煤炭的清潔高效利用初探

第29卷第2期阜陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol. 29 ,No.22012年6月Joumal of Fuyang Teachers College ( Natural Science)Jun.2012煤炭的清潔高效利用初探樊亞明(華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機械工程學(xué)院,河北保定071003)摘要:煤炭的大量使用帶來(lái) 了環(huán)境污染、資源枯竭等問(wèn)題，因此煤炭資源的清潔高效利用,將成為我國能源技術(shù)創(chuàng )新和能源結構調整的戰略性選擇。從煤炭消費帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題入手,通過(guò)綜合分析的方法,從提高原煤入洗率、煤炭高效潔凈燃燒技術(shù)、燃煤煙氣凈化、改變煤炭利用方式、加大煤炭提質(zhì)和分質(zhì)利用等方面，對煤炭高效清潔利用的措施進(jìn)行探討，旨在最大限度地控制燃煤煙氣主要污染物的排放,達到促進(jìn)煤炭清潔高效利用的目的。關(guān)鍵詞:煤炭;環(huán)境保護;清潔高效利用中圖分類(lèi)號: TK01 +8文獻標識碼: A文章編號: 1004 4329(2012)01-091-04Preliminary discussion about clean and efficient utilization of coalFAN Ya-ming( School of Energy and Power Engineering , Norh China Electric Power University, Baoding Hebei 071003, China)Abstract: The extensive use of coal brought environmental pollution, resource depletion and other issues, so the clean andefficient utilization of coal resources will become our strategic choice about the innovation of energy technology and the adjustrment ofenergy structure. From the perspeetive about environmental problens caused by coal consumption, through the comprehensive analy-sis method, from the aspect of improving the washing rate of raw coal , high eficiency and clean combustion technology of coal , fluegas purification , change of coal utilization , increasing coal quality and dual using etc, the measures about efficient and clean use ofcoal is discussed, in order to maximize control of coal-fired flue gas emissions of major pollutants to achieve the goal of prormotingclean and elicient utilization of coal.Key words : coal; environmental protection; clean and eficient utilization化石能源的儲藏特點(diǎn)決定了我國是世界上少1煤炭消 費帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題數以煤炭為主要--次能源的國家,而且在相當時(shí)期內這種能源結構不會(huì )發(fā)生大的變化。大規模的煤1.1 我國煤炭生產(chǎn) 與消費現狀炭消費支撐著(zhù)我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,同時(shí)又直接導隨著(zhù)國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和基礎設施建設步致了我國典型的煤煙型大氣污染的現狀。