潔凈煤技術(shù)

1、什么是潔凈煤？

潔凈煤(CleanCoal)一詞是80年代初期美國和加拿大關(guān)于解決兩國邊境酸雨問題談判的特使德魯·劉易斯(Drew Lewis，美國)和威廉姆·戴維斯(WilliamDavis，加拿大)提出的。潔凈煤技術(shù)(Clean Coal Technology，簡稱CCT)的含義是：旨在減少污染和提高效率的煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)化和污染控制等新技術(shù)的總稱。當(dāng)前，潔凈煤技術(shù)已成為世界各國解決環(huán)境問題主導(dǎo)技術(shù)之一，也是高技術(shù)國際競(jìng)爭的一個(gè)重要領(lǐng)域。

由于中國煤炭開采和利用的特點(diǎn)決定，中國潔凈煤技術(shù)領(lǐng)域與國外潔凈煤技術(shù)領(lǐng)域重點(diǎn)放在燃燒發(fā)電技術(shù)上有所不同，涵蓋從煤炭開采到利用全過程，是煤炭開發(fā)和利用中旨在減少污染和提高效率的煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)化和污染控制等新技術(shù)的總稱，其內(nèi)容包括潔凈生產(chǎn)技術(shù)、潔凈加工技術(shù)、高效潔凈轉(zhuǎn)化技術(shù)、高效潔凈燃烷與發(fā)電技術(shù)和燃煤污染排放治理技術(shù)等。

烏魯木齊社區(qū)居民用上了潔凈煤。從2005年開始，潔凈煤在新疆全面推廣使用。攝影/李雄心/CFP

2、潔凈煤技術(shù)內(nèi)容：

按照國務(wù)院1997年批準(zhǔn)的《中國潔凈煤技術(shù)九五計(jì)劃和2010年發(fā)展規(guī)劃》，中國潔凈煤技術(shù)包含四個(gè)領(lǐng)域、十四項(xiàng)技術(shù)：

1) 煤炭加工領(lǐng)域：選煤、型煤、水煤漿；

煤炭加工是指在原煤投入使用之前，以物理方法為主對(duì)其進(jìn)行加工，這是合理用煤的前提和減少燃煤污染的最經(jīng)濟(jì)的途徑。主要包括煤炭洗選、型煤、水煤漿制備。常規(guī)的物理選煤可除去煤中的60%的灰分和約50%的黃鐵礦硫。煤炭經(jīng)洗選可大大提高燃燒效率，大大減少污染物排放，入選1億噸原煤一般可減少燃煤排放的SO2，100～150萬噸，成本僅為洗滌煙氣脫硫的十分之一。型煤是具有發(fā)展中國家特點(diǎn)的潔凈煤技術(shù)，與燒散煤相比，可節(jié)煤20%～30%，減少黑煙排放80%～90%，顆粒物減少70%～90%，S02減少40%～60%；水煤漿是新型的煤，代油燃料，優(yōu)質(zhì)煤制成水煤漿其灰分小于8%，硫分小于1%，燃燒效率高，煙塵、S02、NOx等排放都低于燃油和散煤，一般1.8～2.1噸水煤漿可代替1噸重油。

2) 煤炭高效燃燒與先進(jìn)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域：CFBC、PFBC、IGCC；

煤炭高效、潔凈燃燒與發(fā)電技術(shù)是潔凈煤技術(shù)的核心。從煤炭中獲取能量主要靠燃燒，目前以循環(huán)流化床鍋爐(CFBC)的適應(yīng)煤種廣，燃燒效率高，且易于實(shí)施床內(nèi)脫硫，與常規(guī)粉煤鍋爐比S02、NOx,可減少50%以上，較采用粉煤鍋爐加凈化裝置可節(jié)約投資10%～15%。CFBC(包括常壓AFBC、增壓PFBC)是近年來國際上競(jìng)相發(fā)展的潔凈燃燒技術(shù)；發(fā)展高效低污染粉煤燃燒(先進(jìn)的燃燒器)應(yīng)以穩(wěn)燃、高效、低污染和防結(jié)渣作為開發(fā)燃煤技術(shù)與燃燒器的目標(biāo)；燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電包括煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(1GCC)和增壓流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(PFBC—CC等)是新—代高效、潔凈燃煤發(fā)電技術(shù)。IGCC電廠供電效率可達(dá)50%～52%，脫硫率可達(dá)99%，NOx排放只有常規(guī)電廠的15%～30%、耗水只是常規(guī)電廠的1／3到1／2。

