煤技术发展与煤炭清洁利用研究

王志利

（山西崇安能源发展有限公司，山西 晋城 048300）

煤技术发展与煤炭清洁利用研究

王志利

（山西崇安能源发展有限公司，山西 晋城 048300）

在大力倡导低碳经济的形势下，煤炭清洁利用已经成为减少污染物排放、提高能源利用率、优化调整终端能源消费结构的重要途径。文章在介绍煤技术发展概况的基础上，对煤炭清洁利用的内涵与方法进行论述，期望对推动国民经济持续发展、实现煤炭资源高效利用有所帮助。

煤炭清洁；煤技术；能源

煤炭作为一种能源，其具有非常高的利用价值。然而，在对煤炭进行利用的过程中，会对自然生态环境造成一定程度的污染和破坏，这与可持续发展的理念相违背。因此，研究煤炭清洁利用对于促进煤技术的发展具有重要的现实意义。

1 煤技术发展概况

1.1 煤炭加工技术

选煤、型煤和水煤浆是煤炭的主要加工技术，①选煤最为常用的技术是物理和化学选煤两种。通过选煤能够将煤炭中的矿物质和无机硫有效脱除；②所谓的型煤技术具体是指将品质相对较差的煤和粉煤进行成型处理，从而使之形成煤制品，进而达到减少燃烧过程中烟尘排放量的目的。在对硫含量较高的煤进行成型处理时，可加入一定量的催化剂，由此可显著降低SO2的排放量，符合清洁生产的要求；③水煤浆是一种新型的煤基流体代油燃料，可作为工业生产过程中锅炉的主要燃料使用，通过气化技术可以合成煤气。我国的水煤浆技术在近几年里的发展速度较快，由我国自主研发的水煤浆燃烧技术在国际上已经处于较为领先水平。

1.2 煤炭燃烧技术

循环流化床燃烧锅炉以及煤气化循环发电是煤炭洁净燃烧的主要技术，其中循环流化床燃烧锅炉具有效率高、煤种适应性广、脱硫率高、排放低等优点，属于典型的节能型洁净燃烧技术。截止到目前，我国已经具备了自主研发410t/h以下循环流化床燃烧锅炉的能力。煤气化循环发电是利用煤炭气化过程中生成的燃料气对汽轮机进行驱动，从而使燃气与蒸汽发电联合到一起，达到循环发电的目的。实践表明，该技术的发电效率可以达到45%左右，随着对该项技术的研究不断深入，取得了一批成果，形成了较好的技术基础。

1.3 煤炭气化技术

该技术具体包括煤炭气化、煤制天然气和煤炭地下气化。①煤炭气化是主要的研究方向，具体是指将煤炭放入特定的设备当中，通过温度和压力的双重作用，使煤炭中的有机质与汽化剂发生化学反应，从而将固体形态的煤炭转化为含有多种可燃性气体的过程，如一氧化碳、氢气、甲烷等；②煤制天然气则是指对煤炭气化处理之后产生的合成气进行净化，再利用甲烷化装置获得合成热值＞33.49MJ/m³的代用天然气。经由管道向北京输送的煤制天然气工程于2012年建成并正式投入使用；③地下气化是在不开采的前提下，对地下的煤炭资源进行可控性燃烧，并将燃烧过程中产生的煤气输出地面，这是一种新型的能源采集方式。我国作为较早研究该技术的国家之一，目前已经取得了多项研究成果。如日产量为15万m³的无井式煤炭地下气化生产系统等。

1.4 煤炭液化技术

该技术是将固体煤炭转化为液态燃料的先进技术，主要分为直接液化与间接液化两种生产工艺。对于直接液化技术而言，我国已经研发出煤直接液化催化剂，并成功实施了煤直接液化百万吨级示范工程、煤制油项目等，掌握了先进的核心技术。对于间接液化技术而言，我国大力开展液化煤制油项目，并掌握了高品质柴油的生产技术，具备开发煤变高清洁柴油成套产业化技术装备的能力，成为全世界拥有高清洁柴油全套生产技术的少数国家之一。此外，我国在煤制甲醇、二甲醚方面也取得了重大技术进步。煤制甲醇技术拥有适用于高硫煤、烟煤等多种原料的液化技术，并具备自主知识产权，大幅度提升了我国煤炭液化的国产化技术装备水平，可满足不同规模的化肥厂联产需求。煤制二甲醚的生产工艺步入成熟阶段，已经能够达到国际先进水平。

