煤的清潔利用技術(shù)的現(xiàn)狀

-.z.ADDINKISM.UserStyle煤的干凈燃燒與高效利用技術(shù)摘要：煤炭是我國(guó)的主要根底能源，如何實(shí)現(xiàn)其干凈燃燒與高效利用，對(duì)我國(guó)的能源政策和能源平安、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)開展等均具有十分重要的意義。本文首先闡述了煤的干凈燃燒與高效利用技術(shù)研究背景，重點(diǎn)論述了燃燒前的凈化加工技術(shù)、燃燒中的凈化燃燒技術(shù)和燃燒后的凈化處理技術(shù)，以及煤的高效利用技術(shù)等。列出了干凈燃燒與高效利用技術(shù)的特點(diǎn)，提出了幾點(diǎn)我國(guó)開展干凈燃燒與高效利用技術(shù)的建議措施。關(guān)鍵詞：煤炭；干凈燃燒；高效利用引言煤是世界上最豐富的化石燃料資源，是除石油以外的世界第二大需求能源。煤的含量高，氫含量少〔只有5%〕。此外，還含有少量的氮、硫、氧等元素，以及無(wú)機(jī)礦物質(zhì)。煤燃燒后排放的粉塵、SO2、NO*、CO、C*Hy、CO2等對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重污染和破壞[1]。我國(guó)化石燃料的特點(diǎn)是貧油少氣富煤，在未來(lái)30至50年，以煤為主的能源構(gòu)造不會(huì)發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。20世界80年代中期，干凈煤技術(shù)在美國(guó)興起，干凈煤技術(shù)是指在煤開采、加工轉(zhuǎn)化、燃燒等方面減少污染和提高利用效率的新技術(shù)的總稱。干凈煤燃燒技術(shù)是國(guó)際上目前最先進(jìn)的燃燒技術(shù)[2]，該技術(shù)能夠較好地解決環(huán)保問(wèn)題和節(jié)能問(wèn)題，開展和推廣這一新技術(shù)，將成為我國(guó)促進(jìn)以煤為主的能源系統(tǒng)向資源節(jié)約和環(huán)境無(wú)害的可持續(xù)模式轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵戰(zhàn)略措施之一，它是改變我國(guó)目前能源構(gòu)造的主要措施，已受到國(guó)家的高度重視。一、煤的干凈燃燒技術(shù)煤的干凈燃燒技術(shù)主要包括燃燒前的凈化加工技術(shù)、燃燒中的凈化燃燒技術(shù)和燃燒后的凈化處理技術(shù)[3]。圖1煤的干凈燃燒圖解〔一〕凈化加工技術(shù)燃燒前的凈化加工技術(shù)主要包括洗選、型煤加工和水煤漿技術(shù)。〔1〕煤洗選技術(shù)煤洗選是利用煤和雜質(zhì)〔矸石〕的物理、化學(xué)性質(zhì)的差異，通過(guò)物理、化學(xué)或微生物分選的方法使煤和雜質(zhì)有效別離，并加工成質(zhì)量均勻、用途不同的煤產(chǎn)品的一種加工技術(shù)。選煤方法可分為物理選煤、物理化學(xué)選煤、化學(xué)選煤及微生物選煤等。物理選煤和物理化學(xué)選煤技術(shù)是實(shí)際選煤生產(chǎn)中常用的技術(shù)，一般可有效脫除煤中礦物質(zhì)和無(wú)機(jī)硫〔黃鐵礦硫〕，化學(xué)選煤和微生物還可脫除煤中有機(jī)硫。我國(guó)主要選煤方法以跳汰、重介質(zhì)和浮選3種工藝為主，其中重介質(zhì)洗選生產(chǎn)工藝占的比重最大。目前，由我國(guó)自行研制開發(fā)的洗選設(shè)備已滿足4Mt/a選煤廠建立的需要，跳汰機(jī)、重介質(zhì)分選機(jī)、無(wú)壓入料重介質(zhì)旋流器、浮選機(jī)等許多設(shè)備已形成系列，接近或到達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。