洁净煤产业（精选九篇）
洁净煤产业 篇1
1 发展洁净煤产业的必要性
我国是世界产煤大国, 也是煤炭消费大国。我国的煤炭资源储量丰富, 煤炭的种类齐全。我国的煤炭储量在我国化石能源的总量中占90%以上, 煤炭产业已经成为了我国的支柱产业。煤炭是现阶段可利用的最廉价的能源, 同时也是保障我国能源安全的最可靠能源。我国的消费和生产结构以及煤炭的储量, 决定了煤炭是我国未来很长一段时间内的主要能源。我国的煤炭大国地位无法改变, 这决定了我国发展洁净煤产业具有必要性。煤炭的非洁净开发和利用, 给环境污染问题带来了很大的压力。一直以来, 人们对煤炭洁净利用的重视程度不够。煤炭的开采和利用, 对环境造成了巨大的危害。
2 我国洁净煤产业的发展现状
2.1 选煤、洗煤和煤炭加工
在几年的时间里, 我国的经济得到了快速的发展, 这对我国煤炭产业的发展具有一定的促进作用, 我国的选煤、洗煤和煤炭加工技术等到了很大的提高。选煤方面, 我国对重介质旋流器、法洗选和细粒煤分选等技术进行了革新, 煤炭的产量大大增加了。我国煤炭的产量和生产的规模获得了很大的提高。此外, 我国还自主研发了选煤、洗煤和煤炭加工新技术, 建成了气化型煤、锅炉型煤和生物质型煤等生产线, 选煤、洗煤和煤炭加工技术上了一个新台阶。
2.2 洁净煤的利用
洁净煤在工业上的使用, 主要是发电和燃烧。西安热工研究院研发了“绿色煤电”技术, 该种技术的核心是干煤粉加压气化技术。2009年, IGCC发电示范工程已经建成, 同时IGCC技术的应用得到了国家的大力推动。后来, 我国很多地区陆续建立IGCC示范电站。对洁净煤的利用技术, 一直是我国洁净煤产业技术研发的重点, 对它的研究和创新一直没有停止过。洁净煤的利用, 大大降低了能源的消耗, 对环保节能具有重要的作用。
2.3 煤炭污染的治理和综合利用
在煤炭的综合利用方面, 我国研制了除尘和烟气脱硫的新技术。目前, 我国大部分的电站已经普遍建立了烟气脱硫工程, 这使得煤泥和煤矸石等废物得到了充分利用, 并形成了一个产业链。我国已经建成的煤矸石电站有110多座, 这些电站的装机容量在1300兆瓦以上。
3 我国洁净煤产业发展过程中存在的问题
虽然我国的洁净煤产业取得了很大的发展, 但是在洁净煤产业的发展过程中仍然存在一些问题, 下面我们对此进行具体分析。
3.1 缺乏激励机制
洁净煤产业的发展需要社会力量的广泛参与。就目前情况而言, 我国在洁净煤技术方面没有为煤炭生产企业做出一定的知道, 同时也不存在有效的激励机制。从煤炭企业的生产情况来看, 他们对洁净煤的使用和研发的积极性不高, 这主要是因为国家在技术、税收和资金上没有提供足够的帮助。
3.2 缺乏统一规划
从国家层面来说, 我国还没有对洁净煤产业进行统一的管理。我国还没有出台相应的文件对洁净煤技术作出长远规划, 也没有出台相应的法律法规对洁净煤技术的发展作出政策性的规定。
4 发展洁净煤产业的策略
为了加速我国洁净煤产业的发展和解决上文分析的问题, 可以采取以下的策略来发展洁净煤产业。
4.1 国家加强财政和政策支持
从长远的发展角度来看, 国家需要制定一些规划和政策, 同时还要建立一些激励洁净煤产业发展的制度。国家还要不断修订洁净煤产业的发展规划和相应的政策制度, 以增强其可操作性。国家要根据新的形势, 对洁净煤产业加强财政和政策支持, 鼓励企业采用洁净煤技术, 推动洁净煤技术的发展。
4.2 大力发挥宣传作用
大力发挥宣传部门、新闻媒体和研究机构的宣传作用。研究机构负责说明洁净煤的环境效益, 宣传部门和新闻媒体负责向社会普及和推广洁净煤的相关知识, 以此来提高洁净煤的认可度, 为洁净煤技术奠定群众基础, 促进洁净煤技术获得广阔的市场。
5 结语
通过上文的分析, 我们可知, 虽然我国的洁净煤产业取得了一定的发展成果, 但是在洁净煤产业的发展过程中仍然存在一些问题。我国的国情决定了, 不能以破坏环境的代价来换取经济的发展。因此, 我们要大力研发洁净煤技术, 发展洁净煤产业, 集中力量来推进洁净能源的规模化和国产化道路, 实现环境效益和经济效益的双丰收。
参考文献
洁净煤产业 篇2
洁净煤技术产业化是山西煤炭工业发展的必然选择
山西以煤为主的单一能源格局,以及洁净煤技术产业化进程滞后,导致了山西以煤烟型为主的`大气污染相当严重,成为制约山西经济与社会发展的重要因素.当前,我国已解决了煤炭的供应问题,并连续几年出现了煤炭供大于求的状况,山西煤炭工业正处于结构调整的有利时期,需要切实转变工业增长方式,增强技术创新能力,积极采用高新技术和先进适用技术,加快传统产业技术改造,努力使山西煤炭工业发展成为社会效益与煤炭工业健康发展相统一、环保要求与煤炭企业经济效益相一致的新型煤炭工业.
作 者：张莲莲 韩胜智 作者单位：山西省社会科学院能源经济研究所,山西省,太原市,030006刊 名：中国煤炭 PKU英文刊名：CHINA COAL年，卷(期)：27(10)分类号：F4关键词：洁净煤技术 产业化 煤炭
洁净煤产业 篇3
1 洁净煤技术内涵及其关键技术体系
1. 1 洁净煤技术内涵
洁净煤技术是指在煤炭开发和洗选加工、转化、利用过程中,采用新技术、新工艺,最大限度地提高燃烧效率和污染控制全过程的总称,是既能实现煤炭热能最大化利用,又能有效控制污染物的高效、清洁利用技术。洁净煤技术主要任务为: 着力发展绿色能源,低碳经济,高效利用煤炭资源; 着力构建多元化产业,延长产业链,增加企业竞争力和抵卸风险能力[1]。其核心是大力提高煤炭利用效率和减少环境污染,充分发挥煤炭作为安全、廉价能源优势,确保煤炭利用洁净、高效、安全、可靠,其内容主要包括煤炭加工、洁净利用、煤炭转化、废物排放控制与处理四个领域[2,3,4,5,6]( 图1) 。
1. 2 洁净煤的关键技术体系
1. 2. 1 煤炭加工技术
( 1) 洗选加工技术。按国家现行煤炭技术政策,要求煤炭生产企业必须建设配套选煤厂,原煤全部入洗,并提高精煤产率,实现对副产品的充分利用。主要指标有洗选原煤的精煤产率、矸石、煤泥产率、中煤产率、洗煤消耗等。
( 2) 配煤技术。配煤是利用不同煤种物理、化学性质上的差异,按照一定比例进行混合,使配出的混合煤在综合性能上满足用户要求,以扩大市场,提高售价,提高企业社会和经济效益。
( 3) 型煤技术。型煤是将混煤粉碎后,掺入一定比例添加剂,采用机械压缩成型的一种煤炭加工方式。型煤具有块煤特征,便于运输,燃烧效率高,是国内外普遍采用的一种煤炭加工方法。发展民用和工业燃料型煤,具有节能、经济、环保效益。实践证明,民用型煤与原煤散烧相比,可降低CO和烟尘排放量,利于环境保护,减小温室效应。
( 4) 水煤浆技术。使用代油水煤浆比燃烧原煤可提高燃烧效率,节能20% ,有较强的社会竞争力。
1. 2. 2 煤炭高效洁净燃烧技术
( 1) 洁净循环流化床发电技术。目前,我国已成功研发出较为先进的循环流化床燃烧技术( 燃烧试验台研究) 和增压流化床( PFBC) 燃烧技术( 燃烧试验台) ,为发展大容量PFBC电站开创了新局面。
( 2) 煤气化联合循环发电技术。当前煤气净化技术的研究已有突破性进展,整体煤气化联合循环( IGCC) 发电技术,包括世界上先进的燃气轮机技术发展趋势,是一种先进的洁净煤发电技术,具有高效低污染等优点,发展前景广阔。
1. 2. 3 煤炭转化技术
国内外煤炭转化技术的科技研发已取得一定成果,并转化为应用技术,经济效益颇丰,是洁净煤技术产业的主要发展方向,主要技术有:
( 1) 煤炭气化技术,高效煤炭气化工艺是煤炭洁净技术的主要发展方向。
( 2) 煤炭制油技术,即将煤转变为燃料油的技术,同时回收煤中硫、氮( NH3) 作副产品,神华集团在这一领域多年的研制开发已取得较大成果和经验。
