国内外洁净煤技术发展现状

2001-08-21 00:00 来源: 我的钢铁 作者:mysteel
    洁净煤技术
    
    洁净煤技术是指在煤炭从开发到利用全过程中,旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。
    
    洁净煤技术国外发展概况
    
    1986年3月美国率先推出"洁净煤技术示范计划(CCTP)",主要包含四个方面:(1) 先进的燃煤发电技术(整体煤气化联合循环发电-IGCC,流化床燃烧-CFBC,改进燃烧和直接燃煤热机);(2) 环境保护设备(NOX 与SOx控制);(3) 煤炭加工成洁净能源技术(洗选、温和气化、液化);(4) 工业应用(炼铁、水泥及其他行业控制硫、氮、灰尘排放和烟气回收洗涤等)。已有13项取得初步商业化成果。欧共体国家正在研究开发的项目有煤气化联合循环发电(IGCC),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。日本近年来开始较大幅度的增加煤炭的消费量,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,如先进的煤炭洗选技术,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。
    
    洁净煤技术国内发展概况
    
    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,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。
    
    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,即:煤炭洗选、型煤、水煤浆;循环流化床发电技术、增压流化床发电技术、整体煤气化联合循环发电技术;煤炭气化、煤炭液化、燃料电池;烟气净化、电厂粉煤灰综合利用、煤层甲烷的开发利用、煤矸石和煤泥水的综合利用、工业锅炉和窑炉。
    
    1 .1 选煤技术
    
    选煤是提高商品煤质量的主要手段,煤炭经洗选后可提高燃烧效率,减少污染物排放。
    国外简况 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。
    
    国内概况 1998年末在籍选煤厂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
    
    1.2 型煤
    
    国外简况 国外型煤产量六十年代达到高峰,随着发达国家逐渐利用油、气、电作为能源,型煤耗量不断减少。蒙古、韩国等重视蜂窝煤的发展,目前韩国年产民用蜂窝煤近2000万t。工业型煤国外有许多成熟技术,如德、英、日、韩、俄等国。目前发展趋势为:设备大型化,开发新粘结剂(改质石油沥青、高分子聚合物、工业废弃物、无机物等)与高压成型设备。
    
    国内概况 我国民用型煤技术处于国际领先水平,目前年产量约5000万t,大中城市普及率60%,以蜂窝煤、煤球为主。工业型煤分为化肥造气型煤和锅炉燃料型煤,年产量约2200万t。目前化肥造气型煤主要是石灰碳化煤球。由于技术、价格、市场等原因,锅炉燃料型煤工业化推广较慢。
    
    开发防水、免烘干粘结剂取得了进展,煤炭行业组织的"晋城无烟粉煤制气化用工业型煤技术的研究"正在进行中。
    
    1.3 水煤浆
    
    水煤浆是七十年代兴起的煤基液态燃料,可作为炉窑燃料或合成气原料,具有燃烧稳定,污染排放少等优点。
    国外简况 欧美等发达国家水煤浆技术已进入商业化阶段。美国建成440km、运量约5Mt/a的输煤管线,供2×750MW机组;意大利50万t/a制浆厂供电站燃烧;日本50万t/a水煤浆厂,经11km管道运输供600MW机组;俄罗斯建成5Mt/a的制浆厂,经250km管道运输供6×200MW瓦的电站使用。
    
    国内概况 经过"六五"以来研究、开发,在制浆、运输和燃烧方面取得了许多成果;建成9座水煤浆厂,总生产能力176万t/a;在工业锅炉、电站锅炉、工业窑炉进行了水煤浆示范燃烧;水煤浆作气化炉原料在鲁南化肥厂应用于生产;矿区高、中灰煤泥制浆和35t/h锅炉燃烧技术通过鉴定。
    
    目前进行水煤浆技术工程化关键技术研究;燕山石化拟以水煤浆代油作为电站锅炉燃料,97年进行可行性研究,拟于99年建成200t/h水煤浆厂。
    
    1.4 循环流化床(CFBC)
    