〔2〕型煤加工技術(shù)型煤是用一種或數(shù)種煤按照本身特性經(jīng)科學(xué)配合摻混一定比列的黏合劑、固硫劑、膨松劑等經(jīng)加工成具有一定集合形狀和有一定的物化性能〔冷強(qiáng)度、熱強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、防水性等〕的塊狀燃料或原料。型煤技術(shù)的節(jié)能和環(huán)境效益十分顯著，型煤固硫劑多以生石灰、石灰石、白云石等為原料，其主要固硫成分是CaO，可有效降低煤燃燒過(guò)程中的SO2排放。脫硫劑為生石灰的總反響式為：CaO+SO2+2H2O=CaSO3·2H2O我國(guó)型煤技術(shù)的開展比擬緩慢，起步也比擬晚，20世紀(jì)50年代后期，我國(guó)開場(chǎng)研究民用型煤，直到20世紀(jì)六七十年代，國(guó)才開展了大規(guī)模的民用型煤研究。目前，我國(guó)型煤主要包括工業(yè)型煤和民用型煤兩大類。工業(yè)型煤包括工業(yè)鍋爐用型煤、蒸汽機(jī)車用型煤、煤氣發(fā)生爐用型煤等；民用型煤包括蜂窩煤和煤球?！?〕水煤漿技術(shù)水煤漿技術(shù)是20世紀(jì)70年代世界圍的石油危機(jī)中產(chǎn)生的一種以煤代油的煤利用新方式。其主要技術(shù)特點(diǎn)是將煤、水、局部添加劑參加球磨機(jī)中，經(jīng)磨碎后成為一種類似石油一樣的可以流動(dòng)的煤基流體燃料。水煤漿具有較好的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，可以像石油產(chǎn)品一樣儲(chǔ)存、運(yùn)輸，并且具有不易燃、無(wú)污染的優(yōu)良特性，是目前比擬經(jīng)濟(jì)的清潔煤代油燃料。近年來(lái)，我國(guó)水煤漿技術(shù)迅速開展，水煤漿制漿用原煤圍進(jìn)一步擴(kuò)寬，從長(zhǎng)煙煤、褐煤到貧煤和無(wú)煙煤，特別是低階煤制高濃度水煤漿獲得較大成功。2008年，制漿能力達(dá)2000萬(wàn)t/a〔不包含氣化用水煤漿3500萬(wàn)t/a〕，最大水煤漿廠規(guī)模到達(dá)100萬(wàn)～200萬(wàn)t/a。目前，我國(guó)自行研制的水煤漿燃燒技術(shù)已經(jīng)在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位，并到達(dá)產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用階段?！捕橙紵械膬艋紵夹g(shù)燃燒中的凈化燃燒技術(shù)主要是流化床燃燒技術(shù)和先進(jìn)燃燒器技術(shù)ADDINKISM.Ref.{B5ED34524D56458eA513E80A5F535365}[3]。流化床又叫做沸騰床，有泡床和循環(huán)床兩種，由于燃燒溫度低可減少氮氧化物排放量，煤中添加石灰可減少二氧化硫排放量，爐渣可以綜合利用，能燒劣質(zhì)煤；先進(jìn)燃燒器技術(shù)是指改良鍋爐、窖爐構(gòu)造與燃燒技術(shù)，減少二氧化硫和氮氧化物排放量的技術(shù)?！踩橙紵蟮膬艋幚砑夹g(shù)燃燒后的凈化處理技術(shù)主要有消煙除塵、脫硫脫氮技術(shù)[4-5]。〔1〕除塵技術(shù)，常用的除塵器有旋風(fēng)除塵器、靜電除塵器和布袋除塵器等，除塵技術(shù)中主要是采用各種高效除塵系統(tǒng)進(jìn)展有效除塵，其中靜電除塵器和布袋除塵器的效率都可達(dá)99%以上?！?