煤炭的潔凈燃燒與高效利用技術(shù)

未來幾十年內(nèi)，煤炭在我國一次能源結(jié)構(gòu)中的主導地位是不可動搖的，這已是無需爭辯的事實。因此，在未來幾十年內(nèi)，煤炭能源仍將是我國國民經(jīng)濟高速、健康、持續(xù)發(fā)展的重要支柱。然而總體上說，我國目前的煤炭加工環(huán)節(jié)還相當薄弱，煤炭利用仍以傳統(tǒng)、落后的技術(shù)為主，環(huán)保設(shè)施亦不配套、不健全。因而，不僅煤炭利用效率較低，煤炭資源浪費嚴重，而且排放大量污染物，使得生態(tài)環(huán)境的惡化加劇。
    人類社會的可持續(xù)發(fā)展首先要求經(jīng)濟、能源、環(huán)境必須協(xié)調(diào)發(fā)展。根據(jù)我國國情，并總結(jié)一些工業(yè)發(fā)達國家的經(jīng)驗和教訓，得出的結(jié)論是：大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)是我們切實可行的戰(zhàn)略選擇。煤炭潔凈加工與高效利用是我國潔凈煤技術(shù)的重要組成部分，對提高煤炭利用效率、減少污染物排放具有十分重要的現(xiàn)實意義。因此，應(yīng)對其研究開發(fā)和技術(shù)推廣給予足夠的重視。
    2、國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀
    2.1 國外情況
    國外一些國家，特別是工業(yè)發(fā)達國家消費的煤炭，絕大部分或大部分要經(jīng)過洗選，因而商品煤質(zhì)量較好。目前，商品煤入洗率日本為100％，德國和加拿大為95％，英國和澳大利亞為75％，前蘇聯(lián)和南非為60％，美國為55％。
    近年來，隨著潔凈煤技術(shù)在全球范圍內(nèi)的迅速發(fā)展，國外不斷推出更加先進的煤炭潔凈加工與高效利用新技術(shù)，這些技術(shù)不僅大幅度提高了煤炭利用效率，而且具有卓越的環(huán)保特性。但目前普遍存在的問題是技術(shù)與設(shè)備造價昂貴，而且工程建設(shè)投資和運行費用也太高，因此，較難大量推廣應(yīng)用。
    2.2 國內(nèi)情況
    我國是世界上少數(shù)幾個一次能源以煤為主的國家之一。過去、現(xiàn)在和未來幾十年內(nèi)，煤炭在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中一直占主要地位，見表1。
    表1 煤炭在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中所占比例
    年份 1952 1960 1970 1980 1990 1997 2010 2050
    比例，％ 95.00 93.90 80.89 72.15 76.20 73.50 64 47.7
    我國的煤炭消費結(jié)構(gòu)與國外也有較大差別。國外一些國家消費的煤炭主要用于發(fā)電，如美國目前的發(fā)電用煤占煤炭消費總量的比例為87％。而我國目前的發(fā)電用煤只占煤消費總量的1/3左右。
    我國的煤炭利用以燃燒為主，在每年消費的煤炭中，有80％以上是直接燃燒。目前，全國有發(fā)電鍋爐約4 600臺，總蒸發(fā)量為43.1萬t/h，年耗煤量達4億t以上，平均供電煤耗為405 g/kWh，比工業(yè)發(fā)達國家高60 g/kWh左右；有中小型鍋爐49.9萬臺，其中工業(yè)用鍋爐為23.4萬臺，總蒸發(fā)量為68.4萬t/h，平均單機容量為2.92 t/h，生活用鍋爐為26.5萬臺，總蒸發(fā)量為51.4萬t/h，平均單機容量為1.93 t/h；有各類工業(yè)窯爐約16萬臺，絕大部分技術(shù)落后、設(shè)備簡陋，不僅煤炭利用效率低，造成煤炭的大量浪費，而且排放大量污染物，嚴重污染了環(huán)境。
