能源、環(huán)境是人類生存與發(fā)展所面臨的兩大課題，我國(guó)能源以煤為主的局面還會(huì)長(zhǎng)期存在，煤炭燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的同時(shí)產(chǎn)生大量污染物，造成我國(guó)“煤煙型大氣污染”的嚴(yán)重性與長(zhǎng)期性。目前我國(guó)燃煤發(fā)電技術(shù)較落后，發(fā)電效率較低，污染物排放較嚴(yán)重。因此，以高效和低污染排放為特征的“潔凈煤技術(shù)”的提出既反映中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的緊迫需要，也完全符合國(guó)家能源轉(zhuǎn)換、環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

1潔凈煤技術(shù)提出的背景

當(dāng)今人類面臨著三大環(huán)境問(wèn)題：酸雨、溫室效應(yīng)和臭氧層破壞，這都與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相關(guān)。
1．1燃燒排放與酸雨污染
形成酸雨的主要物質(zhì)是SO2和NOx，這兩類物質(zhì)的90％都來(lái)自礦物質(zhì)燃料燃燒。酸雨影響水生生物生長(zhǎng)或使其死亡；大面積的森林死亡也歸因于酸雨的危害；酸雨還加速建筑材料的腐蝕；酸雨使地面水呈酸性。為減少酸雨的危害，必須采取增大燃煤洗選率、增加低硫煤開(kāi)采與使用、大規(guī)模采用煙氣脫硫裝置、大力采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)、征收SO2排放稅等措施，控制造成酸雨的污染物SO2等的排放。

1．2全球氣候變暖與能源工業(yè)
大氣底層聚集大量溫室氣體，地球輻射的長(zhǎng)波被溫室氣體反射回來(lái)，有效地避免熱量散失。當(dāng)大氣層中溫室氣體濃度上升時(shí)，溫室效應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)致全球氣候變暖，其中影響較大的是濃度增加最快的CO2和CH4。礦物燃料燃燒和地球植被破壞是CO2濃度增加的主要原因，能源工業(yè)同時(shí)也是CH4的一個(gè)重要的產(chǎn)生源。隨著世界能源消耗不斷增長(zhǎng)，電力行業(yè)在能源直接消耗中所占份額越來(lái)越大，加快電力行業(yè)的科技轉(zhuǎn)化，研究開(kāi)發(fā)潔凈煤技術(shù)，將成為解決溫室效應(yīng)的重點(diǎn)突破口。

1．3臭氧層破壞與燃燒排放
人類過(guò)多使用CFCS及礦物燃料燃燒的排放物有關(guān)。大氣同溫層O2可通過(guò)四種途徑減少：紫外光照射下的分解反應(yīng)；Cl與其反應(yīng)；NO與其反應(yīng)；OH及HO2與O3的反應(yīng)。其中，70％的O3與NO反應(yīng)而消減。近年來(lái)，燃燒過(guò)程中N2O的排放引起較大重視，它是一種溫室效應(yīng)氣體，并且能破壞大氣同溫層的臭氧層，同溫層中N2O濃度的增加將引起臭氧層中NO濃度增加，從而使臭氧層變薄加速。在電力行業(yè)引進(jìn)先進(jìn)的潔凈燃燒技術(shù)，降低NOx排放，對(duì)保護(hù)臭氧層起到積極的作用。

2潔凈煤技術(shù)進(jìn)展

潔凈煤技術(shù)是針對(duì)燃煤對(duì)環(huán)境造成污染提出的技術(shù)對(duì)策，是旨在減少污染和提高效率的煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)換和污染控制新技術(shù)總稱，它將成為21世紀(jì)煤炭利用中既能降低動(dòng)力耗費(fèi)，又能創(chuàng)造友好生態(tài)環(huán)境的高新技術(shù)，其構(gòu)成如圖1所示。

