第三讲洁净煤技术1110327

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1、化石能源-煤炭,煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。根据世界能源委员会的评估，世界煤炭可采资源量达4.84104亿吨标准煤，占世界化石燃料可采资源量的66.8。,大力调整和优化能源结构，坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的战略,我国能源结构,清洁煤,煤炭 COAL （历史悠久）,煤的主要成分为碳、氢、氧和少量的氮、硫或其他元素。 远古時代，大量植物枯死后被沖流埋在地下，层层相叠，经过悠久的岁月与地壳的变动，在不同温度和压力下，逐渐炭化而形成各种煤层。 首先，最低级的煤炭為泥煤（peat），掺有大量的水分。当泥煤深埋于地底后，地下的温度和压力，使水分、氧、氮含量减少

2、，碳的含量增高；泥煤转变成各种等级的煤：依次变为褐煤（brown coal）、次烟煤、烟煤（bituminous coal）、次无烟煤、最后形成无烟煤（anthracite）；无烟煤含碳量在90%以上，几乎沒有水分。 烟煤和无烟煤的开采，一般使用露天采矿或直井采矿法。 現在煤炭的蕴藏量，估計可供我們使用二百年。具体情况，受下列几项因素的影响：新发现煤田的蕴藏量、生产速度、使用速度、其他能源的使用数量等。,常用的煤质指标,水分 灰分 挥发分 发热量,煤炭储量,储量较多的国家有中国、俄罗斯、美国、德国、英国、澳大利亚、加拿大、印度、波兰和南非。它们的储量总和占世界的88 世界现已探明的煤炭储量是石

3、油的63倍 根据美国能源部能源信息管理局2003年3月底公布的世界煤炭工业统计年鉴资料显示，世界煤炭可采储量为9827.14亿吨。其中烟煤为5182.04亿吨，褐煤为4645.10亿吨 国家煤矿安全监察局提供的数字说：我国煤炭资源已探明储量为1145亿吨，现有剩余可采储量是660亿吨。,煤的开采,采煤是一项艰苦的工作，需要花很大力量改善工作条件。 由于煤炭资源的埋藏深度不同，相应采用矿井开采（埋藏较深）和露天开采（埋藏较浅）两种方式。 露天开采资源量在总资源量中的比重大小，是衡量开采条件优劣的重要指标， 我国露天开采储量仅占7.5%，美国32%，澳大利亚35%； 矿井开采条件好坏与煤矿中含瓦斯

4、多少成反比，我国煤矿中含瓦斯比例高，高瓦斯矿井占40%以上。 我国采煤以矿井开采为主，如山西、山东、徐州及东北地区大多数采用这一开采方式，也有露天开采，如内蒙古霍林河煤矿就是我国最大的露天矿区。,露天开采,矿井开采,矿井安全,瓦斯防治 完善通风系统、发展智能化通风技术，重视瓦斯抽放和煤层气开发技术、瓦斯监控技术、瓦斯预测预报及防治技术 井下防火 多参数预报监测系统，隐蔽火源探测技术及各种灭火技术 防尘防爆 综合防尘技术，爆炸预防与控制 防止水害 研究突水规律，发展带压开采技术及注浆堵水综合配套技术,深部煤炭资源开采技术,高温高压条件下煤岩物理力学基本特性研究； 深部开采条件下地应力实测技术与地

5、应力特点研究； 高应力条件下采场围岩应力与变形特点的研究； 深部开采瓦斯涌出特点及其控制途径研究； 深部开采动力灾害危险性预测与评价研究； 深部开采（高应力）条件下固液气多相介质相互作用相互影响研究（多相流理论）； 深部开采巷道与工作面布置及煤巷支护技术； 开发顶板水压致裂定向切槽卸压技术与装备，实现对顶板事故与冲击地压的控制； 建立深部开采矿井动力灾害评价体系，包括数据库、知识库、专家库、推理机和接口（人机接口与机机接口）等。通过这些研究，实现对深部开采安全问题有效控制，为煤炭资源的高效安全开采服务,煤的利用,发电 炼焦 煤化工 其它行业,煤燃烧排放引起的环境问题,二氧化硫污染与酸雨 氮氧化

6、物与光化学雾污染 燃烧颗粒物污染 燃煤产生的其他污染物 二氧化碳排放,资源/能源/环境整体优化与可持续发展,从中国的现实出发，一次能源以煤为主 如何构建资源、能源、环境整体化的可持续发展能源系统，是现在重点研究并逐步实施的战略性问题 如何从国家多个行业集成的高度把清洁利用煤这篇大文章做好。,清洁煤技术,什么是清洁煤技术？ 为什么要研究和发展清洁煤技术？ 当前我国发展清洁煤技术的重点在哪里？ 当前我国发展清洁煤技术的难点在哪里？ 有什么好的建议？,清洁煤技术,清洁煤技术(c1ean coal technology)是旨在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。 清洁煤技

