煤炭的清洁高效利用初探

第29卷第2期阜阳师范学院学报(自然科学版)Vol. 29 ,No.22012年6月Joumal of Fuyang Teachers College ( Natural Science)Jun.2012煤炭的清洁高效利用初探樊亚明(华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003)摘要:煤炭的大量使用带来 了环境污染、资源枯竭等问题，因此煤炭资源的清洁高效利用,将成为我国能源技术创新和能源结构调整的战略性选择。从煤炭消费带来的环境问题入手,通过综合分析的方法,从提高原煤入洗率、煤炭高效洁净燃烧技术、燃煤烟气净化、改变煤炭利用方式、加大煤炭提质和分质利用等方面，对煤炭高效清洁利用的措施进行探讨，旨在最大限度地控制燃煤烟气主要污染物的排放,达到促进煤炭清洁高效利用的目的。关键词:煤炭;环境保护;清洁高效利用中图分类号: TK01 +8文献标识码: A文章编号: 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化石能源的储藏特点决定了我国是世界上少1煤炭消 费带来的环境问题数以煤炭为主要--次能源的国家,而且在相当时期内这种能源结构不会发生大的变化。大规模的煤1.1 我国煤炭生产 与消费现状炭消费支撑着我国经济的快速发展,同时又直接导随着国民经济的快速发展和基础设施建设步致了我国典型的煤烟型大气污染的现状。煤炭资伐的不断加快,我国能源的供给与需求迅速增长，源的非再生属性,也决定了我国面临着有限资源和其中尤以煤炭的供给与需求量增长最为显著。国更高环境保护要求的严峻挑战。因此在大力推进家统计局统计数据表明:2000年到2009年,煤炭在优化能源消费结构的前提下,当前加快推进煤炭清能源生产总量的比重从73. 2%.上升到77.3%,在洁高效利用,具有重要的现实意义。本文是从环境能源消费总量的比重从69.2%上升70.4% ( 2000保护的角度,应用综合分析的方法.对煤炭清洁高年至2009年煤岩在我国能源消费总量中的比重见效的利用问题进行探讨。图1)。由中国煤化工产和消费总YHCNMHG收稿8期:2012-04-12作者简介:樊亚明(1992 -),男。研究方向:能源动力。9阜阳师范学院学报(自然科学版)第29卷量中始终占据重要位置,以煤炭为主的能源消费结30~50年内煤炭在我国的能源构成中仍然将超过构短期内也难以改变。根据专家预测,在未来的50%川。350 000300 000四能源消费总量250 000口煤炭占能源消费总量的比重医.200000150 000100 00050 0002000年2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年图1我国煤炭占能源消费总量的比重1.2 煤炭主要消费方式2 185.1 x 10* 1,烟尘排放量为829.1 x10*t,工业粉国家统计局统计数据显示,2008年我国煤炭尘排放量为448.7x108 t。燃煤是大气污染的主要终端消费占消费总量的28. 85%,中间消费(用于污染源,其中烟尘排放量的70%.二氧化硫排放量加工转换)占71. 15% ,洗选损耗占2.40%。其中的85%、氮氧化物的60%、二氧化碳的85%都来自在终端消费中,80. 86%用于工业部门,主要是工业煤炭利用3)。锅炉和窑炉的燃煤消耗，其余为民用和其他部门终2煤炭高效清洁利用的措施探讨端消费。由此可以得出,2008年煤炭消费总量中约有76. 81%的煤炭用于燃烧,因此直接燃烧是我我国的大气污染与煤炭的加工和利用有着密国煤炭消费的主要方式。切的关系,发展煤炭的清洁、合理、高效利用是在低1.3煤炭消 费带来的环境问题碳发展、绿色经济的大背景下的必然选择,是国家硫分、灰分对煤炭的利用和环境保护都是十分未来能源战略的重中之重。《煤炭工业发展“十二有害的成份,有关资料显示,我国生产矿区原煤平五”规划》已将煤炭高效清洁利用作为“十二五”煤均灰分都在25%以上,按照我国煤炭储量分的不炭工业发展的重点。