3) 煤炭轉(zhuǎn)化領(lǐng)域：氣化、液化和燃料電池；

煤炭轉(zhuǎn)化是指以化學(xué)方法為主將煤炭轉(zhuǎn)化為潔凈的燃料或化工產(chǎn)品，包括煤炭氣化、煤炭液化和燃料電池。煤炭轉(zhuǎn)化以氣化為先導(dǎo)，以碳一化工為重點(diǎn)，走燃料化工和煤深加工的技術(shù)路線。作為化工原料，煤化工在芳烴生產(chǎn)方面有石油化工和天然氣化工所不具備的優(yōu)勢(shì)。煤炭氣化包括完全氣化、溫和氣化(低溫?zé)峤?和地下氣化是實(shí)現(xiàn)煤炭潔凈利用的先導(dǎo)技術(shù)和主要途徑。多年來針對(duì)不同用戶開發(fā)了多種氣化工藝。從發(fā)展趨勢(shì)看應(yīng)優(yōu)選煤種適應(yīng)廣、技術(shù)先進(jìn)的流化床和氣流床氣化技術(shù)；煤炭液化是將煤在適宜的反應(yīng)條件下轉(zhuǎn)化為潔凈的液體燃料和化工原料。工藝上分為直接(加氫)液化和間接(先氣化)液化和由直接液化派生的.煤油(廢塑料等)共煉工藝。發(fā)展替代液體燃料是一項(xiàng)帶戰(zhàn)略意義的任務(wù)；燃料電池是直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，目前國際上已經(jīng)開發(fā)出數(shù)種不同類型的燃料電池，主要用于航天器的動(dòng)力，使用的主要燃料為氫氣和甲烷氣。

以煤氣化制氫和氫能發(fā)電，對(duì)二氧化碳進(jìn)行分離和處理，實(shí)施“綠色煤電”發(fā)展戰(zhàn)略，使煤炭發(fā)電符合可持續(xù)發(fā)展的要求。 攝影/謝正軍/CFP

4) 污染排放控制與廢棄物處理領(lǐng)域：煙氣凈化、電廠粉煤灰綜合利用、煤層氣的開發(fā)利用、煤矸石和煤泥水的綜合利用。

污染排放控制與廢棄物處理：工業(yè)污染防治要逐步從生產(chǎn)末端治理轉(zhuǎn)到源頭和生產(chǎn)全過程的控制，把分散治理與集中控制結(jié)合起來，把濃度控制與總量控制結(jié)合起來，并把燃煤所造成的污染放在突出位置。因此，對(duì)煤炭開發(fā)利用中產(chǎn)生的污染和廢棄物進(jìn)行控制和處理是實(shí)現(xiàn)國家環(huán)保目標(biāo)使煤炭成為高效、潔凈、可靠能源的重要環(huán)節(jié)。煙氣凈化是清除煤炭燃燒產(chǎn)生的煙氣中的有害物質(zhì)(灰塵、S02、NOX)。在我國燃煤鍋爐排放的煙塵、二氧化硫、氮氧化物是空氣污染的主要原因。從各個(gè)環(huán)節(jié)脫除煤中的硫是潔凈煤技術(shù)的重要內(nèi)容。

