煤的清潔利用技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

-.z物理學(xué)與可持續(xù)開展專題中國(guó)工程院工程“煤的干凈化技術(shù)前景及定量評(píng)估〞(2008)和“煤炭的高效干凈化利用〞(2008)資助2009-06-17收到十通訊聯(lián)系人Email：cch-dteIlail.tsinghua．edu．物理39卷(2010年)5期編者按能源是社會(huì)開展和人類進(jìn)步的根底，物理學(xué)的任務(wù)之一就是要提醒能源生產(chǎn)和利用過程中的物理規(guī)律，保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)開展，在全球應(yīng)對(duì)氣候變化的大背景下，開展低碳能源技術(shù)，實(shí)施低碳經(jīng)濟(jì)，已成為世界經(jīng)濟(jì)社會(huì)變革及可持續(xù)開展的必由之路。在我國(guó)，低碳能源技術(shù)主要包括現(xiàn)有資源〔能源〕的高效、清潔利用和新能源的開發(fā)．根據(jù)這一思路，本期專題選擇了三篇文章，分別針對(duì)我國(guó)一次能源以煤為主的特點(diǎn)，深入分析了幾種主要的煤的干凈利用技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的主要問題和開展趨勢(shì)；針對(duì)我國(guó)垃圾水分高、熱值低、品質(zhì)差的特點(diǎn)，分析了中國(guó)垃圾無(wú)害化、減量化和資源化的狀況、優(yōu)缺點(diǎn)，指出了資源化的目標(biāo)和未來的開展方向：從“充分吸收光能，減少能量轉(zhuǎn)換損失〞的角度，分析了新一代太陽(yáng)電池的構(gòu)造設(shè)計(jì)特征，對(duì)新一代太陽(yáng)電池的根本概念、研究現(xiàn)狀和研究目標(biāo)進(jìn)展了詳細(xì)的介紹，煤的清潔利用技術(shù)的現(xiàn)狀與開展陳昌和+王淑娟禚玉群趙博李彥*旭常(清華大學(xué)熱科學(xué)與動(dòng)力工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室清華大學(xué)熱能工程系100084)摘要：文章針對(duì)中國(guó)一次能源以煤為主的特點(diǎn)，深入分析了幾種主要的煤的干凈利用技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的主要問題和開展趨勢(shì)，其中包括大容量、高參數(shù)的超〔超〕臨界燃煤發(fā)電技術(shù)、燃煤煙氣凈化技術(shù)、循環(huán)流化床燃燒技術(shù)(CFBC)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)(IGCC)和煤的洗選技術(shù)．在此根底上，給出了中國(guó)煤的清潔利用方式的建議：近期仍以超〔超〕臨界燃煤發(fā)電機(jī)組+燃煤煙氣凈化技術(shù)和循環(huán)流化床燃燒技術(shù)為主；整體燃?xì)饣?lián)合循環(huán)技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)〔特別是加壓富氧燃燒技術(shù)〕以及二氧化碳的捕集和封存技術(shù)(CCS)，具有廣闊應(yīng)用前景，值得長(zhǎng)期大力開展，關(guān)鍵詞煤的清潔利用技術(shù)(CCT)，超〔超〕臨界燃煤發(fā)電(USC)，循環(huán)流化床鍋爐燃燒(CFBC)，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)，二氧化碳捕集和封存(CCS)ThepresentandfutureofcleancoaltechnologyCHENChangHetWANGShLrjuanZHUOYLrQunZHAOBoLIYan*U*LrChang(Kel;/aboratoryforThermalScienceandPowerEngineeringofMinistryofEducation,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)AbstractBasedontheprimaryenergycharacteristicsofChina,thecurrentstatusandfuturedevelop-mentofcleancoaltechnologies,includinglarge-scaleultra-supercritical(USC)powergenerators,fluegascleaning,circulatingfluidized-bedbustion(CFBC),integratedgasificationbinedcycle(IGCC)technology,andcoalwashingareanalyzedindetails.Itcanbeconcludedthat,intheshortterm,USCgenerationwithfluegascleaningandCFBCwillbethetwomajorcleancoaltechnologiesinChina.Howerer,IGCC,o*y-fuelbustion(especiallypressurizedo*y-fuelbustion),andC02captureandstorageareofgreatpotentialandareworthdevelopinginthelongterm.Keywordscleancoaltechnology,ultra-supercriticalgenerator,circulatingfluidized-bedbustion,integratedgasificationbinedcycle,C02captureandstorage物理學(xué)與可持續(xù)開展專題1引言今后30至50年內(nèi)，煤炭在我國(guó)一次能源構(gòu)成的主導(dǎo)地位不會(huì)改變，除少量用于煤化工等領(lǐng)域外，煤的主要利用方式是直接燃燒，火力發(fā)電、工業(yè)鍋爐和城鄉(xiāng)居民生活用煤占煤炭總產(chǎn)量的80%以上，其中發(fā)電與熱電聯(lián)產(chǎn)用煤總量占煤炭總產(chǎn)量的50%以上：預(yù)計(jì)2010年我國(guó)煤炭生產(chǎn)和發(fā)電用煤分別到達(dá)26億噸和16億噸[1]。煤炭利用存在的問題是：效率低和污染嚴(yán)重，對(duì)于工業(yè)鍋爐和城鄉(xiāng)居民生活用煤來說，由于量大面廣，利用效率極低并且污染特別嚴(yán)重，解決的方法是采用電和天然氣等干凈燃料進(jìn)展替代，因此其煤炭消費(fèi)比例在不斷減小，而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)繼續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，對(duì)電力的需求的增大導(dǎo)致發(fā)電用煤的比例不斷增大．2001-2020年的中國(guó)電力裝機(jī)容量開展趨勢(shì)[1]如圖1所示，截至到2008年底，我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)79253萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)10.34%．其中火電裝機(jī)為60132萬(wàn)千瓦，約占總?cè)萘?5.87%，同比增長(zhǎng)8.15%，全國(guó)發(fā)電生產(chǎn)耗用原煤13.4億噸同比增長(zhǎng)4.05%[2]。燃煤電廠的污染主要有：大氣污染、水污染、固體廢棄物污染和噪聲污染等，其中大氣污染物主要是由煤燃燒后產(chǎn)生的污染物，包括二氧化碳(C02)、二氧化硫(S02)、氮氧化物(NO。)、煙塵和含有汞的重金屬等，其中S02和NO。是形成“酸雨〞的主要污染物，同時(shí)氮氧化物又能與碳?xì)浠衔锝Y(jié)合形成光化學(xué)煙霧，嚴(yán)重危及人體**與自然環(huán)境，二氧化碳排放量的增加，使溫室效應(yīng)日益加重，根據(jù)國(guó)家環(huán)保部的測(cè)算，我國(guó)環(huán)境容量上限為二氧化硫1620萬(wàn)噸，氮氧化物1880萬(wàn)噸，如不采取有效措施，預(yù)計(jì)到2020年，S02和NO。