书城科普读物低碳生活与环境保护
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第6章 洁净煤技术与环保(1)

洁净煤设备洁净煤技术(CCT)一词源于美国,是减少污染和提高效益的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制等新技术的总称。传统意义上的洁净煤技术主要是指煤炭的净化技术及一些加工转换技术,即煤炭的洗选、配煤、型煤以及粉煤灰的综合利用技术,国外煤炭的洗选及配煤技术相当成熟,已被广泛采用;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。它是当前世界各国解决环境问题的主导技术之一,也是高新技术国际竞争的一个重要领域。

根据我国国情,洁净技术包括:选煤,型煤,水煤浆,超临界火力发电,先进的燃烧器,流化床燃烧,煤气化联合循环发电,烟道气净化,煤炭气化,煤炭液化,燃料电池。

洁净煤技术包括两个方面,直接烧煤洁净技术和煤转化为洁净燃料技术。

静电除尘原理图(一)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:1.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。原煤洗选采用筛分、物理选煤、化学选煤和细菌脱硫方法,可以除去或减少灰分、矸古、硫等杂质;型煤加工是把散煤加工成型煤,由于成型时加入石灰固硫剂,可减少二氧化硫排放,减少烟尘,还可节煤;水煤浆是先用优质低灰原煤制成,可以代替石油。2.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。流化床又叫沸腾床,有泡床和循环床两种。燃烧温度低可减少氮氧化物的排放量,煤中添加石灰可减少二氧化硫排放量,炉渣可以综合利用,能烧劣质煤,这些都是它的优点;先进燃烧器技术是指改进锅炉、窑炉结构与燃烧技术,减少二氧化硫和氮氧化物的排放技术。3.燃烧后的净化处理技术,主要是消烟除尘和脱硫脱氮技术。消烟除尘技术很多,静电除尘器效率最高,可达99%以上,电厂一般都采用。脱硫有干法和湿法两种,干法是用浆状石灰喷雾与烟气中二氧化硫反应,生成干燥颗粒硫酸钙,用集尘器收集;湿法是用石灰水淋洗烟尘,生成浆状亚硫酸排放,它的脱硫效率可达90%。

(二)煤转化为洁净燃料技术。主要有以下4种:1.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,煤气中主要成分是一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。用空气和蒸汽做气化剂,煤气热值低;用氧气做气化剂,煤气热值高。煤在气化中可脱硫除氮,排去灰渣,因此,煤气就是洁净燃料了。2.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,如煤制甲醇,可替代汽油,我国已有应用。直接液化是把煤直接转化成液体燃料,比如直接加氢将煤转化成液体燃料,或煤炭与渣油混合成油煤浆反应生成液体燃料,我国已开展研究。3.煤气化联合循环发电技术。即先把煤制成煤气,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,整个发电煤炭洗选系统效率可达45%。我国正在开发研究中。4.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。发电效率可过50%~60%。我国正在开发研究这种技术。

为了减少直接烧煤产生的环境污染,世界各国都十分重视洁净煤技术的开发和应用。经过20多年的发展,国外的煤炭气化、液化以及发电技术已经日趋成熟。通过实施洁净煤技术,煤矿企业在经济上增加盈利,环境由此得到改善,能源得到有效利用,使经济增长和保护环境协调发展。大力发展洁净煤技术在我国有更重要意义。

煤炭燃烧前处理和净化

1.洗选处理

除去或减少原煤中所含的灰分、矸石、硫等杂质。1991年我国原煤洗选仅18.1%,洗选效率为85%;而发达国家原煤已全部洗选,洗选效率95%以上。

煤炭洗选是利用煤和杂质(矸石)的物理、化学性质的差异,通过物理、化学或微生物分选的方法使煤和杂质有效分离,并加工成质量均匀、用途不同的煤炭产品的一种加工技术。按选煤方法的不同,可分为物理选煤、物理化学选煤、化学选煤及微生物选煤等。

煤炭洗选设备

物理选煤是根据煤炭和杂质物理性质(如粒度、密度、硬度、磁性及电性等)上的差异进行分选,主要的物理分选方法有:(1)重力选煤,包括淘汰选煤、重介质选煤、斜槽选煤、摇床选煤、风力选煤等。(2)电磁选,利用煤和杂质的电磁性能差异进行分选,这种方法在选煤实际生产中没有应用。

物理化学选煤—浮游选煤(简称浮选),是依据矿物表面物理化学性质的差别进行分选。目前使用的浮选设备很多,主要包括机械搅拌式浮选和无机械搅拌式浮选两种。

煤炭自动洗选系统化学选煤是借助化学反应使煤中有用成分富集,除去杂质和有害成分的工艺过程。目前在实验室常用化学的方法脱硫。根据常用的化学药剂种类和反应原理的不同,可分为碱处理、氧化法和溶剂萃取等。

洗选小块

微生物选煤是用某些自养性和异养性微生物,直接或间接地利用其代谢产物从煤中溶浸硫,达到脱硫的目的。

物理选煤和物理化学选煤技术是实际选煤生产中常用的技术,一般可有效脱除煤中无机硫(黄铁矿硫),化学选煤和微生物选煤还可脱除煤中的有机硫。目前工业化生产中常用的选煤方法为淘汰、重介、浮选等选煤方法,此外干法选煤近几年发展也很快。

洗选精煤随着科技的进步及时代的发展,处于攻关或业已投入生产的某些特殊洗选工艺也将得到进一步的发展并替代传统工艺。

2.型煤加工

用机械方法将粉煤和低品位煤制成有一定形状和粒度的煤制品。高硫煤成型时可加入适量的固硫剂,大大减少二氧化硫的排放。

大型洗选厂

型煤是以粉煤为主要原料,按具体用途所要求的配比、机械强度和形状大小,经机械加工压制成型的,具有一定强度和尺寸及形状各异的煤成品。常见的有煤球、煤砖、煤棒、蜂窝煤等。型煤分工业用和民用两大类。工业型煤有化工用型煤,用于化肥造气、蒸汽机车用型煤、冶金用型煤(又称为型焦)。

蜂窝煤

民用型煤,又称为生活用煤,用于炊事和取暖,以蜂窝煤为主。

型煤生产工艺有无黏结剂成型、有黏结剂成型、热压成型3种。成型机械有冲压式成型机、对辊成型机、螺旋挤压机和蜂窝煤机等。型煤包括很多的种类,型煤可以把煤粉、煤面、煤泥,分别压成球形或者其他形状,也可以把煤粉和煤泥混合压成球形和其他形状,用于锅炉的燃烧和造气。

型煤加工设备

3.水煤浆

水煤浆

水煤浆热值相当于燃料油的1/2,可代替燃料油用于锅炉、电站、工业炉和窑炉,用于代替煤炭燃用,具有燃烧效益高、负荷调整便利、减少环境污染、改善劳动条件和节省用煤等优点。桂林钢厂以水煤浆代煤粉燃烧,折合标准煤约为90千克/吨材,节煤33%,烟尘排放由732降至240毫克/立方米致癌的氮氧化物含量由280.8毫克/立方米降至44毫克/立方米,使环境和劳动条件得到明显改善。此外,由于燃烧水煤浆工艺性能好,使钢材的烧损率由1.8%下降至1.5%,企业获得较好的经济效益。所以水煤浆技术不仅可用于代油,用于代煤也有节能和环保效益。