煤炭資伐的不斷加快,我國能源的供給與需求迅速增長(cháng)，源的非再生屬性,也決定了我國面臨著(zhù)有限資源和其中尤以煤炭的供給與需求量增長(cháng)最為顯著(zhù)。國更高環(huán)境保護要求的嚴峻挑戰。因此在大力推進(jìn)家統計局統計數據表明:2000年到2009年,煤炭在優(yōu)化能源消費結構的前提下,當前加快推進(jìn)煤炭清能源生產(chǎn)總量的比重從73. 2%.上升到77.3%,在潔高效利用,具有重要的現實(shí)意義。本文是從環(huán)境能源消費總量的比重從69.2%上升70.4% ( 2000保護的角度,應用綜合分析的方法.對煤炭清潔高年至2009年煤巖在我國能源消費總量中的比重見(jiàn)效的利用問(wèn)題進(jìn)行探討。圖1)。由中國煤化工產(chǎn)和消費總YHCNMHG收稿8期:2012-04-12作者簡(jiǎn)介:樊亞明(1992 -),男。研究方向:能源動(dòng)力。9阜陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)第29卷量中始終占據重要位置,以煤炭為主的能源消費結30~50年內煤炭在我國的能源構成中仍然將超過(guò)構短期內也難以改變。根據專(zhuān)家預測,在未來(lái)的50%川。350 000300 000四能源消費總量250 000口煤炭占能源消費總量的比重醫.200000150 000100 00050 0002000年2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年圖1我國煤炭占能源消費總量的比重1.2 煤炭主要消費方式2 185.1 x 10* 1,煙塵排放量為829.1 x10*t,工業(yè)粉國家統計局統計數據顯示,2008年我國煤炭塵排放量為448.7x108 t。燃煤是大氣污染的主要終端消費占消費總量的28. 85%,中間消費(用于污染源,其中煙塵排放量的70%.二氧化硫排放量加工轉換)占71. 15% ,洗選損耗占2.40%。其中的85%、氮氧化物的60%、二氧化碳的85%都來(lái)自在終端消費中,80. 86%用于工業(yè)部門(mén),主要是工業(yè)煤炭利用3)。鍋爐和窯爐的燃煤消耗，其余為民用和其他部門(mén)終2煤炭高效清潔利用的措施探討端消費。由此可以得出,2008年煤炭消費總量中約有76. 81%的煤炭用于燃燒,因此直接燃燒是我我國的大氣污染與煤炭的加工和利用有著(zhù)密?chē)禾肯M的主要方式。切的關(guān)系,發(fā)展煤炭的清潔、合理、高效利用是在低1.3煤炭消 費帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題碳發(fā)展、綠色經(jīng)濟的大背景下的必然選擇,是國家硫分、灰分對煤炭的利用和環(huán)境保護都是十分未來(lái)能源戰略的重中之重?！睹禾抗I(yè)發(fā)展“十二有害的成份,有關(guān)資料顯示,我國生產(chǎn)礦區原煤平五”規劃》已將煤炭高效清潔利用作為“十二五”煤均灰分都在25%以上,按照我國煤炭?jì)α糠值牟惶抗I(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。因此探索一條適合我國國情同牌號的動(dòng)力煤平均硫分為0.85%、煉焦煤平均的清潔高效利用煤炭之路,實(shí)現煤炭的清潔高效利硫分為1. 04% ;商品煤中煉焦煤平均在10%左右，用是今后必須著(zhù)力解決的重要問(wèn)題。動(dòng)力煤的平均灰分在25%左右,其中發(fā)電用煤的2.1進(jìn)一步提高原煤入洗率平均灰分最高。原煤中的灰分、硫分是燃煤煙氣中主要污染物我國原煤入選比例較低，特別是動(dòng)力煤人選比煙塵、二氧化硫和氮氧化物的直接來(lái)源。原煤經(jīng)過(guò)例更低,近50%以上的煤炭消費為原煤。2010年洗選加工,可清除一部分雜質(zhì)，降低原煤灰分、硫全國原煤人洗率為50. 9%21,即全年原煤直接使分,常規的選煤方法可除去50% ~ 70%的灰分,某用率為49.1%,按照2010年煤炭產(chǎn)量計算,即約些工藝可以脫30%~40%的硫分,從而實(shí)現燃燒.15.9x10*t左右的原煤未經(jīng)任何洗選加工或潔凈前的脫硫除灰。煤炭經(jīng)洗選后可大大減少污染物化處理就直接燃燒,加上燃煤質(zhì)量較差以及燃燒效排放,人選1 x108 t原煤可減少燃煤SO2排放量率低下,煤煙產(chǎn)生的煙塵、二氧化硫、氮氧化物、二100~ 150x 10* t,而其成本僅為煙氣脫硫的1/氧化碳等有害物質(zhì),給我國的大氣環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生了10141中國煤化工土程中，煤中的礦物嚴重的影響,也直接導致了我國以排放煙塵和二氧質(zhì)大THCNMH民，所以煤炭中灰分化硫為特征的煤煙型大氣污染的現狀。