潔凈煤技術(shù)概述

1、潔凈煤技術(shù)概述1.能源1.1能源的概念能源亦稱能量資源或能源資源。是指可產(chǎn)生各種能量（如熱量、電能、 光能和機(jī)械能等）或可做功的物質(zhì)的統(tǒng)稱。是指能夠直接取得或者通過加工、 轉(zhuǎn)換而取得有用能的各種資源，包括煤炭、原油、天然氣、煤層氣、水能、 核能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等一次能源和電力、熱力、成品油 等二次能源，以及其他新能源和可再生能源。1.2能源的分類能源種類繁多，根據(jù)不同的劃分方式，可分為不同的類型：（1）按來源分為3類：來自地球外部天體的能源（主要是太陽能）。 除直接輻射外，并為風(fēng)能、水能、生物能和礦物能源等的產(chǎn)生提供基礎(chǔ)。 地球本身蘊(yùn)藏的能量。如原子核能、地?zé)崮艿?。地球和其他?/p>

2、體相互作用 而產(chǎn)生的能量。如潮汐能。（2）按能源的基本形態(tài)分類，有一次能源和二次能源。前者即天然能源， 指在自然界現(xiàn)成存在的能源。如煤炭、石油、天然氣、水能等。后者指由一 次能源加工轉(zhuǎn)換而成的能源產(chǎn)品。如電力、煤氣、蒸汽及各種石油制品等。 一次能源又分為可再生能源（水能、風(fēng)能及生物質(zhì)能）和非再生能源（煤炭、 石油、天然氣、油頁巖等）。根據(jù)產(chǎn)生的方式可分為一次能源（天然能源）和 二次能源（人工能源）。一次能源是指自然界中以天然形式存在并沒有經(jīng)過加 工或轉(zhuǎn)換的能量資源，一次能源包括可再生的水力資源和不可再生的煤炭、 石油、天然氣資源，其中包括水、石油和天然氣在內(nèi)的三種能源是一次能源 的核心，它們成

3、為全球能源的基礎(chǔ)；除此以外，太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、?洋能、生物能以及核能等可再生能源也被包括在一次能源的范圍內(nèi)；二次能 源則是指由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)換成其他種類和形式的能量資源，例如： 電力、煤氣、汽油、柴油、焦炭、潔凈煤、激光和沼氣等能源都屬于二次能 源。（3）按能源性質(zhì)分，有燃料型能源（煤炭、石油、天然氣、泥炭、木材） 和非燃料型能源（水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能）。?）根據(jù)能源消耗后是否造成環(huán)境污染可分為污染型能源和清潔型能源。 污染型能源包括煤炭、石油等，清潔型能源包括水力、電力、太陽能、風(fēng)能 以及核能等。（5）根據(jù)能源使用的類型又可分為常規(guī)能源和新型能源。利用技術(shù)上成熟，使用比較

4、普遍的能源叫做常規(guī)能源。包括一次能源中 的可再生的水力資源和不可再生的煤炭、石油、天然氣等資源。新近利用或正在著手開發(fā)的能源叫做新型能源。新型能源是相對于常規(guī) 能源而言的，包括太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、生物能、氫能以及用?核能發(fā)電的核燃料等能源。由于新能源的能量密度較小，或品位較低，或有 間歇性，按已有的技術(shù)條件轉(zhuǎn)換利用的經(jīng)濟(jì)性尚差，還處于研究、發(fā)展階段 只能因地制宜地開發(fā)和利用;但新能源大多數(shù)是再生能源。資源豐富，分布廣 闊，是未來的主要能源之一。1.3新能源的特點新能源包括各種可再生能源和核能。相對于傳統(tǒng)能源，新能源普遍具有 污染少、儲量大的特點，對于解決當(dāng)今世界嚴(yán)重的環(huán)境污染問題和

5、資源（特 別是化石能源）枯竭問題具有重要意義。同時，由于很多新能源分布均勻， 對于解決由能源引發(fā)的戰(zhàn)爭也有著重要意義。2.煤煤炭是古代植物埋藏在地下經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)和物理化學(xué)作用逐漸 形成的固體可燃性礦物，是多種高分子化合物和礦物質(zhì)組成的混合物。2.1煤的結(jié)構(gòu)煤的結(jié)構(gòu)包括煤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)（大分子結(jié)構(gòu)）和煤的物理空間結(jié)構(gòu)。 煤的大分子結(jié)構(gòu)通常是指煤中芳香族化合物的結(jié)構(gòu)。煤的大分子結(jié)構(gòu)十分復(fù) 雜，一般認(rèn)為認(rèn)為它具有高分子聚合物的結(jié)構(gòu)，但又不同于一般的聚合物， 它沒有統(tǒng)一的聚合單體。煤的大分子是由多個結(jié)構(gòu)相似的“基本結(jié)構(gòu)單元”通 過橋鍵連接而成的。這種基本結(jié)構(gòu)單元類似于聚合物的聚合單體，它可以

