煤技術(shù)發(fā)展與煤炭清潔利用研究

王志利

（山西崇安能源發(fā)展有限公司，山西 晉城 048300）

煤技術(shù)發(fā)展與煤炭清潔利用研究

王志利

（山西崇安能源發(fā)展有限公司，山西 晉城 048300）

在大力倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)的形勢(shì)下，煤炭清潔利用已經(jīng)成為減少污染物排放、提高能源利用率、優(yōu)化調(diào)整終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的重要途徑。文章在介紹煤技術(shù)發(fā)展概況的基礎(chǔ)上，對(duì)煤炭清潔利用的內(nèi)涵與方法進(jìn)行論述，期望對(duì)推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)煤炭資源高效利用有所幫助。

煤炭清潔；煤技術(shù)；能源

煤炭作為一種能源，其具有非常高的利用價(jià)值。然而，在對(duì)煤炭進(jìn)行利用的過(guò)程中，會(huì)對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成一定程度的污染和破壞，這與可持續(xù)發(fā)展的理念相違背。因此，研究煤炭清潔利用對(duì)于促進(jìn)煤技術(shù)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 煤技術(shù)發(fā)展概況

1.1 煤炭加工技術(shù)

選煤、型煤和水煤漿是煤炭的主要加工技術(shù)，①選煤最為常用的技術(shù)是物理和化學(xué)選煤兩種。通過(guò)選煤能夠?qū)⒚禾恐械牡V物質(zhì)和無(wú)機(jī)硫有效脫除；②所謂的型煤技術(shù)具體是指將品質(zhì)相對(duì)較差的煤和粉煤進(jìn)行成型處理，從而使之形成煤制品，進(jìn)而達(dá)到減少燃燒過(guò)程中煙塵排放量的目的。在對(duì)硫含量較高的煤進(jìn)行成型處理時(shí)，可加入一定量的催化劑，由此可顯著降低SO2的排放量，符合清潔生產(chǎn)的要求；③水煤漿是一種新型的煤基流體代油燃料，可作為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中鍋爐的主要燃料使用，通過(guò)氣化技術(shù)可以合成煤氣。我國(guó)的水煤漿技術(shù)在近幾年里的發(fā)展速度較快，由我國(guó)自主研發(fā)的水煤漿燃燒技術(shù)在國(guó)際上已經(jīng)處于較為領(lǐng)先水平。

1.2 煤炭燃燒技術(shù)

循環(huán)流化床燃燒鍋爐以及煤氣化循環(huán)發(fā)電是煤炭潔凈燃燒的主要技術(shù)，其中循環(huán)流化床燃燒鍋爐具有效率高、煤種適應(yīng)性廣、脫硫率高、排放低等優(yōu)點(diǎn)，屬于典型的節(jié)能型潔凈燃燒技術(shù)。截止到目前，我國(guó)已經(jīng)具備了自主研發(fā)410t/h以下循環(huán)流化床燃燒鍋爐的能力。煤氣化循環(huán)發(fā)電是利用煤炭氣化過(guò)程中生成的燃料氣對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而使燃?xì)馀c蒸汽發(fā)電聯(lián)合到一起，達(dá)到循環(huán)發(fā)電的目的。實(shí)踐表明，該技術(shù)的發(fā)電效率可以達(dá)到45%左右，隨著對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究不斷深入，取得了一批成果，形成了較好的技術(shù)基礎(chǔ)。

1.3 煤炭氣化技術(shù)