的排放量將分別到達(dá)4000萬(wàn)噸和3500萬(wàn)噸，大大超出環(huán)境容量，另一方面，據(jù)國(guó)家發(fā)改委能源局2008年統(tǒng)計(jì)資料[3]，我國(guó)優(yōu)質(zhì)資源日漸減少和短缺，其中煤炭剩余儲(chǔ)量的保證程度缺乏100年，石油剩余儲(chǔ)量的保證程度缺乏15年，天然氣剩余儲(chǔ)量的保證程度缺乏30年，假設(shè)按照2020年我國(guó)的能源需求預(yù)測(cè)量估算的話，煤炭、石油和天然氣的資源保證程度，則分別下降到30年、5年和10年，這樣的需求總量，將使中國(guó)的能源平安和保障能源資源供給面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因此，深入研究我國(guó)煤炭高效干凈化利用，開發(fā)高效、干凈的燃煤發(fā)電技術(shù)，是保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)**快速開展和保護(hù)環(huán)境的迫切需要，目前，煤的清潔利用的主要技術(shù)有：煤的高效燃燒及其燃燒后的煙氣處理、凈化，即脫硫、脫硝、C02的捕獲與封存(CCS)，循環(huán)流化床燃燒(CFBC)技術(shù)，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)技術(shù)，煤炭洗選技術(shù)等．2、煤的主要干凈技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的問題2.1煤的高效燃燒和燃煤煙氣污染物控制技術(shù)超〔超〕臨界機(jī)組發(fā)電技術(shù)目前我國(guó)火電廠煤粉鍋爐燃燒主要存在鍋爐燃燒不穩(wěn)定、爐膛結(jié)渣、發(fā)電效率低和環(huán)境污染等問題，解決的途徑之一就是開展大型高效環(huán)保機(jī)組，建立大型超〔超〕臨界電站和加快淘汰落后的小火電機(jī)組。超臨界壓力機(jī)組已是世界上比擬成熟的一項(xiàng)技術(shù)，超超臨界發(fā)電技術(shù)是在超臨界技術(shù)的根底上，通過進(jìn)一步提高主蒸汽的溫度和〔或〕壓力等級(jí)來不斷提高發(fā)電效率及相應(yīng)的節(jié)能環(huán)保水平，超臨界及超超臨界機(jī)組的最大優(yōu)勢(shì)是能夠大幅度提高循環(huán)熱效率，降低發(fā)電煤耗，一臺(tái)1000MW的超臨界參數(shù)燃煤機(jī)組比同容量亞臨界參數(shù)機(jī)組每年可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤20萬(wàn)噸以上[2]。20世紀(jì)60年代初，美國(guó)、俄羅斯和日本就開場(chǎng)開展超臨界大型機(jī)組，近10年來，高效超臨界技術(shù)在美國(guó)、日本和歐洲得到迅速開展，投入運(yùn)行的高效超臨界機(jī)組取得了良好的運(yùn)行業(yè)績(jī)，其經(jīng)濟(jì)性、可靠性和靈活性代表了當(dāng)代火力發(fā)電技術(shù)的先進(jìn)水平，在已投入運(yùn)行的高效超臨界機(jī)組中，單機(jī)容量多在700-1000MW之間，隨著材料技術(shù)的開展，各國(guó)方案在未來10-20年間將開發(fā)蒸汽初參數(shù)更高的兩次再熱超臨界機(jī)組，我國(guó)超臨界發(fā)電技術(shù)從2000年起步，到2006年底，已有40余臺(tái)、近30000MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行，其中有3臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前投產(chǎn)、建立和訂貨的600MW、1000MW超〔超〕臨界燃煤機(jī)組達(dá)150余臺(tái)。目前超〔超〕臨界機(jī)組存在以下三個(gè)問題：一是隨著參數(shù)的提高，蒸汽對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的激振增加，固體顆粒的沖蝕趨于嚴(yán)重，疲勞耗損趨于嚴(yán)重等問題，需要采用新的材料和相應(yīng)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)：二是燃煤量大，煙氣量大，排放粉塵量多，需要采用高效率的煙氣凈化技術(shù)；三是采用30-31MPa的高參數(shù)在設(shè)計(jì)、制造和平安可靠性方面尚有較高的風(fēng)險(xiǎn)．