廢棄物處理主要包括對(duì)煤炭開采和利用過程中所產(chǎn)生的矸石、煤層甲烷、煤泥、礦井水及燃煤電站所產(chǎn)生的粉煤灰等進(jìn)行處理。我國礦區(qū)煤矸石每年的排放量約為1.5～2億噸，主要利用途徑是發(fā)電、生產(chǎn)水泥和燒磚，但利用總量較少。煤層甲烷(又稱煤層瓦斯或煤層氣)是與煤共生，開采煤炭時(shí)從煤體內(nèi)析出。它是一種優(yōu)質(zhì)能源，但同時(shí)又是煤炭開采的一種主要災(zāi)害，其大量排空對(duì)全球環(huán)境變化(溫室效應(yīng))有較大影響。我國煤層氣的開發(fā)利用程度還很低，主要是采取井巷抽放，但氣體利用價(jià)值低，地面開采尚處于探索研究階段，正在開展示范工程并與國外進(jìn)行合作勘探。粉煤灰是燃煤電站排出的固體廢棄物，歐美發(fā)達(dá)國家的大型電廠已將煙氣凈化。粉煤灰被大量應(yīng)用于筑路、生產(chǎn)水泥和優(yōu)質(zhì)混凝土、制磚及其它建材，并將粉煤灰大量用于建筑高速公路。中國粉煤灰研究和利用的重點(diǎn)是大用量方向，如摻于混凝土中建橋、建壩、高層建筑底板、核發(fā)電站的安全殼等，已經(jīng)建設(shè)完成的三峽工程估計(jì)用粉煤灰量達(dá)133.8萬噸。我國煤礦大量礦井水外排與礦區(qū)嚴(yán)重缺水局面并存，許多礦井水含有大量懸浮物及少量有害元素。因此，最大限度地處理和凈化礦井水，使之資源化，對(duì)減少礦區(qū)環(huán)境污染、緩解干旱缺水地區(qū)用水緊張情況起到積極作用。目前，主要的礦井水處理方法有混凝沉淀法、電滲析法、反滲透法和中和法。

英國埃塞克斯郡提爾布里（Tilbury）裝機(jī)100萬千瓦的潔凈煤發(fā)電廠。 攝影/CFP

3、潔凈煤技術(shù)的重要地位：

當(dāng)前中國能源以煤炭為主，在一段較長時(shí)間內(nèi)這種局面難以改變。煤炭利用中嚴(yán)重污境、排放大量溫室氣體。推廣用潔凈煤技術(shù)可大幅度提高煤炭利用效率、減少污染凈地轉(zhuǎn)化為液體、氣體燃料，保障能源安全。發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，是當(dāng)前中國能源發(fā)展的現(xiàn)實(shí)選擇和必然要求。

從長遠(yuǎn)看，新能源和可再生能源要大量取代化石能源是一項(xiàng)十分艱巨的任務(wù)，絕非一朝一夕可以實(shí)現(xiàn)的，況且與化石能源相比，非水可再生能源依然昂貴。預(yù)計(jì)二十一世紀(jì)的上半葉化石能源在中國仍將占主要地位，煤炭仍將占有重要地位。在這段過渡時(shí)期中，將主要依靠高效節(jié)能技術(shù)、潔凈煤技術(shù)等化石能源的高效、潔凈開發(fā)利用技術(shù)，緩解化石能源的枯竭，大幅度減少環(huán)境污染及溫室氣體排放，為迎來能源高效、潔凈、永續(xù)利用的新時(shí)代的橋梁。

