熱解半焦的清潔高效利用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展

鄭少偉，王志強(qiáng)，王鵬，程星星，許煥煥

（山東大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，燃煤污染物減排國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，環(huán)境熱工技術(shù)教育部工程研究中心，山東省能源碳減排技術(shù)與資源化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南250061）

0 引言

據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》（2019版）統(tǒng)計(jì)，2018年全球發(fā)電量增長(zhǎng)3.7%，超歷史平均水平，全球煤炭消費(fèi)量增長(zhǎng)1.4%，生產(chǎn)量增長(zhǎng)4.3%，增速均創(chuàng)近5 年新高。盡管可再生能源的滲透率越來(lái)越高，但隨著用電需求的強(qiáng)力增長(zhǎng)，電力行業(yè)仍需大量的煤炭來(lái)滿足供應(yīng)。

煤炭是我國(guó)最豐富的化石能源，特別是低階煤。據(jù)報(bào)道我國(guó)低階煤探明儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的一半以上［1］。近年來(lái)隨著用電需求的日益增長(zhǎng)，優(yōu)質(zhì)煤儲(chǔ)量不斷減少，低階煤以其資源豐富、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)在能源領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用［2］。目前，工業(yè)鍋爐直接燃燒是其利用的主要方式。然而，直接燃燒不僅造成熱量浪費(fèi)，而且會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染［3］。煤炭梯級(jí)利用技術(shù)是低階煤高效清潔利用的重要途徑，將低階煤經(jīng)熱解后先轉(zhuǎn)化為氣、液、固3 種形態(tài)的產(chǎn)品，然后根據(jù)不同產(chǎn)品的性質(zhì)經(jīng)加工后再利用，最終實(shí)現(xiàn)“分級(jí)轉(zhuǎn)化、梯級(jí)利用、能化聯(lián)合、集成聯(lián)產(chǎn)”的新型利用方式［4］。2017年國(guó)家能源局發(fā)布《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》［5］，明確提出將低階煤熱解提質(zhì)列為“能源發(fā)展重大工程”。國(guó)家發(fā)改委、能源局《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016—2030 年）》指出重點(diǎn)研究低階煤熱解及熱解產(chǎn)物的清潔高效利用技術(shù)。在國(guó)家政策和科技的支持下，以煤熱解為龍頭的低階煤梯級(jí)利用技術(shù)近幾年得到了快速發(fā)展。

低階煤經(jīng)熱解后所產(chǎn)生的固體副產(chǎn)品半焦約占原煤質(zhì)量的50%～70%［6］，所蘊(yùn)含的能量占原煤80%左右［7］，如何高效、清潔、大規(guī)模地利用副產(chǎn)品半焦已成為實(shí)現(xiàn)低階煤梯級(jí)利用的關(guān)鍵一步。本文綜述了目前半焦在我國(guó)工業(yè)化領(lǐng)域中的應(yīng)用情況及存在的問(wèn)題，分析了半焦作為清潔燃料大規(guī)模燃燒對(duì)實(shí)現(xiàn)低階煤梯級(jí)利用的必要性，對(duì)國(guó)內(nèi)外半焦清潔燃燒技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，為今后該領(lǐng)域的研究提供參考。

1 半焦的性質(zhì)

半焦（又稱蘭炭）是無(wú)黏性或弱黏性的高揮發(fā)分低階煤經(jīng)中低溫?zé)峤?，析出煤氣、煤焦油后得到的固體副產(chǎn)品［8］。根據(jù)熱解溫度的不同，半焦被分成低溫半焦（500～650 ℃）、中溫半焦（650～800 ℃）和高溫半焦（＞800 ℃）［9］。按其形狀和粒徑的不同，被分為半焦混、半焦塊和半焦末。由于熱解過(guò)程中揮發(fā)分、水分、氮、硫等物質(zhì)提前析出，使半焦具有低揮發(fā)分、低硫、低氮、高固定碳、高反應(yīng)活性、較發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)［6，10］。文獻(xiàn)［11-12］對(duì)半焦、煙煤、次煙煤、褐煤及無(wú)煙煤進(jìn)行了工業(yè)分析及對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1 可見(jiàn)半焦的揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，約占煙煤的30%左右，占褐煤的22%左右，揮發(fā)分和固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與無(wú)煙煤相近。