燃煤煙氣污染物控制技術(shù)由于現(xiàn)代化大型火力發(fā)電廠的除塵裝備比擬完善，除塵效率已高達(dá)99%以上，因此目前煙氣凈化的任務(wù)是研發(fā)低費(fèi)用、高效率的脫硫(S02)、脫硝(NO。)和二氧化碳的捕集與封存(CCS)技術(shù)，典型的煙氣凈化系統(tǒng)如圖2所示，(1)S02排放控制技術(shù)2005年，我國(guó)S02排放總量為2549萬(wàn)噸，占世界第一，比2000年增加了27%．其中燃煤電廠S02排放量占全國(guó)S02總排放量的52%，比2000年增加了58%[1]．煙氣脫硫技術(shù)經(jīng)歷了30多年的開展，已經(jīng)投入應(yīng)用的技術(shù)有十余種，其中80%以上為石灰石一石膏濕法技術(shù)，我國(guó)300MW及以上火電機(jī)組煙氣脫硫以石灰石一石膏濕法脫硫?yàn)橹鳎?00-300MW火電機(jī)組少量采用石灰石干法脫硫，沿海地區(qū)個(gè)別電廠采用海水脫硫等技術(shù)，石灰石一石膏濕法脫硫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下：技術(shù)成熟，脫硫率高〔可達(dá)95%以上〕，煙氣處理量大，煤種適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)高硫煤優(yōu)勢(shì)突出，吸收劑利用率高〔≥90%〕，但也存在如下缺點(diǎn)：易于結(jié)垢、堵塞，設(shè)備受磨損和腐蝕性高，投資費(fèi)用高，占地面積大，耗水量相對(duì)較大，有少量污水排放．(2)NO*排放控制技術(shù)我國(guó)大氣污染物中，NO*約60%來自于煤的燃燒．2000年，火電廠NO*，排放量為469萬(wàn)噸，2006年NO*排放量增到了850萬(wàn)噸，比2000年增長(zhǎng)了81,2%．目前，國(guó)內(nèi)外控制NO*排放的技術(shù)措施主要有兩大類：一是采用低NO*的燃燒技術(shù)，即通過改變?nèi)紵^程來有效地控制NO*的生成，這些技術(shù)主要包括低NO*，燃燒器、低過量空氣系數(shù)、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒等；二是尾部煙氣脫硝處理，即使用選擇性催化復(fù)原(SCR)和選擇性非催化復(fù)原(SNCR)兩種方式對(duì)NO*形成后的煙氣進(jìn)展凈化處理，我國(guó)低NO*，燃燒技術(shù)開場(chǎng)于20世紀(jì)80年代，主要有低氮燃燒器技術(shù)、空氣分級(jí)燃燒技術(shù)、燃料分級(jí)燃燒技術(shù)，低NO*燃燒技術(shù)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，但不能滿足較高的NO*排放標(biāo)準(zhǔn)．SCR技術(shù)最早是在1950年代由美國(guó)人首先提出來的，是目前國(guó)際上技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)，其反響原理為：在催化劑作用下，向煙氣中噴入氨，將NO*復(fù)原成N2和H20．該技術(shù)具有脫除效率高，無(wú)副產(chǎn)物二次污染，裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，便于維護(hù)，反響溫度較低，催化劑不含貴金屬，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其主要缺點(diǎn)有氨泄漏；催化劑中毒或堵塞：過量的NH3可能會(huì)與02發(fā)生反響生成N20(N20是溫室氣體)．SNCR技術(shù)是把含氨基的復(fù)原劑噴入到鍋爐爐膛中，復(fù)原劑快速熱解成NH3，將煙氣中的NO2復(fù)原成N2和H20．SNCR技術(shù)是已投入商業(yè)運(yùn)行的比擬成熟的煙氣脫硝技術(shù)，具有建立周期短、投資少、脫硝效率中等等優(yōu)點(diǎn)，比擬適合于中小型電廠改造工程．