洁净煤技术
汪开鹏
合肥学院能源化学工程
摘要：我国是一个多煤、少油、少气的国家，未来能源发展的政策仍是“煤为
基础，多元发展”。提高煤炭利用率、降低污染率，是我国能源工业发展的紧迫而现实的任务。而完成这一任务，就需要大力发展洁净煤技术。
关键词：煤炭 能源 洁净煤技术 1. 洁净煤技术的特点
洁净煤技术是洁净、高效利用煤炭的先导性技术，最早由美国学者提出，主要是为了解决美国和加拿大边境的酸雨问题。洁净煤技术是指从煤炭开发到利用全过程中，旨在减少污染物排放和提高利用效率的煤炭加工、转化、燃烧及污染控制等一系列新技术的总称，是使煤作为一种能源应达到最大限度的潜能利用，而将释放的污染控制在最低水平，实现煤的高效、洁净利用的技术体系。洁净煤技术具有以下几个显著特点：首先，洁净煤技术以高硫煤为原料，以一碳化学为基础，采用多样化工艺，实现煤炭资源的优化配置、高效和清洁利用；其次，洁净煤技术涉及物理学、化学、生物学、地质学等多学科，化工、热工、环境等多技术，是一项多层次、多学科、综合性很强的系统工程；第三，洁净煤技术注重综合效益，实现了环境友好和经济发展的双重效益，即经济和环境的双赢。
传统意义上的洁净煤技术主要是指煤炭的净化技术及一些加工转换技术，即煤炭的洗选、配煤、型煤以及粉煤灰的综合利用技术，国外煤炭的洗选及配煤技术相当成熟，已被广泛采用；意义上洁净煤技术是指高技术含量的洁净煤技术，发展的主要方向是煤炭的气化、液化、煤炭高效燃烧与发电技术等等。
2.技术工艺
洁净煤技术包括两个方面，一是直接烧煤洁净技术，二是煤转化为洁净燃料技术。
2.1直接烧煤洁净技术
这是在直接烧煤的情况下，需要采用的技术措施：
①燃烧前的净化加工技术，主要是洗选、型煤加工和水煤浆技术。
②燃烧中的净化燃烧技术，主要是流化床燃烧技术和先进燃烧器技术。 ③燃烧后的净化处理技术，主要是消烟除尘和脱硫脱氮技术。
2.2煤转化为洁净燃料技术
主要有四种：①煤的气化技术②煤的液化技术③煤气化联合循环发电技术④燃煤磁流体发电技术。
3.技术介绍
根据我国国情，洁净技术包括：选煤，型煤，水煤浆，流化床燃烧，煤气化联合循环发电，煤炭气化，煤炭液化，燃料电池。
3.1. 选煤
煤炭洗选是利用煤和杂质的物理、化学性质的差异，通过物理、化学或微生物分选的方法使煤和杂质有效分离，并加工成质量均匀、用途不同的煤炭产品的一种加工技术。按选煤方法的不同，可分为物理选煤、物理化学选煤、化学选煤及微生物选煤等。
物理选煤是根据煤炭和杂质物理性质上的差异进行分选，主要的物理分选方法有重力选煤（包括跳汰选煤、重介质选煤、斜槽选煤、摇床选煤、风力选煤等）、电磁选（利用煤和杂质的电磁性能差异进行分选，这种方法在选煤实际生产中没有应用）。
物理化学选煤又称浮游选煤，是依据矿物表面物理化学性质的差别进行分选，使用的浮选设备很多，主要包括机械搅拌式浮选和无机械搅拌式浮选两种。
化学选煤是借助化学反应使煤中有用成分富集，除去杂质和有害成分的工艺过程。在实验室常用化学的方法脱硫。根据常用的化学药剂种类和反应原理的不同，可分为碱处理、氧化法和溶剂萃取等。
微生物选煤是用某些自养性和异养性微生物，直接或间接地利用其代谢产物从煤中溶浸硫，达到脱硫的目的。
物理选煤和物理化学选煤技术是实际选煤生产中常用的技术，一般可有效脱除煤中无机硫（黄铁矿硫），化学选煤和微生物选煤还可脱除煤中的有机硫。工业化生产中常用的选煤方法为跳汰、重介、浮选等选煤方法，此外干法选煤近几年发展也很快。
3.2. 型煤
型煤是以粉煤为主要原料，按具体用途所要求的配比，机械强度，和形状大小经机械加工压制成型的，具有一定强度和尺寸及形状各异的煤成品。常见的有煤球、煤砖、煤棒、蜂窝煤等。型煤分工业用和民用两大类。工业型煤有化工用型煤，用于化肥造气、蒸汽机车用型煤、冶金用型煤。民用型煤，又称为生活用煤，用于炊事和取暖，以蜂窝煤为主。
3.3. 水煤浆
水煤浆是由大约65%的煤、34%的水和1%的添加剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。它改变了煤的传统燃烧方式，显示出了巨大的环保节能优势。尤其是近几年来，采用废物资源化的技术路线后，研制成功的环保水煤浆，可以在不增加费用的前提下，大大提高了水煤浆的环保效益。在我国丰富煤炭资源的保障下，水煤浆也已成为替代油、气等能源的最基础、最经济的洁净能源。
优点：1）经济性：水煤浆属于煤基清洁燃料，我国的能源结构决定煤炭的价格涨幅 低于燃油、燃气。
2）安全性：水煤浆属于非易燃流体，相对于油、气、煤粉的易燃、易爆来说，其安全性大大提高。
3）广泛性：水煤浆适用于各种锅炉。 4）高效性：水煤浆燃尽率高，节省燃料。