( 3) 多联产技术,即将多种煤炭转化技术优化集成,生产各种化学品、液体燃料以及燃气、电、热等二次洁净能源,实现煤炭价值的梯级利用,优化煤炭利用效率,提高经济效益。
( 4) 燃料电池,属高科技绿色能源的发展方向,采用电化处理方法,将燃料的化学能直接转变为电池的能量,是高效率、无污染发电设备,主要用于航天、军事,潜艇等行业,成果显著。
( 5) 煤化工,主要指利用煤气发生炉将高硫煤气化,然后利用煤气制醋酸等化工产品,山东齐鲁化工已取得成功经验和显著效益。
1. 2. 4 污染物控制与废弃物处理
( 1) 烟气净化技术。采用脱除净化技术,消除燃煤烟气中的有毒有害气体,主要包括烟气除尘、脱硫、脱硝。烟气净化是环境保护,防止大气污染的关键技术,是节能减排的重要技术,是发电厂科技研发项目的重大课题之一。
( 2) 煤矿固体废弃物综合利用技术。主要是配套建设综合利用粉煤灰和煤矸石的建材厂、水泥厂等,这是废物利用、发展循环经济、可持续发展的重大科研课题。
( 3) 煤层气开发利用技术。开发煤层气可充分利用矿产资源,有利于煤矿安全生产,减少投资,降低成本,减少煤层气逸散入大气,减缓地球的温室效应,环保意义重大。
( 4) 矿井水利用技术。我国水资源十分匮乏,将高矿化度矿井水处理后回灌,补充区域地下水源,控制和减小地面沉降,并且不污染地下水源是矿井水利用技术的方向之一。另外,洁净煤技术产业的主要建设项目有配套选煤厂、中煤发电厂、焦化厂等,而选煤、发电、炼焦生产用水量均较大,水资源十分宝贵。
( 5) 淘汰落后产能,转变经济发展方式,调整经济结构,改善产品结构,提高产品质量,提高经济效益。
( 6) 节能减排。节能减排和淘汰落后产能是我国的基本国策,发展洁净煤技术,实施煤炭能源洁净利用,减少消耗,提高回采率和利用效率。实际生产中要求大力推广节能技术和产品,完善节能减 排经济政 策,实施节能 减排预警调控。
( 7) 加快信息化、数字矿井建设,大力推广应用无线技术、遥感技术、数字传输、高清大屏显示等技术,配套计算机网络智能控制,实现生产过程数字化自动控制,全面提升矿井安全监控、产量监测和井下人员定位三大系统建设水平。
2 洁净煤产业发展的总体思路
当前我国洁净煤产业发展的总体思路应为:以全面推进绿色开采技术,增强矿井安全生产保障程度,提高煤炭资源回收和利用率,促进矿区生态环境良性循环为基本导向,加快技术引进和创新,推进实施煤炭洁净煤技术,建设高碳能源、低碳利用的洁净煤产业,实现矿区绿色、洁净、安全发展[6,7]( 见图2) 。
3 政策建议
( 1) 建立健全有利于洁净煤技术及其产业发展的法律制度体系。严格按照有关工作部署,深入贯彻执行《循环经济法》、《能源节约法》、《洁净生产促进法》等法律法规。加快建章立制,开展洁净煤产业发展的政策法律研究,推进低碳经济、循环经济产业发展的政策体系建设。通过上下联动、左右互动方式,形成一套层面分明、分工合理、操作可行的洁净煤产业发展政策法律体系,特别是明确违法责任和执法主体,规范执法程序,加大违法惩戒强度等[8]。
( 2) 加大洁净煤技术研发和产业发展的支持力度。充分借助有关理论界和实务界的理论和优势,加快推进洁净能源利用新理论、新技术的研发力度。特别是加快选煤厂建设和改造,配套选煤厂投产营运; 加大煤化工产业大发展,延伸煤—电—焦—化—建材产业链,全面实现洁净煤技术和洁净产业战略。加大实施煤矸石、粉煤灰和水资源、废水、废气等废弃物的循环利用力度,实现资源化再利用。建议对于洁净煤技术研发和利用项目,特别是新技术、新工艺方面的创新,国家或地方分别从不同职责分工的角度,给予投资扶持、税费减免等经济、技术、政策上的支持,培育壮大我国洁净煤产业,开创低碳经济新局面,助力建设美丽中国。
( 3) 完善洁净煤技术和循环经济、低碳经济的创新激励与约束机制。建立健全我国科技专项基金及其运行体制,构建以政府投资为主,社会、企业多元化投放跟进,多元化的循环经济、低碳创新技术研发投资模式或体系。对重大基础性、公益性洁净煤技术工程项目以政府财政资金投资带动为主,同时放活利于释放市场配置活力的技术研发应用投资项目。积极引进和推广洁净煤技术力度,构建一套利于煤炭能源的绿色洁净利用技术,实现循环经济、低碳经济战略转型目标的新机制。真正搞好节能减排和淘汰落后产能,健全能源开发、生产和洁净利用全过程的有效监督和控制,实现激励与约束并举[9]。
洁净煤技术 篇4
1、洁净煤技术——煤炭高效和洁净开发，加工，燃烧，转化及污染控制技术的总称
2、洁净煤技术的分类：①煤炭燃烧前净化技术②煤炭燃烧中净化技术③煤炭燃烧后净化技术④煤炭转化⑤煤系共伴生资源利用
3、中国洁净煤技术的主要内容：①煤炭加工②煤炭洁净燃烧及先进发电技术③煤炭转化④污染控制与废物资源利用
二、煤的结构与性质
1、煤的结构模型：①煤的化学结构模型：a、Given模型b、Wiser模型c、Shinn模型 ②煤的物理结构模型：a、Hirsch模型b、主-客模型
2、煤的密度：①真相对密度>②视相对密度>③散密度，孔隙率=（①-②/①）x100%
3、煤的热解反应：①桥键断裂生成自由基②脂肪侧链裂解③含氧官能团裂解④煤中低分子化合物的裂解
前期以裂解反应为主，后期以缩聚反应为主
4、煤的加氢反应性：①热解反应②供氢反应③脱杂原子反应
三、型煤技术
1、型煤：是按照一定粒度要求，将一种或几种煤分在有或无黏结剂存在的条件下，经一定压力作用，加工制成具有一定的外形和物理化学性质的煤炭制品
2、型煤分类：①成型温度：a、冷压法型煤b、热压法型煤②外形分类：a、球状b、柱状c、方形③应用领域：a、工业型煤b、民用型煤④按黏结剂：a、有黏结剂成型b、无黏结剂成型
3、煤炭无黏结剂成型机理：①沥青质假说②腐植酸假说③毛细孔假说④胶体假说⑤分子粘合假说
4、粉煤的黏结成型机理：①表面化学作用—侵湿与桥接②机械结合力与物理化学结合力③表面作用力④黏结剂与被黏合物之间的黏合理论
5、常见的型煤黏结剂：①有机黏结剂②无机黏合剂③复合黏结剂④工农业废物黏结剂
6、型煤黏结剂的质量要求：①要有一定的机械强度，气化型煤还要有热稳定性和热强度②成型后，型煤要有足够的防潮和耐水性能③黏结剂性能要不影响型煤的使用效果④黏结剂的成灰率不宜过大⑤黏结剂必须易于加工制备，而且考虑型煤后处理工艺简单易行⑥型煤黏结剂的质量要求不应产生二次污染
7、黏结剂的选择原则：①型煤黏结剂要求能够就地选材，就近加工②尽可能做到黏结剂的性能和“煤性”统一③黏结剂的生产工艺应考虑到所用的原料和性质④价格合理，尽量降低成本
四、煤炭分选技术及超纯煤
1、选煤：根据煤中不同组分的性质差异而将其分选成不同质量产品的加工过程
2、选煤分类：①湿法：a、重选b、离心力选c、浮选d、特殊选②干法：a、手选b、风选c、选择性破碎选d、空气重介质流化床选e、特殊选
3、跳汰选煤的原理：①床层松散：a、床层松散是煤粒按密度分层的基本条件，只有床层松散，不同密度的煤粒才能在床层中获得相互转换位置所需要的空间和时间b、上升水流的速度和加速度对床层松散起决定性作用，只有上升水流的速度、加速度适宜才可获得良好的松散c、在跳汰过程中，不同时间的床层松散度是不同的，在上升初期床层整个被托起，上层和下层首先被松散，然后才是中层，上升水流末期，整个床层松散度最大，下流水末期，整个床层松散度最小d、床层松散度用床层中水的提及与水和矿粒总体积之比来表示②分层原理：前俩种密度不同的矿粒均匀混合，可以看成一个密度均匀的整理，床层重心位于床层的几何中心，分层后，密度大的颗粒集中在下层，床层的重心降低，所以密度差越大，分层效果越好
4、跳汰选煤：是指原煤主要在垂直升的变速介质流中，按密度差异，进行分选的过程
