洁净煤的开发与利用

洁净煤的开发与利用 李明亮 济宁学院 曲阜市杏坛路 1 号 273155 摘要 煤炭会给环境造成污染 特别是对大气的污染 是环境治理 的重点对象 同时 煤炭又是我国的重要能源 在社会和经济发展 中占有举足轻重的地位 2010年我国的煤炭量需求达到18亿吨 才 满足国民经济发展需求 煤炭行业存在着即要治理环境 又要不 断发展壮大的问题 因此 探讨煤炭行业发展与环境治理的关系 推广对煤炭的综合利用技术 促进煤炭产业的科技进步 实现安全生 产和产业结构升级 促进环保型煤炭开发与利用技术是煤炭行业发 展的方向 关键词 洁净煤 环境保护 对策 引言 煤炭资源是我国的第一能源 作为一种不可再生资源 煤炭资源长期的开发利用活动引 发了与可持续发展不相和谐的诸多环境问题 影响和制约着社会 经济和区域环境发展 而今后将有更多的煤炭将用于发电 如果大量使用煤炭国家的政府和企业不重视环境保护 并采取相应的积极措施 降低在使用煤炭时所造成的环境影响 那么大量使用煤炭将会引 起严重的环境问题 因此我们必须寻求更有效的环境可接受的途径 使每吨煤做最大的有 用功的同时排放最少量的污染物 而广采用洁净煤技术是可以在应用煤炭过程中使影响环 境的程度达到最少 因此 洁净煤技术的发展就显得尤为重要 1 我国煤炭资源分布及开发利用的现状 1 分布 我国煤炭资源储量居世界前列 2004年11月国家发改委能源局发布的能源 消费信息显示 我国原煤产量居世界之首 煤炭资源的分布在地理上呈现出西多东少 北 多南少的特点 形成了煤炭东耗西供 北煤南运的消费格局 开发布局为三个区带及七个 规划区 西北地区煤炭资源最为集中 东部 中部煤炭资源开发利用程度较高 2 开发利用的现状 在我国 煤炭的开采方式分为露天开采和地下开采两种 其中以 地下开采为主 但煤炭资源的综合回采率仅为30 左右 资源利用率极低 原煤的入洗率 低 在造成资源浪费的同时 也引发了一系列的环境问题 下面是几个国家的原煤入洗率示意图 由于大面积的地下开采 盲目的追求眼前利益 造成了土地资源的严重破坏 地表植 被大幅度减少 使得泥石流和水土流失等自然灾害加剧 越界开采和抢夺资源现象的时常 发生 在开采过程中产生的以煤矸石为主的废弃物 在自然条件下 氧化风化产生大量有 毒气体 矿井中的废水中含有大量的悬浮物 或酸性放射性元素等渗入地下会污染地表水 和饮用水 源 给附近居民带来极大的安全隐患 2 我国煤炭资源的开发利用与环境保护政策 在 煤炭法 第十一条对开发利用煤炭资源 保护生态环境做出了原则性规定 在第二十一条明确了煤矿建设应当遵循 三同时 制度 煤炭开发与环境治理同步进行 在第三十二条规定采矿者负责对开采煤炭所压占土地或者造成地表土地的塌陷 挖损进行 复垦 及造成他人损失应予补偿 矿产资源法 第三十二条规定开采矿产资源应当防止污染环境 矿山企业应对受到破坏 的 耕地 草原 林地因地制宜地采取复垦或者其他利用措施 环境保护法 第十九条规定开发利用自然资源 必须采取措施保护生态环境 第二十四条规定产生环境污染和其他公害的单位应当建立环境保护责任制度 将环境保护 工作纳入计划 并采取有效的措施防治对环境的污染和危害 3 洁净煤技术的现状及面临的挑战 3 1 小结 洁净煤技术是指从煤炭开发到利用的全过程中旨在减少污染排放与提高利用效率的加工 燃烧 转化及污染控制等新技术 其特点是 第一 洁净煤技术以高硫煤为原料 以一碳 化学为基础 采用多样化工艺 实现煤炭资源的优化配置 高效和清洁利用 第二 洁净 煤技术涉及物理学 化学 生物学 地质学等多学科 层次多 综合性强 第三 发展洁 净煤技术会促进生产力结构形态发生变化 这将促进社会发展模式的转变 第四 洁净煤 技术注重综合效益 通过一系列的现代化工艺手段 实现了环境友好和经济发展的双赢 中国政府在 中国 21 世纪议程 中 更将发展洁净煤技术作为实施中国可持续发展战略 实施的重要组成部分 上述这些都对煤炭企业提出了挑战 因此 发展洁净煤技术已势在必 行 但我国还面临这大量落后产能存在 且主要靠国家投入 民间投入欠缺 政策和标 准不能及时跟进 还有许多人借洁净煤技术名义跑马圈地 严重制约了洁净煤技术的发展 3 2 意义 事实表明 人类社会要可持续发展 那么经济 能源 环境就必须协调发展 从我国基本 国情出发 吸取一些发达国家的经验和教训 我们得出结论 在煤炭使用方面 煤炭的利用方 式必须改变 通过洁净转化和定向转化把煤变成优质能源和宝贵的化工产品 加强石煤 煤 矸石 煤共 伴 生矿物的利用 大力发展洁净煤技术 提高煤炭洁净加工技术 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 3 3 煤的高效燃烧和燃煤烟气污染物控制技术 目前世界上主要的技术包括以下几个方面 1 超 超 临界机组发电技术 2 燃煤烟气污染物控制技术 3 CO2 捕获 埋存技术 CCS 及CO2 利用 4 循环流化床燃烧 CFBC 技术 5 整体煤气化联合循环 IGCC 技术 6 煤炭洗选技术 3 31 超 超 临界机组发电技术 