    CFBC锅炉煤种适应性广,燃烧效率高,脱硫率可达到98%,NOX、CO低排放,是重要的洁净燃烧技术。
    国外简况 CFBC技术在发达国家得到大力开发,技术成熟,正向大型化发展。按技术特点分为以下几个技术流派:以Lurgi公司为代表的带有外置换热床采用热旋风分离器的循环床;以德国B&W公司为代表的塔式布置中温旋风分离循环床技术;美国福斯特惠勒公司发展的汽冷旋风筒分离器带有INTREX副床的循环床技术等。锅炉容量等级有50t/h、100t/h、400t/h,最大单机容量CFBC锅炉(250MW,蒸发量900t/h)电站已在法国投入运行,ABB-CE也在设计1500t/h的CFBC锅炉。目前全世界12MW以上的CFBC锅炉运行约300台,其中40%在美国,40%在欧洲,20%在亚洲。最长运行时间达到9万小时,最长连续运行时数为13个月,负荷率一般可达90%以上。
    
    国内概况 我国的CFBC技术开发工作始于八十年代中期,由中科院工程热物理所、清华大学、浙江大学和哈尔滨工业大学等单位组织开发研制的循环流化床锅炉分别于九十年代相继投入运行,最大容量达到了75t/h。主要技术类型有:百叶窗式、热旋风筒式、平面流分离器式等。目前国内已具备设计、制造75t/h及以下的小型CFBC锅炉的能力,但在工艺及辅机配套、连续运行时间、负荷、磨损、漏烟、脱硫等技术方面还有待完善。已投入运行的CFBC锅炉大部分未实施石灰石脱硫,燃烧室运行温度大多高于900℃。国家经贸委组织的75t/h循环流化床锅炉完善化示范工程,先后完成两种完善化炉型的设计、制造、安装和试验,于1996年初陆续投入运行。
    
    四川内江电厂引进了芬兰奥斯龙公司100MW循环流化床锅炉已于1996年6月投产。50MW(220t/h)循环流化床锅炉纳入"八五"科技攻关,完成了设计和制造,1996年开始安装调试,目前项目工作尚未结束。国内已基本具备设计、制造50MW CFBC锅炉的能力。
    
    1997年,通过鉴定或工程验收的有:清华大学、四川锅炉厂承担的四川湔江水泥厂75t/h循环流化床锅炉完善化工程;中科院工程热物理所分别与杭州锅炉厂、济南锅炉厂、无锡锅炉厂联合承担的75t/h循环流化床锅炉完善化或研究制造。
    
    1.5 增压流化床(PFBC)
    
    国外简况 增压流化床发电技术由于实现了联合循环,发电效率高于CFBC发电技术。目前瑞典、日本、美国、西班牙等国家都运行着ABB公司生产的单机容量最大的增压流化床联合循环(PFBC-CC)发电机组P200型(80MW);P800型(350MW)PFBC-CC发电机组正在日本安装之中,发电效率可望达到42%左右。美国BABCOCK-WILCOX公司、日本三菱重工业公司、日立公司等亦具有设计及制造100MW级PFBC电站的能力。
    
    国内概况 到"八五"末期,由东南大学等单位研究开发的PFBC-CC示范试验装置(15MW)在徐州贾旺电厂建设之中,容量是国外最大容量的1/25。大型商业化PFBC机组的高温烟气净化技术及设备、大功率高初温燃气轮机技术、控制技术等还处于实验室研究开发阶段。
    
    1.6 整体煤气化联合循环(IGCC)
    