表1 不同燃料的工業(yè)分析Tab.1 Industrial analysis on different fuels

文獻(xiàn)［13］對(duì)不同粒徑的半焦性質(zhì)進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著半焦粒徑的減小，水分、揮發(fā)分的含量減少，而固定碳的含量增加?；曳趾坎慌c粒徑的減小呈線性變化，粒徑范圍在5～30 mm 的中小塊半焦的灰分含量最少。文獻(xiàn)［14］對(duì)半焦的表面結(jié)構(gòu)及吸附特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)半焦表面呈現(xiàn)不規(guī)則的多孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，具有很好的吸附性能。

2 半焦的利用現(xiàn)狀

由于半焦具有低揮發(fā)分、高固定碳、高反應(yīng)活性、高電阻率、較發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)等特性［15］，可以將其單獨(dú)或摻混后應(yīng)用到很多領(lǐng)域。目前主要利用在冶金、化工、吸附等領(lǐng)域。

2.1 冶金領(lǐng)域

半焦在冶金領(lǐng)域主要用于高爐噴吹燃料和冶煉還原劑。作為高爐噴吹燃料時(shí)，選用與無(wú)煙煤特征相近的半焦來(lái)替代無(wú)煙煤，通過(guò)節(jié)煤降焦的方法降低煉鐵企業(yè)的生產(chǎn)成本。文獻(xiàn)［16］通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在高爐噴吹中利用半焦代替無(wú)煙煤時(shí)，半焦揮發(fā)分的分解以及碳表面的親氧基團(tuán)有助于混煤燃燒。半焦質(zhì)量分?jǐn)?shù)在45%以內(nèi)時(shí)，用半焦代替無(wú)煙煤對(duì)混煤燃燒率沒(méi)有明顯影響。文獻(xiàn)［17］在太鋼高爐開(kāi)展了噴吹半焦的工業(yè)試驗(yàn)，并將其用到了正常生產(chǎn)中。結(jié)果表明，半焦自身理化性能和熱態(tài)下的指標(biāo)使其適合作為噴吹煤種使用，在生產(chǎn)中可以替代高價(jià)格的無(wú)煙煤。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐表明，利用半焦替代部分無(wú)煙煤噴吹，能有效降低生產(chǎn)燃料成本，噸鐵成本約降低3 元。但由于半焦自身可磨性較低，對(duì)設(shè)備的磨損加劇，同時(shí)由于半焦煤粉粒度較粗，噴吹量不穩(wěn)定，增加了一定的安全生產(chǎn)隱患。為了推廣半焦作為高爐噴吹料的應(yīng)用，在GB/T 25211—2010《蘭炭產(chǎn)品技術(shù)條件》中對(duì)能用作高爐噴吹原料的蘭炭提出了具體要求。當(dāng)半焦作為冶煉還原劑時(shí)，可以替代傳統(tǒng)硅鐵生產(chǎn)過(guò)程中的碳質(zhì)還原劑冶金焦，半焦相對(duì)冶金焦具有比電阻大、氣孔率高、化學(xué)反應(yīng)活性好等特點(diǎn)，在進(jìn)行電爐冶煉時(shí)比冶金焦具有更好的理化性能［18］。半焦也可以用于非高爐煉鐵工藝中的直接還原法煉鐵，可以擺脫煉鐵行業(yè)對(duì)冶金焦的依賴，以避免煉鐵、燒結(jié)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染。

