煤的洁净化技术_中国洁净煤技术
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1.洁净煤技术的背景
1.1煤炭利用过程的危害
煤炭是世界重要能源，我国更是世界最大的煤炭生产国和消费国，而发电用煤占原煤的很大比列。我国煤炭消费的一个主要特点是大量原煤直接燃烧，大约占原煤总量的62%。由于大量煤炭直接燃烧，燃煤质量差，且燃烧效率低，对环境也造成了破坏。煤炭燃烧后会产生二氧化硫、一氧化碳、烟尘、放射性飘尘、氮氧化物、二氧化碳等。这些产物会造成很大的危害：二氧化硫、二氧化氮会形成酸雨，严重影响地球生态环境和人类社会；燃烧后排放的二氧化碳会造成全球气候变暖和温室效应，威胁着全球生态系统及人类生存；烟尘会以颗粒物形式漂浮在大气中，危害生物健康及气候；人类长期吸入氮氧化物会影响呼吸系统造成疾病，同时氮氧化物达到一定浓度后也会和其他物质反应形成光化学烟雾，损害生态系统。
1.3洁净煤技术的提出及意义
洁净煤技术一词源于美国。洁净煤技术贯穿于开发即利用整个过程，是减少污染提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等高新技术的总称。洁净煤技术主要分为煤炭燃烧前处理、燃烧中处理、燃烧后处理和转化技术。而且各个部分越往后越难，成本及投资也越来越多。各国在分阶段进行各环节净化技术同时，也分阶段进行技术经济优化。我国煤炭大部分用于直接燃烧，造成各种问题，可再生能源发展缓慢。我国可再生能源利用量明显低于发达国家平均水平，可再生能源与新能源发展滞后。受经济发展水平制约，国内可再生能源技术研发及产业化投放不足，没有形成完备的可再生能源技术研发和装备制造体系，部分关键技术和设备长期依赖进口。因此，发展洁净煤技术将是我国能源发展的战略选择。
2.洁净煤技术的发展
1984年10月美国政府率先提出洁净煤技术示范计划，旨在通过联邦政府、州政府和各私营企业的合作，开发和示范具有优良运行性能、环保性能和经济竞 争力的煤基技术。美国己有43个州在推广洁净煤技术。运行结果表明，新技术可以大大减少污染物排放，满足严格的环境标准，而投资和成本大幅降低。近年来，美国围绕未来能源结构、能源环境问题确定了一系列未来洁净煤技术研究推广计划，致力于发展成本有效的环境控制技术，以使现有的能源工厂能够符合已有的及新制定的政策法规规定，远期目标致力于发展未来能源工厂所需要的技术，如电力和氢能技术，近零排放技术，CO2处理技术等。
欧共体发展洁净煤技术的主要目标是减少CO2和其他温室气体排放，使燃煤发电更加洁净；通过提高效率减少煤炭消费，确保经济持续发展。欧共体特别是德国在选煤、型煤加工、煤炭气化和液循环流化床燃烧技术、煤气化联合循环发电、烟气脱硫技术等方面取得了很大进步。在1993-1996年度总共有7个项目被立项，这7个项目覆盖了来自16个欧洲国家的210个组织。
为应付石油危机，日本于1974年提出新能源技术开发计划。日本又分别于1978年和1989年提出了节能技术开发计划和环境保护技术开发计划。1993年日本政府将上述三个计划合并成了规模庞大的新阳光计划。日本的洁净煤技术开发从内容上分为两部分：提高热效率，降低废气排放；进行煤炭燃烧前后净化。
为了提高煤炭开发利用效率、减轻环境污染，我国在洁净煤技术方面开展了大量的研究、开发和推广工作。中国洁净煤技术计划涉及四个领域：煤炭加工、煤炭搞笑洁净
燃烧、煤炭转化、污染排放控制与废弃物处理，其中包括十四项技术。目前，我国新建的大型火力发电机组所采用的洁净煤发电技术已经处于国际先进水平，在部分领域已经接近国际领先水平。
未来的洁净煤发电技术将以控制CO2排放为基本出发点与基本特征，一方面，需要对现有各种洁净煤发电技术的进行创新性的改进，以进一步发挥其潜在的优势并克服劣势；另一方面，将期待出现创新性洁净煤发电理念与技术。
洁净煤技术是指从煤炭开发到利用的全过程中旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。洁净煤技术（CCT）一词源于美国,旨在减少污染和提高效益的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制等新技术的总称
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。它是旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制新技术的总称，是当前世界各国解决环境问题的主导技术之一，也是高新技术国际竞争的一个重要领域。根据我国国情，洁净技术包括：选煤，型煤，水煤浆，超临界火力发电，先进的燃烧器，流化床燃烧，煤气化联合循环发电，烟道气净化，煤炭气化，煤炭液化，燃料电池。
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。