    IGCC发电技术通过将煤气化生成燃料气,驱动燃气轮机发电,其尾气通过余热锅炉生产蒸汽驱动汽轮机发电,使燃气发电与蒸汽发电联合起来,发电效率达45%以上。
    
    国外简况 目前IGCC发电技术正处于第二代技术的成熟阶段,燃气轮机初温达到1288℃,单机容量可望超过400MW。世界在建、拟建的IGCC电站24座,总容量8400MW,最大单机300MW。荷兰的BAGGENUM电站(单机253MW)已于1994年投入运行,美国WABASH RIVER电站(单机265MW)及TAMPA电站(单机260MW)、西班牙的PUERTOLLANO电站(单机300MW),已于1997年前相继投入试验或试生产。IGCC发电技术将极有可能成为21世纪主要的洁净煤发电方式之一。
    国内概况 我国IGCC发电技术的研究开发工作经历了约二十年,一些单项技术如气化炉、空分设备、煤气脱硫、余热锅炉等有一定的技术基础。"八五"期间与美国德士古(Texaco)公司等合作,完成了水煤浆加压气化200MW和400MW等级的IGCC预可行性研究。
    
    1.7 煤炭气化
    
    国外简况 近年来,国外煤炭气化发展是以流化床、气流床为主的新一代技术。在美国的IGCC发电项目中配套有6种(德士古、CE、Destec、KRW、U-GAS、BG/L)煤气化技术。德士古技术目前运行的单炉容量是1000~1100t/d,美国建设的示范电站单炉容量已达2660t/d;谢尔气化炉在1994年荷兰投入运行的IGCC示范电厂规模达2000t/d(253MW);高温温克勒技术用于配合建设300MW IGCC电站。
    
    国内概况 国内气化技术广泛用于冶金、化工、建材、机械等工业行业和民用燃气,以UGI、水煤气两段炉、发生炉两段炉等固定床气化技术为主。近年来引进国外的先进技术和装置,如山西化肥厂等引进加压鲁奇炉;鲁南化肥厂等引进德士古水煤浆气化炉技术;上海焦化厂引进U-GAS气化炉。水煤气两段炉或发生炉两段炉也有引进,用于制取工业燃气或城市民用煤气。
    
    中科院山西煤化所开发了f 0.3m、f 1.0m灰熔聚粉煤气化试验装置,目前100t/d工业示范项目还在进行。煤科总院北京煤化所开发了f 0.3m加压粉煤流化床气化试验装置,并进行了试验。
    
    中国矿大对煤炭地下气化技术经过多年开发,1995年~1997年在唐山刘庄矿进行了工业产气试验,煤气供附近陶瓷厂燃用。该项目采用"长通道、大断面、两阶段地下气化"技术,可产出空气煤气或水煤气。
    
    1.8 煤炭液化
    
    国外简况 70年代以来,美、欧、日等进行了大量煤炭直接液化研究,开发出多种工艺,规模从实验室小试到每天数百吨级的中试。1996年7月在日本鹿岛建成并投入运行150t/d NEDOL工艺中试厂,80年代美国建设了600t/d H-COAL工艺装置等。美国开发出高性能液化催化剂。
    
    南非于90年代前利用F-T合成工艺建成的煤间接液化工厂总能力达到耗煤4200万t/a,生产汽油、柴油及其它化工产品,总量达1700万t/a。
    
    国内概况 国内煤科总院北京煤化所于80年代建立了2套0.1t/d的小型连续液化试验装置和1套液化油加氢连续试验装置,对几十种中国煤作了评价试验。中科院山西煤化所于"75"期间完成了100t/a间接液化中间试验,"85"期间进行了2000t/a的间接煤液化工业试验。
    
    1997年,中德合作云南先锋褐煤液化厂、中美合作神华煤液化厂、中日合作黑龙江依兰煤液化厂3个可行性研究项目分别签字。同年,在德国DMT公司的200kg/d装置上对先锋煤作了试验,油收率达53%;美国HTI公司对神木煤进行了30-50kg/d试验,粗油收率达63%;北京煤化所对依兰煤进行了100kg/d试验,50t煤样和2t催化剂样品已运至日本。
    