6、分 為規(guī)則部分和不規(guī)則部分。規(guī)則部分由幾個或幾十個苯環(huán)、脂環(huán)、氫化芳香 環(huán)及雜環(huán)（含氮、氧、硫等元素）縮聚而成，稱為基本結(jié)構(gòu)單元的核或芳香 核；不規(guī)則部分則是連接在核周圍的烷基側(cè)鏈和各種官能團(tuán)。隨著煤化程度 的提高，構(gòu)成核的環(huán)數(shù)增多，連接在核周圍的側(cè)鏈和官能團(tuán)數(shù)量則不斷變短 和減少。煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)反映了煤的大分子中各原子之間的相互聯(lián)系，而這些 原子是通過化學(xué)鍵聯(lián)系起來的。煤的物理結(jié)構(gòu)是指分子之間的堆垛結(jié)構(gòu)和孔 隙結(jié)構(gòu)。2.2煤的用途及其主要應(yīng)用領(lǐng)域煤是重要能源，也是冶金、化學(xué)工業(yè)的重要原料。主要用于燃燒、煉焦、 氣化、低溫干餾、加氫液化等。燃燒。煤炭是人類的重要能源資源，任何 煤都可作為工業(yè)和民

7、用燃料。煉焦。把煤置于十餾爐中，隔絕空氣加熱， 煤中有機(jī)質(zhì)隨溫度升高逐漸被分解，其中揮發(fā)性物質(zhì)以氣態(tài)或蒸氣狀態(tài)逸出， 成為焦?fàn)t煤氣和煤焦油，而非揮發(fā)性固體剩留物即為焦炭。焦?fàn)t煤氣是一種 燃料，也是重要的化工原料。煤焦油可用于生產(chǎn)化肥、農(nóng)藥、合成纖維、合 成橡膠、油漆、染料、醫(yī)藥、炸藥等。焦炭主要用于高爐煉鐵和鑄造，也可 用來制造氮肥、電石。電石是塑料、合成纖維、合成橡膠等合成化工產(chǎn)品。氣化。氣化是指轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺鳛楣I(yè)或民用燃料以及化工合成原料的煤氣。低溫干餾。把煤或油頁巖置于550C左右的溫度下低溫干餾可制取低溫焦 油和低溫焦?fàn)t煤氣，低溫焦油可用于制取高級液體燃料和作為化工原料。 加氫液化。將煤

8、、催化劑和重油混合在一起，在高溫高壓下使煤中有機(jī)質(zhì)破 壞，與氫作用轉(zhuǎn)化為低分子液態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)物，進(jìn)一步加工可得汽油、柴油等 液體燃料。加氫液化的原料煤以褐煤、長焰煤、氣煤為主。潔凈煤技術(shù)煤炭是世界一次能源的重要組成部分，占世界能源的首位。但是它在為社 會做出具大貢獻(xiàn)的同時，在其開采、加工、儲運(yùn)和使用過程中，也產(chǎn)生一系列環(huán) 境污染問題。因此，必須提高煤炭的利用率，減少燃煤對大氣的污染，發(fā)展?jié)崈?煤技術(shù)，以解決煤炭在開發(fā)利用中效率低和污染嚴(yán)重的問題。潔凈煤技術(shù)以高 效、清潔利用煤炭為目標(biāo)，是當(dāng)前世界各國解決環(huán)境問題的主導(dǎo)技術(shù)之一， 也是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與社會持續(xù)發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)之一，同時也是國際上高技術(shù)競爭

9、的重要領(lǐng)域，從而引起世界各國的重視。我國是一個富煤、貧油、少氣的國 家，未來能源發(fā)展的政策仍是“煤為基礎(chǔ)，多元發(fā)展”，在我國大力發(fā)展?jié)崈裘杭?術(shù)顯得更為迫切。3.1潔凈煤技術(shù)的提出煤炭一直占據(jù)著世界一次能源的首位。從1964年開始，石油在世界一次 能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中的比重以0.68%超過煤炭，躍居首位1。煤炭在一次能源中 的比重雖日益下降，但總消費(fèi)量仍在不斷上升。在地球上化石燃料的地質(zhì)總 儲量中，煤炭約占80%，全世界煤炭地質(zhì)總量為107500億t。據(jù)預(yù)測，煤炭 的使用量在今后將繼續(xù)增長，而且在幾十年后如無新的能源出現(xiàn)（如聚變核 能等）它將會大量增長以彌補(bǔ)石油、天然氣等的不足，有人估計在2020年

10、以 后，煤將超過石油而成為主要的一次能源。煤炭為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)，但在其開發(fā)和利用過程中也帶來 一系列環(huán)境污染問題，尤其在溫室效應(yīng)、酸雨、臭氧層破壞等全球環(huán)境以及 煤煙型區(qū)域性污染方面，煤炭均產(chǎn)生了重大影響，危及生態(tài)平衡與人類生存。 1972年在斯德哥爾摩舉行的世界環(huán)境大會就明確提出了要加強(qiáng)資源與環(huán)境 的保護(hù)工作，首次向全世界敲響了環(huán)境問題的警鐘。盡管問題提出來了，但 情況并沒能得到改善，全球變暖和酸雨等新問題不斷出現(xiàn)。嚴(yán)峻的現(xiàn)實迫使 人們采取新的戰(zhàn)略和措施，以便維護(hù)人類賴以生存的條件。從能源角度看， 煤炭是造成環(huán)境污染的主要根源之一3。為此，80年代以來一些發(fā)達(dá)國家相 繼推出潔凈煤