2.2 化工領(lǐng)域

半焦在化工領(lǐng)域主要用于電石生產(chǎn)原料和化肥造氣原料。電石是一種重要的化工產(chǎn)品，主要用來(lái)生產(chǎn)乙炔［19］。焦炭是電石生產(chǎn)的重要原料，而我國(guó)煉焦煤資源缺乏，焦炭產(chǎn)量受限［20］，將半焦適量摻入冶金焦生產(chǎn)電石可以增大爐內(nèi)電阻，提高電石爐穩(wěn)定性，同時(shí)可以增加電石產(chǎn)量并降低電耗。而且半焦價(jià)格低廉，可以降低成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)性［13］。文獻(xiàn)［21］在23 MW 電石爐上進(jìn)行了摻混半焦試驗(yàn)，結(jié)果表明摻用部分半焦生產(chǎn)電石是可行的，過(guò)量摻混半焦會(huì)使電耗增加，出爐噴生料現(xiàn)象加重，電石產(chǎn)量降低。當(dāng)摻混半焦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～40%時(shí)各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)達(dá)到最佳。目前半焦制電石已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，半焦由于其良好的反應(yīng)活性，已經(jīng)成為電石行業(yè)占主導(dǎo)地位的碳素原料。為了促進(jìn)半焦制電石的推廣應(yīng)用，在GB/T 25211—2010《蘭炭產(chǎn)品技術(shù)條件》中，對(duì)用作電石還原劑的半焦產(chǎn)品提出了明確要求。在化肥生產(chǎn)方面，大多數(shù)氮肥企業(yè)都是利用無(wú)煙煤來(lái)制氣［22］。隨著無(wú)煙煤價(jià)格的不斷提高，無(wú)煙煤的成本已占到尿素制造成本的57%，尋求新的造氣原料是降低成本的重要途徑［23］。半焦因其性質(zhì)與無(wú)煙煤相似，摻燒半焦對(duì)企業(yè)節(jié)能降耗，降低成本具有重要意義。由于半焦灰熔點(diǎn)溫度低，熱穩(wěn)定性差，反應(yīng)活性較高，無(wú)法延續(xù)常規(guī)的制氣工藝條件和操作控制手段，如何穩(wěn)定爐況，提高氣化強(qiáng)度，保證合格的煤氣組分，是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定、連續(xù)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵所在。

2.3 吸附領(lǐng)域

半焦在吸附領(lǐng)域可以直接作為吸附劑用于廢氣和廢水處理，成本低廉且工藝簡(jiǎn)單。同時(shí)通過(guò)對(duì)半焦適當(dāng)?shù)母男蕴幚硭苽涞幕钚越故且环N具備吸附和催化雙重性能的物質(zhì)。活性焦的中孔發(fā)達(dá)，對(duì)吸附質(zhì)有強(qiáng)烈的吸附能力，可以有效凈化廢氣（SO2，NOx，甲苯廢氣）、脫除汽油和柴油中的硫化物，處理含油廢水和焦化廢水等［24-26］，是半焦高值化利用的一個(gè)新途徑［27-28］。利用活性焦對(duì)煙氣脫硫時(shí)，活性焦的吸附特性和催化特性使煙氣中二氧化硫與煙氣中的水蒸氣和氧氣反應(yīng)生成硫酸并吸附在活性焦的微孔表面［29］。目前，活性半焦煙氣脫硫技術(shù)已經(jīng)投入到了工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，SO2去除率高達(dá)98%，細(xì)顆粒物的排放量低于20 mg/m3，并且處理過(guò)的煙氣排放前不需要煙氣換熱系統(tǒng)，具有良好的應(yīng)用前景［30］。在脫硝方面，半焦本身就具有NO 催化還原性能，同時(shí)還可作為載體用于選擇性催化還原法（SCR）脫硝催化劑。在噴入氨氣進(jìn)行還原作用時(shí)，使煙氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)化成氮?dú)夂退摮?。廢水處理方面，由于半焦具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，可直接作為吸附劑處理污水［31］。同時(shí)可利用半焦制備高性能活性焦，吸附水中的微量污染物，對(duì)廢水進(jìn)行深度凈化。文獻(xiàn)［32］研究發(fā)現(xiàn)半焦制備的活性焦對(duì)煤氣化和煤焦化廢水中的有機(jī)物具有較好的吸附性，化學(xué)需氧量（COD）最高可達(dá)166 mg/g。