(3)C02捕獲、埋存技術(shù)(CCS)及C02利用C02捕獲和埋存(CCS)是燃煤減排C02的主要方法，通常，C02捕獲的技術(shù)路線可以分為：燃燒前脫碳、燃燒后脫碳和富氧燃燒技術(shù)，如圖3所示，燃燒后的煙氣中別離和捕集C02技術(shù)有化學(xué)吸收法、物理吸收法、吸附法、膜別離法和低溫別離法等，燃燒前脫碳技術(shù)是將煤首先進(jìn)展氣化得到合成氣，在合成氣凈化后進(jìn)展變換，最終變?yōu)镃02和H2的混合物，再對(duì)C02和H2進(jìn)展別離．IGCC是典型的可以進(jìn)展燃燒前脫碳的系統(tǒng)。富氧燃燒技術(shù)首先要制取富氧或純氧，然后用氧氣代替空氣燃燒，生成的煙氣主要成分是C02和水蒸氣，很容易得到高濃度的C02，這可能需要重新設(shè)計(jì)鍋爐，同時(shí)會(huì)帶來燃燒、傳熱方面的新的問題，目前大型富氧燃燒技術(shù)正處于研究階段。捕集后液態(tài)化的C02如何處理也是一個(gè)有待深入研究的重大課題，主要包括被動(dòng)儲(chǔ)存和積極利用兩方面，地質(zhì)封存是封存C02方法之一，主要是將捕集后的C02注入到地下地質(zhì)構(gòu)造中及深海中，或者通過工業(yè)流程將其凝固在無(wú)機(jī)碳酸鹽之中，目前，還沒有找到大量利用C02的可行方案，因?yàn)槔肅02制造化學(xué)品要消耗能量而產(chǎn)生額外的C02，*些利用C02的過程〔如食品工業(yè)〕并不能到達(dá)固定C02的目的，未來最具開展前景的技術(shù)是利用C02提高石油采收率(EOR)，目前正處于工程示范階段．2.2循環(huán)流化床燃燒(CFBC)技術(shù)流化床燃燒技術(shù)是高效、低污染的新一代燃煤技術(shù)，它經(jīng)歷了從鼓泡流化床到循環(huán)流化床的開展過程，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是以處于快速流化狀態(tài)下的氣固流化床為根底的技術(shù)，具有易于大型化的特點(diǎn)，容量幾乎可以像煤粉爐那樣不受限制，基于循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的循環(huán)流化床燃煤鍋爐目前已能投入商業(yè)化燃煤發(fā)電運(yùn)營(yíng)，由于其煤種適應(yīng)性廣．燃燒效率高，以及爐內(nèi)脫硫脫硝等特點(diǎn)，近二十年來，大容量的循環(huán)流化床燃煤鍋爐取得了迅速的開展，目前，世界上單機(jī)最大容量循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電機(jī)組已達(dá)600MW．法國(guó)已投入單機(jī)容量250MW、蒸發(fā)量700t/h的CFBC鍋爐運(yùn)行，鍋爐效率90,5%，脫硫率93%,NO*排放低于250mg/Nm3．我國(guó)建立的第一個(gè)國(guó)產(chǎn)化300MW大型循環(huán)流化床機(jī)組—開遠(yuǎn)電廠工程，它的脫硫效率可達(dá)95%;NO*最高排放質(zhì)量濃度僅為標(biāo)準(zhǔn)限值的1／2；除塵效率達(dá)99.6%以上：各種廢水經(jīng)多級(jí)處理后可實(shí)現(xiàn)“零排放〞[3]．到目前為止，在我國(guó)**、**、**等地的發(fā)電廠中，已建成并投入運(yùn)行的有8臺(tái)300MW的大型循環(huán)流化床機(jī)組，與常規(guī)煤粉爐機(jī)組相比，循環(huán)流化床機(jī)組(CFB)具有效率高、污染低、煤種適應(yīng)性好的環(huán)保特性，不僅解決了S02和NO*的污染問題，又能燃用高灰、高硫和低熱值煤，而且可以燃燒木材和固體廢棄物，還可實(shí)現(xiàn)液體燃料的混合燃燒，是一項(xiàng)極為實(shí)用的技術(shù)，循環(huán)流化床燃煤鍋爐尚存在以下的問題[4]：(1)雖然循環(huán)流化床的燃燒效率與煤粉爐相當(dāng)，但除燃燒無(wú)煙煤等難燃煤種外，其飛灰含碳量仍略高于煤粉爐；(2)對(duì)固體顆粒別離設(shè)備的效率以及耐高溫和耐磨性能要求更高；(3)鍋爐系統(tǒng)的煙風(fēng)阻力較大，需要采用高壓鼓風(fēng)機(jī)，因此，存在風(fēng)機(jī)電耗高、噪音大等問題；(4)鍋爐受熱面的磨損嚴(yán)重；(5)燃燒控制系統(tǒng)比擬復(fù)雜；(6)流化床燃燒中的N20生成物大大高于常規(guī)的煤粉燃燒系統(tǒng)．N20是一種對(duì)大氣臭氧層破壞性極強(qiáng)的有害氣體，同時(shí)對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)也有毒害作用．