因此探索一条适合我国国情同牌号的动力煤平均硫分为0.85%、炼焦煤平均的清洁高效利用煤炭之路,实现煤炭的清洁高效利硫分为1. 04% ;商品煤中炼焦煤平均在10%左右，用是今后必须着力解决的重要问题。动力煤的平均灰分在25%左右,其中发电用煤的2.1进一步提高原煤入洗率平均灰分最高。原煤中的灰分、硫分是燃煤烟气中主要污染物我国原煤入选比例较低，特别是动力煤人选比烟尘、二氧化硫和氮氧化物的直接来源。原煤经过例更低,近50%以上的煤炭消费为原煤。2010年洗选加工,可清除一部分杂质，降低原煤灰分、硫全国原煤人洗率为50. 9%21,即全年原煤直接使分,常规的选煤方法可除去50% ~ 70%的灰分,某用率为49.1%,按照2010年煤炭产量计算,即约些工艺可以脱30%~40%的硫分,从而实现燃烧.15.9x10*t左右的原煤未经任何洗选加工或洁净前的脱硫除灰。煤炭经洗选后可大大减少污染物化处理就直接燃烧,加上燃煤质量较差以及燃烧效排放,人选1 x108 t原煤可减少燃煤SO2排放量率低下,煤烟产生的烟尘、二氧化硫、氮氧化物、二100~ 150x 10* t,而其成本仅为烟气脱硫的1/氧化碳等有害物质,给我国的大气环境质量产生了10141中国煤化工土程中，煤中的矿物严重的影响,也直接导致了我国以排放烟尘和二氧质大THCNMH民，所以煤炭中灰分化硫为特征的煤烟型大气污染的现状。含量越向，床的及恐里越低。任能量转化过程中,据环境保护部2010年《中国环境状况公报》资煤灰含量高不仅分解时要多消耗热量，而且排渣时料显示:全国废气中主要污染物二氧化硫排放量为还会带走更多的热;在燃烧过程中，还会沉积在受第2期樊亚明:煤炭的清洁高效利用初探93热面上降低其传热效率。由此可见，原煤经过洗选源方面作出重要贡献。加工后,还可有效提升煤的热值,提高煤炭燃烧利2.3强化燃煤烟气净化用效率。煤炭在开采、生产、使用过程中虽然采取了各2009年,我国原煤人洗率为43% ,动力煤入洗项污染防治措施,但是燃烧时仍会产生污染物。因率为20%,分别比美国、南非、俄罗斯等煤炭行业此采取烟气除尘、脱硫、脱氮等措施依然不可或缺。发达的国家低12和20个百分点。如果将动力煤近年来我国通过采取除尘、脱硫、脱氮等减排措施，人洗率提高到40%，每年将节约3400x10* t标控制燃煤烟气中主要污染物浓度和总量达标排放,煤'3。因而我国煤炭选洗还有很大的发展空间,提已取得了显著成效。2010年在煤炭消费量持续增高煤炭人洗率应当列入煤炭清洁利用措施的首选。加的情况下,二氧化硫排放量、烟尘排放量分别比2007年国家发改委颁布《煤炭产业政策》第十二.上年下降了 1.3%、2. 2% l6l,有效减缓了煤炭消费条,新建大中型煤矿应当配套建设相应规模的选煤日益增长给环境带来的巨大压力,对控制煤烟型大厂,鼓励在中小型煤矿集中矿区建设群矿选煤厂。气污染,改善区域大气环境质量起到了积极的作.“十二五”期间,我国也将继续鼓励煤炭洗选,把优用。但我国城市大气环境中仍有部分城市污染仍质煤运输出矿区,我国原煤人洗率未来有望进-步较重,全国酸雨分布区域酸雨污染也较重,而且我提高。国的能源结构决定了在今后相当长的时间内燃煤2.2大力推广煤炭高效洁净燃烧技术消耗量还将不断增长，燃煤烟气排放的二氧化硫、煤炭高效洁净燃烧的实践证明,改进窑炉的燃氮氧化物和烟尘仍将增加,因此应积极采取燃煤烟烧方式可使能源利用率大幅度提高,使污染物排放气净化技术,加快对现有燃煤烟气除尘脱硫脱氮设明显下降。煤炭高效洁净燃烧技术包括低NOx燃施建设,更加严格地控制燃煤烟气中主要污染物排烧技术和新型燃烧技术。放浓度和排放量,这对确保实现“十二五”主要污在燃煤排放的主要污染物中, NOx可以通过改染物总量减排目标具有重要意义。进燃烧方式来降低其排放量,通过合理地组织煤的2.4改变煤炭利用方式燃烧过程,来减少在燃料燃烧阶段NOx的生成量,煤炭作为- -种能源,直接用于燃烧是一种传统从而减少其排放量,达到事半功倍的效果!5。因此的能源利用方式,将煤转化为电力、气态、液态等清应在常规粉煤炉中大力推广使用低NOx燃烧技洁能源和作为化工原料加以清洁利用,这是煤炭清术。洁利用发展的重要方向和趋势。