〕脫硫技術(shù)，有干法和濕法之分。干法是用漿狀石灰噴霧與煙氣中二氧化硫反響，生成枯燥顆粒硫酸鈣，用收塵器收集；濕法是用石灰水淋洗煙塵，生成漿狀亞硫酸鈣排放，它們的脫硫效率可達(dá)95%以上?！?〕脫硝技術(shù)，包括選擇性催化復(fù)原(SCR)、選擇性非催化復(fù)原(SNCR)技術(shù)等，SCR技術(shù)是在鍋爐尾部安裝SCR反響器，使用催化劑使NO*復(fù)原為氮?dú)猓涿撓跣士蛇_(dá)90%以上；SNCR技術(shù)是在鍋爐尾部適當(dāng)?shù)奈恢眉皽囟葒娙税被蚰蛩?，將NO*復(fù)原為氮?dú)?，降低氮氧化物排放，其脫硝率可達(dá)80%以上。二、煤的高效利用技術(shù)煤的高效利用是根據(jù)終端需要，將經(jīng)過(guò)干凈加工的煤作為燃料或原料使用，從而實(shí)現(xiàn)煤資源的珍貴價(jià)值。煤的高效利用包括高效燃燒和高效轉(zhuǎn)化。高效燃燒是將煤作為燃料使用，可將煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)化熱能直接加以利用和將煤的化學(xué)能先轉(zhuǎn)化為熱能再轉(zhuǎn)化電能加以利用兩種方式。圖2煤的高效利用技術(shù)〔一〕煤的氣化技術(shù)煤的氣化[6]是指煤在特定的設(shè)備，在一定溫度及壓力下使煤中有機(jī)質(zhì)與氣化劑發(fā)生一系列化學(xué)反響，將固體煤轉(zhuǎn)化為含有CO、H2、CH4、等可燃?xì)怏w和CO2、N2等不可燃?xì)怏w的過(guò)程。煤經(jīng)氣化后無(wú)煙、無(wú)硫、無(wú)灰，可大大減少環(huán)境污染。煤在氣化過(guò)程中主要發(fā)生以下反響：C*HyOzC+H2+COC+H2OCO+H2C+CO2COCO+H2CH4+H2OCO2+O2CO2CO+O2CO2CH4+O2CO2+H2O按煤和氣化劑在氣化爐中的流體力學(xué)狀態(tài)分類，氣化方法可分為三大類：固定床氣化法、流化床氣化法氣、流床氣化法?！?〕固定床氣化法固體氣化原料在高溫下與氣化劑發(fā)生氧化復(fù)原反響，產(chǎn)生以H2、CO和CH4為有效氣體的煤氣，氣化爐原料床層相對(duì)穩(wěn)定或隨著原料的消耗緩慢向下移動(dòng)。固體原料由氣化爐頂參加，灰渣從氣化爐底排除，氣化劑由爐底通過(guò)爐柵送入爐，生成的煤氣由爐頂導(dǎo)出?！?〕流化床氣化法采用0～10mm的小顆粒煤作為氣化原料，氣化劑為蒸氣/空氣或蒸氣/氧氣，氣化劑自下而上經(jīng)過(guò)床層。依據(jù)原料的力度分布和濕度，控制氣化劑的流速，使床原料煤全部處于流化狀態(tài)，在劇烈攪動(dòng)和回混中，煤粒和氣化劑充分接觸，進(jìn)展化學(xué)反響和熱量傳遞。利用碳燃燒放出的熱量，使煤?？菰锔绅s和氣化。流化床氣化爐，主要進(jìn)展的是碳的燃燒反響，二氧化碳的復(fù)原反響，水蒸氣分解反響，水煤氣變換反響。通過(guò)上述化學(xué)反響生成的煤氣夾帶大量細(xì)小微粒(其中70%為灰渣和局部未反響完全的碳粒)由爐頂離開氣化爐，局部密度較重的渣粒由爐底排出?！?〕氣流床氣化法氣化劑(氧氣和水蒸氣)夾帶著煤粉或煤漿，通過(guò)特殊噴嘴送入爐膛，在高溫輻射作用下，氧煤混合物瞬間被點(diǎn)燃，并迅速燃燒，燃燒使煤粒干餾并且使干餾產(chǎn)物分解，同時(shí)煤焦被氣化，生成CO和H2等組成的煤氣和熔渣的氣化過(guò)程。氣流床氣化的顯著優(yōu)點(diǎn)是煤種適應(yīng)性強(qiáng)，原料煤的粘結(jié)性，機(jī)械強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性等對(duì)氣流床氣化過(guò)程幾乎沒(méi)有影響。