11、技術(shù)，并越來越引起國際社會的重視。潔凈煤技術(shù)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(William Davis，加拿大)提出的。其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。于1986年1月正式提出建議，擬在 美國耗資50億美元，用5年時間進(jìn)商業(yè)規(guī)模的潔凈煤技術(shù)示范,以解決燃煤引 起的環(huán)境污染問題4。歐盟和日本也于上世紀(jì)80、90年代相繼投入巨資，開 展?jié)崈裘杭夹g(shù)的研發(fā)。我國也于1995年成立國家潔凈煤技術(shù)推廣規(guī)劃領(lǐng)導(dǎo)小 組,批準(zhǔn)了潔凈煤技術(shù)“九五”計劃和2010年發(fā)展綱要?！笆?/p>

12、五”期間，潔凈 煤技術(shù)被列國家863計劃，成為能源技術(shù)領(lǐng)域主題之一5。3.2潔凈煤技術(shù)的概念潔凈煤技術(shù)(clean coal technology , CCT)是指從煤炭開發(fā)到利用全過程 中,旨在減少污染物排放和提高利用效率的煤炭加工、轉(zhuǎn)化、燃燒及污染控制 等一系列新技術(shù)的總稱,是使煤作為一種能源應(yīng)達(dá)到最大限度的潛能利用，而 將釋放的污染控制在最低水平,實現(xiàn)煤的高效、潔凈利用的技術(shù)體系。潔凈煤技術(shù)具有以下幾個顯著特點：首先，潔凈煤技術(shù)以高硫煤為原料, 以一碳化學(xué)為基礎(chǔ)，采用多樣化工藝，實現(xiàn)煤炭資源的優(yōu)化配置、高效和清潔利 用；其次潔凈煤技術(shù)涉及物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)等多學(xué)科化工、熱 工、

13、環(huán)境等多技術(shù),是一項多層次、多學(xué)科、綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程；第三, 潔凈煤技術(shù)注重綜合效益，實現(xiàn)了環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙重效益，艮卜經(jīng)濟(jì)” 和“環(huán)境”的雙贏6。3.3潔凈煤技術(shù)的內(nèi)涵各國的國情不同，潔凈煤技術(shù)研究的重點也不同。通常，潔凈煤技術(shù)研究 領(lǐng)域包括以下5個方面：煤炭燃前處理技術(shù)，即在煤進(jìn)入燃煤鍋爐前，先除去煤中的硫和其 他雜質(zhì)。主要措施：選煤技術(shù)：物理選煤；化學(xué)選煤；微生物脫硫；型 煤技術(shù)：工業(yè)型煤、民用型煤、特種型煤；水煤漿技術(shù)：普通水煤漿、精 細(xì)水煤漿；煤炭燃中處理技術(shù)，即燃燒時采用先進(jìn)的燃燒技術(shù)或噴吹添加物以 減少燃燒中產(chǎn)生的有害物質(zhì)。主要的潔凈煤發(fā)電技術(shù)：先進(jìn)的燃燒器；Q常 壓流

14、化床鍋爐；Q加壓循環(huán)流化床鍋爐；Q整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)；煤炭燃后處理技術(shù)，即燃燒后的煙氣在排入大氣前的煙道中進(jìn)行凈 化，包括：脫硫脫硝除塵；煤炭的轉(zhuǎn)化技術(shù)，即將煤炭轉(zhuǎn)化成氣體或液體產(chǎn)物，經(jīng)凈化后作為燃 料，避免直接燃用煤炭。主要的轉(zhuǎn)化技術(shù)：煤炭氣化技術(shù)；煤炭液化技術(shù)； 燃料電池技術(shù)；磁流體發(fā)電技術(shù)；煤炭資源化利用技術(shù)：煤砰石綜合利用；Q粉煤灰綜合利用；Q礦 井水與煤泥水凈化及利用；Q煤層氣開發(fā)利用。3.3.1煤炭燃前處理技術(shù)煤炭燃前處理技術(shù)主要包括選煤、型煤、水煤漿技術(shù)。選煤選煤，也稱洗煤，是除去或減少原煤中所含的灰分、砰石、硫等雜質(zhì)， 并可在篩分過程中,按不同煤種、灰分、熱值和粒度分成若干等級