2.3整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)技術(shù)目前，在干凈煤發(fā)電領(lǐng)域中，IGCC發(fā)電技術(shù)被普遍認(rèn)為是最具有競(jìng)爭(zhēng)力、最有開展前途的燃煤發(fā)電技術(shù)之一，自20世紀(jì)80年代中期開場(chǎng)運(yùn)行第一臺(tái)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)電站以來，全世界已建、在建和擬建的IGCC電站近30套，單機(jī)最大為美國(guó)的440MW機(jī)組，方案中容量最大的為德國(guó)的900MW和前蘇聯(lián)1000MW機(jī)組．IGCC發(fā)電技術(shù)把煤炭氣化、煤氣凈化技術(shù)與聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)結(jié)合在一起，具有以下明顯特點(diǎn)[5_7]：(1)燃料適應(yīng)性強(qiáng)，可利用高硫分、高灰分、低熱值的低品位煤以及常規(guī)火力發(fā)電技術(shù)不能承受的劣質(zhì)燃料〔固體或液體〕；(2)發(fā)電效率高，可達(dá)45%以上，高于同容量的燃煤機(jī)組5%以上；(3)環(huán)保性能優(yōu)良，粉塵排放低于10mg/m3，根本沒有脫硫副產(chǎn)品的二次污染，與同容量的燃煤電站相比，NO*和S02排放減少90%以上：(4)耗水量較少，只有常規(guī)火電廠耗水量的50%-70%；(5)可以實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)；(6)可以為較經(jīng)濟(jì)地去除C02創(chuàng)造條件，在IGCC發(fā)電系統(tǒng)中，通過對(duì)合成煤氣中CO轉(zhuǎn)換并進(jìn)展C02脫除，可實(shí)現(xiàn)C02零排放，是目前現(xiàn)有發(fā)電技術(shù)中減排溫室氣體最可行、最經(jīng)濟(jì)的方法。與同容量的常規(guī)火電機(jī)組相比，IGCC存在的主要問題[2]如下：(1)國(guó)外投產(chǎn)和運(yùn)行的IGCC示范電站僅有10余臺(tái)，運(yùn)行不穩(wěn)定，缺乏成熟的經(jīng)歷，如果不采用CCS技術(shù)，C02排放量也較高；(2)裝置系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)高(約為1400-1700美元／kWh)，因此，IGCC單機(jī)容量以300-600MW較適宜，還不宜大型化；(3)大容量煤氣化設(shè)備、高溫煤氣除塵及脫硫技術(shù)有待于進(jìn)一步開發(fā)；(4)系統(tǒng)的整體優(yōu)化配置和電站系統(tǒng)的控制技術(shù)有待于深入研究；(5)廠用電率高，由于IGCC電站需設(shè)置制氧設(shè)備用于提供氧氣作為煤的氣化劑，因此，其廠用電率通常高達(dá)10%-12%；(6)目前燃?xì)廨啓C(jī)葉片耐高溫及磨蝕的性能尚不能很好地滿足直接燃用煤氣的要求，需要進(jìn)一步的改良．2.4煤炭洗選技術(shù)加強(qiáng)煤炭洗選是實(shí)現(xiàn)資源價(jià)值最大化和實(shí)現(xiàn)煤物理學(xué)與可持續(xù)開展專題的干凈利用的重要途徑之一，我國(guó)原煤洗選加工中煉焦煤洗選占了很大比例，而真正進(jìn)入洗煤系統(tǒng)的動(dòng)力煤比例非常之小，其結(jié)果一是導(dǎo)致鍋爐熱效率下降，造成能源浪費(fèi)；二是加大運(yùn)輸負(fù)荷，造成運(yùn)力浪費(fèi)；三是排放煙塵量增加，造成大氣嚴(yán)重污染，煤炭洗選技術(shù)主要有：三產(chǎn)品重介及二產(chǎn)品重介工藝，煤泥加壓脫水工藝，噴射式浮選機(jī)及微泡浮選柱工藝技術(shù)等，煤炭洗選中存在的主要問題：我國(guó)原煤入洗比例只有30%左右，與美、英、澳等興旺國(guó)家〔入洗比例達(dá)55%-95%)相比[8]，相差甚遠(yuǎn)：煤炭洗選過程產(chǎn)生的污染物需要妥善處理，以防止二次污染．