4、中國潔凈煤技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的重點(diǎn)：

當(dāng)前，潔凈煤技術(shù)的重要性已受到政府和社會(huì)的廣泛關(guān)注，但還缺乏國家對(duì)潔凈煤技術(shù)的研究、開發(fā)和示范的有效投入和激勵(lì)政策，致使?jié)崈裘杭夹g(shù)的開發(fā)應(yīng)用還滯后于可持續(xù)發(fā)展的需要。發(fā)達(dá)國家的一些先進(jìn)技術(shù)往往比較昂貴，在能源激烈競(jìng)爭的市場(chǎng)上還不具備經(jīng)濟(jì)，也有些技術(shù)還不能適應(yīng)中國的具體需求。此外，有些傳統(tǒng)觀念、習(xí)慣也阻礙了機(jī)制、管理和技術(shù)的創(chuàng)新。為促進(jìn)中國潔凈煤技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用，應(yīng)根據(jù)市場(chǎng)的需求，確定出重點(diǎn)，明確適合于中、近期推廣應(yīng)用的技術(shù)項(xiàng)目，開展國內(nèi)、國際合作的研究、開發(fā)、示范和推廣項(xiàng)目。

2009年7月6日，我國首座自主開發(fā)設(shè)計(jì)制造并建設(shè)的IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)）示范工程，天津IGCC示范電站天津臨港工業(yè)區(qū)開工建設(shè)。據(jù)了解，該電站將建成我國第一臺(tái)25萬千瓦等級(jí)IGCC發(fā)電機(jī)組，并采用華能集團(tuán)自主研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的每天2000噸級(jí)兩段式干煤粉氣化爐，首臺(tái)機(jī)組計(jì)劃于2011年建成，屆時(shí)該電站將成為我國最環(huán)保的燃煤示范電站，發(fā)電效率可達(dá)48%，脫硫效率達(dá)99%以上。 攝影/杜宇/CFP

5、潔凈煤技術(shù)國外發(fā)展概況：

1986年3月，美國率先推出“潔凈煤技術(shù)示范計(jì)劃（CCTP）”，主要包含四個(gè)方面：(1)先進(jìn)的燃煤發(fā)電技術(shù)（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電－IGCC，流化床燃燒－CFBC，改進(jìn)燃燒和直接燃煤熱機(jī)）；(2)環(huán)境保護(hù)設(shè)備（NOX與SOX控制）；(3)煤炭加工成潔凈能源技術(shù)（洗選、溫和氣化、液化）；(4)工業(yè)應(yīng)用（煉鐵、水泥及其他行業(yè)控制硫、氮、灰塵排放和煙氣回收洗滌等）。已有13項(xiàng)取得初步商業(yè)化成果。歐共體國家正在研究開發(fā)的項(xiàng)目有煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC），煤和生物質(zhì)及廢棄物聯(lián)合氣化（或燃燒），循環(huán)流化床燃燒，固體燃料氣化與燃料電池聯(lián)合循環(huán)技術(shù)等。日本近年來開始較大幅度的增加煤炭的消費(fèi)量，發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)成為熱點(diǎn)。正在開發(fā)的項(xiàng)目包括(1)提高煤炭利用效率的技術(shù)，如IGCC、CFBC和PFBC；(2)脫硫、脫氮技術(shù)，如先進(jìn)的煤炭洗選技術(shù)，氧燃燒技術(shù)，先進(jìn)的廢煙處理技術(shù)，先進(jìn)的焦炭生產(chǎn)技術(shù)等；(3)煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)，如煤炭直接液化，加氫氣化，煤氣化聯(lián)合燃料電池和煤的熱解等；(4)粉煤灰的有效利用技術(shù)。

6、潔凈煤技術(shù)國內(nèi)發(fā)展概況：

我國圍繞提高煤炭開發(fā)利用效率、減輕對(duì)環(huán)境污染開展了大量的研究開發(fā)和推廣工作。隨著國家宏觀發(fā)展戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)變，潔凈煤技術(shù)作為可持續(xù)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)兩個(gè)根本轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略措施之一，得到政府的大力支持。1995年國務(wù)院成立了“國家潔凈煤技術(shù)推廣規(guī)劃領(lǐng)導(dǎo)小組”，組織制定了《中國潔凈煤技術(shù)“九五”計(jì)劃和2010年發(fā)展綱要》，并于1997年6月獲國務(wù)院批準(zhǔn)。