15、以滿足不同 用戶需要，煤炭洗選加工是提高熱能利用率，減少環(huán)境污染的重要措施。煤的巖 相組成以及煤中礦物質(zhì)的數(shù)量、種類、性質(zhì)和分布狀態(tài)，都是影響煤的可選 性的因素。選煤方法有物理選煤、化學(xué)選煤和生物選煤等。針對原煤可選性 的難易程度，選煤廠常用的工藝有跳汰、重介旋流器、重介淺槽、動篩跳汰、 浮選等。其它選煤方法還有風(fēng)選、螺旋分選等。型煤型煤工業(yè)的發(fā)展已有100多年的歷史，是以粉煤或其他碳質(zhì)粉料為主體 配加或不配加粘結(jié)劑，用手工或機(jī)械方法加壓成型的具有一定形狀和大小的 塊狀燃料。最早的型煤是利用劣質(zhì)煤和煤礦區(qū)廢棄的煤粉，予以加壓代替塊煤 使用，隨后有粘結(jié)劑成型的型煤，及熱壓成型的型煤，生產(chǎn)出大批的

16、民用、工業(yè) 用型煤。隨著環(huán)境保護(hù)日益對燃煤更高的要求，在型煤中添加一定比例的石灰, 以減少硫的排放，同時型煤燃燒時比粉煤及煤末要少排放微塵,而又能提高燃 燒效率，因而其節(jié)能和環(huán)保雙重效益引起了各國的重視的推廣，而成為潔凈煤 技術(shù)之一。水煤漿技術(shù)水煤漿是把低灰分的洗精煤研磨成微細(xì)煤粉,按煤約70%、水約30%的比 例和適當(dāng)量(約1%)化學(xué)添加劑配制而成的煤水混合物，是一種新型煤基液 體燃料。由于這種煤水混合物既能保持煤的物理和化學(xué)性質(zhì)，又能象石油一樣 具有良好的流動性和穩(wěn)定性;且易于儲運(yùn)，能霧化燃燒，燃燒效率比燒一般煤高, 是屬于低污染的潔凈燃料,能起到代油的作用,有節(jié)能、環(huán)保多種效益。3.3.

17、 2煤炭燃中處理技術(shù)煤炭作為一次能源，主要是燃燒而利用其熱能，煤炭燃燒大部分是用于發(fā) 電，因此在煤炭燃燒發(fā)電過程中，采用先進(jìn)的燃燒技術(shù)使產(chǎn)生的污染減到最少 是潔凈煤技術(shù)的一個重要部分。潔凈煤發(fā)電技術(shù)有以下幾種：(1)先進(jìn)的燃燒器先進(jìn)的燃燒器是改進(jìn)燃煤的電站鍋爐以及工業(yè)鍋爐和窯爐的設(shè)計和燃燒 技術(shù)，以減少燃燒時產(chǎn)生的污染物排放，并提高燃燒效率。通過改進(jìn)燃燒器（包 括煤粉噴嘴）可以穩(wěn)定燃燒，降低NOx的生成，提高燃燒效率。對于中小容量 的鏈條爐，采用分層燃燒方式，具有良好的提高燃燒效率（10%）及降低排塵（約 減少30%-60%）的效果。（2）常壓流化床燃燒（AFBC）技術(shù)流化床燃燒（FBC）是一

18、種在流化床鍋爐內(nèi)進(jìn)行的流態(tài)化強(qiáng)力翻滾下的 濃相燃燒。將8mm以下的煤粒與石灰石一起送入鍋爐內(nèi)，鍋爐底部有無數(shù)噴 嘴向上吹熱風(fēng)，使煤粒與石灰石粒隨上升空氣而上下浮動,形成沸騰狀態(tài)（叫流 化層），爐內(nèi)燃燒溫度控制在850oC以下。流化床技術(shù)早期使用在鼓泡流化床 鍋爐（或稱為沸騰爐），以后逐漸發(fā)展為循環(huán)流化床燃燒。（3）增壓流化床聯(lián)合循環(huán)（PFBC-CC）增壓流化床聯(lián)合循環(huán)是80年代開發(fā)的最新發(fā)電技術(shù)之一,它與常規(guī)的燃 油、燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)相比，具有可直接燃煤且NOx排放低的優(yōu)點；它 與常規(guī)的燃煤電廠相比，有熱效率高、污染低的優(yōu)點；與常壓流化床技術(shù)相 比，則具有煤種適應(yīng)性更廣，綜合經(jīng)濟(jì)效益更高的

19、優(yōu)點。因而具有十分廣闊的發(fā) 展前景。（4）整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（簡稱IGCC）發(fā)電,是一種先進(jìn)的燃煤發(fā)電技術(shù)， 它先將煤炭予以氣化、凈化；然后以煤氣作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料,其燃燒后的高 溫排氣進(jìn)入鍋爐，產(chǎn)生蒸汽而驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。它主要由四個部分組成：（1） 原煤的加工處理，（2）煤炭氣化裝置，（3）煤氣凈化裝置，（4）聯(lián)合循環(huán)發(fā)電 裝置。IGCC的主要特點是高效率，由于采用了聯(lián)合循環(huán)，熱得以充分利用，其整 體效率比一般燃煤電廠可以高出10%以上,現(xiàn)效率40%-45%，預(yù)計今后可達(dá) 46%-50%。作為IGCC用的燃料，適應(yīng)性很廣，可以使用褐煤、煙煤、硬煤、高、 中硫煤等,其

