煤的清洁燃烧技术

煤的先进清洁燃烧技术介绍

【摘要】中国作为世界上最大的发展中国家，每年都需要燃烧大量的煤。据可靠统计，2013年中国煤的燃烧量达到了36亿吨，比世界其他国家燃煤量的总和还要多。大量煤的燃烧不仅使中国煤炭资源急剧减少，而且严重污染了大气环境，所以发展煤的清洁燃烧技术迫在眉睫。本文从煤的污染物的产生原因和防止措施出发，详细介绍了当前比较先进的煤炭清洁燃烧技术。

【关键词】煤燃烧清洁

一、引言

燃烧是当今世界的主要能源来源，超过85％的全球一次能源消费都是由化石燃料的燃烧提供的。然而，全球能源需求量的不断增长与有限的化石能源储量之间存在着严重的矛盾，从而引发了一系列政治、经济和社会问题；化石燃料燃烧所排放的大量颗粒物、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等大气污染物还会影响环境安全和人类健康。因此，如何实现高效清洁的燃烧已经成为包括我国在内的世界各国所面临的重大问题。

二、直接燃煤是我国城乡大气污染的主要原因

由于传统的燃煤方式和煤炭加工过程中产生大量的污染物，必然会导致严重的大气污染、酸雨和水污染，甚至造成生态环境与自然植物的破坏，特别是以煤为主要能源的动力燃料的消耗。每年我国电站锅炉、工业炉窑与工业锅炉，仅发电与其它工业耗煤就占了煤炭总消费量的2／3左右，而用于民用生活仅占1／10左右，用于城市供热的占不到1／20。因此，长期以来我国在能源生产与消费中，以煤炭作为主要能源而直接燃烧，又正是造成我国严重大气污染的主要原因之一。

三、煤粉富氧燃烧技术

燃烧中碳捕集即富氧燃烧技术，它是在现有电站锅炉系统基础上，用高纯度的氧气

代替助燃空气，同时辅助以烟循环的燃烧技术，可获得高达富含80％体积浓度的C0

2

烟

气，从而以较小的代价冷凝压缩后实现C0

2

的永久封存或资源化利用：具有相对成本低、易规模化、可改造存量机组等诸多优势，被认为是最可能大规模推广和商业化的CCUS

技术之一。其系统流程：由空气分离装置(ASU)制取的高纯度氧气(0

2

纯度95％以上)，按一定的比例与循环回来的部分锅炉尾部烟气混合，完成与常规空气燃烧方式类似的燃

烧过程，锅炉尾部排出的具有高浓度C0

2

的烟气产物，经烟气净化系统(FGCD)净化处理

后，再进入压缩纯化装置(CPU)，最终得到高纯度的液态C0

2

，以备运输、利用和埋存。

国际能源署在减少温室气体排放的研究与开发计划中明确指出，在全球能源与电力

生产如此多样化的今天，不能仅用一种方法来达到减少和控制 CO

2

排放的目的，应采用不同的方法或相互的结合来适应各种不同的燃料资源、环境和地区的具体条件。从技术创新角度来说，可采用提高电站的效率、采用超高参数的发电机组、联合循环等方法; 而

从燃煤烟气产物中捕集CO

2、储存和利用这些高浓度 CO

2

被认为是近期内减缓CO

2

排放

的根本方法，也是真正实现无碳化、低碳化较为可行的措施与技术。中国在发展空间受制、减排压力不断增大的严峻挑战下，积极推动温室气体减排与控制技术的研究与应用尤为重要。

四、浓淡燃烧技术

煤粉浓淡燃烧技术是指通过一定的措施把一次风分成煤粉浓度高的浓气流和煤粉浓度低的淡气流喷入炉内进行燃烧。理论和实践均证明：采用浓淡燃烧技术可提高煤粉着火的稳定性和有效地降低 NOx 排放量。

NOx 生成机理：

再燃区：

XN+NO →N

2+XN CH+NO →XN（ NH

3

＋NO＋HCN）

燃尽区：

XN＋NO →N

2＋NO XN＋NO →N

2

＋HCN XN＋NH3 →NO＋N

2

从水平浓淡燃烧器的燃烧过程来看，浓侧煤粉气流先着火，然后是淡侧气流的混入，然后才是与二次风的混合，因此从燃烧过程看，它属于分级燃烧，有利于降低锅炉机组的 NOx 排放量；一次风煤粉气流经过浓缩器分离后，浓侧煤粉气流内浓度高，含粉量大，空气量变化不大，浓侧一次风气流中的空气量仅仅能维持煤粉内挥发份的着火和燃烧，燃料相对较多，即过量空气系数小，属于缺氧燃烧，燃烧温度低，故燃料型 NOx 和热力型 NOx 都低，因而能大大降低NOx 的排放量；而在淡侧由于空气量相对较大，属于富氧燃烧，燃烧温度也低，热力型 NOx 生成也少。这样水平浓淡燃烧器就能从总体上控制热力型 NOx，降低锅炉机组的 NOx 等污染物的排放量，根据研究，采用分级燃烧，最高可降低 NOx 30%~40%。经工业性试验表明，对于不同的煤种，采用水平浓淡煤粉燃烧技术可以将 NOx 的排放量控制在以下范围：无烟煤 <650mg/m

n

3，贫煤

<550mg/m

n 3，烟<450mg/m

n

3，达到国家排放标准。

五、新型催化法脱硫（催化剂梯级再生）

新型催化法烟气脱硫技术是在传统的炭法脱硫技术的基础上发展而成的。由四川大学采用特殊工艺技术，开发出低温高催化活性的新型催化剂及脱硫工艺与设备，集成为新型催化法烟气脱硫成套技术。该技术的开发成功改变了我国烟气脱硫环保产业现状，为广大用户提供了独创的具有自主知识产权的技术。新型催化法基本原理，烟气

中的SO

２、H

２

O、O

２

被吸附在催化剂的孔隙中，在活性组分的催化作用下变为具有活性的

分子，同时反应生成 H

２SO

４，

催化反应生成的硫酸富集在催化剂孔隙内，当脱硫一段时

间，孔隙能在硫酸达到饱和后再生，释放出催化剂的活性位，催化剂的脱硫能力得到

恢复。生成的副产品 H

２SO

４

以不同浓度返回工艺系统，最终制得硫酸溶液，无有害物质

进入环境中。

其脱硫反应原理如下:

SO

２（ｇ）→SO

２

* （1）

O ２（ｇ）→O

２

* （2）

H ２O（ｇ）→H

２

O* （3）

SO

２ * ＋1/2O

２

* →SO

３

* （4）

SO

３ * ＋H

２

O* →H

２

SO

４

* （5）