洁净煤技术

1、什么是洁净煤？

洁净煤(CleanCoal)一词是80年代初期美国和加拿大关于解决两国边境酸雨问题谈判的特使德鲁·刘易斯(Drew Lewis，美国)和威廉姆·戴维斯(WilliamDavis，加拿大)提出的。洁净煤技术(Clean Coal Technology，简称CCT)的含义是：旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。当前，洁净煤技术已成为世界各国解决环境问题主导技术之一，也是高技术国际竞争的一个重要领域。

由于中国煤炭开采和利用的特点决定，中国洁净煤技术领域与国外洁净煤技术领域重点放在燃烧发电技术上有所不同，涵盖从煤炭开采到利用全过程，是煤炭开发和利用中旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称，其内容包括洁净生产技术、洁净加工技术、高效洁净转化技术、高效洁净燃烷与发电技术和燃煤污染排放治理技术等。

乌鲁木齐社区居民用上了洁净煤。从2005年开始，洁净煤在新疆全面推广使用。摄影/李雄心/CFP

2、洁净煤技术内容：

按照国务院1997年批准的《中国洁净煤技术九五计划和2010年发展规划》，中国洁净煤技术包含四个领域、十四项技术：

1) 煤炭加工领域：选煤、型煤、水煤浆；

煤炭加工是指在原煤投入使用之前，以物理方法为主对其进行加工，这是合理用煤的前提和减少燃煤污染的最经济的途径。主要包括煤炭洗选、型煤、水煤浆制备。常规的物理选煤可除去煤中的60%的灰分和约50%的黄铁矿硫。煤炭经洗选可大大提高燃烧效率，大大减少污染物排放，入选1亿吨原煤一般可减少燃煤排放的SO2，100～150万吨，成本仅为洗涤烟气脱硫的十分之一。型煤是具有发展中国家特点的洁净煤技术，与烧散煤相比，可节煤20%～30%，减少黑烟排放80%～90%，颗粒物减少70%～90%，S02减少40%～60%；水煤浆是新型的煤，代油燃料，优质煤制成水煤浆其灰分小于8%，硫分小于1%，燃烧效率高，烟尘、S02、NOx等排放都低于燃油和散煤，一般1.8～2.1吨水煤浆可代替1吨重油。

2) 煤炭高效燃烧与先进发电技术领域：CFBC、PFBC、IGCC；

煤炭高效、洁净燃烧与发电技术是洁净煤技术的核心。从煤炭中获取能量主要靠燃烧，目前以循环流化床锅炉(CFBC)的适应煤种广，燃烧效率高，且易于实施床内脱硫，与常规粉煤锅炉比S02、NOx,可减少50%以上，较采用粉煤锅炉加净化装置可节约投资10%～15%。CFBC(包括常压AFBC、增压PFBC)是近年来国际上竞相发展的洁净燃烧技术；发展高效低污染粉煤燃烧(先进的燃烧器)应以稳燃、高效、低污染和防结渣作为开发燃煤技术与燃烧器的目标；燃煤联合循环发电包括煤气化联合循环发电(1GCC)和增压流化床联合循环发电(PFBC—CC等)是新—代高效、洁净燃煤发电技术。IGCC电厂供电效率可达50%～52%，脱硫率可达99%，NOx排放只有常规电厂的15%～30%、耗水只是常规电厂的1／3到1／2。

3) 煤炭转化领域：气化、液化和燃料电池；

煤炭转化是指以化学方法为主将煤炭转化为洁净的燃料或化工产品，包括煤炭气化、煤炭液化和燃料电池。煤炭转化以气化为先导，以碳一化工为重点，走燃料化工和煤深加工的技术路线。作为化工原料，煤化工在芳烃生产方面有石油化工和天然气化工所不具备的优势。煤炭气化包括完全气化、温和气化(低温热解)和地下气化是实现煤炭洁净利用的先导技术和主要途径。多年来针对不同用户开发了多种气化工艺。从发展趋势看应优选煤种适应广、技术先进的流化床和气流床气化技术；煤炭液化是将煤在适宜的反应条件下转化为洁净的液体燃料和化工原料。工艺上分为直接(加氢)液化和间接(先气化)液化和由直接液化派生的.煤油(废塑料等)共炼工艺。发展替代液体燃料是一项带战略意义的任务；燃料电池是直接将燃料的化学能转化为电能的技术，目前国际上已经开发出数种不同类型的燃料电池，主要用于航天器的动力，使用的主要燃料为氢气和甲烷气。