20、他如重油、石油油渣、生物資源等都能適用。在運(yùn)行過程中，由于 采用了較徹底的煙氣凈化手段，控制了 SO2、NOx及煙塵的排放，是一種低污 染,環(huán)保性能優(yōu)良、節(jié)約燃料（熱效率高）的一種發(fā)電方式。3.3.3煤炭燃后處理技術(shù)煤在燃燒時，其含有的硫?qū)⑸蓅o2,同時空氣中的氮在燃燒煤時的高 溫下形成NOx，隨煙氣（包括CO2及少量CO）排入大氣。煤中所含的灰，在煤 中的碳及揮發(fā)分燃盡后大部分形成渣而從爐底排出，小部分形成顆粒很小的 灰，隨煙氣排入大氣。因此燃燒后的潔凈技術(shù)主要是煙氣凈化技術(shù)，渣的污染 程度不大，主要是利用問題，現(xiàn)已有成熟的利用技術(shù)。（1）煙氣脫硫技術(shù)燃煤中含有的硫，視煤的產(chǎn)地品種而各異，

21、優(yōu)質(zhì)煤含硫量在0.5%以下，含硫 量在2%以上為高硫煤。煤在燃燒過程中，煤中的硫?qū)a(chǎn)生SO2, SO2排至大氣 中將造成酸雨。酸雨是地球上環(huán)境的一大公害，對森林的損害特別嚴(yán)重,對國民 經(jīng)濟(jì)也會造成巨大損失（包括損壞古跡等）。因此世界各國都對（特別是火力 發(fā)電廠）SO2的排放作了具體的規(guī)定（包括總排放量及單位煙氣中含有SO2 的量）。對有些燃煤電廠要求必須裝設(shè)脫硫裝置。（2）煙氣脫硝技術(shù)燃煤中產(chǎn)生的NOx （氮氧化物）是導(dǎo)致化學(xué)污染的主要原因，也是形成酸 雨（硝酸）的原因之一。因此，對NOx的排放也有嚴(yán)格的要求。NOx生成主 要是在爐膛內(nèi)煤燃燒時產(chǎn)生的高溫使空氣中的氮與氧相結(jié)合而生成NOx。因

22、而主要應(yīng)從改善燃燒著手,必要時再在煙氣中采用脫硝技術(shù)。改進(jìn)燃燒的主要技術(shù)有：（1）降低空氣的過剩系數(shù)；（2）降低爐膛內(nèi)的 燃燒溫度；（3）分級燃燒，分級供風(fēng)使主燃燒區(qū)在供氧不足狀況下燃燒,以降低 燃燒溫度；（4）改進(jìn)燃燒器,采用低NOx燃燒器。如果采用以上的一些改進(jìn)燃燒技術(shù)可以降低NOx含量，但煙氣中的NOx 含量仍然很高，就需要采用煙氣脫硝技術(shù)。由于需要處理的煙氣量很大,且煙氣 中還含有o2、h2o、so2、CO2及煙塵等物質(zhì)，所以處理起來比較困難且費(fèi)用 很高，一般是采用以氨為還原劑，使煙氣中的NOx，與氨在催化劑的作用下還原 生成水和氮氣。3.3.4煤炭的轉(zhuǎn)化技術(shù)經(jīng)過熱加工或化學(xué)加工轉(zhuǎn)變成

23、新的物質(zhì)（或熱能）的各種工藝過程。世 界上正在發(fā)展煤的氣化及液化工業(yè)，并已取得了相當(dāng)?shù)男Ч?。?）煤的氣化煤的氣化是在一定的壓力、溫度條件下，在反應(yīng)器內(nèi)用某種氣化劑對已作 過適當(dāng)處理的煤以一定的流動方式進(jìn)行熱加工，將煤轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w。使難于 處理、難于去除雜質(zhì)的固體煤轉(zhuǎn)化為凈化的燃料氣體。煤的氣化在200多年 前就已開始,通過多年的逐步改進(jìn)，到目前已工業(yè)化的氣化方法有以下4類，即： 固定床氣化（包括常壓、加壓、固體排渣和液態(tài)排渣）流化床氣化（包括常 壓和加壓）；氣流床氣化（包括常壓和加壓）；熔融床氣化（常壓）。氣化技術(shù) 可將所有種類的煤轉(zhuǎn)化成各種氣體產(chǎn)品，包括城市民用和工業(yè)工藝用燃料氣、 發(fā)電

24、燃料氣、化工原料氣。煤炭氣化不僅可以提高煤炭利用效率，而且能很大 程度上使煤中的硫、氮等氧化物被去除，減少污染物的排放。（2）煤的液化煤的液化是將煤轉(zhuǎn)化為清潔液體燃料或化工原料的一種潔凈煤技術(shù)。煤 炭液化方法主要可分為直接液化和間接液化兩大類。20世紀(jì)初就開始了煤的直接液化研究工作并取得了成功,它是在較高壓 力和溫度下，在催化劑作用條件下,采用加氫的方法而制取烴類燃料;現(xiàn)世界上 已有多種工藝如溶劑精煉煤法（SRC-1，SRC-2），供氫溶劑法、氫煤法，溶劑 萃取法和溶劑分解法等,特別是兩段液化和煤油共煉技術(shù),已屬于成熟的技術(shù)。煤的直接液化主要是費(fèi)托（F-T）法，經(jīng)過不斷的改進(jìn),有低溫F-T及高

