煤炭的洁净燃烧与高效利用技术

煤炭的洁净燃烧与高效利用技术1、引言未来几十年内，煤炭在我国一次能源结构中的主导地位是不可动摇的，这已是无需争辩的事实。因此，在未来几十年内，煤炭能源仍将是我国国民经济高速、健康、持续发展的重要支柱。然而总体上说，我国目前的煤炭加工环节还相当薄弱，煤炭利用仍以传统、落后的技术为主，环保设施亦不配套、不健全。因而，不仅煤炭利用效率较低，煤炭资源浪费严重，而且排放大量污染物，使得生态环境的恶化加剧。人类社会的可持续发展首先要求经济、能源、环境必须协调发展。根据我国国情，并总结一些工业发达国家的经验和教训，得出的结论是：大力发展洁净煤技术是我们切实可行的战略选择。煤炭洁净加工与高效利用是我国洁净煤技术的重要组成部分，对提高煤炭利用效率、减少污染物排放具有十分重要的现实意义。因此，应对其研究开发和技术推广给予足够的重视。2、国内外技术现状2.1国外情况国外一些国家，特别是工业发达国家消费的煤炭，绝大部分或大部分要经过洗选，因而商品煤质量较好。目前，商品煤入洗率日本为100%，德国和加拿大为95%，英国和澳大利亚为75%，前苏联和南非为60%，美国为55%。近年来，随着洁净煤技术在全球范围内的迅速发展，国外不断推出更加先进的煤炭洁净加工与高效利用新技术，这些技术不仅大幅度提高了煤炭利用效率，而且具有卓越的环保特性。但目前普遍存在的问题是技术与设备造价昂贵，而且工程建设投资和运行费用也太高，因此，较难大量推广应用。2.2国内情况我国是世界上少数几个一次能源以煤为主的国家之一。过去、现在和未来几十年内，煤炭在我国一次能源消费结构中一直占主要地位，见表1。表1煤炭在我国一次能源消费结构中所占比例年份19521960197019801990199720102050比例，%95.0093.9080.8972.1576.2073.506447.7我国的煤炭消费结构与国外也有较大差别。国外一些国家消费的煤炭主要用于发电，如美国目前的发电用煤占煤炭消费总量的比例为87%。而我国目前的发电用煤只占煤消费总量的1/3左右。我国的煤炭利用以燃烧为主，在每年消费的煤炭中，有80%以上是直接燃烧。目前，全国有发电锅炉约4600台，总蒸发量为43.1万t/h，年耗煤量达4亿t以上，平均供电煤耗为405g/kWh，比工业发达国家高60g/kWh左右;有中小型锅炉49.9万台，其中工业用锅炉为23.4万台，总蒸发量为68.4万t/h，平均单机容量为2.92t/h，生活用锅炉为26.5万台，总蒸发量为51.4万t/h，平均单机容量为1.93t/h;有各类工业窑炉约16万台，绝大部分技术落后、设备简陋，不仅煤炭利用效率低，造成煤炭的大量浪费，而且排放大量污染物，严重污染了环境。我国目前使用的其他煤炭利用技术也多以传统的技术为主，如煤气化技术、炼焦技术、煤制活性炭技术等主要还是本世纪上半叶的工艺和设备。因而，不仅使得煤化工产品的质量难以改善，档次难以提高，严重制约着煤化工企业经济效益的提高，而且造成煤炭利用效率低下，环境污染严重。总体上说，我国的煤炭加工、利用技术与世界先进水平相比，差距是很大的，且煤炭的终端消结构也很不合理。因此，作为世界上第一产煤和用煤大国，我国的煤炭洁净加工与高效利用虽然前途光明，然而却任重道远。3、技术内容3.1煤炭的洁净燃烧技术主要有以下三种：3.1.1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、矸古、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。3.1.2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。3.1.3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%。3.2煤炭高效利用煤炭的高效利用是根据终端需要，将经过洁净加工的煤炭作为燃料或原料使用，从而实现煤炭的宝贵价值。煤炭高效利用包括高效燃烧和高效转化。高效燃烧是将煤炭作为燃料使用，分为将煤炭的化学能转化为热能直接加以利用和将煤炭的化学能先转化为热能再转化为电能加以利用;洁净转化是将煤炭作为原料使用，分为将煤炭转化为气态、液态及固态燃料或化学产品以及具有特殊用途的炭材料。煤炭的高效利用技术主要有以下四种：3.2.1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。3.2.2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。3.2.3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