5）环保性：水煤浆是一种深度洁净煤技术，环保达标。
3.4. 流化床燃烧技术
把8mm以下的煤粒和脱硫剂石灰石，加入燃烧室床层上，在通过布置在炉底的布风板送出的高速气流作用下，形成流态化翻滚的悬浮层，进行流化燃烧，同时完成脱硫，这种燃烧技术叫流化床燃烧技术。流化床燃烧技术是一项近二十年发展起来的清洁煤燃烧技术。它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点。
3.5. 煤气化联合循环发电技术
煤气化联合循环发电技术，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进
技术，。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电。主要工艺流程是，煤在氮气的带动下进入气化炉，与空分系统送出的纯氧在气化炉内燃烧反应，生成合成气(有效成分主要为CO、H2)，经除尘、水洗、脱硫等净化处理后，到燃气轮机做功发电，燃气轮机的高温排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动汽轮机发电。与传统煤电技术相比，IGCC将煤气化和燃气－蒸汽联合循环发电技术集成具有发电效率高、污染物排放低，二氧化碳捕集成本低等优势，是目前国际上被验证的、能够工业化的、最具发展前景的清洁高效煤电技术。
3.6. 煤炭气化
煤炭气化指在一定温度、压力下，用气化剂对煤进行热化学加工，将煤中有机质转变为煤气的过程。其涵义就是以煤、半焦或焦炭为原料，以空气、富氧、水蒸气、二氧化碳或氢气为气化介质，使煤经过部分氧化和还原反应，将其在所含碳、氢等物质转化成为一氧化碳、氢、甲烷等可燃组分为主的气体产物的多相反应过程。对此气体产品的进一步加工, 可制得其它气体、液体燃烧料或化工产品。经气化，使煤的潜热尽可能多地变为煤气的潜热。
3.7. 煤炭液化
可分为间接液化和直接液化两种。间接液化是先将煤气化，然后再把煤气液化，如煤制甲醇，可替代汽油，我国已有应用。直接液化是把煤直接转化成液体燃料，比如直接加氢将煤转化成液体燃料，或煤炭与渣油混合成油煤浆反应生成液体燃料，煤直接液化的操作条件苛刻，对煤种的依赖性强。
3.8. 燃料电池
燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。但是，它需要电极和电解质以及氧化还原反应才能发电。燃料电池具有以下特点：能量转化效率高；它直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%。安装地点灵活；燃料
电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电站，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。负荷响应快，运行质量高；燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率。
4. 发展洁净煤技术的意义
发展洁净煤技术对我国意义重大,煤炭是中国能源的主体,在今后相当长的时期内,其主导型的地位不会发生根本性的改变,但煤炭开发和加工利用对环境保护产生的压力越来越大,所以这几年国内加大了洁净煤研究与开发的力度。发展洁净煤技术可以实现以本国资源为主,满足未来能源需求,保障能源安全供应。改变终端能源消费结构,将更多的煤炭转化为电力、油和气。提高我国能源技术水平,逐渐实现发展合理化。同时,以较低的成本保障经济发展和运行,实现能源、经济和环境的协调发展,带动相关产业发展,促进区域经济发展。发展洁净煤技术,减少环境污染,提高能源效率,减少能源消费总量,是我国能源发展的必然选择。
5.结语
中国能源生产和消费状况,基本可以概括为:人均能源资源占有量和消费量低于世界平均水平;能源终端利用效率与发达国家尚有较大差距;煤炭在一次能源消费结构中展望21世纪中国洁净煤技术占有主导地位,并且今后数十年内变化不会很大;大量利用煤炭已引发的环境污染亟待治理。这一状况如不解决,随国民经济的不断发展和人民生活的提高,能源供需矛盾、能源与环境矛盾将不断加深。为实现可持续发展的能源战略,洁净煤技术已成解决矛盾的首选技术途径。因为洁净煤技术的宗旨是提高煤炭利用效率和减少环境污染。提高效率即意味着节能和降耗,同时兼获减少温室气体二氧化碳排放。可以预言,洁净煤技术是解决中国可持续发展能源战略的重要技术手段。
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