2．1煤炭燃燒前處理技術(shù)
動(dòng)力用煤洗選加工是提高煤炭質(zhì)量、增加煤炭品種、節(jié)約能源、節(jié)省運(yùn)力、降低燃煤對(duì)大氣污染和保護(hù)環(huán)境的重要措施。浮選脫硫?qū)傧冗M(jìn)的物理洗選工藝；干法分選適用于分選氧化煤與水資源缺乏的地區(qū)；化學(xué)分選適用于物理分選排除大部分礦物質(zhì)后的最后一道分選工序，需要高活性化學(xué)試劑，工藝過(guò)程大多在高溫、高壓下進(jìn)行，成本較高；微生物脫硫具有反應(yīng)條件溫和、成本低、能耗省、無(wú)煤流失、能脫除煤中的有機(jī)硫與黃鐵礦硫等優(yōu)點(diǎn)，
但作用時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)容器大，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，處理費(fèi)用高，不適合大規(guī)模能源工業(yè)。

型煤加工技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上是合理的，而且環(huán)境效益、社會(huì)效益顯著。將粉煤加工成型煤，比燃燒散煤節(jié)約能源20％～30％，減少煙塵排放量40％～60％，提高鍋爐出力10％～30％。加入適量的固硫劑，燃燒時(shí)煙塵和SO2的排放都比燃燒散煤時(shí)減少40％～60％。在我國(guó)，民用型煤加工已有成熟技術(shù)，但工業(yè)型煤的發(fā)展比較緩慢，其技術(shù)開(kāi)發(fā)仍處于分散的低水平重復(fù)狀態(tài)，對(duì)于其推廣缺乏有效的組織管理。
水煤漿是一種煤基液態(tài)燃料，發(fā)展水煤漿技術(shù)，不僅能節(jié)省寶貴的油資源，而且還可以解決煤炭運(yùn)輸、環(huán)境污染等問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外水煤漿技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)為：由小規(guī)模工業(yè)示范廠、試驗(yàn)廠向大型化、商業(yè)化方向發(fā)展；水煤漿應(yīng)用向多用途方向發(fā)展；水煤漿向大型化、系統(tǒng)化方面發(fā)展；水煤漿研究向低污染燃燒方向發(fā)展。

2．2燃燒中處理技術(shù)
為適應(yīng)煤種多變、調(diào)峰及穩(wěn)定強(qiáng)化燃燒的需要，出現(xiàn)不少新型煤粉燃燒器，如：煤粉鈍體燃燒器、穩(wěn)燃腔燃燒器、夾心風(fēng)燃燒器、雙通道自穩(wěn)燃式煤粉燃燒器、火焰穩(wěn)定船式燃燒器。這些燃燒器用于燃用劣質(zhì)煤和低揮發(fā)分煤。其特點(diǎn)為：低負(fù)荷穩(wěn)燃，提高熱效率；加強(qiáng)煤粉氣流與高溫?zé)煔饬鞯耐膭?dòng)和混合，明顯改善著火條件；穩(wěn)定燃燒，防止結(jié)渣，煤種適應(yīng)性好；減少燃燒過(guò)程中NOx的生成，降低對(duì)大氣的污染；等等。目前，降低燃燒過(guò)程中氮氧化物的生成和排放采取如下一些措施：空氣分級(jí)燃燒；煙氣再循環(huán)燃燒；煤粉濃淡分離燃燒；燃料分級(jí)燃燒。

燃燒中固硫是在燃燒過(guò)程中使煤中硫分轉(zhuǎn)化成硫酸鹽,隨爐渣排出。生成的CaSO4在800～950℃時(shí)熱穩(wěn)定性好，應(yīng)用成功的有LIMB爐內(nèi)噴鈣技術(shù)和LIFAC煙氣脫硫工藝。LIMB技術(shù)噴入固硫劑時(shí)只要避開(kāi)高溫區(qū)便能改善脫硫效果，吸收劑在爐膛出口處噴入，避免吸收劑的燒結(jié)失活。LI－FAC工藝是一種改進(jìn)的爐內(nèi)噴鈣工藝，除爐內(nèi)噴射石灰石脫硫外，還在爐后煙道上增設(shè)一個(gè)獨(dú)立的活化反應(yīng)器將爐內(nèi)未反應(yīng)完的CaO通過(guò)霧化水進(jìn)行活化后，再次脫除煙氣中的SO2，這兩種爐內(nèi)脫硫技術(shù)都已投入商業(yè)性運(yùn)行。