    我國目前使用的其他煤炭利用技術(shù)也多以傳統(tǒng)的技術(shù)為主，如煤氣化技術(shù)、煉焦技術(shù)、煤制活性炭技術(shù)等主要還是本世紀上半葉的工藝和設(shè)備。因而，不僅使得煤化工產(chǎn)品的質(zhì)量難以改善，檔次難以提高，嚴重制約著煤化工企業(yè)經(jīng)濟效益的提高，而且造成煤炭利用效率低下，環(huán)境污染嚴重。
    總體上說，我國的煤炭加工、利用技術(shù)與世界先進水平相比，差距是很大的，且煤炭的終端消結(jié)構(gòu)也很不合理。因此，作為世界上第一產(chǎn)煤和用煤大國，我國的煤炭潔凈加工與高效利用雖然前途光明，然而卻任重道遠。
    3 、技術(shù)內(nèi)容
    3.1煤炭的潔凈燃燒技術(shù)主要有以下三種：
    3.1.1 燃燒前的凈化加工技術(shù)，主要是洗選、型煤加工和水煤漿技術(shù)。原煤洗選采用篩分、物理選煤、化學選煤和細菌脫硫方法，可以除去或減少灰分、矸古、硫等雜質(zhì)；型煤加工是把散煤加工成型煤，由于成型時加入石灰固硫劑，可減少二氧化硫排放，減少煙塵，還可節(jié)煤；水煤漿是先用優(yōu)質(zhì)低灰原煤制成，可以代替石油。
    3.1.2 燃燒中的凈化燃燒技術(shù)，主要是流化床燃燒技術(shù)和先進燃燒器技術(shù)。流化床又叫沸騰床，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，這些都是它的優(yōu)點；先進燃燒器技術(shù)是指改進鍋爐、窯爐結(jié)構(gòu)與燃燒技術(shù)，減少二氧化硫和氮氧化物的排放技術(shù)。
    3.1.3 燃燒后的凈化處理技術(shù)，主要是消煙除塵和脫硫脫氮技術(shù)。消煙除塵技術(shù)很多，靜電除塵器效率最高，可達99％以上，電廠一般都采用。脫硫有干法和濕法兩種，干法是用漿狀石灰噴霧與煙氣中二氧化硫反應(yīng)，生成干燥顆粒硫酸鈣，用集塵器收集；濕法是用石灰水淋洗煙塵，生成漿狀亞硫酸排放。它們脫硫效率可達90％。
    3.2 煤炭高效利用
    煤炭的高效利用是根據(jù)終端需要，將經(jīng)過潔凈加工的煤炭作為燃料或原料使用，從而實現(xiàn)煤炭的寶貴價值。煤炭高效利用包括高效燃燒和高效轉(zhuǎn)化。高效燃燒是將煤炭作為燃料使用，分為將煤炭的化學能轉(zhuǎn)化為熱能直接加以利用和將煤炭的化學能先轉(zhuǎn)化為熱能再轉(zhuǎn)化為電能加以利用；潔凈轉(zhuǎn)化是將煤炭作為原料使用，分為將煤炭轉(zhuǎn)化為氣態(tài)、液態(tài)及固態(tài)燃料或化學產(chǎn)品以及具有特殊用途的炭材料。煤炭的高效利用技術(shù)主要有以下四種：
    3.2.1 煤的氣化技術(shù)，有常壓氣化和加壓氣化兩種，它是在常壓或加壓條件下，保持一定溫度，通過氣化劑（空氣、氧氣和蒸汽）與煤炭反應(yīng)生成煤氣，煤氣中主要成分是一氧化碳、氫氣、甲烷等可燃氣體。用空氣和蒸汽做氣化劑，煤氣熱值低；用氧氣做氣化劑，煤氣熱值高。煤在氣化中可脫硫除氮，排去灰渣，因此，煤氣就是潔凈燃料了。
    3.2.2 煤的液化技術(shù)，有間接液化和直接液化兩種。間接液化是先將煤氣化，然后再把煤氣液化，如煤制甲醇，可替代汽油，我國已有應(yīng)用。直接液化是把煤直接轉(zhuǎn)化成液體燃料，比如直接加氫將煤轉(zhuǎn)化成液體燃料，或煤炭與渣油混合成油煤漿反應(yīng)生成液體燃料，我國已開展研究。
    3.2.3 煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)，先把煤制成煤氣，再用燃氣輪機發(fā)電，排出高溫廢氣燒鍋爐，再用蒸汽輪機發(fā)電，整個發(fā)電效率可達45％。我國正在開發(fā)研究中。
    3.2.4 燃煤磁流體發(fā)電技術(shù)，當燃煤得到的高溫等離子氣體高速切割強磁場，就直接產(chǎn)生直流電，然后把直流電轉(zhuǎn)換成交流電。發(fā)電效率可過50％～60％。我國正在開發(fā)研究這種技術(shù)。