該技術(shù)具體包括煤炭氣化、煤制天然氣和煤炭地下氣化。①煤炭氣化是主要的研究方向，具體是指將煤炭放入特定的設(shè)備當(dāng)中，通過(guò)溫度和壓力的雙重作用，使煤炭中的有機(jī)質(zhì)與汽化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而將固體形態(tài)的煤炭轉(zhuǎn)化為含有多種可燃性氣體的過(guò)程，如一氧化碳、氫氣、甲烷等；②煤制天然氣則是指對(duì)煤炭氣化處理之后產(chǎn)生的合成氣進(jìn)行凈化，再利用甲烷化裝置獲得合成熱值＞33.49MJ/m3的代用天然氣。經(jīng)由管道向北京輸送的煤制天然氣工程于2012年建成并正式投入使用；③地下氣化是在不開(kāi)采的前提下，對(duì)地下的煤炭資源進(jìn)行可控性燃燒，并將燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煤氣輸出地面，這是一種新型的能源采集方式。我國(guó)作為較早研究該技術(shù)的國(guó)家之一，目前已經(jīng)取得了多項(xiàng)研究成果。如日產(chǎn)量為15萬(wàn)m3的無(wú)井式煤炭地下氣化生產(chǎn)系統(tǒng)等。

1.4 煤炭液化技術(shù)

該技術(shù)是將固體煤炭轉(zhuǎn)化為液態(tài)燃料的先進(jìn)技術(shù)，主要分為直接液化與間接液化兩種生產(chǎn)工藝。對(duì)于直接液化技術(shù)而言，我國(guó)已經(jīng)研發(fā)出煤直接液化催化劑，并成功實(shí)施了煤直接液化百萬(wàn)噸級(jí)示范工程、煤制油項(xiàng)目等，掌握了先進(jìn)的核心技術(shù)。對(duì)于間接液化技術(shù)而言，我國(guó)大力開(kāi)展液化煤制油項(xiàng)目，并掌握了高品質(zhì)柴油的生產(chǎn)技術(shù)，具備開(kāi)發(fā)煤變高清潔柴油成套產(chǎn)業(yè)化技術(shù)裝備的能力，成為全世界擁有高清潔柴油全套生產(chǎn)技術(shù)的少數(shù)國(guó)家之一。此外，我國(guó)在煤制甲醇、二甲醚方面也取得了重大技術(shù)進(jìn)步。煤制甲醇技術(shù)擁有適用于高硫煤、煙煤等多種原料的液化技術(shù)，并具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，大幅度提升了我國(guó)煤炭液化的國(guó)產(chǎn)化技術(shù)裝備水平，可滿足不同規(guī)模的化肥廠聯(lián)產(chǎn)需求。煤制二甲醚的生產(chǎn)工藝步入成熟階段，已經(jīng)能夠達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

2 煤炭清潔利用的內(nèi)涵與方法

2.1 煤炭清潔利用的內(nèi)涵

煤炭清潔技術(shù)又被稱為清潔煤技術(shù)，簡(jiǎn)稱CCT。最初該技術(shù)的提出主要是為了從技術(shù)層面對(duì)煤炭燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題進(jìn)行解決，尤其是酸雨問(wèn)題，并從經(jīng)濟(jì)層面對(duì)煤炭能源進(jìn)行最大限度地利用。煤炭作為一種能源，它的可利用性已經(jīng)得到了世界各國(guó)的認(rèn)可。CCT在提出后，在極短的時(shí)間內(nèi)得到了各國(guó)的關(guān)注。但是煤炭作為能源被利用的過(guò)程中，對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，其所產(chǎn)生的這種破壞性，不但時(shí)間長(zhǎng)，而且程度深。近年來(lái)，隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)能源安全研究的不斷深入，使得能源安全這一概念的覆蓋面越高越廣，CCT也逐步被納入能源安全和環(huán)境保護(hù)的研究范疇。它的內(nèi)涵拓展到生產(chǎn)、加工、轉(zhuǎn)化、燃燒、環(huán)保等多個(gè)方面，CCT的涵義超過(guò)了最初提出的高效利用和減少污染。目前，業(yè)界一致認(rèn)可且普遍接受的煤炭清潔利用的定義為：以提高煤炭資源的利用效率和減少對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的污染為宗旨，對(duì)煤炭進(jìn)行生產(chǎn)、加工、燃燒、轉(zhuǎn)化，并對(duì)有害的排放物質(zhì)進(jìn)行控制。從該定義可以看出，煤炭清潔利用的內(nèi)涵發(fā)生了一定的改變，至少包括煤炭利用前、利用中和利用后三個(gè)方面的內(nèi)容：①在煤炭利用前完成的內(nèi)容有洗選、加工、轉(zhuǎn)化等煤炭加工技術(shù)，如型煤技術(shù)、水煤漿技術(shù)、煤炭液化與氣化技術(shù)等；②煤炭利用過(guò)程中的燃燒技術(shù)，如清潔發(fā)電技術(shù)，具體包括超臨界機(jī)組、循環(huán)流化床等；③煤炭燃燒之后的煙氣凈化技術(shù)，如脫硫、脫硝、顆粒物控制等。