7、术于80年代中期兴起于美国，迄今美国已投入大量资金，已经完成几十个清洁煤技术的研究、开发与示范项目，并在先进的燃煤发电系统和液体燃料替代方面取得了重大进展。 欧共体、日本、澳大利亚也相继推出各自的清洁煤研究开发与实施计划。 清洁煤技术是当前国际上解决环境问题的主导技术之一，也是高技术国际竞争的重要领域之一。,清洁煤技术,选煤 型煤 水煤浆,燃烧中处理,中国清洁煤技术的基本框架：煤炭加工(选煤、型煤、水煤浆等)；煤炭燃烧(流化床燃烧，高效低污染粉煤燃挠，燃煤联合循环发电等)；煤炭转化(气化、液化、燃料电池等)；污染控制(烟气脱疏、粉煤灰综合利用、煤矿区污染控制，包括煤矸石、煤层气、矿井水与煤泥水

8、的治理等)o,燃烧前处理,常规选煤 高效物理选煤 化学选煤 微生物脱硫,工业型煤 民用型煤 特种型煤,普通水煤浆 精细水煤浆,低污染燃烧 燃烧中固硫 流化床燃烧 富氧燃烧,烟气净化 灰渣处理 二氧化碳捕集,煤气化联合循环发电 城市煤气化 地下煤气化 煤液化 燃料电池 磁流体发电,转换技术,燃烧后处理,煤碳净化技术,煤炭的物理净化法 煤炭的化学净化法 煤炭的微生物净化法 煤净化产生的废弃物及其利用技术 煤矸石 煤泥 配煤与型煤技术,选煤技术,煤炭分选加工是清洁煤源头，是最经济有效的清洁煤技术。 低品质煤约占我国煤炭资源总量的40%，高含灰、高含硫、高含水是造成煤炭利用能效低、污染严重的直接原因。

9、 低品质煤提质可以除去煤中60%以上的灰分和50-70%的黄铁矿硫。实现燃烧前的脱硫除灰，入选1亿吨原煤可减少SO2排放量100-150万吨，成本仅为烟气洗涤脱硫的1/10。 运输费用占终端用户煤炭价格的55-60%，每分选1亿吨煤，可平均排除1500-2000万吨矸石，减少大量无效运输。 2009年我国原煤入洗率为43%，动力煤入洗率为20%，分别比美国、南非、俄罗斯等国低12和20个百分点。 如将动力煤入洗率提高到40%，每年节约3400万吨标煤，每入洗1亿吨原煤，可节省运力96亿吨公里。,旋流浮选,微泡浮选,煤的先进燃烧技术,燃煤锅炉的低NOx燃烧技术 循环流化床燃烧技术（CFBC） 水

10、煤浆燃烧技术,煤的燃烧方式: 层煤燃烧 粉煤燃烧 流化床燃烧,循环流化床,国外CFBC技术在向大型化发展。目前单机容量最大的CFBC锅炉（250MW，蒸发量700吨/时）电站已在法国投入运行，锅炉效率90.5，脱硫率93，NOx排放低于250mg/Nm3 。 我国现已具备设计制造75t/h循环流化床锅炉的能力；自行开发的220t/hCFB锅炉示范工程和引进410t/h循环床锅炉工程在进行。CFB的设计基础研究方面也取得了一些进展，完成了循环床专用设计软件；125MW再热炉型的工程设计研究和新型75 t/h和130 t/h循环流化床锅炉的研究设计工作。,燃煤烟气净化技术,颗粒物的脱除技术 烟气脱

11、硫技术 烟气脱硝技术 同时脱硫脱硝技术 重金属和汞排放的控制技术,烟气净化技术,目前，世界上烟气脱硫装置。而其中90以上（按机组容量计）为湿法脱硫工艺。 半干法旋转喷雾法、炉内喷吸收剂增湿活化脱硫工艺在欧洲应用较多。 流化床燃烧技术在燃烧过程中有效控制SO2、NOx生成，日益受到重视。 日本研究利用表面热处理后的活性炭纤维（ACF）对烟道气进行脱硫、脱氮取得很好效果。ACF技术属于半干式氧化型，脱硫、脱氮反应在常温下进行，副产的硫酸、硫酸盐及硝酸、硝酸盐等可以获得连续回收。该技术不仅具有较高的脱硫、脱氮性能，且用水量少，所需设备简单。 “中日合作电子束烟气脱硫示范工程” 1998年5月28日通