它還具有氣化溫度高，強(qiáng)度大，煤氣不含焦油等優(yōu)點(diǎn)。但由于氣流床氣化要求使用盡可能細(xì)的煤粉〔70%到80%煤粒＜200網(wǎng)目〕，故需要龐大的制粉設(shè)備，同時(shí)為回收煤氣中的余熱及灰塵也需要復(fù)雜的余熱回收及除塵設(shè)備，因此設(shè)備投資較高。〔二〕煤的液化技術(shù)煤的液化技術(shù)是將固體煤轉(zhuǎn)化為液體燃料、化工原料和產(chǎn)品的先進(jìn)干凈煤技術(shù)。可分為煤的直接液化技術(shù)和煤的間接液化技術(shù)[7-8]。〔1〕煤的直接液化技術(shù)煤的直接液化技術(shù)是將固體煤在高溫高壓下與氫反響，使其降解和加氫從而轉(zhuǎn)化為液體油類的工藝，又稱加氫液化。煤直接液化可生產(chǎn)干凈優(yōu)質(zhì)汽油、柴油和航空燃料，工藝流程如圖3所示。該工藝是把煤先磨成粉，再和自身產(chǎn)生的液化重油〔循環(huán)溶劑〕配成煤漿，在高溫〔450℃〕和高壓〔20-30MPa〕下直接加氫，將煤轉(zhuǎn)化成汽油、柴油等石油產(chǎn)品。1t枯燥無(wú)灰煤可產(chǎn)500～600kg油，加上制氫用煤，3～4t原煤可產(chǎn)1t成品油。圖3煤的直接液化工藝流程簡(jiǎn)圖〔2〕煤的間接液化技術(shù)煤的間接液化技術(shù)是先將煤氣化成合成氣〔氫氣和一氧化碳〕，然后在催化劑作用下合成燃料油、化工原料和產(chǎn)品。其工藝流程如圖4所示。煤的簡(jiǎn)介液化工藝具有以下特點(diǎn)：①適用煤種比直接液化廣泛；②可以在現(xiàn)有化肥廠已有氣化爐的根底上實(shí)現(xiàn)合成汽油；③反響壓力為3MPa，低于直接液化，反響溫度為550℃，高于直接液化；〔油收率低于直接液化，5～7t煤才可產(chǎn)出1t油，所以產(chǎn)品油本錢比直接液化高得多。圖4煤的間接液化工藝流程簡(jiǎn)圖〔3〕煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)[9]是指煤、水蒸氣和氧氣在氣化爐中反響產(chǎn)生中低熱值粗煤氣，經(jīng)過(guò)凈化裝置除去粗煤氣中的硫化物、氮氧化物、粉塵等污染物，變?yōu)楦蓛舻臍怏w燃料，燃燒后驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)展發(fā)電，并且還利用高溫粗煤氣余熱和煙氣余熱在廢熱鍋爐產(chǎn)生高壓過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。它不僅提高了煤的有效利用率，還有優(yōu)良的環(huán)保性能，為煤的干凈高效利用帶來(lái)了光明。圖5煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電流程簡(jiǎn)圖〔4〕燃煤磁流體發(fā)電技術(shù)燃煤磁流體發(fā)電技術(shù)[10]亦稱為等離子體發(fā)電，它是磁流體發(fā)電的典型應(yīng)用，當(dāng)通過(guò)燃燒煤而得到的高溫等離子體以高速流過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，氣體中的電子受磁力作用，沿著與磁力線垂直的方向流向電極，發(fā)出直流電，直流電經(jīng)逆變?yōu)榻涣麟娝腿虢涣麟娋W(wǎng)。磁流體發(fā)電系統(tǒng)由燃燒室、磁體和發(fā)電通道三大主要部件構(gòu)成,燃燒室提供高溫高速導(dǎo)電流體，傳統(tǒng)動(dòng)力裝備的兩段能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是在同一個(gè)設(shè)備—處于磁場(chǎng)環(huán)境中的發(fā)電通道發(fā)生的。