固體顆粒處于流動(dòng)化狀態(tài)下具有一系列特殊的氣固流動(dòng)、熱質(zhì)傳遞和化學(xué)反應(yīng)特性，使得流化床鍋爐具有如下特點(diǎn)：燃料適應(yīng)性好，可以燃用各種高灰分、高水分、低熱值、低灰熔點(diǎn)的劣質(zhì)燃料和難于點(diǎn)燃和燃盡的低揮發(fā)分煤；低溫燃燒，燃燒過(guò)程中NOx大幅下降；顆粒床內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，燃盡度高；保證蒸汽參數(shù)，實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒。流化床燃燒工藝由小、中型的鼓泡流化床，常壓循環(huán)流化床發(fā)展到增壓流化床燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電，其發(fā)電效率不斷增加，且脫硫率不斷提高。

2．3燃燒后處理技術(shù)
煙氣凈化是燃燒后潔凈煤技術(shù)，主要是脫除煙氣中的灰塵、SO2，NOx。離心分離除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行操作方便，除塵效率在85％左右；洗滌式除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，除塵效率高，文丘里洗滌除塵器除塵效率在95％以上，且能吸附煙氣中的SO2和SO3，但需要污水處理裝置；袋式過(guò)濾除塵器具有較高的除塵效率，但其阻力較大；靜電除塵器除塵效率最高可達(dá)99．99％，可捕集0．1μm以上的塵粒，處理煙氣量大，運(yùn)行操作方便，可完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

煙氣脫硫（FGD）是控制燃煤SO2排放應(yīng)用最廣和最有效的技術(shù)，傳統(tǒng)的FGD主要是化學(xué)法，是目前唯一實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的方法，但它能耗大，產(chǎn)生廢水或廢渣，造成二次污染，應(yīng)用前景一般。電子束照射含有水蒸氣的煙氣，使煙氣中分子如O2，H2O產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的自由基O，OH，HO2和O3等，這些自由基氧化煙氣中的SO2和NO，在有氨存在下，生成較穩(wěn)定的硫銨和硫硝銨固體，通過(guò)除塵器達(dá)到脫硫脫硝的目的。脈沖電暈法是電子束法的改進(jìn)，用高壓電源電暈放電代替加速器電子束產(chǎn)生等離子體，不需昂貴的電子槍與輻射屏蔽，在節(jié)能方面具有很大的潛力。海水脫硫（F－FGD）將SO2以硫酸鹽的形式直接送入大海，不經(jīng)過(guò)大氣、淡水湖泊、河流和土壤，F(xiàn)－FGD不需添加任何化學(xué)物質(zhì)，依靠海水的天然堿度進(jìn)行脫硫。

2．4轉(zhuǎn)換技術(shù)
整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）是先將煤氣化成可燃?xì)怏w，供燃?xì)廨啓C(jī)燃用，以煤氣化設(shè)備和燃?xì)廨啓C(jī)取代鍋爐發(fā)電，排氣余熱再發(fā)生蒸汽，推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電，其發(fā)電效率可高達(dá)47％，從而能更好地實(shí)現(xiàn)高品位煤化學(xué)能的梯級(jí)應(yīng)用。IGCC是最潔凈和最有效的潔凈煤技術(shù)之一，在相同發(fā)電量條件下，凈化煤氣的數(shù)量低于需凈化的煙氣量，高溫煤氣凈化減輕對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)也保護(hù)下游燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備免遭腐蝕。高溫煤氣脫硫劑種類很多，從物系上大體可分為鐵系、鋅系、銅系、鈣系和復(fù)合金屬氧化物等。高溫煤氣脫硫反應(yīng)器可以采用固定床、移動(dòng)床、流化床和氣流床等，目前流化床和氣流床使用最為廣泛，主要是因?yàn)樗鼈兊膫鳠醾髻|(zhì)能力高，易于實(shí)現(xiàn)脫硫和再生的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

