煤的洁净燃烧与高效利用技术

煤是世界上最丰富的化石燃料资源，是除石油以外的世界第二大需求能源。煤的含量高，氢含量少（只有5%）。此外，还含有少量的氮、硫、氧等元素，以及无机矿物质。煤燃烧后排放的粉尘SO2、NOX、CO、CXHY、CO2等对大气环境造成了严重污染和破坏。 我国的能源资源贫油、少气、富煤的禀赋结构决定了煤炭在我国一次能源消费结构中的主体地位，这一地位在相当长的时间内难以改变。2009年我国煤炭产量超过3Gt，约占煤炭产量的40%，是全球最大的煤炭生产和消费国。据中国工程院的资料，2006年，我国排放的SO2和NOX的总量达4000万吨以上，源于燃料的比例分别为85%和60%，燃煤排放的CO2和烟尘也分别占到总排量的85％和70％。至于以煤为原料的焦炭、电石等传统煤化工生产过程中，除对大气污染外，其废水、废渣对环境的影响也十分严重。 所以，“推进传统能源清洁高效利用”，特别是“煤的洁净燃烧与高效利用技术”，理所当然是国家的重大需求和煤科学技术界与煤生产消费行业义不容辞的责任。

（一） 煤炭净化加工技术 1. 燃烧前的净化加工技术主要包括洗选、型煤加工和水煤浆技术。 1.1 煤洗选技术 煤炭洗选是利用煤和杂质（矸石）的物理、化学性质的差异，通过物理、化学或微生物分选的方法使煤和杂质有效分离，并加工成质量均匀、用途不同的煤炭产品的一种加工技术，能有效提高煤质量和利用效率，减少燃煤污染物排放和运力浪费。 1.2 型煤加工技术 型煤是以粉煤为主要原料，按具体用途所要求的配比，机械强度，和形状大小经机械加工压制成型的，具有一定强度和尺寸及形状各异的煤成品，其主要固硫成分是CaO，可有效降低燃烧过程中SO2排放量。 1.3 水煤浆技术 水煤浆是由煤、水和化学添加剂按一定的要求配制成的类似石油一样的可以流动的煤基流体燃料，具有较好的流动性和稳定性，易于储存，可雾化燃烧，是一种燃烧效率较高和低污染的较廉价的洁净燃料。

（二）

2.1 煤炭液化技术 煤的液化技术是将固体煤转化为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。可分为煤的直接液化技术和煤的间接液化技术。 2.1.1 煤的直接液化技术 煤的直接液化是将煤（尤其是烟煤）磨碎成细粉后，和溶剂油制成煤浆，然后在高温、高压和催化剂存在的条件下，通过加氢裂化使煤中复杂的有机化学结构分子，直接转化为清洁的液体燃料和其他化工产品，又称为加氢液化。 煤直接液化典型的工艺过程主要包括煤的破碎与干燥、煤浆制备、催化剂制备、氢制取、加氢液化、固液分离、液体产品分馏和精制。液化大规模制备氢气通常采用煤气化或者天然气转化。

神华煤制油示范工程

中科院山西煤化所浆态床合成技术的开发 2.1.2 煤的间接液化技术 煤间接液化是先把煤炭在高温下与氧气和水蒸气反应，使煤炭全部气化、转化成合成气（一氧化碳和氢气的混合物），然后再在催化剂的作用下合成为液体燃料的工艺技术。  煤的简介液化工艺具有以下特点：   ①适用煤种比直接液化广泛；  ②可以在现有化肥厂已有气化炉的基础上实现合成汽油；  ③反应压力为3MPa，低于直接液化，反应温度为550℃，高于直接液化；（油收率低于直接液化，5～7t煤才可产出1t油，所以产品油成本比直接液化高得多。 中科院山西煤化所浆态床合成技术的开发