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。原煤洗选采用筛分、物理选煤、化学选煤和细菌脱硫方法，可以除去或减少灰分、矸石、硫等杂质；型煤加工是把散煤加工成型煤，由于成型时加入石灰固硫剂，可减少二氧化硫排放，减少烟尘，还可节煤；水煤浆是先用优质低灰原煤制成，可以代替石油。
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。流化床又叫沸腾床，有泡床和循环床两种，由于燃烧温度低可减少氮氧化物排放量，煤中添加石灰可减少二氧化硫排放量，炉渣可以综合利用，能烧劣质煤，这些都是它的优点；先进燃烧器技术是指改进锅炉、窑炉结构与燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放技术。
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。消烟除尘技术很多，静电除尘器效率最高，可达99%以上，电厂一般都采用。脱硫有干法和湿法两种，干法是用浆状石灰喷雾与烟气中二氧化硫反应，生成干燥颗粒硫酸钙，用集尘器收集；湿法是用石灰水淋洗烟尘，生成浆状亚硫酸排放。它们脱硫效率可达90%。
煤转化为洁净燃料技术
主要有以下四种：
①煤的气化技术，有常压气化和加压气化两种，它是在常压或加压条件下，保持一定温
度，通过气化剂（空气、氧气和蒸汽）与煤炭反应生成煤气，煤气中主要成分是一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。用空气和蒸汽做气化剂，煤气热值低；用氧气做气化剂，煤气热值高。煤在气化中可脱硫除氮，排去灰渣，因此，煤气就是洁净燃料了。
②煤的液化技术，有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，我国已开展研究。
③煤气化联合循环发电技术，先把煤制成煤气，再用燃气轮机发电，排出高温废气烧锅炉，再用蒸汽轮机发电，整个发电效率可达45%。我国正在开发研究中。
④燃煤磁流体发电技术，当燃煤得到的高温等离子气体高速切割强磁场，就直接产生直流电，然后把直流电转换成交流电。发电效率可过50%～60%。我国正在开发研究这种技术。
洁净煤技术的开发应用
煤炭是全球最重要的能源之一，洁净煤技术是减少环境污染、降低碳排量最现实、最有效的办法之一。洁净煤技术的发展不但为煤炭工业带来发展契机，而且还将对电力工业和发电设备制造业带来深刻的影响。与国内新能源开发的风生水起相比，洁净煤技术则显得曲高和寡，究其症结，目前我国还缺少政策对清洁煤技术发展的指引和支持。而今净煤技术作为《新兴能源产业规划》所框定的十个新兴能源产业之一，弥补了此前政策的缺失导致其产业化进程缓慢。在我国大力发展低碳经济的今天，洁净煤产业发展已经刻不容缓。在未来的几年，十几年内，我国洁净煤产业将继续成为国家关注的重点产业。
5.未来洁净煤技术的发展方向
5.1碳捕集与封存技术
碳捕集与封存是指将大型发电厂或其他大型用煤企业所产生的二氧化碳收集起来，并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的方法。二氧化碳的捕集是指将二氧化碳从化石燃料燃烧产生的烟气中分离出来，并将其压缩到一定压力针对电厂排放的二氧化碳捕获系统主要有三类：燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集。二氧化碳封存是指将运抵存储地的二氧化碳注入到诸如地下盐层、废弃油气田、煤矿等地质结构层或者深海海底、海洋水柱、海床以下的地质结构中。二氧化碳的封存一般可分为地质封存和海洋封存两类。
5.2整体煤气化联合循环发电
整体煤气化联合循环技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。整体煤气化联合循环电站被认为是21世纪初期最有发展前途的洁净煤发电技术，代表了未来世界清洁煤基能源的发展方向。
5.3煤基多联产
煤基多联产IGCC是以煤气化为基础，在采用IGCC技术发电，保留了IGCC高效、清洁等优越性的同时，向外提供甲醇、二甲醚、乙烯等化工品，并能对外提供氢气、蒸汽等多种工业产品，视线里煤炭资源的高效综合利用发电并联产化工品。我国在煤炭气化技术的实践和研究中，积极开展了以煤炭气化为核心的多联产系统研究。兖矿、中科院自助研发建成的高效洁净煤基甲醇联产电示范系统，是我国首座煤气化发电与联产示范工程。煤的综合高效清洁利用越来越摆到关系能源经济安全、关系企业经济社会效益的重要位置上，煤基多联产IGCC发电在未来实现大规模产业应用前，还有若干技术路线和技术方案需要探索示范。
6.总结
在现代，随着经济发展和环保观念的增强，提高煤的利用效率、减少污染排放显得越发重要，尤其是在中国，所以必须依靠洁净煤技术来实现中国高效绿色发展。我国的洁净煤技术与国外发达国家相比还有一定差距，所以要在大力发展经济同时加紧洁净煤技术的研究工作，争取研发出一批具有重大影响且具有自主知识产权的先进洁净煤技术。