25、溫 F-T法，而生產(chǎn)不同要求的液體燃料汽油、烴、柴油、燃料油等。另外煤也可 以液化制造甲醇從甲醇轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)汽油的Mobil法。（3）燃料電池燃料電池是將氫、天然氣、煤氣、甲醇、肼等燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成 電能的一種化學(xué)電源。它與火力發(fā)電廠相比,沒有中間燃燒環(huán)節(jié),因此能量轉(zhuǎn)換 效率可以大大提高，單一發(fā)電時效率為60%,熱電聯(lián)供時可達(dá)80%。而且在發(fā) 電時不產(chǎn)生氮氧化物和硫氧化物，產(chǎn)生的是水,CO 2排放也很少,是一種很理想 的潔凈發(fā)電方式。它用水少、占地小、噪音低，建設(shè)周期短，本體結(jié)構(gòu)簡單、緊 湊，是模塊式，便于安裝、調(diào)試、運(yùn)行、擴(kuò)容。是近年來一些國家重點研究項目。燃料電池的結(jié)構(gòu)和普通電池相同，

26、也有陰極、陽極，通過電解質(zhì)將兩電極隔 開。與普通電池不同的是燃料電池是開放式系統(tǒng)，它要求連續(xù)供給反應(yīng)物，以保 持連續(xù)供電。燃料電池產(chǎn)生的是直流電，需經(jīng)過逆變器將直流電逆變成交流電 供給用戶。單個電池的電壓只有1V,而功率也很小，由若干個小電池組成電堆, 再由幾十個電堆組合在一起才能發(fā)出大的功率。（4）磁流體發(fā)電技術(shù)磁流體發(fā)電技術(shù)是將煤炭轉(zhuǎn)化為瓦斯氣與預(yù)熱的富氧空氣混合，采用熱 能直接發(fā)電的一種新型發(fā)電方式。自50年代末期原理性試驗成功以來，以其 高效、低污染的顯著優(yōu)越性，引起了科技界與產(chǎn)業(yè)界的廣泛重視。十多個國家 開始了工作，如前蘇聯(lián)、美國、日本等均列入了國家計劃,取得了穩(wěn)步的發(fā)展。 我國磁流

27、體發(fā)電研究也有30年的歷史,自1987年以來已列入國家高技術(shù)發(fā)展 計劃（“863”計劃）1。3.3.5煤炭資源化利用技術(shù)（1）煤砰石綜合利用煤研石中有不少共生礦物。將這些共生或伴生礦物分離出來，也是潔凈煤 技術(shù)中的重要部分。可用于回填采空、建筑工程填料、筑路造地、回收有用 成分及作燃料、建筑材料和改良土壤等1。（2）粉煤灰綜合利用從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細(xì)灰稱為粉煤灰，粉煤灰是燃煤電廠排 出的主要固體廢物。粉煤灰是我國當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一，現(xiàn)階段我 國年排渣量已達(dá)3000萬t。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量 逐年增加。粉煤灰焙燒過程中不需要添加任何燃料，因此具有低能耗、無

28、污染等優(yōu) 點。粉煤灰可用于礦區(qū)回填、農(nóng)業(yè)上改良土壤，可摻于混凝土中，建橋、建 壩、高層建筑底板、核發(fā)電站的安全殼等，還可用作墻體材料燒結(jié)磚、粉煤 灰陶粒及陶?；炷?、蒸養(yǎng)砌塊、粉煤灰水泥、加氣混凝土等7。（3）礦井水與煤泥水凈化及利用伴隨著煤炭開采，不得不排出的礦井井下水是一類多元相的混合物，主 要來源于地下水，包括地面滲透水和巖體裂隙水等。包含有機(jī)污染物和多種 有毒、有害物質(zhì)，如汞、鎘、銘、砷、鉛、硫、氧等，這些物質(zhì)如果超過允 許的限度，就會造成嚴(yán)重污染。大部分礦區(qū)的礦井水與生活用水一起排入河 流，不但降低了水體質(zhì)量，影響了水體的使用價值和水生生物的生長，也嚴(yán) 重影響河流沿岸的自然景觀，同時

29、也造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。為此，礦井水 處理及綜合利用是當(dāng)今急需解決的課題8。煤泥水處理主要是指煤炭在分選加工過程中產(chǎn)生的介質(zhì)用水的處理技 術(shù)。煤炭的分選加工主要是采用水作為分選介質(zhì)的，煤泥水處理和煤炭的洗 選加工密切相關(guān)，它的發(fā)展變化也緊密伴隨著煤炭分選加工的發(fā)展變化，只 不過隨著對選煤產(chǎn)品的要求愈加嚴(yán)格、選煤工藝的愈加復(fù)雜、選煤廠的大型 化愈加明顯，以及水資源的愈加珍貴和環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的愈加苛刻，煤泥水處 理已經(jīng)變成了整個選煤工藝中涉及面最廣、投資最大、最復(fù)雜、最難管理的 工藝環(huán)節(jié)。煤泥水治理的目標(biāo)就是泥水分離。采用工業(yè)上成熟的固液分離技 術(shù)，從煤泥水中分離、回收不同品質(zhì)的細(xì)粒產(chǎn)品和適合選煤廠