含量越向，床的及恐里越低。任能量轉化過(guò)程中,據環(huán)境保護部2010年《中國環(huán)境狀況公報》資煤灰含量高不僅分解時(shí)要多消耗熱量，而且排渣時(shí)料顯示:全國廢氣中主要污染物二氧化硫排放量為還會(huì )帶走更多的熱;在燃燒過(guò)程中，還會(huì )沉積在受第2期樊亞明:煤炭的清潔高效利用初探93熱面上降低其傳熱效率。由此可見(jiàn)，原煤經(jīng)過(guò)洗選源方面作出重要貢獻。加工后,還可有效提升煤的熱值,提高煤炭燃燒利2.3強化燃煤煙氣凈化用效率。煤炭在開(kāi)采、生產(chǎn)、使用過(guò)程中雖然采取了各2009年,我國原煤人洗率為43% ,動(dòng)力煤入洗項污染防治措施,但是燃燒時(shí)仍會(huì )產(chǎn)生污染物。因率為20%,分別比美國、南非、俄羅斯等煤炭行業(yè)此采取煙氣除塵、脫硫、脫氮等措施依然不可或缺。發(fā)達的國家低12和20個(gè)百分點(diǎn)。如果將動(dòng)力煤近年來(lái)我國通過(guò)采取除塵、脫硫、脫氮等減排措施，人洗率提高到40%，每年將節約3400x10* t標控制燃煤煙氣中主要污染物濃度和總量達標排放,煤'3。因而我國煤炭選洗還有很大的發(fā)展空間,提已取得了顯著(zhù)成效。2010年在煤炭消費量持續增高煤炭人洗率應當列入煤炭清潔利用措施的首選。加的情況下,二氧化硫排放量、煙塵排放量分別比2007年國家發(fā)改委頒布《煤炭產(chǎn)業(yè)政策》第十二.上年下降了 1.3%、2. 2% l6l,有效減緩了煤炭消費條,新建大中型煤礦應當配套建設相應規模的選煤日益增長(cháng)給環(huán)境帶來(lái)的巨大壓力,對控制煤煙型大廠(chǎng),鼓勵在中小型煤礦集中礦區建設群礦選煤廠(chǎng)。氣污染,改善區域大氣環(huán)境質(zhì)量起到了積極的作.“十二五”期間,我國也將繼續鼓勵煤炭洗選,把優(yōu)用。但我國城市大氣環(huán)境中仍有部分城市污染仍質(zhì)煤運輸出礦區,我國原煤人洗率未來(lái)有望進(jìn)-步較重,全國酸雨分布區域酸雨污染也較重,而且我提高。國的能源結構決定了在今后相當長(cháng)的時(shí)間內燃煤2.2大力推廣煤炭高效潔凈燃燒技術(shù)消耗量還將不斷增長(cháng)，燃煤煙氣排放的二氧化硫、煤炭高效潔凈燃燒的實(shí)踐證明,改進(jìn)窯爐的燃氮氧化物和煙塵仍將增加,因此應積極采取燃煤煙燒方式可使能源利用率大幅度提高,使污染物排放氣凈化技術(shù),加快對現有燃煤煙氣除塵脫硫脫氮設明顯下降。煤炭高效潔凈燃燒技術(shù)包括低NOx燃施建設,更加嚴格地控制燃煤煙氣中主要污染物排燒技術(shù)和新型燃燒技術(shù)。放濃度和排放量,這對確保實(shí)現“十二五”主要污在燃煤排放的主要污染物中, NOx可以通過(guò)改染物總量減排目標具有重要意義。進(jìn)燃燒方式來(lái)降低其排放量,通過(guò)合理地組織煤的2.4改變煤炭利用方式燃燒過(guò)程,來(lái)減少在燃料燃燒階段NOx的生成量,煤炭作為- -種能源,直接用于燃燒是一種傳統從而減少其排放量,達到事半功倍的效果!5。因此的能源利用方式,將煤轉化為電力、氣態(tài)、液態(tài)等清應在常規粉煤爐中大力推廣使用低NOx燃燒技潔能源和作為化工原料加以清潔利用,這是煤炭清術(shù)。潔利用發(fā)展的重要方向和趨勢。目前我國在煤炭新型燃燒技術(shù)目前主要有循環(huán)流化床燃燒、增加工利用方面取得了較大的發(fā)展,但除煉焦和煤化壓流化床燃燒以及整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)等。循環(huán)工外,其他方面的生產(chǎn)加工規模普遍較小。因此煤流化床燃燒技術(shù)是中科院從上世紀80年代就開(kāi)始炭除了直接用作燃料外，還應當在型煤加工、煤的部署的一項高效低污染清潔燃燒枝術(shù),它可以高效焦化、氣化、液化等方面有所作為,不斷提高煤炭的率地燃燒各種燃料,通過(guò)加入脫硫劑控制在燃燒過(guò)工業(yè)原料屬性,促進(jìn)煤炭深加工轉化為清潔、高效程中SO2的排放,流化床低溫燃燒也控制了NO,的的能源和石油化工替代產(chǎn)品。生成,經(jīng)過(guò)十多年來(lái)迅速發(fā)展,目前大型循環(huán)流化2.5進(jìn)-步加大煤炭提質(zhì)和分質(zhì)利用床鍋爐也已走向技術(shù)成熟階段。增壓流化床燃燒.