2.2 煤炭清潔利用的方法

（1）燃煤高效發(fā)電。相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)的火力發(fā)電約占全國(guó)總發(fā)電量的81%左右，而煤電占火電發(fā)電量的98%，這組數(shù)據(jù)充分說(shuō)明了煤電在我國(guó)發(fā)電中占據(jù)著絕對(duì)的主導(dǎo)性地位。由于燃煤發(fā)電的碳排放量較大，加之燃煤的消耗較高，不僅污染了環(huán)境，而且還耗費(fèi)了資源，因此采用清潔、高效的燃煤發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)。如超臨界發(fā)電使用容量較大且參數(shù)較高的機(jī)組，其效率優(yōu)勢(shì)非常明顯，由此不但可以顯著降低燃煤消耗量，而且還能進(jìn)一步減少碳排放，對(duì)環(huán)境起到了一定的保護(hù)作用。

（2）煤炭綜合利用。主要包括：①煤矸石。在煤炭開(kāi)采和洗煤的過(guò)程中，會(huì)排放出大量的固體廢物，即煤矸石，它是一種與煤層相伴生、含碳量較低的巖石。雖然煤矸石不能作為燃料，但由于其中含有一定的礦物質(zhì)，因此可將之用于建筑填料、筑路造地、改良土壤等；②粉煤灰。煤炭在燃燒的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生煙氣，其中的細(xì)灰即粉煤灰，它是火電廠排出的主要廢物之一，也是排量較大的工業(yè)廢渣。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年的粉煤灰排放量約為3000萬(wàn)t。電力工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致了粉煤灰排量逐年遞增，其對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。為有效解決這一問(wèn)題，必須對(duì)粉煤灰進(jìn)行綜合利用。對(duì)粉煤灰進(jìn)行焙燒不需要添加燃料，能耗低、污染小，同時(shí)還可將之用于農(nóng)業(yè)改良土壤，或是摻入到混凝土當(dāng)中進(jìn)行筑壩、建橋。由此既可以降低相關(guān)資源的消耗，又能使粉煤灰變廢為寶，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效利用；③煤層氣。這是一種以游離狀態(tài)存在于煤層當(dāng)中的天然氣，它的主要成分為甲烷。煤層中的甲烷會(huì)在開(kāi)采時(shí)涌入到礦井當(dāng)中，由于甲烷具有易燃性，從而對(duì)礦井安全造成了威脅。若是甲烷排入大氣，則會(huì)對(duì)臭氧層造成破壞，它是僅次于二氧化碳的溫室氣體。甲烷是一種清潔型能源，其在燃燒過(guò)程中基本不會(huì)產(chǎn)生SO2和煙塵，只會(huì)產(chǎn)生少量的CO2。因此可對(duì)煤層氣進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)高效利用，采集時(shí)可使用地下鉆孔收集或是通風(fēng)系統(tǒng)收集等方式。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，煤炭是保障經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要能源之一，但是也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重危害。為了提高煤炭資源利用率，減少污染物排放，必須大力推廣煤炭清潔利用技術(shù)，及時(shí)淘汰高能耗、高污染的煤炭生產(chǎn)工藝，更新先進(jìn)的技術(shù)裝備，從而建立起清潔、高效、節(jié)約的煤炭工業(yè)體系，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

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F407.21

A

2096-2789（2016）12-0055-02