3煤的主要清潔技術(shù)的開展趨勢(shì)考慮煤炭利用技術(shù)的現(xiàn)狀及未來對(duì)環(huán)境保護(hù)更高的要求，未來煤炭高效干凈化利用必將是煤的高效燃燒、發(fā)電技術(shù)與燃煤污染物控制技術(shù)的結(jié)合，如超〔超〕臨界燃煤機(jī)組常規(guī)燃燒+燃燒后煙氣凈化技術(shù)，超〔超〕臨界燃煤機(jī)組富氧燃燒+燃燒后煙氣凈化技術(shù)，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)+燃燒前別離C02技術(shù)，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)等．3.1超〔超〕臨界燃煤機(jī)組常規(guī)燃燒+燃燒后煙氣凈化技術(shù)目前，超超臨界發(fā)電機(jī)組技術(shù)已經(jīng)成熟，由于蒸汽壓力和蒸汽溫度的提高，機(jī)組熱效率提高，供電煤耗降低．預(yù)期在未來的20-30年內(nèi)蒸汽溫度和壓力還將大幅度升高，對(duì)蒸汽溫度為7600C、壓力為35MPa的750MW燃煤超超臨界發(fā)電機(jī)組的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性研究說明，電廠凈效率將到達(dá)45%〔基于高位發(fā)熱量〕，發(fā)電煤耗為230-240g/kWh；如果采用兩次再熱方式，效率可到達(dá)47%，所有氣體與固體污染物排放將減少約1／4[9]．但是，當(dāng)超〔超〕臨界燃煤機(jī)組采用燃燒后別離C02技術(shù)，發(fā)電效率將會(huì)下降，效率降低的主要原因是：C02別離、壓縮和C02吸收劑再生時(shí)的能耗．3.2超〔超〕臨界燃煤機(jī)組富氧燃燒+燃燒后煙氣凈化技術(shù)燃料在氧氣和二氧化碳混合氣體中的燃燒，能大幅度地提高燃燒產(chǎn)物中的C02濃度，將會(huì)使別離和捕集C02的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單且本錢降低，同時(shí)可以大幅度減少甚至消除燃煤產(chǎn)生的其他污染物的排放，因此，目前該項(xiàng)技術(shù)被認(rèn)為是一項(xiàng)可以實(shí)現(xiàn)污染物零排放的新型燃煤干凈發(fā)電技術(shù)，正處于實(shí)驗(yàn)研究與工程示范階段，富氧燃燒過程如圖4所示，由表1可知，富氧燃燒可以提高鍋爐效率2%-7%，但凈效率下降4%-11%，主要原因是富氧燃燒增加了電耗，使廠用電率增加，凈效率下降：但如果考慮捕集C02的環(huán)境效益，則是有利的，隨著科學(xué)技術(shù)的開展，會(huì)進(jìn)一步降低由于增加02／C02燃燒方式后的能耗，從而提高凈循環(huán)效率．3.3循環(huán)流化床燃燒(CFBC)技術(shù)我國(guó)煤炭包括種類繁多的劣質(zhì)煤，還有大量的煤矸石和洗煤泥，要合理利用這些資源，循環(huán)流化床鍋爐是首選，未來，我國(guó)將建立一批利用煤矸石資源和燃用普通動(dòng)力煤的循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組，清華大學(xué)、**熱工研究院等單位，在國(guó)家科技部支撐方案的支持下，已經(jīng)開展600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的相關(guān)研究工作，三大鍋爐廠已分別提出了各自的600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)方案．600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的示范工程的啟動(dòng)，標(biāo)志著我國(guó)干凈煤發(fā)電技術(shù)步入了更高的臺(tái)階，該機(jī)組的主要優(yōu)點(diǎn)如下：(1)具有較高的機(jī)組發(fā)電效率，脫硫運(yùn)行本錢比煤粉爐尾部煙氣脫硫(FGD)低50%以上，而投資與煤粉爐加FGD持平；(2)在不需要采用其他技術(shù)措施的情況下，可將NO*排放值減至200mg/m3以下，低于國(guó)內(nèi)目前采用超細(xì)粉再燃技術(shù)的同容量燃用褐煤的煤粉爐的NO*排放值；(3)和具有高發(fā)電效率的先進(jìn)的IGCC技術(shù)相比，在電廠的復(fù)雜性、可靠性、投資本錢等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)．