

(B利用煤炭污染排放量+B治污排放总量)/B煤炭原始污染物总量=最小

全面科学考核管理,不能按传统的技术思想和现行的技术标准，只考虑效率，不考虑效益（不考虑煤炭在气化过程所消耗的总能量和治污过程消耗资源所致的污染排放总量），不然就会出现消耗大、运行成本高、治污又生污、用户负效益的状况。

碳 分子气化燃烧，实现了源头防治，元素减量，高效益利用煤炭资源的目标。

一、概述

当前，气候变化、环境恶化、资源紧缺已成为世界性难题。节能减排、应对气候变化，也已经成为从技术转变为国际政治的一个热点和焦点。

我国的能源现状是煤多油少气贫,是以煤炭为主的能源生产和消费大国。煤炭消耗已经占到世界总量的一半，而且80％以上仍是采用传统的直接燃烧方式 (炉排层燃、流化床燃烧、煤粉燃烧、型煤和水煤浆燃烧等)。环境科学认为：煤炭的这种直接燃烧方式是目前中国产生灰霾的一个主要污染源。

然而，这种直接燃煤方式，未来还要被国内外业界一直沿用。例如国际能源署2021—2050年高效低排放燃煤发电技术路线，仍采用循环流化床锅炉和煤粉锅炉直接燃烧技术。这主要是没有从基础理论上认识到：直接燃烧法，是将煤炭中的固相物和热解的气相物混杂在一起，在同一个炉膛内进行燃烧，违背了气固两相物各自燃烧的特性、规律。要把这种直接燃烧进行完全，就采用了较高的过量空气（α≥1.2），结果顾此失彼，反而造成在燃烧过程先要大量产生与氧有关的有毒有害污染物（SOx、NOx等），然后再进行治理。这样不但工艺复杂，而且成本高，甚至还造成“治污又生污” 排放不稳定、治污难达标的状况。

因此，科学开发先进、实用的煤炭燃烧技术，特别是防控污染、环保节能的气化燃烧技术，是目前社会发展的急迫需求，而且意义十分重大。

二、碳 分子气化燃烧技术原理

我们突破传统认知，从分子水平深入探究了煤炭的气化、燃烧及其转化规律，发明了碳 分子气化燃烧科学机理，先低成本、高强度制造清洁煤气,再采用低过量空气（α接近1）燃烧。实现了源头防控污染、环保节能，高效清洁利用煤炭的目标。从根本上解决了直接燃煤技术污染大、效率低等难题。