現(xiàn)將半焦主要利用途徑及特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，見(jiàn)表2。

表2 半焦主要利用途徑及特點(diǎn)Tab.2 Main utilization methods and their characteristics of semi-coke

3 半焦清潔燃燒技術(shù)

雖然半焦在冶金、化工、吸附等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但由于90%以上的半焦都用于生產(chǎn)鐵合金、硅鐵等高能耗材料，市場(chǎng)單一并受國(guó)家嚴(yán)格調(diào)控，對(duì)半焦的需求量很難擴(kuò)大［13］。因此，要實(shí)現(xiàn)半焦的大規(guī)模利用必須擴(kuò)展其在工業(yè)鍋爐、民用燃料等發(fā)面的應(yīng)用。作為工業(yè)鍋爐燃料，由于半焦自身?yè)]發(fā)分較低，存在著火穩(wěn)燃困難，燃盡率低等問(wèn)題，利用現(xiàn)役的燃煤鍋爐無(wú)法實(shí)現(xiàn)半焦的清潔高效燃燒。為了實(shí)現(xiàn)半焦在工業(yè)鍋爐上的大規(guī)模應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)如何大規(guī)模清潔高效燃燒半焦進(jìn)行了相關(guān)研究。主要分為2 種技術(shù)路線，一種是針對(duì)半焦的單獨(dú)燃燒，研究大規(guī)模純?nèi)及虢沟募夹g(shù)；另一種是將半焦與其他煤種進(jìn)行摻混燃燒，實(shí)現(xiàn)半焦在現(xiàn)役燃煤鍋爐上的大規(guī)模摻燒［33］。作為民用清潔燃料，近年來(lái)隨著國(guó)家霧霾治理工作的逐步推進(jìn)，民用散煤污染物排放治理已成為霧霾治理的重要環(huán)節(jié)，由于半焦自身的燃燒特性與無(wú)煙煤相似，利用半焦代替民用散煤作為潔凈燃料實(shí)現(xiàn)清潔燃燒引起很多學(xué)者的關(guān)注。

3.1 純?nèi)及虢辜夹g(shù)

中國(guó)科學(xué)院工程熱物理所研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)半焦自身的燃燒特性，開(kāi)發(fā)了半焦預(yù)熱燃燒技術(shù)，通過(guò)預(yù)熱燃燒器將半焦先預(yù)熱到850～950 °C 再送入鍋爐爐膛中燃燒。針對(duì)預(yù)熱燃燒技術(shù)先后搭建了0.2 MW 和2.0 MW 預(yù)熱燃燒試驗(yàn)平臺(tái)。文獻(xiàn)［7］利用0.2 MW 預(yù)熱燃燒臺(tái)對(duì)半焦開(kāi)展了預(yù)熱燃燒和氮氧化物排放特性的研究，試驗(yàn)結(jié)果表明預(yù)熱燃燒技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)半焦的穩(wěn)定、高效燃燒，燃燒效率最高可達(dá)98.8%，NOx排放質(zhì)量濃度為207 mg/m3。2017年，該研發(fā)團(tuán)隊(duì)在熱功率為2 MW 的預(yù)熱燃燒試驗(yàn)臺(tái)開(kāi)展了神木半焦預(yù)熱燃燒中試試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示半焦的燃燒效率可達(dá)到95%以上，同時(shí)NOx原始排放質(zhì)量濃度低于200 mg/m3（標(biāo)態(tài)，下同）。2019年，該研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)超低揮發(fā)分碳基燃料成功研發(fā)了16 MW 內(nèi)循環(huán)預(yù)熱式燃燒器，經(jīng)測(cè)試燃燒效率為99.27%，NOx排放質(zhì)量濃度為110 mg/m3；并將這種新型預(yù)熱燃燒器應(yīng)用于35 t/h 煤粉工業(yè)鍋爐進(jìn)行了工程試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示鍋爐氮氧化合物原始排放質(zhì)量濃度低于200 mg/m3，最低可到116 mg/m3，燃燒效率可達(dá)99%以上。實(shí)現(xiàn)了純?nèi)及虢沟姆€(wěn)定、低氮、高效運(yùn)行。

