16.什么是洁净煤技术？
煤炭是主要的能源，但煤炭的开发利用也严重污染了人们赖以生存的环境，因此煤炭的清洁开发和利用是摆在全人类面前的紧迫问题。煤炭能成为清洁的能源吗？
洁净煤（clean coal）一词是20世纪80年代初，美国和加拿大关于解决两国边境酸雨问题谈判的特使德鲁·刘易斯（Drew Lewis，美国）和威廉姆·戴维斯（William Davis，加拿大）提出的。洁净煤技术（clean coal technology，简称CCT）是指煤炭开发和利用过程中，旨在减少污染和提高效率的煤炭开采、加工、燃烧、转化和污染控制等一系列新技术的总称。是当今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。
洁净煤技术包括两个方面：一是直接烧煤洁净技术，二是煤转化为洁净燃料技术。
（1）直接烧煤洁净技术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 选煤是洁净煤技术的基础，是源头技术。煤炭分选技术可以大大减少煤中的灰分和硫分。选煤分为物理选煤、化学选煤和生物选煤三部分。常规的选煤方法可脱除60%灰分和30%～60%黄铁矿硫（燃烧时SOx的主要来源）。化学和生物选煤方法可脱除90%的黄铁矿硫和有机硫。煤炭经洗选可大大提高燃烧效率，如电厂粉煤锅炉燃烧原煤的效率一般为28%左右，而燃洗精煤可达35%。选煤是一项最经济有效的控制烟尘和二氧化硫污染的技术。
型煤是用一种或数种煤粉与一定比例的黏结剂或固硫剂在一定压力下加工形成的，具有一定形状和强度的煤炭产品。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。
水煤浆是利用煤炭作为主要原料，使用浮选精煤或水洗煤进行研磨加工、细化，再辅以27%～35%的水和约1%的化学添加剂，经过多道严密工序，层层筛除煤炭中不能充分燃烧的成分及产生污染的硫、灰等杂质，只将炭本质留下来，制出性能像油的水煤浆成品。
水煤浆具有浓度高、流变性好、耐储存等特点。它能像油一样泵送、雾化燃烧，燃烬率能达到98%以上，只产生极少的灰渣。水煤浆用储罐进行运输和储存，避免了运输和储存过程中的污染，并减少了储存时的占地面积，无论储存还是排放指标均能达到国家一类地区的环保要求。在我国丰富煤炭资源的保障下，水煤浆也已成为替代油、气等能源的最基础、最经济的洁净能源。
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。由于燃烧温度低可减少氮氧化物排放量，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硝技术 消烟除尘技术有离心分离除尘、洗涤式除尘、袋式过滤除尘及静电除尘等。静电除尘器效率最高，可达99%以上，是电厂通常采用的技术。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，生成浆状亚硫酸钙排放。它们脱硫效率可达90%。
煤炭燃烧会产生二氧化硫、氮氧化物和粉尘等污染物，通过洁净煤技术，一般可以除去烟气中92%以上的二氧化硫，90%以上的氮氧化物和99%以上的粉尘颗粒。
在脱硫方面，燃中处理一般采用循环流化床燃烧技术，这是一项近20年发展起来的清洁煤燃烧技术。脱二氧化硫的原理与步骤如图2-10。
图2-10 脱二氧化硫的步骤
循环流化床燃烧技术采用炉内燃烧脱硫工艺，以石灰石为脱硫吸收剂。燃煤和石灰石自锅炉燃烧室下部送入，一次风从布风板下部送入，二次风从燃烧室中部送入，石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳。气流使燃煤、石灰颗粒在燃烧室内强烈扰动形成流化床，燃煤烟气中的SO2与氧化钙接触发生化学反应被脱除。这种技术脱硫率可达80%～95%，且成本相对较低。
湿法烟气脱硫技术是在锅炉排放尾气端，安装一个特别的脱硫装置。在这个装置里，水雾状碱性的熟石灰水由上往下喷出，与尾气中的SO2发生反应达到脱硫的目的。湿法脱硫不仅是一种高效的脱硫方式，可以除去尾气中95%的SO2，而且生成的亚硫酸钙也能收集提纯，成为有用的化工原料。
在除硝方面，空气分段燃烧技术是在燃烧初期阶段通过缺氧燃烧，煤炭中的氮元素会转化为无害的氮气，而不会变成氮氧化物。然后才在炉膛内补入氧气，使煤炭得到充分燃烧，由此可以降低尾气中30%～40%的氮氧化物含量。
静电除尘是目前利用最为广泛的除尘方式，这种方式可以除去烟气中95%的粉尘颗粒。
（2）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。用空气和蒸汽作气化剂，煤气热值低；用氧气作气化剂，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，我国已开展规模化生产。
③ 煤气化联合循环发电技术 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，整个发电效率可达45%。我国正在开发研究该技术。
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。发电效率可达50%～60%。我国正在开发研究这种技术。
为了有效地控制SOx、NOx、温室效应气体、其他有害气体、固体和液体废料以及其它污染排放物的排放，1986年3月美国率先推出“洁净煤技术示范计划（CCTP）”。主要包含4个方面：一是先进的燃煤发电技术［整体煤气化联合循环发电（IGCC）、常压和增压流化床燃烧（PFBC）、燃料电池、磁流体、烟气燃气轮机］；二是污染物排放的有效控制装置（先进的烟气脱硫技术、先进的NOx与SOx联合脱除系统、低NOx燃烧器、催化和非催化脱除NOx系统、燃气和煤的再燃技术、吸附射流系统）；三是煤炭加工成洁净能源技术（选煤、煤加工、温和气化、气化、液化）；四是工业应用（冶金、水泥及造纸行业控制硫、氮、灰尘排放和烟气回收洗涤等）。欧共体国家的“兆卡计划”研究开发的项目有煤气化联合循环发电、煤和生物质及废弃物联合气化（或燃烧）、循环流化床燃烧、固体燃料气化与燃料电池联合循环技术等。日本的“新阳光计划”和“21世纪煤炭技术战略”近年来开始较大幅度增加煤炭的消费量，发展洁净煤技术成为热点。正在开发的项目包括：① 提高煤炭利用效率的技术，如IGCC、CFBC和PFBC；② 脱硫、脱氮技术，如先进的煤炭分选技术、氧燃烧技术、先进的废烟处理技术、先进的焦炭生产技术等；③ 煤炭转化技术，如煤炭直接液化、加氢气化、煤气化联合燃料电池和煤的热解等；④ 粉煤灰的有效利用技术。
煤炭在我国一次能源消费结构中占到70%，未来几十年，煤炭在能源消费中的主导作用不会改变，大力发展洁净煤技术有更重要意义。随着国家宏观发展战略的转变，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，得到政府的大力支持。1995年国务院成立了“国家洁净煤技术推广规划领导小组”，组织制定了《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展纲要》，并于1997年6月获国务院批准。2014年《国务院办公厅关于印发能源发展战略行动计划（2014—2020年）的通知》（国办发〔2014〕31号）和《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见（国能煤炭〔2014〕571号）》发布，国家能源局于2015年4月27日印发《煤炭清洁高效利用行动计划（2015—2020年）》。
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。
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4个领域，包括14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，包括先进的燃烧器、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。
目前，我国新建的大型火力发电机组所采用的洁净煤发电技术已经处于国际先进水平，在部分领域已经接近国际领先水平。