中国洁净煤技术现状(一)

中国洁净煤技术现状(一)中国是世界第一大煤炭生产与消费国，2001年煤炭在一次能源的生产和消费中分别占68和67。在相当长时期内中国以煤为主要能源的生产和消费结构不会发生改变。煤炭在为国民经济作出巨大贡献的同时,其开发利用过程也产生了很严重的污染。中国是典型的煤烟型大气污染国家。据2000年《中国环境状况公报》资料显示，全国废气中SO2、烟尘排放总量分别为1995万吨、1165万吨，导致酸雨的覆盖面积已达国土面积的30。据粗略统计，SO2等大气污染造成的经济损失总量达到GDP的2以上。燃煤造成的二氧化硫及总悬浮颗粒物的排放量分别约占85和70，造成的经济损失年高达1000亿元以上。由于中国落后的燃煤技术及装备，导致中国主要工业产品能耗比先进国家高出20～60，能源效率为34，比先进国家低10个百分点。因此，发展洁净煤技术是提高中国能源效率、减少环境污染的重要途径。（一）中国洁净煤技术框架体系洁净煤技术是当前世界各国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。我国围绕提高煤炭开发利用效率、减轻对环境污染开展了大量的研究开发和推广工作。随着国家宏观发展战略的转变，中国政府把洁净煤技术作为可持续发展和实现两个根本转变的战略措施之一。我国于1994年成立了煤炭工业洁净煤工程技术研究中心，1995年成立了国家洁净煤技术推广应用领导小组，1997年国务院批准了《中国洁净煤技术九五计划和2010年发展纲要》。在中国国民经济第十个五年计划和煤炭工业“十五”规划中，都强调要加大洁净煤技术研究开发力度，扩大洁净煤领域的对外开放，推进洁净煤技术的产业化。洁净煤技术涉及多行业、多领域、多学科，是一项庞大的系统工程。中国发展洁净煤技术的目标：一是减少环境污染,如SO2、NOX、煤矸石、粉尘、煤泥水等；二是提高煤炭利用效率,减少煤炭消费；三是通过加大转化，改善终端能源结构。目前，中国已成了世界上最大的洁净煤市场。中国已将发展洁净煤技术列入《中国21世纪议程》，并根据中国煤炭消费呈现多元化格局的特点，本着环境与发展的协调统一环境效益与经济效益并重以及发展洁净煤技术要覆盖煤炭开发利用的全过程等原则，提出了符合中国国情，具有中国特色的洁净煤技术框架体系。中国洁净煤技术计划框架涉及四个领域（煤炭加工、煤炭高效洁净燃烧、煤炭转化、污染排放控制与废弃物处理），包括十四项技术。1、煤炭加工领域包括选煤、型煤、配煤、水煤浆技术。2、煤炭的高效洁净燃烧技术领域先进的燃烧器、流化床燃烧（FBC）技术、整体煤气化联合循环发电技术。3、煤炭转化领域包括煤炭气化、煤炭液化、燃料电池。4、污染排放控制与废弃物处理领域包括烟气净化、煤层气的开发利用、煤矸石、粉煤灰和煤泥的综合利用、工业锅炉和窑炉等技术。重点针对电厂、工业炉窑和民用3个领域，注重经济与环境协调发展，重点开发社会效益、环境效益与经济效益明显、实用而可靠的先进技术。在组织实施上采取优先推广一批技术成熟、在近期能够显著减少烟煤污染的技术，如选煤、型煤、配煤、烟气脱硫等；示范一批能在21世纪初实现商业化的技术，如增压循环流化床发电、大型循环流化床、工业型煤等；研究开发一批起点高、对长远发展有影响的技术，如煤炭液化、燃料电池等。（二）洁净煤技术国内发展概况及趋势在有关部门的配合与支持下，我国洁净煤技术开发、应用、推广方面有显著的进展。主要表现在：煤炭的深加工有所进步，煤炭入洗比重逐年提高；工业型煤和水煤浆技术开发和应用开始起步，已有示范性项目投入使用；煤炭气化技术已比较成熟，煤气已成为城市民用燃料的重要组成部分；正在进行煤炭液化的性能和工艺条件试验，以及煤炭液化商业性示范厂的可行性研究。但是，我国在洁净煤技术研究和产业化方面还存在许多问题，主要是我国洁净煤技术层次不高，还没有形成推进洁净煤技术产业化的有效机制，推进洁净煤技术产业化的法规不健全，政策不配套，措施不具体，力量不集中，资金筹集渠道不畅。