三、碳 分子气化燃烧技术主要指标

1、工艺简单，操作安全，产气量高（常压气化强度是1000～2000kg/m2•h，比同类技术提高5倍以上），可以大型化；

2、煤炭气化成本低，运行电耗比链条燃烧炉小30%以上，同产量单位气化电耗是国内外流化床和气流床的1%；

3、煤气化炉比钢耗小，比同产量技术钢耗减少30%以上；

4、同煤质、同工艺，气化反应又快又完全，碳转化率高，煤气热值增高10%；炉渣含碳量降低10%；

5、燃料适应性广，能气化燃烧各种煤、焦炭、煤矸石、生物质和其它有机物（废弃物）；

6、分子气化炉在缺氧条件下Ca/S接近1固硫，可设计近100%的除硫率；

7、高温煤气，采用低过量空气系数（α接近1）燃烧，化学不完全燃烧为零，排放更清洁；可从源头防控与氧有关的有毒有害物SOx、NOx等的产生；

8，更重大意义的是：碳分子气化燃烧比直接燃煤节省清洁空气10%以上。

四、碳 分子气化燃烧技术市场前景及效益

依据本发明的科学原理，我们可开发和形成以下具有国际领先水平的：

1. 煤炭分子气化燃烧（供热、发电；全面代油、电、气等）新技术及装置；

2. 煤炭分子气化制造优质煤气替代焦炭冶炼新技术及装置；

3. 高效益煤化工分子气化新技术及装置；

4. 垃圾分子气化燃烧（供热、发电）新技术及装置；

5. 高效益生物质分子气化燃烧（供热、发电）新技术及装置。

在上述这些行业应用的综合效益是：

1、替代油、电、天然气、焦炭，燃料费用可降低50%以上；

2、替代流化床、煤粉、水煤浆燃烧，燃料加工和系统节电50%以上；

3、替代炉篦层燃

●燃烧系统节电20%以上；运行节煤10%以上；

●封火节煤80%以上；最严重的低温封火煤污染相应削减80%以上。

4、燃煤锅炉碳分子气化燃烧，可改变传统的直接燃煤方式，使煤炭气化燃烧锅炉环保（达到燃油、燃气炉高效洁净的指标）节能（效率提高约8%），而且运行成本很低，燃烧系统比链条炉节电30%以上；是流化床或煤粉锅炉50%。因此，它可全面替代国内外现有的各种燃煤锅炉（包括电站大型煤粉锅炉）和燃油、燃气的锅炉。

5、制造化工原料气，用在化肥厂煤气炉的改扩建上，使现有的间隙煤气炉实现空气+蒸汽连续造气，并提高产量3倍（气化强度提高3倍）。其效益是：

●同煤质同工艺有效气成分提高10%以上；

●同煤质同工艺炉渣含碳量降低10%以上；

●同煤质同工艺节省原料煤（无烟煤或焦炭）100公斤/吨氨；

●同煤质同工艺节电80度/吨氨；

●同工艺节约蒸汽100公斤/吨氨。

6、低成本制造优质还原性气体，直接还原海绵铁；替代高炉喷吹煤粉（本发明制气比煤制粉和吹粉的电耗降低50%以上，还可省去每年更换磨辊的高昂费用），实现清洁（煤气无渣 ）冶炼钢铁。

由于本发明具有上述显著的综合优势，可在我国全面推广,也可在国外广泛推广。几乎所有产煤国家都有市场，几乎需要燃料的地方都能用上。

五、应用推广风险分析

我们采用本发明，研发了适合我国各种煤的生活锅炉，已在全国推广应用了数千台（套）；还成功改造了Φ1.5m—Φ3.6m工业煤气炉,达到了既增加煤气产量30%又同时提高煤气热值10%的目标；研发的上万M3/H分子炉一次启动已经连续运行了36个月(无先例)。产品已广泛用在建材、冶金、机械和化工行业的加热、烧结等窑炉上。这些大量、长期的实际使用证明，碳分子气化燃烧技术完全适应中国煤多灰、高熔点的特性。经专家鉴定：本发明的综合指标在国际领先。先后列为国家节能科技成果；国家环境保护最佳实用技术和世界华人重大节能科技成果推广项目；获中华绿色科技奖金奖和原机戒工业部技术进步奖。世界著名科学家沈鸿操作后题词: “很好的创造，是可以推广的”。

综上可见，碳 分子气化燃烧技术的产业化和广泛应用没有技术风险。

六、本发明应用示范例及效益：

1、15T/h链条锅炉，采用碳分子气化燃烧：

●环保达标（煤气炉缺氧固硫；α接近1燃烧），治理成本降低80%以上；

●燃烧系统节电30%以上（α从1.5降到1.05；煤气燃烧风压下降50%）；节煤10%（q2、3、4大幅度降低）；改造费11个月收回。

2、35T/h流化床锅炉，采用碳分子气化燃烧：

●环保达标（煤气炉缺氧固硫；α接近1燃烧），治理成本降低80%以上；

●燃烧系统节电50%以上（α从1.2降到1.05；煤气燃烧风压降75%）；节煤8%（q2、3、4大幅度降低）。改造费9个月收回。

3、1000T/h煤粉锅炉，采用碳分子气化燃烧：

●燃烧系统节电50%以上（α从1.2降到1.05；煤气燃烧风压下降70%；制粉电耗下降60%），煤发电的成本大幅度降低；

●烟气达标排放（煤气炉缺氧固硫，除硫效率高、资源消耗少；热煤气α接近1燃烧，可防控与氧有关的有害气体SOx、NOx等的产生，实现了煤电行业从源头、元素层面防控污染，彻底改变了发电锅炉脱硫、脱硝和除尘就得增加成本的被动局面），治理成本降低80%以上，社会效益和经济效益巨大。

欢迎选用本技术！

附：

1、本发明已取得的理论基础成果

2、本发明已经广泛应用的实际效果

碳-分子气化燃烧专家组 陈科正

邮箱:ckz1066@163.com

本发明在理论基础方面取得的成果：

产品应用后，全面取得的指标：