30、循環(huán)的用水， 做到洗水閉路循環(huán)；在煤泥水必須排放時能符合環(huán)境保護(hù)的要求，不污染環(huán) 境9。（4）煤層氣開發(fā)利用煤層氣是以吸附、游離狀態(tài)賦存于煤層及其圍巖中的以甲烷為主的天然 氣。煤層甲烷隨煤炭的開采涌入礦井，對煤礦安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅；排入 大氣成為一種強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)氣體，并能破壞臭氧層。甲烷是僅次于CO2占 第二位重要的溫室氣體，且壽命短，對溫室效應(yīng)的時效快。但另一方面，煤 層甲烷又是一種優(yōu)質(zhì)、高效、潔凈的能源，燃燒時無SO2氣體和煙塵排放， 產(chǎn)生的CO2氣體少，其熱值達(dá)33494-37681J/m3，按熱值計約1000m3甲烷相 當(dāng)于1t標(biāo)準(zhǔn)煤10。煤層氣的采集有兩種途徑：一種是靠地下鉆孔收

31、集，用管道以20kPa壓 力送到電廠，經(jīng)過濾除塵，再以10kPa壓力送入內(nèi)燃機(jī)；另外一種是靠通風(fēng) 系統(tǒng)收集，同樣過濾后送到發(fā)電機(jī)組。每臺燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)額定出1030kW，每 套裝置都有16缸、1500r / min燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)一臺及無刷發(fā)電機(jī)一臺，內(nèi)燃機(jī) 上裝有專用空氣/燃料配比控制系統(tǒng)，可自動控制入口燃料以控制空氣/燃 料混合物，從而控制NOx的排放量，優(yōu)化內(nèi)燃發(fā)電機(jī)效率。遇有煤層氣波動 還可以接天然氣補(bǔ)充，解決了長期困擾煤礦的安全和污染問題11。潔凈煤技術(shù)在我國的重要地位4.1我國的能源狀況我國能源結(jié)構(gòu)的特點是富煤、缺油、少氣，煤炭資源豐富，煤種齊全， 煤炭保有儲量約一萬億噸，在常規(guī)能源中，煤炭

32、儲量占90%以上。作為世界 上第一大煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)國，2008年煤炭在一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比 重分別占達(dá)到了 76.7%和68.7%12。煤炭是我國最安全、最經(jīng)濟(jì)、最可靠的 能源，今后相當(dāng)長時期內(nèi)煤炭作為最主要的一次能源地位也不會改變。我國目前80%以上的煤炭是作為燃料,70%的煤炭直接燃燒，而煤炭利用 率只有20%左右4。我國目前的煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)及其利用效率，無論是對大氣污 染、酸雨等區(qū)城性環(huán)境間題，還是氣候變化等全球環(huán)境問題來講,都是一個最主 要的形響因素。據(jù)2009年統(tǒng)計數(shù)字，全國SO2排放量達(dá)2214.4萬t,粉塵排放 量523.6萬ti3，其中約80%是通過燃煤排放的。為了克服用

33、煤在節(jié)能和環(huán)保方面面臨的障礙，唯一可行的選擇是大力發(fā) 展?jié)崈裘杭夹g(shù)，以提高煤炭利用效率，同時減少污染物的排放。因此，潔凈煤技 術(shù)是我國能源的未來，發(fā)展適合我國國情的潔凈煤技術(shù)，是一項重大的中長期 戰(zhàn)略性課題。4.2我國潔凈煤技術(shù)發(fā)展概況經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國通過引進(jìn)、消化和自主開發(fā)，在潔凈煤技術(shù)的 研究開發(fā)、示范及推廣應(yīng)用三個方面上，均取得了一定進(jìn)展，在潔凈煤技術(shù) 領(lǐng)域同發(fā)達(dá)國家之間的距離正在縮小，在煤炭洗選、煤炭轉(zhuǎn)化、潔凈煤燃燒 和污染物資源綜合利用等方面具都作出了一些成績。目前，中國已成了世界 上最大的潔凈煤市場。4.2.1煤炭洗選和加工方面我國的選煤技術(shù)自主設(shè)計能力近些年有大幅提高，年選

