酸雨、光化學煙霧、粉塵污染是國內(nèi)一些中小城市大氣的“多發(fā)病”；能源利用率低、單位GDP能耗高等問題已成為中國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的障礙。在這些污染與耗能背后隱含的信息是，我國對能源尤其是煤炭的利用還是屬于粗放式的，因此，潔凈煤技術未來大有前途。
什么是潔凈煤技術？上海交通大學熱能工程研究所的羅永浩教授告訴記者，目前這還是一個比較寬泛的概念，但總體目標是提高燃煤使用效率，降低污染物的排放。據(jù)統(tǒng)計，煤炭在我國能源生產(chǎn)和消費中的比例占65%以上，而其中一半以上的煤炭都用來發(fā)電。截至2005年底，我國發(fā)電裝機總量達到5.08億千瓦，其中，煤電機組占71%，燃煤發(fā)電量占79%。潔凈煤技術在燃煤發(fā)電企業(yè)中的應用，對提高環(huán)境質量，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標有著不可估量的作用。
脫硫、除硝、降塵——將黑煤洗“白”
二氧化硫、氮氧化物和粉塵是我國大氣的主要污染物，據(jù)統(tǒng)計，90%的二氧化硫、60%的氮氧化物和部分粉塵，都是由于燃燒煤炭造成的。而通過潔凈煤技術，一般可以除去尾氣中92%以上的二氧化硫，90%以上的氮氧化物和99%以上的粉塵顆粒。因此，脫硫、除硝和降塵技術可以說是把烏黑骯臟的黑煤洗“白”。
“煮八寶粥”和“洗衣服”，是羅永浩教授對目前兩種脫硫技術的形象描述。所謂“煮八寶粥”，其實是循環(huán)流化床燃燒技術的一種通俗說法。具體來說，就是把生石灰磨成細粉，與爐膛中的煤粒按照一定比例混合，當鍋爐工作時，爐膛內(nèi)的煤粒和石灰粉上下翻滾，就像在煮一鍋“八寶粥”。據(jù)介紹，在溫度為800度左右的循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)，這種技術可以除去煤炭中80%左右的硫，效果十分顯著。另外，這種技術的成本也相對較低。
而“洗衣服”其實是濕法脫硫技術。在鍋爐排放尾氣端，安裝一個特別的脫硫裝置。在這個裝置里，水霧狀堿性的熟石灰水由上往下噴出，與尾氣中的二氧化硫發(fā)生反應達到脫硫的目的。據(jù)了解，濕法脫硫不僅是一種高效的脫硫方式，可以除去尾氣中95%的二氧化硫，而且生成的硫酸鈣也能收集提純，成為有用的化工原料。
不過，這兩種技術都有一定局限性。前者目前還不能適用大型電站鍋爐，脫硫效率相對較低。而后者成本較大，不僅需要專門建設一個“洗滌器”，整個裝置的運行還需要消耗大量的石灰和電能。
在除硝方面，空氣分段燃燒技術在國內(nèi)已成功運用。簡單來說，它就是在燃燒初期階段通過缺氧燃燒，煤炭中的氮元素會轉化為無害的氮氣，而不會變成氮氧化物。然后才在爐膛內(nèi)沖入氧氣，使煤炭得到充分燃燒，藉此可以降低尾氣中30%至40%的氮氧化物含量。目前這種方法已在蘇州望亭電廠和鎮(zhèn)江諫壁電廠成功應用，降低了40%的氮氧化物排放。上海外高橋電廠一臺30萬千瓦燃煤發(fā)電機組還將在空氣分段的基礎上實現(xiàn)智能化控制。
與空氣分段燃燒技術有著異曲同工之妙的是燃料再燃技術。在爐膛上部注入天然氣、石油氣、超細煤粉甚至生物質，也可將氮氧化物分解成無害的氮氣。這種方法正處于實驗階段，可以減少尾氣中近70%的氮氧化物含量。
脫硝的最后一道“防線”是選擇性催化還原脫硝技術。利用具有還原性的氨氣與具有氧化性的氮氧化物發(fā)生反應，最后得到無害的氮氣。這種技術可以降低90%以上的氮氧化物含量，但非常昂貴。據(jù)羅教授介紹，運用這種技術脫硝需要專門建造設備，尤其是采用昂貴的催化劑，投資成本大。而且催化裝置一般3年內(nèi)就要更換一次，維護費用也相當高。