超临界压力机组已是世界上比较成熟的一项技术 7 超临界发电技术是在超临界技术的 基础上 通过进一步提高主蒸汽的温度和压力等级来不断提高发电效率及相应的节能环保水 平 超临界及超超临界机组的最大优势是能够大幅度提高循环热效率 降低发电煤耗 一是 随着参数的提高 蒸汽对汽轮机转子的激振增加 固体颗粒的冲蚀趋于严重 疲劳耗损趋于严 重等问题 需要采用新的材料和相应的设计制造技术 二是燃煤量大 烟气量大 排放粉尘量多 需 要采用高效率的烟气净化技术 三是采用30 31MPa 的高参数在设计 制造和安全可靠性 方面尚有较高的风险 3 32 CO2 捕获 埋存技术 CCS CO2的捕获又分为在燃烧前捕获 燃烧中和燃烧后捕获三种方式 燃烧前在捕获CO2的同时 可产生H2 可作为IGCC系统中燃气轮机的燃料 产生的CO2浓度高 分离容易 但过程复杂 成本较高 燃烧中捕获用的是富氧燃烧法 可将捕获的CO2直接进行压缩液化 还可以减少 NOx的生成 燃烧后捕获主要采用化学吸收法 其效率可达90 96 是目前国际上最为关 注的CO2捕获技术 但成本较高 将CO2埋存与岩石中是目前认为最为可行的办法 但埋存 岩层的选择难度大且有远期埋存引发生态灾难等担忧 3 33 NOx 排放控制技术 我国大气污染物中 NOx 约60 来自于煤的燃烧 从2001至2006年五年时间里 氮氧化物 的排放量增长了81 2 给农业生产带来极大损害 目前 国内外控制NOx 排放的技术措施 主要有两大类 一是采用低NOx 的燃烧技术 即通过改变燃烧过程来还有效地控制NOx 的生 成 烟道气中NOX 的控制 主要采用低NOX 燃烧器 发电厂的粉煤锅炉采用该设备 NOX 排放 量可降低30 60 还有许多其他的如循环流化床燃烧 CFBC 技术 整体煤气化联合循环 IGCC 技术 煤炭洗选技术等 都通过一定的方法降低空气污染 在这里就不一一列举了 4 煤的主要清洁技术的发展趋势 目前意义上洁净煤技术是指高技术含量的洁净煤技术 发展的主要方向是煤炭的气化 液化 煤炭高效燃烧与发电技术等等 洁净煤技术包括两个方面 一是直接烧煤洁净技术 二是煤转化为洁净燃料技术 4 11直接烧煤洁净技术 这是在直接烧煤的情况下 需要采用的技术措施 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 通过筛分 物理选 煤 化学选煤和细菌脱硫方法 降低原煤中的灰分 矸古 硫等杂质 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 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 炉渣可以得到综合利用 燃烧后的净化处理技术 主要是消烟除尘和脱硫脱氮技术 4 12 煤转化为洁净燃料技术 主要有以下四种 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热值高 煤在气化中可 脱硫除氮 排去灰渣 而成为洁净燃料 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 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 排出高温废气烧锅 炉 再用蒸汽轮机发电 燃煤磁流体发电技术 当燃煤得到的高温等离子气体高速切割强磁场 就直接产生 直流电 然后把直流电转换成交流电 5 结束语 如果不对煤炭开采与利用造成的污染进行治理 会严重影响人类的生产和生活 煤炭 行业的发展必然要受到限制 并将逐步被淘汰 因此 煤炭行业要发展 要走可持续发展 的道路 煤炭行业必须改变其现状 洁净煤技术是一个完整的技术体系 在这一体系中 煤的洁净转化技术是重要的中间环节 又是多联产系统的核心 因此洁净煤的技术应用显 得尤为重要 我们一定要在立足本国国情的前提下 根据可持续发展的原则 促进效益与 环保统一的标准下 大力发展洁净煤技术 使我国的洁净煤技术处于世界先进水平 参考文献 1 祝平 洁净煤技术 山西能源与节能 1999 3 13 25 2 陈乐乐 陈彦羽 徐永鑫 我国煤炭资源综合利用的问题与对策分析 J 科技创新导报2010 15 76 77 3 陈昌和 王淑娟 禚玉群等煤的清洁利用技术的现状与发展 物理学与可持续发展专题2010 39 5 301 306 4 唐桂云 中国洁净煤技术与大气环境保护 煤炭技术2010 9 11 12 5 陈贵锋 洁净煤技术产业发展机遇与挑战 专家论坛 2010 4 32 5 8 6 杜单文 张晓天 煤炭绿色营销与洁净煤技术 经济研究导刊2009 23 171 172 7 赵跃民 谌伦建 中国洁净煤技术发展现状与展望 江苏煤炭 1999 1 37 39 8 顾宁博 张凤麟 浅析我国煤炭资源的开发利用与环境保护 中国科技论文在线 9 戴庆忠 汪静 吕坤 低碳经济风生水起 产业拓展审时度势东方电机 2010 5 11 1 13 10 姚福生 洁净煤技术 院士讲坛 1999 6 5 7 11 吕向前 孙林兵 张