5、重介质选煤：是一种采用密度介于煤和矸石之间的液体，作为分选介质的高效重力选煤方法
6、重介质选煤按分选力的不同可分为：①重力重介质选煤②离心力重介质选煤
7、块煤重介质分选机的分类：①斜轮重介质分选机②立轮重介质分选机③浅槽重介质分选机
8、浮选：利用煤和矸石表面物理化学性质差异在固—液—气三相界面进行的一种选别技术
有平行反应，也有顺序反应
9、煤泥浮选流程：①煤泥浮选原则流程：a、浓缩浮选流程b、直接浮选流程c、半直接浮选流程②浮选流程内部结构：a、一次浮选流程b、中煤再选流程c、精煤再选流程
10、浮选药剂分类：①捕手剂：阴离子型，阳离子性，非离子型②起泡剂：表面活性剂、非表面活性剂③调整剂：活化剂、抑制剂、pH调节剂、分散剂、絮凝剂
11、超纯煤用途：①燃油锅炉代油燃料②化工厂重油造气的替代原料③高温燃气轮机发电技术④高级活性炭和煤制炭黑的原料
12、煤脱硫的微生物种类：①喜温微生物②喜热微生物③变种的土壤细菌
13、微生物脱除煤中硫的机理：①直接氧化②间接氧化③助浮脱硫
14、微生物脱硫方法：①渗透堆浸法②压缩空气搅拌浸出法③表面氧化辅助物理分选法
五、水煤浆技术
1、水煤浆是由60%~70%的煤与39%~29%的水及少量添加剂经过磨碎和强力搅拌而成的两相流浆体
2、水煤浆特点：①流变性②触变性③雾化性④燃烧特性⑤环境特性
3、水煤浆分类：①按用途可分为燃料水煤浆和气化水煤浆②按原料煤的种类和制浆工艺可分为：精煤、精细、经济型、气化、环保、原煤水煤浆
4、水煤浆添加剂：①分散剂：a、阳离子b、阴离子c、非离子②稳定剂③其他辅助添加剂
5、分散剂作用机理：①润湿分散作用②静电排斥分散作用③空间位阻与熵斥力分散作用
六、煤炭热解技术
1、热解：将有机物在缺氧或惰性气氛状态下加热，发生一系列的物理变化和化学反应，使之分解成成气体，液体和固体的热分解反应
2、热解的四个阶段：①20世纪以前为热解技术发展第一阶段②20世界初至60年代，进入第二阶段③70年代至90年代④90年代以后
3、煤热解方法分类：①气氛不同：a、惰性气氛b、加氢c、催化加氢②热解温度：a、低温b、中温c、高温d、超高温③热源不同：a、电加热b、等离子体加热c、微波④加热方式：a、外热式b、内热式c、内外并热式⑤料层密集程度：a、密相床b、稀相床⑥物料运行方式：a、固定床b、液化床c、气流床d、流动床⑦反应器的压强：a、常压b、加压⑧热接速度：a、慢速热解b、快速热解⑨热载体的类型：a、固体热载体b、气体热载体c、固体—气体复合载体
七、煤炭清洁燃烧技术
1、煤的燃烧过程：指煤中的可燃物成分与空气中的氧发生强烈的氧化反应并半岁着发热，发光的过程
2、煤炭燃烧步骤：①加热过程中首先析出水分和挥发分的热解过程②挥发分着火和燃烧③固定碳或半焦着火和燃烧
3、粉煤的燃烧过程：①粉煤气流的着火②粉煤气流的燃烧③粉煤气流的燃尽
4、煤粉燃烧技术：①强化煤粒和高温烟气的对流换热②强化煤粉的高浓度集聚③强化燃烧过程的初始阶段④煤粉高效燃烧的其他新技术
5、流化床燃烧优点：①燃料适应性强②易于实现炉内高效脱硫③NOX排放量低④燃烧效率高⑤灰渣便于综合利用
6、煤中硫的转化过程：①有机硫的氧化②FeS2的氧化③元素S的氧化④H2S的氧化⑤CS2和COS的氧化⑥SO3的形成⑦硫酸盐的形成
十二、煤的非燃料化利用技术
1、煤的非燃料化利用主要途径：①新材料化转化②精细化学品制备
2、煤基新材料主要包括：①煤基功能超细粉体材料②煤基聚合物复合材料③新型炭材料
3、分级技术：⑴介质的不同：①干法分级②湿法分级③超临界分级
⑵分级立场的不同：①重力场②离心力场③惯性立场④电场力⑤磁动场⑥热梯度力场 ⑶分级工艺的设备类型：①旋流式②干式机械③蝶式④卧螺式⑤静电场⑥超临界
4、表面改性：⑴改性机理不同：①物理改性法②化学改性法③物理化学改性法
⑵改性工艺不同：①涂覆法②偶联剂法③煅烧法④水沥滤法
⑶改性的性质、工艺和方法分为：①包覆法②沉淀反应法③表面化学法④接拔法⑤机械力化学法
5、活性炭是一种优良的多孔性吸附材料，具有丰富的内部孔隙结构和较高的比表面积，具有吸附力强，化学稳定性好，机械强度高，使用失效后易再生等特点
6、活性炭分类：①按形状：a、粉状b、颗粒状c、球形d、圆柱形e、纤维状f、其他异状②按原料：a、煤质b、木质c、果壳d、石油类e、再生炭f、含碳有机废料和农副产品③按制造方法：a、化学药品b、强碱活化法c、气体活化法d、水蒸气活化法④按用途：a、气相吸附b、液相吸附c、催化剂载体d、炭分子筛
7、煤基活性炭生产工艺的主要工艺：原料制备，混捏成型，干燥，炭化，活化，处理 ①碳化：a碳化方法：气相碳化，液相碳化，固相碳化
b碳化过程：100~200℃250~350℃350~450℃450~650℃
c碳化条件：温度600℃在无氧或少氧情况下
②气体活化法：分类：a水蒸气活化法b二氧化碳活化法c混合气体活化法
作用：a开孔作用b扩孔作用c形成新孔
适宜的活化温度：空气600℃水蒸气900℃烟道气900~950℃ ③后处理：a脱灰：可在生产前进行也可在活化后完成 b除铁：只能在生产前
C寖渍：为了使活性炭增强吸附选择性或对特定物的吸附能力或具备防催化等性质 常用的寖渍剂a煤焦油b煤沥青c合成树脂d硝酸银溶液 ④原料制备：a粉碎
b篩分c制粉
8．活性炭的再生：热再生法，萃取再生法，氧化再生法，生物再生法，电化再生法，超临界流体再生法，微波辐照再生法
9．碳素制品的种类：①原料和生产工艺不同:石墨制品，碳制品，碳素纤维，特种石墨制品
②所含灰分大小：多灰分制品，少灰分制品（小于一）
③加工深度高低：碳制品，石墨制品，碳纤维，石墨纤维
④产品用途：石墨电极类，炭块类，石墨阳极类，碳电极类，碳糊类，电碳类 10．碳素制品的生产原料：①骨架的材料：石油焦，无烟煤，冶金焦，沥青焦，炭黑
②粘合剂:煤焦油，恩油，煤沥青，合成树脂 碳素制品的生产工艺：1预处理2粉碎筛分和配料3混捏4成型5焙烧6寖渍7石墨化
① 配料方案的编制a骨料的种类质量指标和配比b干粒的粒度组成c粘结剂的种类质量指标和配比 ② 石墨化的三个阶段：第一阶段通过高温热解反应进一步析出挥发分（1000~15000）
第二阶段碳网层间距缩小逐渐向石墨结构过度晶体平面上的位错线和晶界逐渐消失（1500~2000）
第三阶段：碳网层面尺寸激增三维有序结趋于臾完美
影响石墨化因素：石墨化温度，恒温时间，催化剂
石墨化温度：普通石墨电极最高温度为2100~2300℃特殊制品2500~3000 12。煤转化为化学品技术路线主要包括：煤的热解：煤的氧化，没得加氢，溶剂抽提，煤气化，催化合成 ① 有热解方法制取煤基化学品 ② 煤经合成转化为化学品
洁净煤技术研究进展 篇5
1 煤热解-燃烧/汽化耦合的化学与工程基础
基于煤高效洁净转化的重大需求, 煤化所提出了煤分级转化的方案 (见图1) 。通过对煤热解-燃烧/汽化耦合过程中的关键基础和工程问题的研究, 认识了煤的结构和性质与热解-燃烧/汽化行为之间的内在联系, 揭示了煤中矿物质和无机添加剂对污染物逸出的影响规律和固定作用。该方案提出并实现了在微量氧存在下, 煤热解中实时脱硫新过程, 并使脱硫率从45%大幅提高到73%, 确立了通过调变矿物质组成来实现煤高效汽化的原理, 发现了高温加压和复杂反应气氛 (O2/H2O/CO2) 中煤汽化反应机理和动力学特征以及反应器内气固流动、传热、传质及固体物料选择性分离的规律, 解决了煤热解-燃烧耦合系统中燃烧锅炉/热解反应器之间的料封、半焦黏结和油气/粉尘分离等关键技术问题。