1、煤炭洗选煤炭洗选加工，是根据原煤（毛煤）、矿物杂质和煤矸石的粒度、密度、硬度、润湿性等物理化学性质的差别，采用人工拣矸、机械筛分、物理选煤、物理化学选煤、化学选煤和微生物选煤等处理方法，清除原煤中的有害杂质，排除矸石，降低灰分、硫分、水分，提高回收率，回收伴生物矿，改善煤炭质量，按照市场所需求的产品分选加工生产出不同规格品种及不同用途的煤炭产品，以供不同用户的过程，是煤炭达洁净、高效利用的目的及后续深加工的必要前提。选煤工艺可分为四类：筛分、物理选煤、化学选煤、细菌脱硫。理选煤、化学选煤、细菌脱硫。筛分是把煤分成不同的粒度。物理选煤目前普遍使用的方法有跳汰、重介质选煤和浮选三种。跳汰选煤是在上下波动的变速脉冲水流中，使相对密度不同的煤和矸石分开。重介质选煤是用磷铁矿粉等配制的重介质悬浮液（其相对密度介于煤与矸石之间），将煤与矸石等杂质分开。浮选是利用煤和矸石表面湿润性的差异，洗选粒度小于0.5mm的煤。煤炭经洗选后可显著降低灰分和硫分的含量，减少烟尘、二氧化硫等污染物的排放。目前发达国家需要洗选的原煤已100入洗，重介质旋流器、跳汰机、浮选机等成熟的选煤技术己被广泛采用，洗煤厂处理能力大，洗选效率高。1）中国煤炭洗选技术的发展。中国是世界上最早采用选煤技术的国家。早在宋代（公元960-1279年），已经采用人工拣矸和筛分技术进行选煤排除杂物。从20世纪30年代开始发展机械煤炭洗选加工，到90年代，其洗选工艺已基本与世界同步发展。目前，我国已经具有很成熟的煤炭加工技术，如洗选、动力配煤、型煤及水煤浆等。在国务院批准的《中国洁净煤技术九五计划和2010年发展规划》中，选煤和型煤被列为我国洁净煤技术的首选项目。与此同时，国家经贸委目前也正在积极推进洗选煤在各个行业特别是电力行业的应用，这为加工和使用洗选煤提出了更高的要求。现阶段，煤炭洗选加工在技术上已经较为成熟，发展的重点已由过去炼焦煤转为动力煤，由过去单纯注重降灰转为降灰与脱硫并举以及回收洗矸中的黄铁矿。在产量上，也由1995年的1.9亿吨增至2.8亿吨,提高了47.3。尽管如此，目前中国原煤入洗比例还是很低，仅为30，在主要产煤国中是最低的，这为煤面料行业的洗选煤加工技术及水平的发展带来了较大的空间。但是，在洗选技术日趋成熟的今天，煤炭的洗选加工仍面临着诸如实际入洗比例不高、选煤厂利用率低等许多新情况、新问题。在实际应用中也只有少数几个电厂在使用，市场推广举步维艰。造成洗选煤市场化推广难的主要障碍不外乎这样几点，一是认识上的原因。二是历史的原因。三是体制不顺、行业分割，不利于洗选煤的发展。四是较为敏感的价格问题。五是没有与之配套的政策法规。1998年末我国选煤厂1581座，选煤能力494.33Mt，入选量327.63Mt，入选率25.66％。最大炼焦煤选厂设计能力400万t/a，最大动力煤选厂设计能力1900万t/a。国内自行研制的设备已基本满足400万t/a以下各类选煤厂建设和改造需要，有些工艺指标已达到或接近世界先进水平。国有大中型选煤厂技术改造的主要内容，已由过去单纯的注重降灰转为降灰与脱硫并举及回收洗矸中的黄铁矿。无压重介质旋流器（3NWX1200/850）研制成功并投入生产使用，旋流静态微泡浮选柱研制成功，分选技术取得若干重要成果。煤炭洗选加工技术是洁净煤技术发展的源头技术，是提高煤炭质量的有效技术。根据预测，到2010年，中国将使总入洗原煤量达到8.08亿吨，入洗比例提高到40。选煤技术的未来发展重点将是脱硫和排矸并举，提高选煤厂的自动化水平，发展深度降灰脱硫技术及适用于缺水地区的干法或省水选煤技术。2）主要差距。中国的煤炭洗选加工同发达国家相比差距很大，1996年入洗原煤3．2亿吨，占全国原煤产量13．7亿吨的23.3。中国的选煤厂仍属以中小型为主的厂型体系。大型选煤厂较少。不少选煤厂煤炭洗选采用的工艺简单，技术设备较落后，自动化水平较低，产品品种少，精煤质量差。3）选煤发展趋势。（1）原煤洗选比率将不断扩大。