因此，磁流體發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是,把傳統(tǒng)火力發(fā)電廠的汽輪機(jī)所承當(dāng)?shù)臒崮堋獧C(jī)械能轉(zhuǎn)換功能和發(fā)電機(jī)所承當(dāng)?shù)臋C(jī)械能——電能轉(zhuǎn)換功能集于一身，而且主要部件都不是轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，磁流體發(fā)電技術(shù)的開展無(wú)疑將導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備的革命。三、總結(jié)推進(jìn)煤炭高效清潔利用，開展綠色生態(tài)煤炭工業(yè)是我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開展的必由之路。為了改變目前我國(guó)煤炭資源利用過(guò)程存在主要的問(wèn)題，建議采取如下措施。〔1〕煤炭是我國(guó)重要的根底能源,煤炭工業(yè)可持續(xù)開展關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和能源的平安大局。大力推進(jìn)煤炭高效、清潔、節(jié)約、平安開發(fā)與利用，對(duì)保證開展生態(tài)和具有平安保障能力的能源體系，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)開展模式的轉(zhuǎn)變，具有十分重要的意義。因此，必須受到高度重視。應(yīng)該制定一套完善的煤炭高效清潔利用與監(jiān)管的制度體系，保證其新技術(shù)的推廣應(yīng)用?！?〕大力推廣日趨成熟的煤炭高效洗選、燃前脫硫和煙氣脫硫、循環(huán)流化床燃燒、煤炭直接與間接液化、大規(guī)模煤氣化、煤制油及煤化工等技術(shù)；加快研發(fā)以煤為根底的煤氣、煤電熱和煤化工等多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。提高煤炭綜合開發(fā)利用的質(zhì)量，培育煤炭企業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)?！?〕重視煤與煤伴生資源的綜合開發(fā)、深度加工、清潔利用，開展生態(tài)煤炭工業(yè)；遵循“減量化、再利用、再循環(huán)〞原則,加大礦井廢水、煤研石、煤泥、粉煤灰、塌陷地等資源利用技術(shù)的研究開發(fā)與利用力度，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶，循環(huán)利用。參考文獻(xiàn)[1]于秀娥.我國(guó)能源平安的可行性戰(zhàn)略選擇[J].理論探索,2009(3):86-87.[2]程黎花.高效清潔煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)現(xiàn)狀[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2006,16(11):42-43.[3]呂俊復(fù),凌曉聰,于龍等.國(guó)產(chǎn)化200MW循環(huán)流化床鍋爐方案研究[J].鍋爐制造,2002(3):1-5.[4]苗江平.煤礦粉塵防治技術(shù)探討[J].中小企業(yè)管理與科技.2009,5(4):283-284[5]毅,馬雙忱,黃建軍等.煙氣循環(huán)流化床同時(shí)脫硫脫