1) 针对煤热解-燃烧耦合过程, 重点研究了煤热解与循环流化床燃烧系统的耦合。鉴于燃烧是典型的放热过程, 而煤热解是吸热过程, 通过耦合系统利用燃烧产生的热灰作为热载体使煤热解生成液体和气体燃料, 煤热解半焦与热灰返回循环流化床进行燃烧, 有效地提高了耦合过程中的能量利用效率。由于燃烧气氛中存在大量的氧气, 而热解会产生还原性气体, 如果燃烧反应器中的含氧气体混入热解反应器中, 会与热解反应器中的可燃气体发生反应, 降低燃气热值, 甚至爆炸, 所以, 在煤热解-燃烧耦合系统中气体物质的料封控制尤其重要。通过循环流化床冷态实验, 对安装干馏反应器和循环流化床系统的气固流体流动稳定性进行了考察, 确定了气速、循环量、干馏器进料量三者对稳定料封的匹配关系, 并在工艺上进行了相应的合理设计, 实现了料封物料 (热载体和半焦的混合颗粒) 的安全稳定流动。由于热解过程中重焦油的生成加重了半焦在热解反应器壁上的黏结, 通过优化灰煤比例及操作条件, 避免了半焦颗粒的黏结, 实现了热解反应器的稳定运行。通过对反应器流动方式、结构和流体流动的优化, 实现了油气和半焦的无水高效分离, 粉尘质量分数降至1%。上述技术问题的解决, 大大促进了煤热解-燃烧耦合过程的工程化进程, 目前, 煤化所已与企业合作建成了5 t/h的中试装置, 其工艺过程见第17页图2。实践证明, 装置运行稳定, 已实现每吨煤产气100 m3、产焦油60 kg, 挥发分提取率50%, 远远超过预期的33%。
2) 围绕煤热解-汽化的耦合, 重点对煤汽化化学反应特点和传递过程进行了深入系统研究, 对加压气固流态化行为特点和传热、传质及固体物料选择性分离的行为规律获得了清晰的认识。发现反应器内由气体分布引发的固体物料流动行为的变化会对传热、传质产生显著的影响, 这为汽化炉反应器关键组件 (如分布板、下料管等) 的工程设计提供了重要理论依据。采用实验研究和流体力学 (CFD) 模拟相结合的方法, 系统研究了在压力条件下, 流化床内的气固流动特点和气泡动力学行为, 采用压力仓和电容层析成像仪 (ECT) 、CCD摄像技术相结合的方式, 实现了压力条件下实验现象的可视化。
根据多反应区优化耦合机理, 利用水蒸气活化汽化、射流区高温汽化和长固体停留时间等方法, 发展了灰熔聚流化床汽化及流化床-气流床复合汽化技术, 将传统流化床汽化炉适用煤种范围从高汽化活性的褐煤、烟煤拓宽到无烟煤、石油焦和热解半焦, 为煤热解-汽化耦合技术的设计和优化提供了一条新的工程技术途径。在此基础上, 日处理煤量300 t的灰熔聚流化床汽化装置已实现工业化运行, 并将有6台汽化炉投入工业应用。
2 煤间接液化制液体燃料
面向国家重大战略需求, 在煤间接液化方面形成了独特的铁基高温浆态床费托合成技术。该技术使催化剂性能和产能大幅提高, 甲烷选择性由质量分数为5%～10%降低到2.5%～4.0%, 系统能量转化效率从38%～40%提高到43%～45%。详细考察了高温浆态床费托合成新体系的反应工程规律, 认识了在高温条件下催化剂本体结构强度变化规律和化学疲劳机理, 完成了反应器模型化和过程模拟分析, 建立了费托合成详细动力学研究实验和模型化方法, 以及用于大规模复杂系统的参数优化组合算法 (随机-遗传-连续算法) 。对多个型号的催化剂 (尤其是高温催化剂) 进行了大规模的动力学实验研究。结合商业化通用过程模拟平台ASPEN-Plus, 形成了费托合成过程专用模拟软件系统, 该软件系统可以为商业生产过程设计优化方案及成套工艺设计数据, 拥有自主版权 (国家版权局注册1项, 全部授权) 。催化剂制备获得了一系列的创新性进展, 实现了低能耗、节水、近零排放的绿色化生产, 并降低催化剂成本20%, 每吨催化剂水耗从200 t降低到10 t, NOX排放量降低了83%。这些研究结果为实际的工艺技术开发提供了技术基础。
基于此项成果, 在神华集团有限公司、山西潞安集团有限公司 (见图3) 和内蒙古伊泰集团有限公司 (见图4) 建设了3个16万t/a～18万t/a油的工业示范厂。内蒙古伊泰集团有限公司的工业示范厂已于2009年3月顺利开车。在上述基础上, 采用干馏与费托合成集成的分级液化过程, 优质烟煤 (内蒙古鄂尔多斯) 的系统能效达到48%～50%, 内蒙东部褐煤的制油效率达到45%, 为我国和世界的煤炭转化提供了一条更为经济的途径。
3 甲醇催化转化的定向调控
煤经合成气制甲醇是煤转化的重要途径, 甲醇定向催化转化是解决并实现煤经甲醇生产液体燃料和化学品的根本途径。基于对我国高品质汽油、替代燃料和化学品的需求分析, 煤化所确立了甲醇定向转化为汽油、二甲醚、低碳烯烃和芳烃的技术研发框架 (见图5) 。经过深入研究, 得出实现甲醇定向转化的关键在于催化剂化学组成、表面性质和孔道结构的调控, 以及反应工艺与工程的合理配置。发现通过催化剂活性位种类、表面酸性和孔道择形性的合理调变可选择性地使甲醇部分脱水实现二甲醚定向合成, 深度脱水实现烯烃定向合成, 选择性芳构化合成芳烃化合物, 进而促进链增长实现汽油的定向合成。进一步调变催化剂可使甲醇定向转化为二甲醚的温度从380℃大幅降低到280℃, 减小分子筛催化剂晶粒尺寸可大大提升汽油的选择性。在这些认识的基础上, 研制成功了系列甲醇定向转化实用催化剂 (见图6) 。结合反应工艺与工程的研究, 成功实现了芳烃35 t/a的中试、汽油3500 t/a的工业示范和二甲醚10 000 t/a的工业生产。
4 燃煤烟气干法同时脱硫脱硝新过程
我国燃煤排放的SO2和NOX分别占大气中硫、硝排放的80%和60%以上, 是主要的大气污染源。因此, 控制燃煤烟气硫和硝的排放是我国可持续发展战略中迫切需要解决的重大问题。目前, 我国80%的企业采用石灰石/石膏湿法烟气脱硫技术, 虽然脱硫效果较好, 但耗水量大、处理成本高, 易造成二次污染, 净化后的烟气通常需加热才能排放, 其本质是用温室气体CO2的排放替代了烟气SO2的排放。因此, 研究开发低成本、省水、无二次污染、多种污染物可同时脱除并可同时实现硫资源化的烟气污染物脱除技术是我国乃至世界洁净燃煤领域发展的必然方向。煤化所按照燃煤烟气干法同时脱硫脱硝和硫资源化一体化的研究思路, 研制成功了低温和中温V2O5/AC和CuO/Al2O3两类催化剂体系, 发展了移动床工艺技术。实验结果表明:V2O5AC催化剂在120℃～200℃温区可同时脱除SO2和NOX, 并可实现硫的资源化, 脱SO2率大于90%, 脱NOX率大于85%, 硫资源化率大于85%。CuO Al2O3催化剂在350℃～450℃温区实现了同时脱硫脱硝、催化剂同温再生和硫的资源化。实验室10个循环 (相当于工业运行30 d) 和工业锅炉侧线30 d的运转结果表明, 脱SO2率大于90%, 脱NOX率大于95%, 硫资源化率大于85%。该项固定床脱除技术已在济南正昊化纤新材料有限公司进行了工业侧线验证 (见图7) , 可广泛应用于我国较大型的燃煤锅炉, 如发电厂、钢厂、化肥厂等, 将显著改善我国的煤烟型大气污染状况, 并能变废为宝, 解决我国每年进口约1 000万t硫产品的难题。
5 结束语
洁净煤发电技术探讨分析 篇6
关键词：洁净煤发电,发电系统,探讨分析
0 引言
中国的资源结构决定了中国将长期以煤炭发电为主。目前,中国煤电约占总发电量的70%,每年发电用煤约占中国煤炭产量的3/1。以火电为主、能源消耗结构以煤为主、动力以汽轮机为主的中国电网面临着煤耗高,能源浪费严重,生态环境影响严重的三大问题。2006年中国供电煤耗为366 g/(k W·h),比工业发达国家要高出80 g/(k W·h)左右,电厂排放出的粉尘、SOX、NOX、CO2和重金属五大污染物,对中国一些地区生态环境已经直接产生危害。中国因燃烧矿物燃料所产生的温室气体,对全球气象也造成一定威胁。因此,必须采取对策,有效减少火电厂对环境的污染[1]。