2.2 煤炭气化工艺 煤气化泛指各种煤（焦）与载氧的气化剂（O2、H2O、CO2）之间的一种不完全反应，最终生成由CO、H2、CO2、CH4、N2、H2S、COS等组成的煤气。煤经气化后无烟、无硫、无灰，可大大减少环境污染。 煤气化现已工业化的先进技术包括： （1） 壳牌（Shell）的煤气化过程（SCGP） （2） 德士古（Texaco）的煤气化过程（TCGP） （3）德国未来能源公司的粉煤气化（GSP） （4）鲁奇（Lurgi）固定床加压气化 煤气化工艺流程

（三）

3.1 循环流化床燃烧（CFBC）技术 CFBC（Circulating Fluidized Bed Combustion）是指小颗粒的煤与空气在炉膛内处于流态化的沸腾状态下，即高速富氧气流与所携带的稠密悬浮煤颗粒充分接触燃烧的技术。 流化床燃烧方式的特点是： （1） 清洁燃烧。脱硫率可达80%- 95%，NOX排放可减少50%； （2） 燃烧适应性强，特别适合中、低硫煤； （3） 燃烧效率高，可达95%-99%； （4） 负荷适应性好，负荷调节范围30%-100%。

3.2 增压流化床（PFBC）燃烧技术 PFBC是增压流化床燃烧技术（Pressurized Fluidized Bed Combustion）的英文缩写，其重要特点是燃烧与脱硫效率高。 在压力为10-16个大气压的燃烧室中，空气和加入的煤进行激烈的燃烧反应，床温控制在850-900℃范围内。燃烧生成的SO2与加入流化床内的石灰石（白云石）反应生成CaSO4，达到脱硫效果。该反应过程能除去烟气中90%以上的SO2。 由于床内燃烧温度较低，只有燃料中的氮转化成NOX，空气中的氮很少转化生成NOX。因此，NOX的排放无需再增加特殊设备，PFBC-CC电站的污染排放物即可大幅度减少。 流化床中，由于煤的浓度很低，每一个颗粒燃料都能被炽热的惰性物料所包围，并且和助燃剂（空气）解除条件良好。因此，在常规炉中不易稳定燃料的劣质煤，在流化床中亦能稳定燃烧。

3.3 煤气化联合循环（IGCC）技术 IGCC（Integrated Gasification Combined Cycle）整体煤气化联合循环发电系统是将煤气化技术和高效的燃气-蒸气联合循环相发电相结合的先进动力系统。 目前，在以工业化的IGCC电厂中，其中最受关注的是： 美国的Wabash River（1995） 美国的Free town（1995） 美国的Tampa（1996） 美国的Pinon Pine电站（1996） 荷兰的Buggenum电站（1994） 西班牙的Puertollano电站 （1998）等

3.4 超临界与超超临界发电技术 超临界发电技术（Supercritical power generation，SPG） 超超临界发电技术（Ultra Supercritical power generation ，USPG） 锅炉内的工质都是水，燃煤发电是通过产生高温高压的水蒸气来推动汽轮机发电的。 在347.15℃、22.115MPa压力下，水蒸气的密度会增大到与液态水一样，这个条件叫做超临界参数。 温度和起亚升高到600 ℃、25-31MPa这样的区间，就进入超超临界的“境界”。 超超临界发电技术从热力学的角度上来讲其本质还是超临界技术，只是将蒸汽压力在26MPa以上的机组均划分为超超临界机组。

（四） 我国清洁煤存在的问题及其发展对策 4.1 清洁煤存在的问题： ① 技术创新不够； ② 工程科学不够重视，重视建设备，忽视创技术； ③ 清洁煤高技术研发周期长、涉及面广、需要投入资金大，科研投入不足。 4.2 清洁煤发展对策 ① 积极推进具有战略意义的高技术研究，为传统产业升级提供技术支持，振兴装备制造业； ② 重视引进、消化、吸收、国际合作和再创新，立足自主研发和技术创新； ③大力吸引、培养和发现人才，部署清洁煤新技术研发项目。

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