東南大學(xué)熱能工程所在增壓條件下對(duì)半焦的燃燒特性進(jìn)行了研究。先后在增壓熱重分析儀、小型加壓噴動(dòng)流化床及1 MW 增壓流化床燃燒中試試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行研究試驗(yàn)。文獻(xiàn)［34-36］利用加壓熱重分析儀研究了壓力對(duì)半焦燃燒特性的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明半焦的著火溫度和燃盡時(shí)間均隨著壓力的提高而降低。隨著壓力升高，最大失重率不斷增加，在0.7 MPa 以前，失重率增加量較多，半焦燃燒穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，壓力繼續(xù)增大，燃燒穩(wěn)定性幾乎不再發(fā)生變化。文獻(xiàn)［37-38］利用小型加壓噴動(dòng)流化床及1 MW 增壓流化床燃燒中試試驗(yàn)臺(tái)對(duì)半焦增壓燃燒進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明，在常壓或低壓下，半焦的燃燒過(guò)程主要受過(guò)量空氣系數(shù)的影響，隨著壓力的進(jìn)一步升高，爐膛溫度增加，半焦的燃燒效率提高，當(dāng)系統(tǒng)的壓力到達(dá)0.5 MPa時(shí)，小型試驗(yàn)臺(tái)和大型試驗(yàn)臺(tái)中半焦的燃燒效率可達(dá)到94.7%和99.2%，此時(shí)壓力是影響燃燒過(guò)程的主要因素。文獻(xiàn)［39］研究了半焦加壓燃燒條件下污染物排放及灰渣特性。結(jié)果表明，隨著系統(tǒng)燃燒壓力的升高，碳氧化物排放量增多，NO 和SO2減少。半焦由異相燃燒向均相燃燒過(guò)渡，灰渣中高溫礦物質(zhì)減少。

富氧燃燒技術(shù)是一種高效節(jié)能燃燒技術(shù)，擁有火焰溫度高，CO2，NOx排放低等優(yōu)勢(shì)［40-41］。文獻(xiàn)［42］利用熱重分析儀及水平管式爐對(duì)半焦富氧燃燒特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨著氧氣體積分?jǐn)?shù)的增加，半焦的著火溫度、最大反應(yīng)速率溫度、燃盡溫度、活化能、反應(yīng)時(shí)間均降低。半焦的燃燒特性隨氧氣體積分?jǐn)?shù)的提升不斷變好，當(dāng)氧氣體積分?jǐn)?shù)升高到21%以上時(shí)，能夠改善半焦的燃燒特性，解決半焦難著火、反應(yīng)速率低、易生成CO 氣體等問(wèn)題，當(dāng)氧氣體積分?jǐn)?shù)升高至60%時(shí)，燃燒特性指數(shù)等參數(shù)的變化曲線逐漸趨于平緩。文獻(xiàn)［43］利用高溫沉降爐研究了4 種典型動(dòng)力用煤（無(wú)煙煤、貧煤、煙煤和褐煤）制備成的半焦在不同溫度（800～1 200°C）和氧氣體積分?jǐn)?shù)（21%～50%）下的燃燒特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著溫度和氧氣體積分?jǐn)?shù)的提高，4 種半焦的燃盡率均有提高，并且隨著煤階的升高，燃盡率的升高幅度增加。

雖然以上技術(shù)均可實(shí)現(xiàn)半焦作為單獨(dú)燃料進(jìn)行燃燒發(fā)電，但增壓循環(huán)流化床技術(shù)和富氧燃燒技術(shù)目前還處于基礎(chǔ)試驗(yàn)研究階段。半焦預(yù)熱燃燒技術(shù)在35 t/h 煤粉工業(yè)鍋爐完成了工程示范，具有很大的優(yōu)勢(shì)和潛力，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐純?nèi)及虢沟於嘶A(chǔ)。