3.4整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)(IGCC)+燃燒前別離C02技術(shù)先進(jìn)IGCC技術(shù)在能源轉(zhuǎn)化效率、常規(guī)污染物脫除與別離C02方面獨(dú)具技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的整體優(yōu)勢(shì)，是一種在國(guó)內(nèi)外都很有前途的開展中的高新技術(shù)，我國(guó)電力行業(yè)2008年以來方案建立20套以上200-400MW的IGCC發(fā)電機(jī)組．IGCC+燃燒前別離C02技術(shù)，比沒有C02的捕集與封存(CCS)技術(shù)時(shí)增加了給煤量，發(fā)電效率也有所下降，但可以去除90%以上的C02，減輕溫室效應(yīng)，未來隨著技術(shù)不斷開展，采用CCS技術(shù)本錢會(huì)下降，C02捕獲技術(shù)與IGCC結(jié)合，是最有競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)電技術(shù)，且C02捕獲投資費(fèi)用要比燃煤發(fā)電的費(fèi)用低，如果不考慮CCS，則IGCC的發(fā)電本錢比超超臨界煤粉鍋爐發(fā)電機(jī)組(USCPC)高，但如果考慮CCS，則IGCC優(yōu)于US-CPC，這對(duì)現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組未來實(shí)現(xiàn)CCS的改造有利．4完畢語(yǔ)(1)高效率的燃煤發(fā)電機(jī)組物特別是超〔超〕臨界燃煤機(jī)組+燃燒后煙氣凈化技術(shù)，是我國(guó)煤的清潔利用的主要技術(shù)，將在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)為我國(guó)煤炭的高效率、低污染的燃燒發(fā)電發(fā)揮頭等重要的作用．(2)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是近幾年來開展迅速的煤的清潔利用技術(shù)，在劣質(zhì)燃料利用和污染物排放控制方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)將使它得到更大規(guī)模的應(yīng)用．(3)以煤的氣化技術(shù)為核心的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)是未來干凈煤技術(shù)開展的方向，因此與之相關(guān)的煤的氣化技術(shù)和燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)也會(huì)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步．(4)隨著溫室氣體C02引起的氣候變化問題受到越來越廣泛的關(guān)注，C02的捕集與封存技術(shù)及富氧燃燒別離C02的技術(shù)會(huì)得到極大的開展，C02的捕集與封存技術(shù)可能會(huì)成為未來人們考慮能源利用的出發(fā)點(diǎn)，參考文獻(xiàn)[1]黃其勵(lì)中國(guó)燃煤發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀和開展清潔化石能源研討會(huì)，**，2007,10[HuangQL．TheNowandFutureofCoal-firedElectricityGenerationTechnologyinChina.TheWorkshopofCleanFossilFuelEnergy.*ian,Oct.2007(inChinese)][2]閻維平．干凈煤發(fā)電技術(shù)．：中國(guó)電力，2008.[YanWPCleanCoalPowerGenerationTechnology.Beijing:ChinaElectricPowerPress,2008(inChinese)][3]工程動(dòng)態(tài)：國(guó)產(chǎn)化300MW