煤炭氣化能克服由于煤的直接燃燒產(chǎn)生的燃燒效率低、燃燒穩(wěn)定性差、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，可在使用前將煤氣中的氣態(tài)硫化物和氮化物較容易地高效脫除。按照煤在氣化劑中的流體力學(xué)條件，把氣化方法分為：移動(dòng)床氣化；流動(dòng)床氣化；氣流床氣化；熔融床氣化。它們都是在特定的條件下，以一定流動(dòng)方式把煤完全轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w，煤中的灰分以廢渣的形式排出。煤炭氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)是煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)，中國(guó)目前發(fā)展煤炭氣化技術(shù)的主要途徑是加強(qiáng)現(xiàn)有技術(shù)的推廣應(yīng)用，改變傳統(tǒng)落后的用煤方式，達(dá)到節(jié)約利用煤炭資源，減輕用煤過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染。

通過(guò)加氫法、抽提法和合成法可由煤制取液體產(chǎn)品，煤炭液化獲得的潔凈液體燃料可以滿足飛機(jī)、坦克、火箭、汽車和多種現(xiàn)代化工業(yè)設(shè)備的動(dòng)力需求，用于燃燒可以達(dá)到不污染環(huán)境的目的。煤的液化產(chǎn)物燃燒對(duì)環(huán)境造成的影響非常輕微，煤直接液化時(shí)，煤經(jīng)過(guò)加氫反應(yīng)，所有異質(zhì)原子基本被脫除，回收的硫可變成元素硫，氮經(jīng)過(guò)水處理可變成氨。煤間接液化時(shí)，是由氣化階段的氣體產(chǎn)物轉(zhuǎn)變而來(lái)，催化合成過(guò)程中排放物不多，未反應(yīng)的尾氣可以在燃燒器中燃燒，排出的廢氣中NOx和硫很少，沒(méi)有顆粒物生成。

燃料電池是反應(yīng)物燃料與空氣中的氧發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而獲得電能和熱能的電化學(xué)裝置，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為熱能和低壓直流電能。根據(jù)燃料電池所使用的電解質(zhì)的不同，可分為堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物電解質(zhì)燃料電池和聚合物電解質(zhì)膜燃料電池。燃料電池具有熱效率高、對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷變動(dòng)適應(yīng)力強(qiáng)、燃料來(lái)源廣、環(huán)境污染小、不需要大量循環(huán)水、建設(shè)工期短等特點(diǎn)，燃料電池從可能性原理的提出到磷酸型燃料電池兆瓦級(jí)產(chǎn)品的商業(yè)化應(yīng)用，都是根據(jù)實(shí)際需要而發(fā)展的。熔融碳酸鹽燃料電池雖然離商業(yè)化階段有一定距離，但由于它與煤氣化能結(jié)合應(yīng)用，其預(yù)計(jì)價(jià)格低于同規(guī)模的磷酸型燃料電池，因而有望用于主力電站。

3潔凈煤技術(shù)在廣東電力工業(yè)中的應(yīng)用
廣東地處我國(guó)華南沿海，改革開(kāi)放以來(lái)珠江三角洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，能源需求急劇增長(zhǎng)，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。雖然廣東已大力開(kāi)發(fā)水電和核電，加大投資開(kāi)發(fā)西部水電的力度，增架西電東送的輸變電線路，與云南、貴州等西部省份簽訂西電東送的協(xié)議，但在21世紀(jì)初，廣東以燃煤為主的火力發(fā)電的電源結(jié)構(gòu)不可能改變。電力是經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展不可替代的二次能源，大量燃煤對(duì)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)港口城市的污染日趨嚴(yán)重，電力建設(shè)者將面臨解決發(fā)展與環(huán)境矛盾的重要課題。潔凈煤技術(shù)可使煤在燃燒過(guò)程中大量減少污染物的產(chǎn)生和排放，同時(shí)還可以提高燃燒效率，達(dá)到高效、潔凈、環(huán)保的目的。潔凈煤技術(shù)將在廣東電力工業(yè)的持續(xù)發(fā)展中占據(jù)重要地位。