以煤气化制氢和氢能发电，对二氧化碳进行分离和处理，实施“绿色煤电”发展战略，使煤炭发电符合可持续发展的要求。 摄影/谢正军/CFP

4) 污染排放控制与废弃物处理领域：烟气净化、电厂粉煤灰综合利用、煤层气的开发利用、煤矸石和煤泥水的综合利用。

污染排放控制与废弃物处理：工业污染防治要逐步从生产末端治理转到源头和生产全过程的控制，把分散治理与集中控制结合起来，把浓度控制与总量控制结合起来，并把燃煤所造成的污染放在突出位置。因此，对煤炭开发利用中产生的污染和废弃物进行控制和处理是实现国家环保目标使煤炭成为高效、洁净、可靠能源的重要环节。烟气净化是清除煤炭燃烧产生的烟气中的有害物质(灰尘、S02、NOX)。在我国燃煤锅炉排放的烟尘、二氧化硫、氮氧化物是空气污染的主要原因。从各个环节脱除煤中的硫是洁净煤技术的重要内容。

废弃物处理主要包括对煤炭开采和利用过程中所产生的矸石、煤层甲烷、煤泥、矿井水及燃煤电站所产生的粉煤灰等进行处理。我国矿区煤矸石每年的排放量约为1.5～2亿吨，主要利用途径是发电、生产水泥和烧砖，但利用总量较少。煤层甲烷(又称煤层瓦斯或煤层气)是与煤共生，开采煤炭时从煤体内析出。它是一种优质能源，但同时又是煤炭开采的一种主要灾害，其大量排空对全球环境变化(温室效应)有较大影响。我国煤层气的开发利用程度还很低，主要是采取井巷抽放，但气体利用价值低，地面开采尚处于探索研究阶段，正在开展示范工程并与国外进行合作勘探。粉煤灰是燃煤电站排出的固体废弃物，欧美发达国家的大型电厂已将烟气净化。粉煤灰被大量应用于筑路、生产水泥和优质混凝土、制砖及其它建材，并将粉煤灰大量用于建筑高速公路。中国粉煤灰研究和利用的重点是大用量方向，如掺于混凝土中建桥、建坝、高层建筑底板、核发电站的安全壳等，已经建设完成的三峡工程估计用粉煤灰量达133.8万吨。我国煤矿大量矿井水外排与矿区严重缺水局面并存，许多矿井水含有大量悬浮物及少量有害元素。因此，最大限度地处理和净化矿井水，使之资源化，对减少矿区环境污染、缓解干旱缺水地区用水紧张情况起到积极作用。目前，主要的矿井水处理方法有混凝沉淀法、电渗析法、反渗透法和中和法。

英国埃塞克斯郡提尔布里（Tilbury）装机100万千瓦的洁净煤发电厂。 摄影/CFP

3、洁净煤技术的重要地位：

当前中国能源以煤炭为主，在一段较长时间内这种局面难以改变。煤炭利用中严重污境、排放大量温室气体。推广用洁净煤技术可大幅度提高煤炭利用效率、减少污染净地转化为液体、气体燃料，保障能源安全。发展洁净煤技术，是当前中国能源发展的现实选择和必然要求。

从长远看，新能源和可再生能源要大量取代化石能源是一项十分艰巨的任务，绝非一朝一夕可以实现的，况且与化石能源相比，非水可再生能源依然昂贵。预计二十一世纪的上半叶化石能源在中国仍将占主要地位，煤炭仍将占有重要地位。在这段过渡时期中，将主要依靠高效节能技术、洁净煤技术等化石能源的高效、洁净开发利用技术，缓解化石能源的枯竭，大幅度减少环境污染及温室气体排放，为迎来能源高效、洁净、永续利用的新时代的桥梁。

4、中国洁净煤技术开发和应用的重点：

当前，洁净煤技术的重要性已受到政府和社会的广泛关注，但还缺乏国家对洁净煤技术的研究、开发和示范的有效投入和激励政策，致使洁净煤技术的开发应用还滞后于可持续发展的需要。发达国家的一些先进技术往往比较昂贵，在能源激烈竞争的市场上还不具备经济，也有些技术还不能适应中国的具体需求。此外，有些传统观念、习惯也阻碍了机制、管理和技术的创新。为促进中国洁净煤技术的产业化和推广应用，应根据市场的需求，确定出重点，明确适合于中、近期推广应用的技术项目，开展国内、国际合作的研究、开发、示范和推广项目。