低品質(zhì)煤約占我國煤炭資源總量的40%,因技術(shù)除了具有循環(huán)流化床相似的優(yōu)勢外,通過(guò)增壓.高含灰、高含硫、高含水是造成煤炭利用能效低、污燃燒,燃燒效率和脫硫效率將得到進(jìn)一-步提高。整染嚴重的直接原因[3],所以應大力加強低品質(zhì)煤提體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統,是將煤氣化技術(shù)和高效的質(zhì),嚴格限制高灰高硫煤的生產(chǎn)和利用。對其它煤聯(lián)合循環(huán)相結合的先進(jìn)動(dòng)力系統.即煤經(jīng)氣化成為種應實(shí)行分質(zhì)利用,將煤中高熱值的炭與低熱值的.中低熱值煤氣,經(jīng)過(guò)凈化,除去煤氣中的硫化物、氮碳氫化合物及輕組分分離,各盡其用,提高能源利化物粉塵等污染物,變?yōu)榍鍧嵉臍怏w燃料,然后驅用率并減少污沈.加冶全行業(yè)雲供給高熱值、低灰動(dòng)燃氣輪機發(fā)電,尾氣進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽分的精煤;發(fā)中國煤化工火煤、粉煤;對驅動(dòng)蒸汽輪機發(fā)電,構成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,具有效率于化工行業(yè)DHCNMHG某優(yōu)先供給民高污染物排放低的優(yōu)勢45。因此應大力推廣煤炭用。另一方面,還應當采用先進(jìn)的配煤技術(shù),充分高效潔凈燃燒技術(shù),這將對我國保護環(huán)境、節約能發(fā)揮單種煤的煤質(zhì)優(yōu)點(diǎn),克服單種煤的煤質(zhì)缺點(diǎn)，)4阜陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)第29卷提供可滿(mǎn)足不同燃煤設備要求的煤炭產(chǎn)品,從而達分,因此煤炭資源的清潔利用,將成為我國能源技到提高效率、節約煤炭和減少污染物排放的目的。術(shù)創(chuàng )新和能源結構調整的戰略性選擇。只有不斷2.6加大對 電力熱力企業(yè)的煤炭清潔高效利用加強煤炭的清潔高效綜合利用技術(shù)開(kāi)發(fā),加大推進(jìn)第一次全國污染源普查公報顯示,大氣中主要潔凈煤技術(shù)發(fā)展,才能達到煤炭清潔高效利用的目污染物二氧化硫、煙塵、氮氧化物排放量,電力熱力的,從而最大限度地控制燃煤煙氣主要污染物的排的生產(chǎn)和供應業(yè)分別占工業(yè)源排放量的50.4%、放,達到發(fā)展清潔能源的總體目標。32.0%.61.7%.均居主要工業(yè)行業(yè)大氣污染物排放量第--位。隨著(zhù)我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,近年來(lái)電參考文獻:力需求和供應在持續不斷增長(cháng),而且我國的能源結[1] 馮飛,張 蕾.新能源技術(shù)與應用概論[M].北京:構也決定了在今后相當長(cháng)的時(shí)間內燃煤機組裝機化學(xué)工業(yè)出版社,2011.容量還將不斷增多,電力熱力企業(yè)排放的二氧化[2]王文.“十一五"末我國原煤入洗率達到50.9%硫氮氧化物和煙塵仍會(huì )增加。因此,電力熱力企[J].煤炭加工與綜合利用,2011,(2):6.業(yè)應當進(jìn)--步采取先進(jìn)的清潔煤發(fā)電技術(shù),淘汰落3]劉炯天. “十二五”煤炭革新之路[N].中國能源報,后產(chǎn)能,強化節能減排,優(yōu)化發(fā)展火電,從而有效控2011-03-23.制火電廠(chǎng)大氣污染物排放,進(jìn)一步促進(jìn)我國大氣環(huán)4]韋迎旭. 綠色燃煤發(fā)電技術(shù)[ M].北京:中國電力出版社,2011.境質(zhì)量的改善和電力工業(yè)的可持續健康發(fā)展。[5]閻維平.潔凈煤發(fā)電技術(shù)[M].北京:中國電力出版3結語(yǔ)社,2002.[6] 中華人民共和國環(huán)境保護部.全國環(huán)境統計公報煤炭能源利用效率低,污染物排放量大,是我(2010年) [ EB/OL]. (2012-01-18) [2012-01-18].國煤炭資源消費發(fā)展的現狀。要使煤炭行業(yè)真正http:// zls. mep. gov. cn/hjij/qhjtib/ 201201/ 1201201走上低碳化道路.發(fā)展煤炭的清潔、合理、高效利用.18_ 222703. htm.是唯一出路。在“十二五”科技發(fā)展規劃中,潔凈煤技術(shù)被列為煤炭科技和能源科技的重要組成部中國煤化工YHCNMHG