洁净煤技术一词来源于美国,它是指煤炭从开发到利用全过程中,旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等高新技术的总称。洁净煤技术将煤炭利用的经济效益、社会效益与环保效益结合为一体,成为能源工业中国际高新技术竞争的1个主要领域。第1类是在燃烧前的煤炭加工和转化技术,包括煤炭的洗选和加工转化技术,如,煤的物理与化学净化、配煤、型煤和水煤浆技术、煤炭的转化包括煤炭液化和煤炭气化技术。第2类是煤炭燃烧技术,主要是洁净煤发电技术,目前,主要包括低NOx燃烧、循环流化床燃烧、增压流化床燃烧、整体煤气化联合循环、超超临界机组技术。第3类是燃烧后的烟气净化技术,主要有包括烟气脱硫技术、烟气脱硝技术、颗粒物控制技术和以Hg为主的痕量重金属控制技术等。同时,以C02的分离、回收和填埋为核心的污染物近零排放燃煤技术也已成为洁净煤技术的主要方向[2]。
笔者着重介绍低NOX燃烧技术、流化床联合循环发电技术、整体煤气化联合循环以及超超临界机组几种常见的洁净煤发电技术。
1 低NOX燃烧技术
在向大气排放的燃烧产物中,NOx是1种危害人体健康,破坏大气环境的污染物。NOx生成途径有瞬间型、热力型和燃料型3种类型。瞬间型的NOx一般在富燃料碳氢火焰中占优,在煤粉燃烧中其排放量仅占总量的5%。热力型NOx是空气中的N2在高温下氧化形成的,与燃烧区域的温度水平和O2浓度有关。一般的煤粉炉固态排渣燃烧方式下,当过剩空气系数小于0.95和温度小于1 500℃时,热反应型NOx可以忽略不计。燃料型NOx是由燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解继而进一步氧化生成,与燃料特性以及锅炉运行状况关系密切,在电站锅炉NOx排放占主导地位,约为80%~90%。电站锅炉NOx排放控制技术可分为一次燃烧控制措施及二次烟气净化措施。降低NOx排放的首选燃烧控制,当采用燃烧控制措施还不能满足排放标准时,就需要安装烟气脱硝装置。
近年来,一次燃烧控制措施是研究与开发的重点。一次燃烧控制措施主要包括燃烧优化、炉内空气分级、燃料分级、烟气再循环以及低NOx燃烧器等技术。降低NOx最有效的方法是降低火焰温度、N2和O2的浓度。即燃烧时,燃烧温度要低,在高温区域的滞留时间短,在高温区的O2浓度要低。低NOx燃烧技术也主要从这几方面着手。
1.1 低氧燃烧
减少O2浓度有助于控制NOx的生成。因此,低氧燃烧技术是各种燃料燃烧控制NOx排放的有效手段,同时,对于降低锅炉的排烟热损失,提高锅炉热效率也非常有利。对于每台锅炉,过量空气系数对NOx的影响程度不同,因而,在采用低氧燃烧后,NOx降低的程度也不可能相同,应通过试验来确定低氧燃烧的效果。实现低氧燃烧,必须准确控制各燃烧器的燃料与空气的分配,并使炉内燃烧和空气平衡。
1.2 废气再循环
将部分燃烧生成物(即废气,相当于正常燃烧空气体积的15%~30%)由一次燃烧喷嘴再次吹入炉内进行再次燃烧,可降低最高火焰温度和O2浓度。因此,也可有效减少NOx的生成。
1.3 浓淡燃烧
由于NOx的生成与空气比有关。当空气比接近1时,NOx生成值最大。空气比小于1时,由于O2浓度较低,燃烧过程缓慢,可抑制NOx的生成。当空气比大于1.5时,由于燃烧温度低下,也能抑制NOx的生成。因此,通过燃料稀薄燃烧的燃烧器和燃料过浓燃烧的燃烧器互相配置交替使用也可有效降低NOx的生成。一般实现浓淡偏差燃烧技术有2种方法,a)在总风量不变的条件下,调整上下燃烧器喷口燃料与空气的比例;b)采用宽调节比(WR)燃烧器。当煤粉气流进入燃烧器前的管道转变处时,由于离心力作用,煤粉被浓缩到弯头的外侧,内侧为淡粉流,实现了浓淡偏差燃烧,可以使NOx降低,浓煤粉流由于热容量小加上高温烟气回流,将先着火。然后对淡煤粉流进行辐射加热使之着火。这样着火比较稳定,可燃物损失减少,因此,这种燃烧器具有高效低NOx的综合性能。
1.4 空气分段燃烧
空气分段燃烧技术最早由美国在20世纪50年代发展起来,是目前使用最为普遍的低NOx燃烧技术。其基本原理是燃烧所用空气分二段供给燃烧系统。第一阶段供给燃烧所需理论空气量的40%~80%,减少煤粉燃烧区域的空气量,使煤粉进入炉膛时就形成了一个富燃料区,以降低燃料型NOx的生成。第二阶段是不完全燃烧生成物由适当供给的二次空气达到完全燃烧,控制了火焰温度的上升,进而控制了热力型NOx及燃料型NOx的生成。
1.5 燃料分级燃烧
燃料分级燃烧通常采用的形式是燃料再燃烧技术,因其燃烧过程分成主燃烧区、再燃烧区及燃烬区3个区域,所以也称为三级燃烧技术。图1、图2是空气分级燃烧过程的示意图。其目的是把主燃烧区域中生成的NOx在次燃烧区还原成为分子N2以降低NOx排放。由于NOx在遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CmHn时会发生NO的还原反应。
1.6 新型低NOx燃烧器
低NOx燃烧器总的设计原则是使在燃烧器内部或出口射流的空气分级。设计特点是控制每只燃烧器中燃料与空气的混合过程,使燃烧推迟,延长火焰行程,降低火焰温度峰值,从而减少NOx生成量。主要措施是降低对NOx生成具有关键作用的主燃烧区域的O2量水平,同时,减少燃烧峰值温度区域中的燃料。通过分级送入燃烧空气,煤粉则在缺氧条件下热解,促使燃烧N2向分子氮的转化。低NOx燃烧器可与其他一次措施,如,OFA、再燃烧或烟气再循环技术相结合,国外电厂实际运行经验表明,低NOx燃烧器与其他一次措施相结合,可使NOx排放降低74%。近年来,国内外低NOx煤粉燃烧器的进展,其主要特点是提高火焰热回流,提高火焰温度,降低NOx;提高煤粉浓度,提高火焰稳定性,降低NOx;采用细煤粉以提高火焰稳定性,降低NOx。有代表性的有美国的DRB-XCL型低NOx双调风旋流燃烧器和日本的FDI型低NOx燃烧器[3]。
2 流化床联合循环发电技术
循环流化床燃烧技术与燃气蒸汽联合循环发电技术结合起来成为目前最先进的流化床联合循环发电技术之一。该技术综合了各自优点,效率进一步提高,污染进一步降低。根据锅炉的压力大小又分为常压流化床联合循环(CFBC-CC)及增压流化床联合循环(PF-BC-CC)2种。
2.1 常压流化床联合循环(CFBC-CC)
循环的基本流程是从空气压缩出来的空气通过埋设在常压流化床锅炉中的换热器被加热700℃左右,流化床的高温烟气(约850℃~900℃)通至蒸汽发生器,产生蒸汽供蒸汽轮机发电,燃气轮机的进气温度用附加燃料的方法从700℃提高到850℃,燃气轮机的排气一部分用于流化燃烧,另一部分用于加热给水。整个循环的效率接近36%。
2.2 增压流化床联合循环(PFBC-CC)
流化床燃烧可在常压下工作,也可在增压下工作,后者称为增压流化床燃烧(PFBC)。增压流化床燃烧技术从原理上基本同常压流化床燃烧(CFBC)大体一致。采用增压(6个~20个大气压)燃烧后,燃烧效率和脱硫效率得到进一步提高。燃烧室热负荷增大,改善了传热效率,锅炉容积紧凑。除了可在流化床锅炉中产生蒸汽使汽轮机做功外,从PFBC燃烧室(也就是PFBC锅炉)出来的增压烟气,经过高温除尘后,可进入燃气轮机膨胀做功。通过燃气/蒸汽联合循环发电,发电效率得到提高,目前,可比相同蒸汽参数的单蒸汽循环发电提高3%~4%。第一代PFBC-CC中,流化床燃烧时,其燃气轮机入口温度受流化床床温的限制而不够高,一般为850℃~900℃的范围内,这样除直接限制了燃气—蒸汽联合循环的热效率外,(一般不超过40%),且使燃气轮机的功率远小于蒸汽轮机的功率(只占总功率20%~25%)。这种情况严重制约了燃气轮机的发挥。为克服上述缺点,产生了第二代增压流化床联合循环,第二代PFBC-CC(APFBC)的概念最早由美国CRE提出,称为Topping Cycle[4]。该技术的最大优点是在第一代增压流化床联合循环的基础上增加了1个碳化炉(或部分气化炉)和燃气轮机的顶置燃烧室,以及在旋风除尘器后设置陶瓷过滤器。锅炉中出来的850℃~900℃的烟气与碳化炉中产生的低热值煤气均进入顶置燃烧室混合燃烧,燃气轮机的入口温度得到提高(可达1 050℃~1 260℃),达到提高整个循环效率的目的,使热效率从现有PFBC的40%~42%提高到45%~48%。体积更小,同时,保持了第一代增压流化床低温燃烧控制SO2、NOX排放的优点,其发电成本比常规的燃粉煤电厂加FGD低20%。