2009年7月6日，我国首座自主开发设计制造并建设的IGCC（整体煤气化联合循环发电系统）示范工程，天津IGCC示范电站天津临港工业区开工建设。据了解，该电站将建成我国第一台25万千瓦等级IGCC发电机组，并采用华能集团自主研发的具有自主知识产权的每天2000吨级两段式干煤粉气化炉，首台机组计划于2011年建成，届时该电站将成为我国最环保的燃煤示范电站，发电效率可达48%，脱硫效率达99%以上。 摄影/杜宇/CFP

5、洁净煤技术国外发展概况：

1986年3月，美国率先推出“洁净煤技术示范计划（CCTP）”，主要包含四个方面：(1)先进的燃煤发电技术（整体煤气化联合循环发电－IGCC，流化床燃烧－CFBC，改进燃烧和直接燃煤热机）；(2)环境保护设备（NOX与SOX控制）；(3)煤炭加工成洁净能源技术（洗选、温和气化、液化）；(4)工业应用（炼铁、水泥及其他行业控制硫、氮、灰尘排放和烟气回收洗涤等）。已有13项取得初步商业化成果。欧共体国家正在研究开发的项目有煤气化联合循环发电（IGCC），煤和生物质及废弃物联合气化（或燃烧），循环流化床燃烧，固体燃料气化与燃料电池联合循环技术等。日本近年来开始较大幅度的增加煤炭的消费量，发展洁净煤技术成为热点。正在开发的项目包括(1)提高煤炭利用效率的技术，如IGCC、CFBC和PFBC；(2)脱硫、脱氮技术，如先进的煤炭洗选技术，氧燃烧技术，先进的废烟处理技术，先进的焦炭生产技术等；(3)煤炭转化技术，如煤炭直接液化，加氢气化，煤气化联合燃料电池和煤的热解等；(4)粉煤灰的有效利用技术。

6、洁净煤技术国内发展概况：

我国围绕提高煤炭开发利用效率、减轻对环境污染开展了大量的研究开发和推广工作。随着国家宏观发展战略的转变，洁净煤技术作为可持续发展和实现两个根本转变的战略措施之一，得到政府的大力支持。1995年国务院成立了“国家洁净煤技术推广规划领导小组”，组织制定了《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展纲要》，并于1997年6月获国务院批准。

中国洁净煤技术计划包括十四项技术，即：煤炭洗选、型煤、水煤浆；循环流化床发电技术、增压流化床发电技术、整体煤气化联合循环发电技术；煤炭气化、煤炭液化、燃料电池；烟气净化、电厂粉煤灰综合利用、煤层甲烷的开发利用、煤矸石和煤泥水的综合利用、工业锅炉和窑炉。

1) 选煤技术：

选煤是提高商品煤质量的主要手段，煤炭经洗选后可提高燃烧效率，减少污染物排放。

我国1998年末在籍选煤厂有1581座，选煤能力494.33Mt,入选量327.63Mt,入选率25.66%。最大炼焦煤选厂设计能力400万t/a，最大动力煤选厂设计能力1900万t/a。国内自行研制的设备已基本满足400万t/a以下各类选煤厂建设和改造需要，有些工艺指标已达到或接近世界先进水平。国有大中型选煤厂技术改造的主要内容，已由过去单纯的注重降灰转为降灰与脱硫并举及回收洗矸中的黄铁矿。

另外，我国无压重介质旋流器（3NWX1200/850）研制成功并投入生产使用，旋流静态微泡浮选柱研制成功，分选技术也取得若干重要成果。

2) 型煤：

我国民用型煤技术处于国际领先水平，目前年产量约5000万t，大中城市普及率60%，以蜂窝煤、煤球为主。工业型煤分为化肥造气型煤和锅炉燃料型煤，年产量约2200万t。目前化肥造气型煤主要是石灰碳化煤球。由于技术、价格、市场等原因，锅炉燃料型煤工业化推广较慢。