    1.9 燃料电池
    
    燃料电池是一种不经过燃烧而以电化学反应方式将燃料的化学能直接变为电能的发电装置,可以用天然气、石油液化气、煤气等作为燃料,能量转化效率高、环境效果好。按电解质种类分为磷酸型、熔融碳酸盐型、固体聚合物型、固体氧化物型、碱性型5种类型。
    
    国外简况 美、日、加、欧洲等注重投入发展燃料电池,在国防、航天、汽车、医院、工厂、居民区等方面已进入商业化。日本于90年代初开发系列磷酸型,1997年前累计销售140台,热电联产用200KW磷酸型发电热效率达到80%,连续运行达5000小时,开始批量生产。美国1996年推出世界上最大的2000KW熔融碳酸盐燃料电池。美国和欧洲将成批生产低成本的家用供电-供暖燃料电池作为最近的开发计划。
    
    国内概况 我国燃料电池的研究主要是配合航天技术的发展,以碱性型为主。天津电源研究所、中科院大连化物所、武汉大学等研制的有航天用、水下用燃料电池。国内研究大多处于实验室阶段。
    
    1.10 烟气净化技术
    
    烟气净化技术可分为除尘、脱硫、脱硝3类。
    国外简况 欧洲、美国、日本电站锅炉均配有静电除尘器和布袋除尘器,除尘效率在99.9%以上;烟气脱硫技术在这些国家及泰国、韩国等大量实现工业应用,主要技术分为湿法、(半)干法,湿法占80%左右,脱硫效率达80%以上。
    近期日本新开发出组合烟囱型简易湿式脱硫装置、卧式小型脱硫装置、简易石灰石--石膏脱硫装置(可同时脱硫、除尘) ;美国研制成功高效烟气脱硫洗涤器及高利用率新型吸附剂;美国ALANCO环境公司开发研制了荷电干式喷射脱硫法;ABB公司开发了近海燃煤电厂海水烟气脱硫技术。烟气脱硝技术有选择催化还原法、非催化还原法及吸附法等,商业应用较少。 国内概况 300MW以上电站基本配备静电除尘装置,中小型机组和工业锅炉多采用效率较低的水膜除尘、旋风器等技术。"七五"、"八五"期间,国内对烟气脱SO2组织了攻关研究,采用技术有:石灰石-石膏法、碱式硫酸铝法、旋转喷雾干燥法、炉内喷钙等,规模在500~70000Nm3/h,脱硫率60%~98%,大多为中试或工业性试验阶段。90年代以来,引进了一批国外先进技术和装置,如重庆珞璜电厂引进日本单套108.7万Nm3/h的石灰石-石膏法、中日合作成都热电厂的30万Nm3/h电子束法、美国ALANCO公司提供给德州电厂的荷电干吸收剂喷射法,芬兰IVO公司在南京下关电厂的炉内喷钙增湿活化法等十几项工艺。
    
    国内针对大量中小型锅炉开发了经济适用的烟气净化技术,如冲击-鼓泡式和旋流水膜式烟气脱硫除尘技术,碱性工业废水烟气脱硫工艺、陶瓷窑炉湿法收尘技术等。
    
    1.11 煤层气的开发利用
    
    国外简况 美国煤层气从80年代开始大规模开发,至今已钻成煤层气井6000多口,已有十几个煤田煤层气生产达到商业化,1995年产气量达到275亿m3,实施大规模开发利用。澳大利亚、德国、英国、法国、俄罗斯等主要产煤的国家相继开展地面采气试验,煤层气开发处于生产研究阶段。
    
    国内概况 已有146座矿井装备了井下煤层气抽放系统,1996年全国抽放量为6.3亿m3,利用量4亿m3。1992年以来,在联合国开发计划署(UNDP)资助下,开展了全国煤层气资源评价、松藻等矿务局示范性地面和井下采气工程等四个研究或示范项目。1998年1月8日,中联煤层气公司与德士古公司在北京签署了淮北煤层气联合开发生产合同。

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