发展煤炭清洁利用技术,对发挥我国煤炭资源优势、提高能源效率、加强环境保护、实现可持续发展具有重要意义。
1.煤炭加工技术
煤炭加工技术主要包括洗选煤技术、型煤技术以及水煤浆技术等。
1.1选煤技术
我国煤炭工业实际生产中往往采用物理选煤和化学选煤两大常用技术,目的是为了筛除煤中的矿物质和燃烧后造成大气污染的成分,比如常见的煤炭脱硫工艺,但是多数情况下还是采用物理选煤方法,比如跳汰、重力分离等工艺就是利用煤和其中其它成分的密度不同进行初步的筛选,这种工艺操作简单可靠,成本也较低,因此成为选煤技术的主流方向。
1.2型煤技术
型煤顾名思义就是具有一定几何形状的煤,加工方法是采用机械设备将粉状煤制成一定形状的煤,目的是减少煤在燃烧过程中粉尘的排放量,含硫量较高的煤在成型时同时要加入化学试剂进行除硫,减少硫燃烧后的氧化物污染水源和大气。
我国对型煤的相关技术的研究起步较晚,建国后,我国才开始有关型煤的制造加工工艺的研究,60年代后期型煤才开始在全国形成大规模的研究热潮,经过半个世纪的努力,我国在型煤方面的研究和工艺均已达到国际先进水平,并形成了自己的加工流水线。型煤气化在未来也是一个极具潜力的研究方向,因此受到各级部门尤其是能源部门的高度重视,这方面的学术交流也日渐频繁,这为型煤气化起到了积极的推进作用。
1.3水煤浆技术
水煤浆是由大约65%的煤、34%的水和1%的添加剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。
水煤浆技术引入我国时间较早,实践化也较成熟,研究也比较充分,经过数十年的不断探索,我国在水煤浆技术方面积累了大量的成熟经验,包括操作、运行、管理的各个环节,技术日趋成熟和完善。经过不断的科技投入,我国在此领域已经形成相对完整的理论体系,研究开发了自主知识产权,达到国际先进水平。制浆能力也实现了较大的跨越,现在年产量达到2000万池。
2.煤炭清洁利用技术
2.1先进脱硫技术
煤炭脱硫技术主要有三个方向:物理脱硫、化学脱硫和微生物脱硫。综合考虑成本和操作难度,常用化学脱硫工艺,因为化学脱硫技术既能保证脱硫效率,又能很好地控制成本,不足是需要定期清洗设备并检查设备内壁腐蚀情况。其它两种脱硫工艺也在不断推广和应用,但是都有严重的不足,物理脱硫虽然成本较低,但是脱硫效率不高,容易造成煤炭资源的浪费,微生物脱硫工艺虽然脱硫效率较高,但是成本较高,不易进行大规模推广。各种煤炭脱硫工艺都会涉及到很多不同的学科,因此有必要开展各个学科和相关工艺结合的研究,并把它们的研究成果应用到实践生产中。对于不同的煤炭脱硫工艺,应该具体参考成本和效率决定采用哪种工艺,当然还要不断研究新的脱硫工艺,以适应不断提高的技术需求。
总之,投资和运行费用少、脱硫效率高、脱硫剂利用率高、污染少、无二次污染的脱硫技术必将成为今后烟气脱硫技术发展的主要趋势。
2.2低NOx燃烧技术
低NOx燃烧技术是在充分了解NOx生成机理的基础上,控制煤炭的燃烧条件和方式,达到降低NOx排放量的目的,现在比较常用的技术包括循环燃烧和分层控制燃烧。循环燃烧是把燃烧过的煤炭再次进行燃烧,以达到充分燃烧的目的,充分燃烧后的煤炭能够有效降低NOx的排放量,分层控制燃烧是通过把煤炭进行分阶段燃烧达到有效控制NOx排放量的目的。目前利用这两种技术控制NOx排放量的效果非常显着,已经取得较好效果,但是在实际生产中,燃烧控制技术涉及众多学科和技术的结合,如果能够认真探索和研究,有望继续提升控制NOx排放量的效果。
2.3先进脱硝技术
低NOx燃烧技术虽然在一定程度上能够有效脱硝,但其效率却不高,因此有必要进一步研究脱硝工艺,常用的高效脱硝工艺是烟气脱硝法,烟气脱硝法有干法和湿法两大类,由于NOx化学性质较为稳定,水溶性较差,所以烟气脱硝一般采用干法,干法要使用相应的催化剂进行还原反应,未来脱硝技术的发展不外乎两大方向:一是减少NOx的排放量,从源头上控制,减少污染可能;二是提高催化剂的活性,加快反应速度,提高单 位时间的转化率。当然两个方向要结合来研究,不可偏废。 2.4除尘技术 现在多数火力发电企业都安装了除尘设备,除尘方法主要有静电除尘、湿法除尘等。静电除尘由于有较高的除尘效率和低廉的成本,在安装除尘设备的企业中所占比例很高。除尘主要是对煤炭燃烧后的烟气进行过滤,滤除其中的烟尘,同时可以进行循环除尘
操作,即让煤炭燃烧产生的烟气反复通过静电除尘装置,经过二次除尘,一般除尘效率都可以达到95%以上,并且排放量会严格控制在国家制定的标准内。以后主要研究的方向是如何更好地结合煤炭成型和除尘技术环节的衔接。
2.5COx捕捉技术
对COx的回收较为成熟的方法是煤气化技术,煤气化技术主要是通过煤炭燃烧前的分层控制燃烧来减少COx的产生,也可以考虑对COx实现转化,比如通过加工制造干冰,或者转化为低碳烃类,以便进一步制造高碳烃类,比如汽油和喷气燃料。但是相较于前者,后者的技术应用尚不成熟,还有许多问题需要解决,成本也较高。
2.6煤气化技术(IGCC)
IGCC技术是将煤气化技术、煤气净化技术与高效的联合循环发电技术相结合的先进动力系统,它在获得高循环发电效率的同时,又解决了燃煤污染排放控制的问题,是极具潜力的洁净煤发电技术。目前,全国已有不少地区有IGCC项目的提出,并正在进行前期工作。虽然目前IGCC的建厂投资费用仍比较高,且发电效率不如最先进的超超临界机组,但基于联合循环发电技术的IGCC在发电效率上仍有很大的提高空间,且其无法比拟的清洁性和资源综合利用优势,其在洁净煤发电技术中的地位仍属相当高。
此外,还有很多煤炭清洁利用技术尚在研究之中,先进的脱硫脱硝同步技术、先进的煤基近零排放多联产系统技术等一批先进技术也将逐步广泛的应用到洁净煤技术中,它们都将为区域经济发展和环境保护做出巨大的贡献。
3.结束语
综合以上所述,我国是一个人口大国,也是一个能源消耗大国,虽然伴随着科技的不断进步,也在开展新能源利用的研究和探索,但是技术尚不成熟,推广成本也较高,还存在较多的实际问题,煤炭是我国能源结构的主要组成部分,恐怕在相当长的一个时期内这种局面不会有大的改变,那么如何提高和利用煤炭的使用效率就是当前的重中之重,研究煤炭清洁利用技术不仅可以节能减排,也符合我国当前的国情,更能以较低的成本保障经济发展和运行,实现能源、经济和环境的协调一致发展,带动相关企业和产业不断发展和进步。