3 整体煤气化联合循环(IGCC)
IGCC的中文全称为煤气化联合循环发电,是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由二部分组成,即煤的气化与净化部分和燃气—蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备(包括硫的回收装置),第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程是煤经气化成为中低热值煤气,经过净化,除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物,变为清洁的气体燃料,然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧,加热气体工质以驱动燃气轮机作功,燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水,产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。IGCC电站被称为“绿色发电站”,除可高效脱硫、脱硝外,还可脱除温室气体CO2,是未来清洁燃煤发电的方向。在目前技术水平下,IGCC发电的净效率可达43%~45%,今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10,脱硫效率可达99%,SO2排放在25 mg/Nm3左右。(目前,国家SO2为1 200 mg/Nm3),NOX排放只有常规电站的15%~20%,耗水只有常规电站的1/2~1/3,利于环境保护[5]。IGCC是洁净煤发电技术中最具发展前途的1种发电方式,煤种适应性广,环境污染小,发电效率高,节水,节地,综合利用好,技术成熟,最易实现大型化,有利于老厂增容改造。普遍被认为是21世纪发电行业的换代技术[6]。
4 超超临界机组
中国能源消费中有75%是煤炭,其中,发电用煤占60%左右。随着中国经济的高速增长,对电力的需求日益增加,发电用煤量也随之增加,预计到2020年煤炭总产量将达到25×108 t,发电用煤将达到15×108 t左右。作为燃煤大国,采取有效措施提高煤炭利用效率,减少用煤总量,降低燃煤污染物的排放,应作为国家的1项重大发展式略和技术政策。确保电力生产满足经济发展的需求,同时,要尽量减少煤炭的用量,因此,千方百计地提高燃煤电厂的效率。超超临界发电技术是高效利用燃料资源的1项技术,其水蒸汽工质的压力、温度均超过以往任何参数的机组,可大幅度提高机组热效率。表1对不同参数机组的热效率和供电煤耗进行了比较。可见超超临界机组在经济性方面较亚临界和超临界机组有较大提高[7]。
蒸汽轮机电站的参数经历了低压、中压、高压、超高压、亚临界和超临界的发展阶段,目前正在向超超临界发展。蒸汽轮机发电的理论基础就是蒸汽的朗肯循环,按朗肯循环理论,蒸汽的初参数(即蒸汽的压力与温度)愈高,循环效率就愈高。进入汽轮机的主蒸汽的热状态有亚临界、超临界及超超临界3种。亚临界的蒸汽压力小于临界压力22.2 MPa,超过临界压力即所谓的超临界机组。受金属材料在高温下性能是否稳定的限制,目前,超临界机组初温可达538℃~576℃,蒸汽压力大多在23.5 MPa以上。超超临界燃煤发电技术指容量为60×104 k W以上,主蒸汽压力达到25 MPa以上,温度达到593℃~650℃或者更高的参数,并具有一次再热或二次再热循环的燃煤发电技术,具有煤耗低、环保性能好、技术含量高的特点,机组热效率一般能够达到45%左右,有的更高。
5 结语
面对来自环保方面的巨大压力,火力燃煤电厂寻求高效、安全可靠的洁净发电技术已刻不容缓。未来,洁净煤发电技术将以控制CO2及其他污染物的排放为基本出发点与基本特征,一方面,需要对现有各种洁净煤发电技术的进行创新性的改进,以进一步发挥其潜在的优势并克服劣势,另一方面,将期待出现创新性洁净煤发电理念与技术如与燃料电池结合的联合循环系统。
参考文献
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洁净煤产业 篇7
晋城矿区位于山西省东南部、沁水煤田东南部,是中国重要的优质无烟块煤生产基地[2]。晋城无烟块煤过去是最优的化工原料,但随着新型煤气化技术的发展、UGI炉应用政策受限以及尿素[3]、合成氨市场的不景气,“最优化工煤”的光环正在逐渐褪去,迫使晋城无烟块煤寻找新的出路。
1 民用洁净煤对煤质的要求
民用洁净煤是在近几年国家倡导大气污染防治、雾霾治理工作中提出的,主要任务是用洁净煤[4]替代民用散煤,减少污染物排放。国务院2013年9月出台《大气污染防治行动计划》,鼓励北方农村地区建设洁净煤配送中心,推广使用洁净煤和型煤。随之国家以及各地区,特别是京津冀地区纷纷出台了许多政策,取缔散烧烟煤、推广民用洁净煤。针对民用煤制定的标准主要有国家和地方2种。
国家标准:国家制定的《商品煤质量民用散煤》强制性标准计划,已完成报批稿,具体指标见表1。
地方标准:主要有河北、北京、天津、内蒙古、陕西等标准。其中,北京标准《低硫煤及制品》中明确指出:在至2017年的过渡期内,块煤可作为补充产品。具体指标见表1。
由表1可知:
(1)民用煤主要控制的指标有4个:硫分、挥发分、灰分和发热量;
(2)硫分:由于S燃烧产生的SO2是主要的空气污染物之一[5],需要严格控制,因此各标准都要求硫分不大于1.0%;
(3)挥发分:挥发分高时,燃烧时会冒烟[6],污染空气,也是需要严格控制的指标;基本要求不大于12%,只有国家标准中考虑到部分地区的实际情况,将标准分为4个等级,挥发分指标最高到37%;
(4)发热量:发热量高有利于供热,但对环境无影响,因此大部分标准中对其没有设定值。
2 晋城无烟块煤的煤质特点
晋城无烟煤可采煤层有3层,自上而下分别为3#、9#和15#煤。其中,3#煤为低硫、低灰煤,煤质见表2。
由表2可见:
(1)晋城3#煤为低硫、低灰、低水分、高发热量的无烟煤;
(2)与表1中所列国家和地方标准中的技术指标对比,晋城3#无烟煤完全符合国家和地方对民用煤的要求。
3 晋城无烟块煤用于民用的主要优点
除了技术指标符合国家和地方标准外,晋城无烟块煤用作民用煤时还具有以下特点。
(1)洗选后可直接利用,节省加工费用。晋城3#无烟块煤完全符合国家和地方对民用煤的技术指标要求,洗选后的煤炭,不需要进行深加工,可直接用于民用。相比洁净型煤[6]、洁净焦等,节省了加工费用和时间。
(2)产量大,供应稳定。晋城3#无烟煤年产量约3 000万t,块煤产率约30%,块煤产量约900万t,供应能力较大。表3为中国主要的无烟煤产地[7]以及进口国的无烟煤煤质和优、劣势分析。