3.2 半焦摻混燃燒技術(shù)

半焦摻混燃燒技術(shù)是指先將半焦與原煤進(jìn)行摻混，所得到的混合燃料再投入到現(xiàn)役鍋爐中進(jìn)行燃燒發(fā)電，實(shí)現(xiàn)大比例摻燒、穩(wěn)燃、燃盡、低排放的高效清潔燃燒技術(shù)。目前針對(duì)半焦的摻混燃燒技術(shù)，研究人員主要關(guān)注混合燃料的著火特性、穩(wěn)燃特性、燃盡率及NOx排放等問(wèn)題。文獻(xiàn)［12］在350 kW 熱態(tài)試驗(yàn)爐上對(duì)不同揮發(fā)分含量的煤種與神木熱解半焦摻混燃燒（半焦摻混比例即質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%）時(shí)不同煤質(zhì)對(duì)混合燃料著火特性及NOx排放的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨著混合燃料揮發(fā)分含量增加，混煤著火距離減小，著火點(diǎn)溫度下降，主燃區(qū)NOx排放量減少?？傮w來(lái)看，大比例摻混熱解半焦時(shí)混煤的揮發(fā)分不應(yīng)低于16%。文獻(xiàn)［14］利用熱重分析儀對(duì)半焦與煙煤的混合燃燒特性進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明半焦與煙煤摻混燃燒過(guò)程中存在一定的交互作用，煙煤提前著火燃燒釋放熱量，對(duì)半焦進(jìn)行加熱，促進(jìn)半焦的著火燃燒，同時(shí)煙煤在提前著火燃燒時(shí)與半焦?fàn)帄Z氧氣，又影響半焦的著火燃燒。但總體上來(lái)看，將煙煤與半焦參混燃燒可以降低半焦的著火點(diǎn)，增加燃燒區(qū)的燃燒溫度，有利于混合燃料的燃燒。文獻(xiàn)［44］采用熱重分析儀和一維沉降爐對(duì)半焦和煙煤摻混燃燒特性及NOx生成特性進(jìn)行了研究，并與無(wú)煙煤和煙煤摻混燃燒進(jìn)行了試驗(yàn)比較。研究結(jié)果表明，隨著煙煤摻混比例的增加，混煤的著火溫度和燃盡溫度降低，半焦與煙煤之間存在著明顯的相互作用。與無(wú)煙煤相比，半焦具有較好的燃燒性能和較低的NO轉(zhuǎn)化率。文獻(xiàn)［45］利用高溫?zé)崽炱健? MW 煤粉燃燒中試試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)研究了大比例摻混半焦情況下混煤的著火、燃盡及NOx排放特性。初步確定了適合大容量電站鍋爐的半焦最佳摻混比例（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為40%左右。文獻(xiàn)［46］在110 MW 電站鍋爐上進(jìn)行了摻燒半焦試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了摻混33%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）半焦時(shí)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。文獻(xiàn)［47］在300 MW 煤粉鍋爐上開(kāi)展了大比例摻燒半焦的試驗(yàn)，利用爐內(nèi)分層摻混的方式實(shí)現(xiàn)了在300 MW 負(fù)荷下?lián)交?0%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）半焦的鍋爐的穩(wěn)定安全運(yùn)行。按照350 MW 摻燒45%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）半焦，電站煤粉鍋爐每年可消耗半焦27.7 萬(wàn)t 計(jì)算，投入工業(yè)應(yīng)用后預(yù)計(jì)每年可消耗千萬(wàn)噸熱解半焦，可節(jié)約燃料成本約30億元，同時(shí)有效減少NOx和SO2原始排放，經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益顯著。