目前我国在煤炭新型燃烧技术目前主要有循环流化床燃烧、增加工利用方面取得了较大的发展,但除炼焦和煤化压流化床燃烧以及整体煤气化联合循环等。循环工外,其他方面的生产加工规模普遍较小。因此煤流化床燃烧技术是中科院从上世纪80年代就开始炭除了直接用作燃料外，还应当在型煤加工、煤的部署的一项高效低污染清洁燃烧枝术,它可以高效焦化、气化、液化等方面有所作为,不断提高煤炭的率地燃烧各种燃料,通过加入脱硫剂控制在燃烧过工业原料属性,促进煤炭深加工转化为清洁、高效程中SO2的排放,流化床低温燃烧也控制了NO,的的能源和石油化工替代产品。生成,经过十多年来迅速发展,目前大型循环流化2.5进-步加大煤炭提质和分质利用床锅炉也已走向技术成熟阶段。增压流化床燃烧.低品质煤约占我国煤炭资源总量的40%,因技术除了具有循环流化床相似的优势外,通过增压.高含灰、高含硫、高含水是造成煤炭利用能效低、污燃烧,燃烧效率和脱硫效率将得到进一-步提高。整染严重的直接原因[3],所以应大力加强低品质煤提体煤气化联合循环系统,是将煤气化技术和高效的质,严格限制高灰高硫煤的生产和利用。对其它煤联合循环相结合的先进动力系统.即煤经气化成为种应实行分质利用,将煤中高热值的炭与低热值的.中低热值煤气,经过净化,除去煤气中的硫化物、氮碳氢化合物及轻组分分离,各尽其用,提高能源利化物粉尘等污染物,变为清洁的气体燃料,然后驱用率并减少污沈.加冶全行业雲供给高热值、低灰动燃气轮机发电,尾气进入余热锅炉产生过热蒸汽分的精煤;发中国煤化工火煤、粉煤;对驱动蒸汽轮机发电,构成联合循环发电,具有效率于化工行业DHCNMHG某优先供给民高污染物排放低的优势45。因此应大力推广煤炭用。另一方面,还应当采用先进的配煤技术,充分高效洁净燃烧技术,这将对我国保护环境、节约能发挥单种煤的煤质优点,克服单种煤的煤质缺点，)4阜阳师范学院学报(自然科学版)第29卷提供可满足不同燃煤设备要求的煤炭产品,从而达分,因此煤炭资源的清洁利用,将成为我国能源技到提高效率、节约煤炭和减少污染物排放的目的。术创新和能源结构调整的战略性选择。只有不断2.6加大对 电力热力企业的煤炭清洁高效利用加强煤炭的清洁高效综合利用技术开发,加大推进第一次全国污染源普查公报显示,大气中主要洁净煤技术发展,才能达到煤炭清洁高效利用的目污染物二氧化硫、烟尘、氮氧化物排放量,电力热力的,从而最大限度地控制燃煤烟气主要污染物的排的生产和供应业分别占工业源排放量的50.4%、放,达到发展清洁能源的总体目标。32.0%.61.7%.均居主要工业行业大气污染物排放量第--位。随着我国经济的快速发展,近年来电参考文献:力需求和供应在持续不断增长,而且我国的能源结[1] 冯飞,张 蕾.新能源技术与应用概论[M].北京:构也决定了在今后相当长的时间内燃煤机组装机化学工业出版社,2011.容量还将不断增多,电力热力企业排放的二氧化[2]王文.“十一五"末我国原煤入洗率达到50.9%硫氮氧化物和烟尘仍会增加。因此,电力热力企[J].煤炭加工与综合利用,2011,(2):6.业应当进--步采取先进的清洁煤发电技术,淘汰落3]刘炯天. “十二五”煤炭革新之路[N].中国能源报,后产能,强化节能减排,优化发展火电,从而有效控2011-03-23.制火电厂大气污染物排放,进一步促进我国大气环4]韦迎旭. 绿色燃煤发电技术[ M].北京:中国电力出版社,2011.境质量的改善和电力工业的可持续健康发展。[5]阎维平.洁净煤发电技术[M].北京:中国电力出版3结语社,2002.[6] 中华人民共和国环境保护部.全国环境统计公报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].国煤炭资源消费发展的现状。要使煤炭行业真正http:// zls. mep. gov. cn/hjij/qhjtib/ 201201/ 1201201走上低碳化道路.发展煤炭的清洁、合理、高效利用.18_ 222703. htm.是唯一出路。在“十二五”科技发展规划中,洁净煤技术被列为煤炭科技和能源科技的重要组成部中国煤化工YHCNMHG