34、煤量由上世紀(jì)90 年代的4.42億t提高至2006年的7.86億（2006年全國原煤產(chǎn)量為23.25億 t，入選率33.8%，其中，入選冶煉用煉焦煤3.88億t，入選動力煤3.98億t）。 其中干法洗選、重介質(zhì)旋流器、細(xì)粒煤分選等技術(shù)發(fā)展迅猛；水煤漿制漿生 產(chǎn)能力先已近300萬噸/年，而且在工業(yè)燃燒水煤漿取得實質(zhì)性進(jìn)展；我國已 建成較大規(guī)模的動力配煤生產(chǎn)線，配煤能力5000多萬噸每年；型煤技術(shù)得到 大力推廣，建立起了自己的鍋爐型煤、氣化型煤、型焦及配型煤煉焦和生物 質(zhì)型煤生產(chǎn)線。4.2.2煤炭轉(zhuǎn)化方面我國在煤炭轉(zhuǎn)化方面進(jìn)步也較大，通過引進(jìn)和自主開發(fā)，目前已經(jīng)掌握 了多噴嘴水煤漿新型氣化爐、加壓

35、粉煤流化床氣化爐、灰熔聚常壓流化床氣 化爐等新型煤炭氣化技術(shù)，使得我國工業(yè)生產(chǎn)方面單位能耗降低。另外，煤 炭液化也取得明顯效果，如潞安煤基合成油示范廠已具備160 kt/a的柴油、 石腦油、LPG及少量混合醇燃料的生產(chǎn)能力。根據(jù)第五屆中國國際煤炭大會 消息，2008年我國煤制油的產(chǎn)能為14.32萬t，而且這個能力還在不斷擴(kuò)大， 目前有神華集團(tuán)、神華寧煤集團(tuán)、內(nèi)蒙古伊泰集團(tuán)、兗礦集團(tuán)、山西潞安礦 業(yè)集團(tuán)等擬建和在建的7個煤制油項目，據(jù)估計，到2020年中國煤制油產(chǎn)業(yè) 將形成5000萬t的產(chǎn)能規(guī)模。另外，我國已經(jīng)成功研制了 kW級燃料電池堆， 煤炭氣化和燃料電池聯(lián)合的研究在開展。4.2.3潔凈煤燃

36、燒與發(fā)電方面我國從20世紀(jì)80年代開始跟蹤IGCC技術(shù)的發(fā)展，有一批科研機(jī)構(gòu)和 企業(yè)在從事這方面的研究。西安熱工研究院是國內(nèi)對IGCC技術(shù)掌握較好的 單位，其以干煤粉加壓氣化技術(shù)為核心的“綠色煤電”第一階段IGCC發(fā)電示 范工程(250MW)會在2009年內(nèi)建成投運(yùn)。另外國家對IGCC技術(shù)的運(yùn)用比 較重視，2007年，東莞市、杭州市和天津市等三個自主開發(fā)技術(shù)的IGCC電 站示范項目并列入“十一五”國家863“以煤氣化為基礎(chǔ)的多聯(lián)產(chǎn)示范工程”重 大項目。在增壓流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)，我國也有一定研究進(jìn)展，如東南 大學(xué)熱能工程研究所構(gòu)建了 2MWt的加壓噴動流化床部分氣化爐，形成了較 完整的PFB

37、C-CC系統(tǒng)，氣化爐產(chǎn)生的煤氣熱值在4.2MJ/Nm3以上，系統(tǒng)碳 利用效率在99%以上。目前，220t/ h以下的循環(huán)流化床鍋爐我國已實現(xiàn)國產(chǎn) 化，410t/ h循環(huán)流化床鍋爐燃煤發(fā)電工程示范正在組織實施。4.2.4污染物治理與資源綜合利用方面我國開發(fā)了一系列煙氣脫硫、除塵新技術(shù)，完成了多套電站煙氣脫硫工 程，煤砰石和煤泥等廢物再資源化已初步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。國內(nèi)現(xiàn)有煤砰石電站 110多座，裝機(jī)容量超過1300兆瓦。近年來通過治理，現(xiàn)有國有重點煤礦的 礦井水外排達(dá)標(biāo)率達(dá)到85%以上，同時國有重點煤礦選煤廠通過對生產(chǎn)系統(tǒng) 進(jìn)行改造，提高了煤泥回收率，洗水基本實現(xiàn)了洗水閉路循環(huán)。脫硫方面， 我國煙氣脫

38、硫技術(shù)發(fā)展的重點方向是濕法脫硫。目前已竣工的濕法脫硫系統(tǒng) 有珞磺電廠2X360MW全容量濕法脫硫裝置、山東黃島電廠100MW旋轉(zhuǎn)噴 霧干法脫硫裝置、太原第一熱電廠200MW高速平流式濕法脫硫裝置等14。4.3潔凈煤技術(shù)在我國的重要地位煤炭是我國能源的主體，在今后相當(dāng)長的時期內(nèi)，其主導(dǎo)型的地位不會 發(fā)生根本性的改變，但煤炭開發(fā)和加工利用對環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生的壓力越來越大， 所以這幾年國內(nèi)加大了潔凈煤研究與開發(fā)的力度。發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，減少環(huán) 境污染，提高能源效率，減少能源消費(fèi)總量，是我國能源發(fā)展的必然選擇。（1）發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)有利于提高煤炭效率，減少粉塵和污染采用煤炭加工技術(shù)，如洗選煤、型煤、配煤和水煤漿技術(shù)，可有效減少原料 煤