中國潔凈煤技術(shù)計(jì)劃包括十四項(xiàng)技術(shù)，即：煤炭洗選、型煤、水煤漿；循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)、增壓流化床發(fā)電技術(shù)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)；煤炭氣化、煤炭液化、燃料電池；煙氣凈化、電廠粉煤灰綜合利用、煤層甲烷的開發(fā)利用、煤矸石和煤泥水的綜合利用、工業(yè)鍋爐和窯爐。

1) 選煤技術(shù)：

選煤是提高商品煤質(zhì)量的主要手段，煤炭經(jīng)洗選后可提高燃燒效率，減少污染物排放。

我國1998年末在籍選煤廠有1581座，選煤能力494.33Mt,入選量327.63Mt,入選率25.66%。最大煉焦煤選廠設(shè)計(jì)能力400萬t/a，最大動(dòng)力煤選廠設(shè)計(jì)能力1900萬t/a。國內(nèi)自行研制的設(shè)備已基本滿足400萬t/a以下各類選煤廠建設(shè)和改造需要，有些工藝指標(biāo)已達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平。國有大中型選煤廠技術(shù)改造的主要內(nèi)容，已由過去單純的注重降灰轉(zhuǎn)為降灰與脫硫并舉及回收洗矸中的黃鐵礦。

另外，我國無壓重介質(zhì)旋流器（3NWX1200/850）研制成功并投入生產(chǎn)使用，旋流靜態(tài)微泡浮選柱研制成功，分選技術(shù)也取得若干重要成果。

2) 型煤：

我國民用型煤技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，目前年產(chǎn)量約5000萬t，大中城市普及率60%，以蜂窩煤、煤球?yàn)橹?。工業(yè)型煤分為化肥造氣型煤和鍋爐燃料型煤，年產(chǎn)量約2200萬t。目前化肥造氣型煤主要是石灰碳化煤球。由于技術(shù)、價(jià)格、市場(chǎng)等原因，鍋爐燃料型煤工業(yè)化推廣較慢。

3) 水煤漿：

水煤漿是七十年代興起的煤基液態(tài)燃料，可作為爐窯燃料或合成氣原料，具有燃燒穩(wěn)定，污染排放少等優(yōu)點(diǎn)。

歐美等發(fā)達(dá)國家水煤漿技術(shù)已進(jìn)入商業(yè)化階段。國內(nèi)經(jīng)過“六五”以來研究、開發(fā)，在制漿、運(yùn)輸和燃燒方面取得了許多成果；建成9座水煤漿廠，總生產(chǎn)能力176萬t/a；在工業(yè)鍋爐、電站鍋爐、工業(yè)窯爐進(jìn)行了水煤漿示范燃燒；水煤漿作氣化爐原料在魯南化肥廠應(yīng)用于生產(chǎn)；礦區(qū)高、中灰煤泥制漿和35t/h鍋爐燃燒技術(shù)通過鑒定。

4) 循環(huán)流化床（CFBC）：

CFBC鍋爐煤種適應(yīng)性廣，燃燒效率高，脫硫率可達(dá)到98%，NOX、CO低排放，是重要的潔凈燃燒技術(shù)。

我國的CFBC技術(shù)開發(fā)工作始于八十年代中期，由中科院工程熱物理所、清華大學(xué)、浙江大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位組織開發(fā)研制的循環(huán)流化床鍋爐分別于九十年代相繼投入運(yùn)行，最大容量達(dá)到了75t/h。主要技術(shù)類型有：百葉窗式、熱旋風(fēng)筒式、平面流分離器式等。目前國內(nèi)已具備設(shè)計(jì)、制造75t/h及以下的小型CFBC鍋爐的能力，但在工藝及輔機(jī)配套、連續(xù)運(yùn)行時(shí)間、負(fù)荷、磨損、漏煙、脫硫等技術(shù)方面還有待完善。國家經(jīng)貿(mào)委組織的75t/h循環(huán)流化床鍋爐完善化示范工程，先后完成兩種完善化爐型的設(shè)計(jì)、制造、安裝和試驗(yàn)，于1996年初陸續(xù)投入運(yùn)行。