3) 水煤浆：

水煤浆是七十年代兴起的煤基液态燃料，可作为炉窑燃料或合成气原料，具有燃烧稳定，污染排放少等优点。

欧美等发达国家水煤浆技术已进入商业化阶段。国内经过“六五”以来研究、开发，在制浆、运输和燃烧方面取得了许多成果；建成9座水煤浆厂，总生产能力176万t/a；在工业锅炉、电站锅炉、工业窑炉进行了水煤浆示范燃烧；水煤浆作气化炉原料在鲁南化肥厂应用于生产；矿区高、中灰煤泥制浆和35t/h锅炉燃烧技术通过鉴定。

4) 循环流化床（CFBC）：

CFBC锅炉煤种适应性广，燃烧效率高，脱硫率可达到98%，NOX、CO低排放，是重要的洁净燃烧技术。

我国的CFBC技术开发工作始于八十年代中期，由中科院工程热物理所、清华大学、浙江大学和哈尔滨工业大学等单位组织开发研制的循环流化床锅炉分别于九十年代相继投入运行，最大容量达到了75t/h。主要技术类型有：百叶窗式、热旋风筒式、平面流分离器式等。目前国内已具备设计、制造75t/h及以下的小型CFBC锅炉的能力，但在工艺及辅机配套、连续运行时间、负荷、磨损、漏烟、脱硫等技术方面还有待完善。国家经贸委组织的75t/h循环流化床锅炉完善化示范工程，先后完成两种完善化炉型的设计、制造、安装和试验，于1996年初陆续投入运行。

5) 增压流化床（PFBC）：

大型商业化PFBC机组的高温烟气净化技术及设备、大功率高初温燃气轮机技术、控制技术等还处于实验室研究开发阶段。

6) 整体煤气化联合循环（IGCC）：

IGCC发电技术通过将煤气化生成燃料气，驱动燃气轮机发电，其尾气通过余热锅炉生产蒸汽驱动汽轮机发电，使燃气发电与蒸汽发电联合起来，发电效率达45%以上。IGCC发电技术将极有可能成为21世纪主要的洁净煤发电方式之一。

我国IGCC发电技术的研究开发工作经历了约二十年，一些单项技术如气化炉、空分设备、煤气脱硫、余热锅炉等有一定的技术基础。

7) 煤炭气化：

我国气化技术广泛用于冶金、化工、建材、机械等工业行业和民用燃气，以UGI、水煤气两段炉、发生炉两段炉等固定床气化技术为主。近年来引进国外的先进技术和装置，如山西化肥厂等引进加压鲁奇炉；鲁南化肥厂等引进德士古水煤浆气化炉技术；上海焦化厂引进U-GAS气化炉。水煤气两段炉或发生炉两段炉也有引进，用于制取工业燃气或城市民用煤气。

8) 煤炭液化：

国内煤科总院北京煤化所于80年代建立了2套0.1t/d的小型连续液化试验装置和1套液化油加氢连续试验装置，对几十种中国煤作了评价试验。中科院山西煤化所于“七五”期间完成了100t/a间接液化中间试验，“八五”期间进行了2000t/a的间接煤液化工业试验。

9) 燃料电池：

燃料电池是一种不经过燃烧而以电化学反应方式将燃料的化学能直接变为电能的发电装置，可以用天然气、石油液化气、煤气等作为燃料，能量转化效率高、环境效果好。按电解质种类分为磷酸型、熔融碳酸盐型、固体聚合物型、固体氧化物型、碱性型5种类型。

我国燃料电池的研究主要是配合航天技术的发展，以碱性型为主。天津电源研究所、中科院大连化物所、武汉大学等研制的有航天用、水下用燃料电池。国内研究大多处于实验室阶段。

10) 烟气净化技术：

烟气净化技术可分为除尘、脱硫、脱硝3类。

烟气脱硝技术有选择催化还原法、非催化还原法及吸附法等，商业应用较少。

我国300MW以上电站基本配备静电除尘装置，中小型机组和工业锅炉多采用效率较低的水膜除尘、旋风器等技术。

国内针对大量中小型锅炉开发了经济适用的烟气净化技术，如冲击—鼓泡式和旋流水膜式烟气脱硫除尘技术，碱性工业废水烟气脱硫工艺、陶瓷窑炉湿法收尘技术等。

11) 煤层气的开发利用：

我国已有146座矿井装备了井下煤层气抽放系统。1992年以来，在联合国开发计划署（UNDP）资助下，开展了全国煤层气资源评价、松藻等矿务局示范性地面和井下采气工程等四个研究或示范项目。

（以上摘自百度“百科”、“知道”栏目）