(3)抗碎性强,适于远距离运输。晋城无烟煤由于密度高、硬度大等原因,其抗碎强度高,可达92.4%,高于其他地区的无烟煤;在运输过程中的破碎率低,有利于长距离运输,而且晋城地处中国的中部,运输方便。
(4)发热量大,耗煤少。晋城无烟煤固定碳含量和发热量高,民用燃烧时,耗煤量少。
(5)不冒烟,污染物排放量少。民用煤燃烧排放的大气污染物主要有:二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和挥发性有机物(VOCs)、可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)。其中,排放的颗粒物中,PM10约占烟尘的90%,PM2.5约占烟尘的75%。表4为不同煤种燃烧时,污染物的排放系数。
由表4可见:与烟煤相比,无烟煤的各项污染物排放量都很少。晋城无烟煤多为中等变质程度,少数为年轻的无烟煤,挥发分较低,在5%~11%,燃烧时污染物排放量更少。
4 结语
目前,国家推广的民用洁净煤主要是洁净型煤,局部地区在推广兰炭、绿焦、木煤等,而无烟块煤仅在北京、天津地区作为一个洁净型煤的补充煤种,仅在洁净型煤供应不足的情况下,使用无烟块煤来补充。无烟块煤在民用市场的推广,尚缺少政策的支持。
(1)从民用煤的煤质要求看,晋城无烟块煤完全符合民用煤的技术指标。
(2)从民用煤的环保角度看,晋城无烟块煤污染物排放量少,是优质的民用煤。
(3)从晋城无烟块煤的利用角度看,由于新型煤气化技术的推出,晋城无烟煤块煤已不再是最优化工煤,而作为民用,是它的新出路。
(4)在推广无烟块煤作民用方面,希望得到国家、地方政策的广泛支持。随着环保的要求日趋严格,民用要选好煤、用好煤,无烟块煤具有最优的煤质,应该适应时代要求用作民用,而不是洁净型煤的替补煤种。
参考文献
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洁净煤产业 篇8
《洁净煤技术》是高等职业技术教育煤炭深加工与利用专业必修的一门“工学结合”的课程;同时也是煤炭深加工与利用专业的一门必修专业基础课程。该课程实践性、应用性较强, 是学生进行其他专业课学习的基础。因此, 结合其他专业课程对该教材进行精简。三是作为专业基础课程有些章节需要详细讲解。
2 教材性质、目的和任务
《洁净煤技术》结合中国能源化工基地发展循环型经济的实际, 较系统地介绍了煤炭加工利用与环境问题;煤炭加工转化主要新技术、新工艺;煤炭洁净燃烧新技术与工艺;煤炭清洁开采新技术、新方法;煤炭共伴生资源化工类专业的系列教材之一, 内容选取突出实用性。可供高职高专煤炭综合利用技术;适当介绍了洁净煤技术领域的发展趋势。
2.1 教材性质
洁净煤技术是高等职业技术教育煤炭深加工与利用专业必修的一门“工学结合”的主干课程;同时也是该专业的一门必修专业课程。该课程实践性、应用性较强, 是学生进行其他专业课学习的基础。
2.2 教材目的
使学生尽可能全面地了解和掌握当今世界上最新的洁净煤技术的基本专业知识。
2.3 教材任务
旨在通过系统地洁净煤理论知识学习和基本操作技能实训, 培养学生运用洁净煤理论知识进行综合分析问题、解决问题的能力, 同时具备从事煤炭洗选、煤炭液化、煤炭气化、煤的热解等特殊技术岗位的工作能力。以及洁净煤仪器仪表、设备、设计、检查、管理等方面的专业基本技能。
3 课程整体设计和单元设计
3.1 课程整体设计
3.1.1 课程内容分析
(1) 教材内容:内容包括煤炭加工技术、煤炭转换技术、洁净燃烧技术、煤的非燃烧利用技术与煤共伴生资源的综合利用与清洁开采等新技术
(2) 教学目标:培养学生的创新精神、创业能力和环保意识
(3) 教学重点:煤炭洗选、煤炭配煤、水煤浆、煤热解技术、煤气化联合循环发电、煤液化技术
3.1.2 内容模块划分
内容划分为六个模块:煤炭洗选、煤炭配煤和型煤、水煤浆、煤炭热解气化和液化、洁净煤燃烧和烟道气净化、煤炭清洁开采技术。
3.1.3 课程时间安排表
3.1.4 课程教学目标
本课程设计以理论知识与实践知识整合, 以任务驱动设计工作过程环节, 并针对每一个工作过程环节来传授相关课程内容, 实现实践技能与理论知识的一体化。课程强调既着重培养学生的职业专门技术能力, 即让学生通过实践操作的训练和理论知识的学习, 着重培养学生的职业关键能力, 即学习能力、工作能力、创新思维与创新能力。基于工作过程构建为6个模块, 教学实施共需102学时, 其中理论教学72学时, 实验实训教学30学时。
(1) 知识目标:就是指学生通过学习本课程, 了解洁净煤的一些相关知识, 例如 (中国能源构成与环境问题、煤炭洁净开采) , 掌握本书的重点章节, 例如 (煤炭洗选、配煤、水煤浆技术、煤热解技术、煤气化联合循环发电、煤液化技术等) , 突破难点, 例如 (水煤浆等) 。
(2) 素质目标:通过学习, 学生总体要达到思想品德、科学文化、身体心理、劳动技能等基本素质, 另外, 还要在专业上达到基本的专业素质, 比如:专业知识牢固运用灵活、具备操作人员、管理人员基本素质等, 基于能力培养, 发展个性为基础, 使他们达到适应社会主义现代化所需要的全面发展的人才。
(3) 职业岗位能力目标:职业岗位工种:跳汰工、配煤工、制浆工、浮选工等。
学生能在老师的指导下, 通过学习本课程主要知识, 达到具备, 配煤、跳汰机操作, 制煤浆等能力, 并具备绘制工艺流程的能力。
3.2 课程单元设计
课程单元设计包含四个方面:教学目的、教学重点、教学难点、教学方法。其中以模块一为例进行设计。
教学目的:了解煤炭洗选分类, 能绘制并分析工艺流程。
教学重点:煤炭洗选工艺。
教学难点:选煤设备, 例如:重介质旋流器 (优点:结构简单, 处理量大, 分选效率高, 适合于处理难选煤, 分选下限低;缺点:入料上限一般只在25-13㎜左右) 。
教学方法:讲授、多媒体、启发式 (以一个煤球的图片为启发, 来讲解型煤) 、讨论式 (提出问题进行讨论) 、案例式 (讲跳汰选煤时以田庄选煤厂, 天宏焦化厂洗煤厂为例) 。
4 采用合理有效的考核方案
4.1 课程考核方法
课堂提问、课堂习题检测、作业、实践操作。
4.2 总体考核方案
4.2.1 课程考核方式
理论成绩+实训考核+平时考核成绩=课程考核成绩。
4.2.2 课程考核方法
(1) 理论考核 (50%) :课程考试及考核综合评定成绩; (2) 课程实训考核 (40%) :学习模块操作技能综合评定成绩。 (3) 平时考核成绩 (10%) :课堂提问、作业、实训态度。
5 充分的教学实施条件
(1) 教师基本要求:教师有教师资格证, 对学生进行理论和实践教学, 并能较好的指导学生进行校内实训和校外顶岗实习, 在课程教学过程中注重加强学生动手能力的培养, 提高学生的时间操作能力
(2) 校内实训条件:煤炭深加工专业, 拥有煤化工分析实验室等5个实验室
(3) 校外实训基地:本专业与天宏焦化厂、田庄选煤厂、十一矿焦化厂等单位建立了实训基地
(4) 教学资源条件:
(1) 中国洁净煤技术网:w w w.c c t.org.cn/
(2) 精品课程:http://jpkc.lzpcc.edu.cn/08/hx/index.htm
总之, 做好洁净煤技术教学, 要熟练掌握课本内容, 明确课程性质与目的, 能对课程进行整体和单元设计, 采用有效的考核方案, 从而提高课堂学习效率, 为学生学习其他专业课和就业打下良好的基础。
摘要：《洁净煤技术》是高等职业技术教育煤炭深加工与利用专业的一门必修专业基础课程。该课程对煤炭的深加工进行了初步介绍, 是学生学习其他专业课的基础。要做好该课程的教学应该:结合其他专业课程对教材进行精简, 明确课程的性质、目的和任务, 对课程进行整体设计和单元设计, 采用合理有效的考核方案, 教学实施条件要充分。