12、过国家竣工验收鉴定。该示范工程处理成都电厂200MW机组锅炉的30万m3/h烟气，是目前世界上已投入运行的处理烟气量最大的电子束脱硫装置。其脱硫率及脱硝率均超过80及10的设计值，各项运行消耗指标均低于设计值。,LIFAC烟气脱硫工艺 在燃煤锅炉炉内喷钙的基础上再配合在锅炉空气预热器后增加活化反应器进行烟气进一步脱硫,煤炭气化,煤气化技术是重要的能源转化技术，广泛用于化工、冶金、机械、建材、民用燃气等方面，目前全国每年气化用煤量约6000万吨。 我国的中小型气化装置以块煤固定床气化技术为主，技术水平落后、效率低、污染重，急需技术改造。 我国引进一些先进的大型煤气化技术都在运行中，在稳定操作运行

13、、技术设备国产化、经济投入及运行效益方面也存在不少问题，因此需要发展具有中国知识产权、适合国情、高效洁净的现代气化技术。 地下气化技术应用于煤矿残煤气化的试验取得了一定的进展。,煤的气化技术,煤气化的基本原理 影响煤气化效果的几个因素 煤炭气化的基本工艺流程,煤气化气组成,煤的液化技术,煤的直接液化技术 煤的间接液化 煤制备其他液体燃料,煤直接液化是指在适宜的温度和压力下，将煤直接转化成液体燃料的过程；煤间接液化是将煤先转化成合成气（CO+H2），然后通过高活性催化剂的催化作用将合成气转化成合成油。,煤炭液化,煤炭液化是重要的煤转化技术。由中德、中日、中美合作的三个煤直接液化工业示范项目可行性

14、研究在进行中。， 中德合作采用云南先锋褐煤在德国DMT公司的工艺开发装备上进行了工业条件试验和最佳工艺条件运转试验，液化油收率达到53；对中国固定床加氢催化剂进行了条件试验，结果表明该催化剂适用于德国IGOR工艺；示范厂可研报告已经完成。 在日本1t/d装置进行了中国依兰煤、中国西林硫铁矿催化剂、日本合成硫化铁催化剂的直接液化条件试验，油收率为5257。 中美合作的中国神华煤直接液化可行性研究项目完成第一阶段工作，在美国HTI公司连续小试装置上对神华柠条塔煤进行了6个条件的试验，使用HTI的技术和GelCat催化剂，油收率达6368。,粉煤灰综合利用,我国粉煤灰研究和利用的重点是大用量方向，例

15、如掺于混凝土中，建桥、建坝、高层建筑底板、核发电站的安全壳等，三峡工程用粉煤灰量达133.8万吨。 更大量的利用在于修筑高等级公路，该技术已成熟，推广于沪宁、京深及京冀公路建设。 粉煤灰还用于矿区回填、农业上改良土壤。到2000年我国粉煤灰的排放量达到1.6亿吨，在粉煤灰利用上必须加大力度、扩大利用面、增加利用量、提高利用率。 绿色和平在报告中指出：2009年，中国粉煤灰产量达到了3.75亿吨，相当于当年中国城市生活垃圾总量的两倍多，其体积可达到4.24亿立方米，相当于每两分半钟就倒满一个标准游泳池，或每天一个水立方。粉煤灰是火力发电的必然产物，每消耗4吨煤就会产生1吨粉煤灰。中国的火电装机容

16、量从2002年起呈现出爆炸式的增长，因此，粉煤灰排放也在过去8年内增长了2.5倍。”,煤层气开发利用,中国42个主要含气盆地埋深2000 m以浅的煤层气地质资源量36.81万亿m3,主要分布在华北和西北地区(占总资源量84.4%),与陆上常规天然气资源量38万亿m3基本相当 中国煤层气主要集中在沁水盆地南部、铁法和阳泉矿区。全国95%的煤层气资源分布在晋陕内蒙古、新疆、冀豫皖和云贵川渝等四个含气区，其中晋陕内蒙古含气区煤层气资源量最大，占全国煤层气总资源量的50%左右,煤层气利用,煤层气综合利用体系图,中石油沁水煤层气示范工程,中国第一座数字化、规模化煤层气田示范工程，于2009年11月16日，在山西省沁水县端氏镇建成投产，标志着中国煤层气开始进入大规模商业化运营阶段 山西沁水盆地煤层气储量丰富，地质资源量约为6.85万亿m3，资源蕴藏量约占山西全省的2/3，占全国资源总量的1/5，资源量居世界第三位，是中国最大的整装煤层气田之一,洁净煤发电新技术,超超临界发电(USC)技术 燃气-蒸汽联合循环 整体煤气化联合循环(IGCC)技术 燃煤增压流化床(PFBC)锅炉联合循环 整体煤气化-燃料电池(IGMCFC)联合循环 整体煤气化湿空气联合循环(IGHAT)技术,