靜電除塵是目前利用最為廣泛的除塵方式，據(jù)介紹，這種方式可以除去尾氣中95%的粉塵顆粒，但它對直徑小于2.5微米的顆粒就無能為力了。“濕法脫硫可以對付這些細小粉塵，對于靜電除塵來說是一個很好的補充。”羅教授告訴記者。
超超臨界燃煤技術——提高煤的利用效率
“超超臨界燃煤技術”，一個讓外行人摸不到頭腦的名詞，在潔凈煤行業(yè)內(nèi)卻越來越流行。這種技術可以顯著提高煤炭的使用效率，減少使用量，由此產(chǎn)生的污染物也相對減少，從而達到了煤的高效潔凈利用。
據(jù)相關專家介紹，通過對鍋爐中“鍋”的設計，使其中的壓力達到一個臨界點。在這個臨界點上，“鍋”中的水加熱到臨界溫度，將一下子全部轉化成高溫高壓的水蒸氣。亞臨界鍋爐內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣溫度是540度左右，而目前超超臨界燃煤技術產(chǎn)生的水蒸氣溫度可以達到600度，在這種溫度和壓力下的水蒸氣通過蒸氣輪機，可以顯著提高轉換效率。
亞臨界煤電轉換效率一般達到36%至38%，超臨界可提高近10%。專家預期，未來的10至15年內(nèi)，通過更優(yōu)化的設計和新材料的運用，轉換效率將達到近58%。只需對“鍋”加以改造，“爐子”卻不需要進行大手術，是超超臨界燃煤技術改造的重要優(yōu)勢。然而，目前國內(nèi)的技術瓶頸在于耐高溫高壓的合金鋼制造還未達到超超臨界燃煤技術的要求。
“加大對超超臨界燃煤技術研究的投入，特別是對基礎科學、材料科學的長期投入，是發(fā)展這項技術的核心所在。”羅教授說。在這方面，上海走在了全國前列。據(jù)了解，在上海科委的支持下，外高橋電廠去年引進了2臺90萬千瓦的超超臨界發(fā)電機組，上海電氣集團明年還將建造2臺100萬千瓦的機組。據(jù)測算，按照目前火電機組裝機容量，如果全國燃煤電廠都采用該技術發(fā)電，每年可節(jié)約原煤2億多噸。
煤氣化多聯(lián)產(chǎn)——先治理后利用
相對于傳統(tǒng)的潔凈煤技術，煤氣化多聯(lián)產(chǎn)是目前世界前沿的煤炭利用方法。通過對原煤的氣化處理，形成了一種“先治理后利用”的模式。
煤炭通過氣化爐等裝置，制成主要成分是氫氣、一氧化碳及其它雜質氣體的煤化氣。然后通過對煤化氣的分離、提純可以得到氫氣和一氧化碳，這兩種氣體一方面可以進行發(fā)電，另一方面，也可以按照一定比例合成有用的化工產(chǎn)品，如甲醇、二甲醚等。最后產(chǎn)生的二氧化碳通過特殊裝置收集并埋存在地下，實現(xiàn)近零排放。煤氣化多聯(lián)產(chǎn)尤其適合利用高硫煤等資源，并可將煤炭中的硫元素回收再利用。
另外，國內(nèi)外的研究表明，這項技術在應對今后的二氧化碳減排問題時，比傳統(tǒng)的燃燒發(fā)電技術具有更多的優(yōu)勢。許多國家都對此給予了高度重視。在美國，政府耗資10億美元，計劃投資一個37.6萬千瓦的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站。英國政府也計劃投資12億英鎊建設80萬千瓦的同類電站。
而我國有些企業(yè)也已開始進行這方面的工作，2005年華能集團公司提出發(fā)展以發(fā)電為主的煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)——綠色煤電，并成立了“綠色煤電有限公司”，吸納中國神華集團公司、中煤能源集團公司等5大電力公司，其目標是研究開發(fā)、示范推廣以煤氣化制氫和氫能發(fā)電為主，并進行二氧化碳分離和處理的煤基能源系統(tǒng)。
來源：文匯報