3.3 半焦制備民用燃料

近年來(lái)，隨著我國(guó)霧霾治理工作的不斷推進(jìn)，電廠工業(yè)鍋爐已完成了超低污染物排放改造，達(dá)到了清潔排放的要求。而民用散燒煤多為無(wú)組織排放，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，每年秋冬成為霧霾頻發(fā)的重要原因之一，尋找一種清潔燃料來(lái)替代民用燃煤成為霧霾治理的關(guān)鍵。半焦由于其自身燃燒特性與無(wú)煙煤接近，近年來(lái)利用半焦替代民用散煤燃燒得到了很多學(xué)者的關(guān)注。文獻(xiàn)［15］在民用取暖爐上分別對(duì)半焦和無(wú)煙煤的點(diǎn)火時(shí)間、燃盡率等進(jìn)行研究，結(jié)果表明半焦的燃燒效率高于無(wú)煙煤，且產(chǎn)生的灰渣和有害氣體污染物少。文獻(xiàn)［48］對(duì)半焦型焦應(yīng)用于民用燃料的燃燒性能進(jìn)行研究，并與原煤進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明半焦型焦的有效利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無(wú)煙煤，燃燒過(guò)程中排放的顆粒污染物遠(yuǎn)低于榆林煙煤，略低于無(wú)煙煤。文獻(xiàn)［11］選取了不同區(qū)域具有代表性的半焦、煙煤和無(wú)煙煤為研究對(duì)象，對(duì)比了不同煤種污染物排放特性。結(jié)果顯示半焦的顆粒污染物、NOx及SO2的排放量都低于煙煤和無(wú)煙煤。2016 年10 月，國(guó)家環(huán)保部在《民用煤燃燒污染綜合治理技術(shù)指南（試行）》中指出，對(duì)于煤炭資源豐富、經(jīng)濟(jì)條件較好且污染嚴(yán)重的地區(qū)應(yīng)優(yōu)先選用低硫、低揮發(fā)分的優(yōu)質(zhì)半焦作為民用燃料。近些年，我國(guó)各地政府多采用財(cái)政補(bǔ)貼的方式，推進(jìn)潔凈型煤替代工作。目前采暖季潔凈型煤銷售價(jià)格約為1 250 元/t，補(bǔ)貼后的售價(jià)約為750 元/t。在當(dāng)前財(cái)政補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)下，半焦型焦的生產(chǎn)廠家能具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）半焦具有低揮發(fā)分、低硫、低氮、高固定碳、高反應(yīng)活性、較發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，目前在冶金、化工、吸附等領(lǐng)域都有利用。由于90%以上的半焦用于生產(chǎn)鐵合金、硅鐵等高能耗材料，市場(chǎng)單一并受國(guó)家嚴(yán)格調(diào)控，需求量很難擴(kuò)大。因此，實(shí)現(xiàn)煤炭梯級(jí)利用必須擴(kuò)展其在工業(yè)鍋爐及民用燃料等行業(yè)的清潔高效燃燒利用。

（2）針對(duì)半焦清潔高效燃燒技術(shù)，目前有2種研究路線，第1 種是純?nèi)及虢辜夹g(shù)，包括預(yù)熱燃燒技術(shù)、增壓循環(huán)流化床技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)。其中預(yù)熱燃燒技術(shù)已在35 t/h 工業(yè)鍋爐上完成了工程示范，為半焦大規(guī)模純?nèi)籍a(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。第2 種是在現(xiàn)役燃煤鍋爐上將半焦與原煤大規(guī)模摻燒，目前已在300 MW 電站煤粉鍋爐上實(shí)現(xiàn)了摻燒50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）半焦時(shí)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。驗(yàn)證了電站鍋爐大比例摻燒半焦的可行性。

（3）為實(shí)現(xiàn)半焦的高效利用，未來(lái)應(yīng)繼續(xù)穩(wěn)定優(yōu)化傳統(tǒng)市場(chǎng)（鐵合金、硅鐵、電石等），開(kāi)拓半焦大規(guī)模利用的潛力市場(chǎng)，推進(jìn)其作為工業(yè)及民用潔凈燃料的應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化利用。同時(shí)要培育新興市場(chǎng)，拓展半焦在吸附劑、催化劑載體、精細(xì)化工產(chǎn)品方面的應(yīng)用。制定相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同品質(zhì)半焦實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效、安全利用。