5) 增壓流化床（PFBC）：

大型商業(yè)化PFBC機(jī)組的高溫?zé)煔鈨艋夹g(shù)及設(shè)備、大功率高初溫燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等還處于實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)階段。

6) 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）：

IGCC發(fā)電技術(shù)通過將煤氣化生成燃料氣，驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，其尾氣通過余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，使燃?xì)獍l(fā)電與蒸汽發(fā)電聯(lián)合起來，發(fā)電效率達(dá)45%以上。IGCC發(fā)電技術(shù)將極有可能成為21世紀(jì)主要的潔凈煤發(fā)電方式之一。

我國IGCC發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作經(jīng)歷了約二十年，一些單項(xiàng)技術(shù)如氣化爐、空分設(shè)備、煤氣脫硫、余熱鍋爐等有一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

7) 煤炭氣化：

我國氣化技術(shù)廣泛用于冶金、化工、建材、機(jī)械等工業(yè)行業(yè)和民用燃?xì)?，以UGI、水煤氣兩段爐、發(fā)生爐兩段爐等固定床氣化技術(shù)為主。近年來引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)和裝置，如山西化肥廠等引進(jìn)加壓魯奇爐；魯南化肥廠等引進(jìn)德士古水煤漿氣化爐技術(shù)；上海焦化廠引進(jìn)U-GAS氣化爐。水煤氣兩段爐或發(fā)生爐兩段爐也有引進(jìn)，用于制取工業(yè)燃?xì)饣虺鞘忻裼妹簹狻?/p>

8) 煤炭液化：

國內(nèi)煤科總院北京煤化所于80年代建立了2套0.1t/d的小型連續(xù)液化試驗(yàn)裝置和1套液化油加氫連續(xù)試驗(yàn)裝置，對(duì)幾十種中國煤作了評(píng)價(jià)試驗(yàn)。中科院山西煤化所于“七五”期間完成了100t/a間接液化中間試驗(yàn)，“八五”期間進(jìn)行了2000t/a的間接煤液化工業(yè)試驗(yàn)。

9) 燃料電池：

燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒而以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，可以用天然氣、石油液化氣、煤氣等作為燃料，能量轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境效果好。按電解質(zhì)種類分為磷酸型、熔融碳酸鹽型、固體聚合物型、固體氧化物型、堿性型5種類型。

我國燃料電池的研究主要是配合航天技術(shù)的發(fā)展，以堿性型為主。天津電源研究所、中科院大連化物所、武漢大學(xué)等研制的有航天用、水下用燃料電池。國內(nèi)研究大多處于實(shí)驗(yàn)室階段。

10) 煙氣凈化技術(shù)：

煙氣凈化技術(shù)可分為除塵、脫硫、脫硝3類。

煙氣脫硝技術(shù)有選擇催化還原法、非催化還原法及吸附法等，商業(yè)應(yīng)用較少。

我國300MW以上電站基本配備靜電除塵裝置，中小型機(jī)組和工業(yè)鍋爐多采用效率較低的水膜除塵、旋風(fēng)器等技術(shù)。

國內(nèi)針對(duì)大量中小型鍋爐開發(fā)了經(jīng)濟(jì)適用的煙氣凈化技術(shù)，如沖擊—鼓泡式和旋流水膜式煙氣脫硫除塵技術(shù)，堿性工業(yè)廢水煙氣脫硫工藝、陶瓷窯爐濕法收塵技術(shù)等。

11) 煤層氣的開發(fā)利用：

我國已有146座礦井裝備了井下煤層氣抽放系統(tǒng)。1992年以來，在聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署（UNDP）資助下，開展了全國煤層氣資源評(píng)價(jià)、松藻等礦務(wù)局示范性地面和井下采氣工程等四個(gè)研究或示范項(xiàng)目。

（以上摘自百度“百科”、“知道”欄目）