3．1廣東電力工業(yè)現(xiàn)狀
燃煤火電廠是廣東電力的主要電源，每年消耗原煤約23000kt，截止2000年8月，燃煤火電廠裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)12．005GW，主要電廠煤耗情況如表1。廣東通過(guò)多渠道辦電，電力增長(zhǎng)速度較快，基本能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。近期由于經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，電源建設(shè)規(guī)劃滯后，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度超過(guò)電力增長(zhǎng)速度，迫使許多燃煤火電機(jī)組超時(shí)運(yùn)行，電網(wǎng)處于缺電局面，部分市（縣）采取了拉閘限電措施。因而在今后的一二十年內(nèi)仍要加快廣東電力工業(yè)的建設(shè)，使電力由基本適應(yīng)型向同步或超前發(fā)展型轉(zhuǎn)變。燃煤火力發(fā)電廠的建設(shè)相對(duì)核電和水電來(lái)說(shuō)，具有投資小、見(jiàn)效快的優(yōu)勢(shì)，若采用先進(jìn)的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，可減輕對(duì)環(huán)境的破壞。

3．2潔凈煤發(fā)電技術(shù)在廣東電力工業(yè)的應(yīng)用前景廣東電力工業(yè)緊隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而發(fā)展，發(fā)電燃煤量逐年增長(zhǎng)。能源是歷史發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，大量消耗能源的結(jié)果，促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，但同時(shí)使環(huán)境付出巨大的代價(jià)，大量燃煤燃燒給廣東地區(qū)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大壓力。廣東電力工業(yè)以燃煤火力發(fā)電為主的電源結(jié)構(gòu)，短時(shí)期內(nèi)不會(huì)改變，因此，為降低污染物的排放，滿足國(guó)家環(huán)保要求，應(yīng)該積極采用新的潔凈燃燒技術(shù)，從而提高能源轉(zhuǎn)化效率，降低能源系統(tǒng)成本，提供優(yōu)質(zhì)能源服務(wù)。

近期，廣東省的連州發(fā)電廠、沙角A電廠實(shí)施煙氣脫硫工程，茂名熱電廠進(jìn)行把燃油機(jī)組改造為燃燒水煤漿機(jī)組的技改工程。廣東省正在惠州建設(shè)天然氣發(fā)電廠，深圳能源公司屬下的西部電廠已實(shí)現(xiàn)海水脫硫。這些項(xiàng)目的實(shí)施都已取得巨大的社會(huì)效益，并將獲取顯著的經(jīng)濟(jì)效益。為最大限度降低環(huán)境污染，廣東省可根據(jù)各電廠的具體情況，在老廠改造、新廠建設(shè)和發(fā)展大機(jī)組時(shí)盡可能采用潔凈煤發(fā)電技術(shù)。

3．3潔凈煤技術(shù)應(yīng)用保障
電力工業(yè)是關(guān)系社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是政策上予以鼓勵(lì)和保障的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。潔凈煤發(fā)電技術(shù)是當(dāng)今世界先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)，是一項(xiàng)造福人類的重大工程項(xiàng)目，社會(huì)各部門應(yīng)予以扶持和保障潔凈煤技術(shù)的應(yīng)用。廣東電力工業(yè)應(yīng)通過(guò)各種途徑采用潔凈煤技術(shù)，加強(qiáng)潔凈煤技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，組織有關(guān)科研、設(shè)計(jì)、制造與生產(chǎn)部門協(xié)同攻關(guān)；引進(jìn)國(guó)內(nèi)外較成熟的先進(jìn)技術(shù)，建立示范電廠；在人力、物力、資金和稅收等方面給予優(yōu)惠扶持；走節(jié)能降耗、創(chuàng)建友好生態(tài)環(huán)境的生存發(fā)展之路，使企業(yè)在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)與持續(xù)發(fā)展中處于不敗之地。