洁净煤产业 篇9
关键词：洁净煤技术,能源,环境
近年来,我国国民经济增长迅速,对电力的需求增长更快,作为主要电源的燃煤发电厂逐年增加。我国电力工业煤炭的消耗已经接近全国原煤产量的40%。因此,许多与燃煤有关的区域性全球性的环境问题越来越突出。
1 能源供应与消耗的基本特点
火力发电的原煤消耗量占我国原煤产量的百分数在1986年之前大致为20%,2000年已超过35%.我国国民经济迅速发展与人民生活水平的提高,以及不断采用先进的能源利用技术,增大发电用煤的比例是必然的趋势,预计在2010年将达到45%左右。因此,在我国,电力工业清洁、高效地利用煤炭,走电力增长与环境协调发展的道路,是保证国民经济可持续发展和环境的最主要的课题。
2 燃烧发电的污染物排放与危害
已被公认的全球性四大公害:大气烟尘、酸雨、温室效应、臭氧层破坏中,煤灰的燃烧产物构成其中的主要部分。燃煤火力发电厂排放的、对人类生存环境构成直接危害的主要污染物有粉尘、硫氧化物(SO2、SO3)、氮氧化物(NOx)及二氧化碳(CO2)。我国火电厂动力用煤的特点是:高灰分、高硫分煤的比例较大,而且几乎不经任何洗选等预外理过程,同时,火电厂污染物排放的总量大而且集中。因此,火电厂的污染物排放控制工作倍受重视。长期以来,大部分燃煤电厂锅炉的粉尘排放控制已得到足够的重视,特别是现代化大型火力发电厂的静电除尘装备比较完善,大部分电厂的除尘效率已高达98~99%,在控制粉尘排放方面娶得了较好的成效,我国火电厂的烟气粉尘排放浓度一般均能够满足国家排放标准。但是,现广泛装备的静电除尘设备均难以除去燃煤排烟中超细、超轻并易分散的粉尘。这种粉尘随风飘荡,可以长期滞留在大气中,对人身体存在的潜在危害极大。近年来,还发现烟气中的痕量有害化合物,比如,汞、砷、氟等,对环境的影响也很大。目前,只有少数火电厂开始安装和投运烟气脱硫装置,但大部分电厂的燃烧设备没有采取任何减排氮氧化物的技术措施,我国火电厂烟气中S02和NOx的排放浓度和总量普遍超出目前的国家排放标准。因此,与燃煤有关的环境污染问题已成为我国电力工业发展的一个主要制约因素。
2.1 燃烧产生的硫氧化物的危害。
燃烧排烟产物中的硫化物主要是SO2和极少量的SO3,在大气环境中,SO2可以进一步转变成SO3并形成硫酸雾。排入大气环境中的SO2严重恶化了人类赖以生存的空间和环境。硫氧化物对人体的危害主要是刺激人的呼吸系统,吸入后,首先刺激上呼吸道粘膜表层的迷走神经末稍,引起支气管反射性收缩和痉挛,导致咳嗽和呼气道阻力增加,接着呼吸道的抵抗力减弱,诱发慢性呼吸道疾病,甚至引起肺水肿和肺心性疾病。如果大气中同时有颗粒物质存在,颗粒物质吸附了高浓度的硫氧化物、可以进入肺的深部。因此当大气中同时存在硫氧化物和颗粒物质时其危害程度可增加3~4倍。硫氧化物对植物的危害表现在破坏叶皮上的毛细孔,SO2进入叶片并溶解于水,沾结在细胞壁的表面,使植物受害,叶片发黄,严重时大量叶片枯萎,导致植物死亡。硫氧化物及其在大气环境中转化成的硫酸雾可被吸附在材料的表面,具有很强的腐蚀作用,会使金属设备、建筑物等遭受腐蚀,大大降低其使用寿命。
2.2 燃烧产生的氮氧化物的危害。
氮氧化物主要是指NO、NO2,都是对人体有害的气体,特别是对呼吸系统有危害。在NO2浓度为9.4mg/m2(5PPm)的空气中暴露10分钟,即可造成呼吸系统失调。造成大气污染的氮氧化物主要是NO、NO2。这些氮氧化物主要是燃料在空气中燃烧时产生的高温,使空气中的氮气与氧气发生反应,其次是制造硝酸、氮肥等工厂排出的氮氧化物。NO为无色无臭气体,它在大气中出现的浓度对人体不会产生有害影响,但当它转变成二氧化氮时,就具有腐蚀性和生理刺激作用,因而有害。当其含量在100ppm以上时,几分钟就能致人和动物死命,吸入浓度为5 ppm的二氧化氮,几分钟就能危害呼吸系统。氮氧化物由于参与光化学烟雾和酸雨的形成而危害性更大。光化学烟雾——1952年12月伦敦发生的光化学烟雾,4天中死亡人数较常年同期约多4000,45岁以上的死亡最多,约为平时的3倍;1岁以下的约为平时的2倍。事件发生的一周中,因支气管炎、冠心病、肺结核和心脏衰弱者死亡分别为事件前一周同类死亡人数的9.3倍、2.4倍、5.5倍和2.8倍。“天空中的死神”是人们给一种会“螫人”的雨所起的名字,这种“会螫人的雨”就是“酸雨”,其严重地威胁鱼类及其他动、植物和人类的生存。酸雨对森林的危害近年来也频见报端。树木的叶片对酸雨的反应特别敏感,叶片受损后光合作用降低,抗病虫害的能力减弱,导致林木生长缓慢甚至死亡。酸雨还可使露天的建筑物及管道设施受到腐蚀。更为严重的是,酸雨还会使城市自来水管的铜、铅一类成分溶解在饮用水中,直接危害人体健康。饮用酸化的重金属含量较高的地面下水,食用酸化湖泊和河流的鱼类,都可使一些重金属元素通过食物链累积进入人体而最终产生危害。
此外,吸入含酸性物质的空气能使人的呼吸道疾病加重。
2.3 温室气体的危害
温室气体包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等。近年来,世界各国出现了几百年来历史上最热的天气,厄尔尼诺现象也频繁发生,给各国造成了巨大经济损失。发展中国家抗灾能力弱,受害最为严重,发达国家也未能幸免于难,1995年芝加哥的热浪引起500多人死亡,1993年美国一场飓风就造成400亿美元的损失。这些情况显示出人类对气候变化,特别是气候变暖所导致的气象灾害的适应能力是相当弱的,需要采取行动防范。
2.4 我国火电厂大气污染物排放标准
国家环保局2003年颁布修订的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)
2.4.1 二氧化硫最高允许排放浓度(见表1)。
2.4.2 氮氧化物最高允许排放浓度
火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度执行下表规定的限值。
2.4.3为了解决出现的问题,出路就在发展洁净煤技术。洁净煤(Clean Coal)一词是20世纪80年代初期美国和加拿大关于解决两国边境酸雨问题谈判的特使德鲁·刘易斯(Drew Lewis,美国)和威廉姆·戴维斯(William Davis,加拿大)提出的。洁净煤技术(Clean Coal Technology,简称CCT)的含义是:旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。当前已成为世界各国解决环境问题主导技术之一,也是高技术国际竞争的一个重要领域。由于中国煤炭开采和利用的特点决定,中国洁净煤技术领域与国外洁净煤技术领域重点放在燃烧发电技术上有所不同,含盖从煤炭开采到利用全过程,是煤炭开发和利用中旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。洁净煤技术按其生产和利用的过程分类,大致可分为三类:第一类是在燃烧前的煤炭加工和转化技术。包括煤炭的洗选和加工转化技术,如型煤、水煤浆、煤炭液化、煤炭气化等。第二类是煤炭燃烧技术。主要是洁净煤发电技术,目前,国家确定的主要是循环流化床燃烧、增压流化床燃烧、整体煤气化联合循环、超临界机组加脱硫脱硝装置。第三类是燃烧后的烟气脱硫技术。主要有湿式石灰石/石膏法、炉内喷钙法、喷雾干燥法、电子束法、氨法、尾部烟气、海水脱硫等多种。石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫是目前世界上技术最为成熟、应用最多的脱硫工艺。