2 煤炭清洁利用的内涵与方法

2.1 煤炭清洁利用的内涵

煤炭清洁技术又被称为清洁煤技术，简称CCT。最初该技术的提出主要是为了从技术层面对煤炭燃烧过程中产生的环境污染问题进行解决，尤其是酸雨问题，并从经济层面对煤炭能源进行最大限度地利用。煤炭作为一种能源，它的可利用性已经得到了世界各国的认可。CCT在提出后，在极短的时间内得到了各国的关注。但是煤炭作为能源被利用的过程中，对自然生态环境造成了严重的破坏，其所产生的这种破坏性，不但时间长，而且程度深。近年来，随着国际社会对能源安全研究的不断深入，使得能源安全这一概念的覆盖面越高越广，CCT也逐步被纳入能源安全和环境保护的研究范畴。它的内涵拓展到生产、加工、转化、燃烧、环保等多个方面，CCT的涵义超过了最初提出的高效利用和减少污染。目前，业界一致认可且普遍接受的煤炭清洁利用的定义为：以提高煤炭资源的利用效率和减少对自然生态环境的污染为宗旨，对煤炭进行生产、加工、燃烧、转化，并对有害的排放物质进行控制。从该定义可以看出，煤炭清洁利用的内涵发生了一定的改变，至少包括煤炭利用前、利用中和利用后三个方面的内容：①在煤炭利用前完成的内容有洗选、加工、转化等煤炭加工技术，如型煤技术、水煤浆技术、煤炭液化与气化技术等；②煤炭利用过程中的燃烧技术，如清洁发电技术，具体包括超临界机组、循环流化床等；③煤炭燃烧之后的烟气净化技术，如脱硫、脱硝、颗粒物控制等。

2.2 煤炭清洁利用的方法

（1）燃煤高效发电。相关调查统计数据显示，我国的火力发电约占全国总发电量的81%左右，而煤电占火电发电量的98%，这组数据充分说明了煤电在我国发电中占据着绝对的主导性地位。由于燃煤发电的碳排放量较大，加之燃煤的消耗较高，不仅污染了环境，而且还耗费了资源，因此采用清洁、高效的燃煤发电技术已经成为一种必然趋势。如超临界发电使用容量较大且参数较高的机组，其效率优势非常明显，由此不但可以显著降低燃煤消耗量，而且还能进一步减少碳排放，对环境起到了一定的保护作用。

（2）煤炭综合利用。主要包括：①煤矸石。在煤炭开采和洗煤的过程中，会排放出大量的固体废物，即煤矸石，它是一种与煤层相伴生、含碳量较低的岩石。虽然煤矸石不能作为燃料，但由于其中含有一定的矿物质，因此可将之用于建筑填料、筑路造地、改良土壤等；②粉煤灰。煤炭在燃烧的过程中会产生烟气，其中的细灰即粉煤灰，它是火电厂排出的主要废物之一，也是排量较大的工业废渣。据不完全统计，我国每年的粉煤灰排放量约为3000万t。电力工业的持续发展，导致了粉煤灰排量逐年递增，其对环境造成了严重的污染。为有效解决这一问题，必须对粉煤灰进行综合利用。对粉煤灰进行焙烧不需要添加燃料，能耗低、污染小，同时还可将之用于农业改良土壤，或是掺入到混凝土当中进行筑坝、建桥。由此既可以降低相关资源的消耗，又能使粉煤灰变废为宝，进而实现高效利用；③煤层气。这是一种以游离状态存在于煤层当中的天然气，它的主要成分为甲烷。煤层中的甲烷会在开采时涌入到矿井当中，由于甲烷具有易燃性，从而对矿井安全造成了威胁。若是甲烷排入大气，则会对臭氧层造成破坏，它是仅次于二氧化碳的温室气体。甲烷是一种清洁型能源，其在燃烧过程中基本不会产生SO2和烟尘，只会产生少量的CO2。因此可对煤层气进行采集，实现高效利用，采集时可使用地下钻孔收集或是通风系统收集等方式。

3 结束语

总而言之，煤炭是保障经济运行、产业发展的重要能源之一，但是也对环境造成了严重危害。为了提高煤炭资源利用率，减少污染物排放，必须大力推广煤炭清洁利用技术，及时淘汰高能耗、高污染的煤炭生产工艺，更新先进的技术装备，从而建立起清洁、高效、节约的煤炭工业体系，保障经济社会可持续发展。

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F407.21

A

2096-2789（2016）12-0055-02