不仅要提高国有重点煤矿的洗选比率，而且更要大力发展地方煤矿的洗选加工。选煤规模要与洗精煤的需求结合，炼焦煤的选煤规模要与冶金、化工等对焦煤的要求相结合；动力煤的选煤规模要与电力和工业窑炉等要求相结合。（2）厂型和设备向大型化、工艺简化发展。中国300万t/d以上的大型选煤厂绝大多数是80年代以来建设的，90年代建设和投产的选煤厂皆为400万t/d、600万和1200万t/d的厂型和。今后也将向大型化发展。与此相适应，设备也将向高效、大型化发展，并简化工艺系统，减少重复配置同功能设备及作业环节，尽量形成单一设备的作业系统，以降低基建投资和生产成本，提高处理能力和功效，并向着定型设计、标准设计方向发展。（3）生产自动化程度将越来越高。目前，中国选煤厂的自动化属于局部生产系统自动化的较多，如跳汰机床层自动控制、重悬浮液密度自动测量与调控、浮选工艺参数自动检测与控制等，只有少数厂实现了全厂主要生产系统计算机、自动化和全厂设备集中控制、数据采集和工业电视监视。因此，进一步推广选煤厂自动化成果，发展全厂生产系统自动化，是今后的发展方向。（4）主要方向是发展深度加上，开发洁净煤技术。洁净煤技术是包括开采、加工、燃烧、利用和环保等全系统的综合技术的总称，旨在提高煤炭利用效率，杜绝环境污染，煤炭洗选加工是开发洁净煤技术的重要和首要环节，其重点在于主攻细粒级和极细材级煤的精选，开发生产超纯煤技术和脱除杂质、脱硫技术，特别是脱除有机硫的技术，更是当前开发洁净煤技术旷关键。4）世界煤炭洗选技术的发展。（1）发展现状。18世纪后期，到19世纪初期，欧美一些国家随着产业革命发展，煤炭产量不断增加，煤炭筛选从原始的手工操作发展到利用机械设备。到20世纪初期，又研制应用了风力选煤、浮游选煤、重介质选煤、水介质旋流器等洗选技术设备并逐步研究、改进，这些煤炭洗选技术，我国在50年代也先后研制成功，并推广应用于一些大型筛分厂和选煤厂。现代的洗选技术主要是机械化选煤，有多种方法。按照分选原理，除人工拣选外，又划分为重力选、离心力选、浮游选、湿法选和特殊选等几大类。其中，跳汰选、重介质选、泡沫浮选在选煤厂应用最广。有的大型选煤厂也利用跳汰、重介、浮选混合工艺。跳汰、重介、浮选等传统的选煤方法经过研究改进，向着大型、高效、自动化发展。近几年，美国、日本、德国及澳大利亚等国对煤炭的深度降灰脱硫开展了大量工作，如微细磁铁矿重介旋流器、静电选、高梯度磁选、浮选柱、油团选、选择性絮凝等。美国在微泡浮选柱和油团选方面已投入工业应用。在化学选煤和微生物脱硫方面，美国、澳大利亚、日本也取得进展，但大多处于研究开发阶段。英国、美国已开发厂了处理20mm粉煤的洗选新工艺，可脱除70％～90％的黄铁矿硫和90％的灰粉，使用这种洗选工艺洗精煤的锅炉可以不用安装脱硫装置即可达到排放标准的要求，可以降低电站的投资。（2）发展趋势。近几年来，随着科学技术进步和环境保护严格要求，许多国家的煤炭洗选加工有了很大发展，主要表现在：①煤炭洗选比率不断提高。目前，工业发达国家如英、德、日等国的硬煤几乎全部洗选；俄罗斯、波兰、美国和澳大利亚洗选比率也在42-76。②采用标准工艺设计。使选煤厂向大型化方向发展，例如，波兰采用新的标准设计的巴德赖克炼焦煤选煤厂，处理能力达2800t/h；加拿大的昆太特选煤厂处理能力达1550t/h，南非的格鲁特格勒克选煤厂处理能力达3000t/h。③设备大型化。例如，德国研制出42m巴达克跳汰机，英国生产出46.5m2鲍姆跳汰SM,英国开发出Larccdems新型重介旋流器,处理100-0.5粒级原煤可达250t/h,是当代处理能力最大和入选上限最高的重介质旋流器。④开发细粒煤分选技术和洁净煤技术。细粒煤分选技术是随着采煤机械化的发展，粉煤量大幅度增加而相应发展起来的。例如，采用重介旋流器洗选下限到零。美国新开发的微泡浮选柱可获得灰分小于3、硫分小于0.5的精煤；静态浮选管可获得灰分为0.9～1.2的精煤。奥梯斯卡工业公司利用选择性絮凝工艺在纽约詹姆斯维勒建成了一座15t/h的选煤