能源、環(huán)境是人類生存與發(fā)展所面臨的兩大課題，我國能源以煤為主的局面還會長期存在，煤炭燃燒將化學能轉化為熱能的同時產生大量污染物，造成我國“煤煙型大氣污染”的嚴重性與長期性。目前我國燃煤發(fā)電技術較落后，發(fā)電效率較低，污染物排放較嚴重。因此，以高效和低污染排放為特征的“潔凈煤技術”的提出既反映中國國民經濟發(fā)展的緊迫需要，也完全符合國家能源轉換、環(huán)境保護的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

1潔凈煤技術提出的背景

當今人類面臨著三大環(huán)境問題：酸雨、溫室效應和臭氧層破壞，這都與經濟的發(fā)展密切相關。
1．1燃燒排放與酸雨污染
形成酸雨的主要物質是SO2和NOx，這兩類物質的90％都來自礦物質燃料燃燒。酸雨影響水生生物生長或使其死亡；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、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，地球輻射的長波被溫室氣體反射回來，有效地避免熱量散失。當大氣層中溫室氣體濃度上升時，溫室效應增強，導致全球氣候變暖，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)同時也是CH4的一個重要的產生源。隨著世界能源消耗不斷增長，電力行業(yè)在能源直接消耗中所占份額越來越大，加快電力行業(yè)的科技轉化，研究開發(fā)潔凈煤技術，將成為解決溫室效應的重點突破口。

1．3臭氧層破壞與燃燒排放
人類過多使用CFCS及礦物燃料燃燒的排放物有關。大氣同溫層O2可通過四種途徑減少：紫外光照射下的分解反應；Cl與其反應；NO與其反應；OH及HO2與O3的反應。其中，70％的O3與NO反應而消減。近年來，燃燒過程中N2O的排放引起較大重視，它是一種溫室效應氣體，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)引進先進的潔凈燃燒技術，降低NOx排放，對保護臭氧層起到積極的作用。

2潔凈煤技術進展

潔凈煤技術是針對燃煤對環(huán)境造成污染提出的技術對策，是旨在減少污染和提高效率的煤炭加工、燃燒、轉換和污染控制新技術總稱，它將成為21世紀煤炭利用中既能降低動力耗費，又能創(chuàng)造友好生態(tài)環(huán)境的高新技術，其構成如圖1所示。

2．1煤炭燃燒前處理技術
動力用煤洗選加工是提高煤炭質量、增加煤炭品種、節(jié)約能源、節(jié)省運力、降低燃煤對大氣污染和保護環(huán)境的重要措施。浮選脫硫屬先進的物理洗選工藝；干法分選適用于分選氧化煤與水資源缺乏的地區(qū)；化學分選適用于物理分選排除大部分礦物質后的最后一道分選工序，需要高活性化學試劑，工藝過程大多在高溫、高壓下進行，成本較高；微生物脫硫具有反應條件溫和、成本低、能耗省、無煤流失、能脫除煤中的有機硫與黃鐵礦硫等優(yōu)點，
但作用時間長，反應容器大，生產工藝復雜，處理費用高，不適合大規(guī)模能源工業(yè)。

型煤加工技術在經濟上是合理的，而且環(huán)境效益、社會效益顯著。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，燃燒時煙塵和SO2的排放都比燃燒散煤時減少40％～60％。在我國，民用型煤加工已有成熟技術，但工業(yè)型煤的發(fā)展比較緩慢，其技術開發(fā)仍處于分散的低水平重復狀態(tài)，對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，不僅能節(jié)省寶貴的油資源，而且還可以解決煤炭運輸、環(huán)境污染等問題。目前國內外水煤漿技術的發(fā)展趨勢為：由小規(guī)模工業(yè)示范廠、試驗廠向大型化、商業(yè)化方向發(fā)展；水煤漿應用向多用途方向發(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
為適應煤種多變、調峰及穩(wěn)定強化燃燒的需要，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煤和低揮發(fā)分煤。其特點為：低負荷穩(wěn)燃，提高熱效率；加強煤粉氣流與高溫煙氣流的湍動和混合，明顯改善著火條件；穩(wěn)定燃燒，防止結渣，煤種適應性好；減少燃燒過程中NOx的生成，降低對大氣的污染；等等。目前，降低燃燒過程中氮氧化物的生成和排放采取如下一些措施：空氣分級燃燒；煙氣再循環(huán)燃燒；煤粉濃淡分離燃燒；燃料分級燃燒。

燃燒中固硫是在燃燒過程中使煤中硫分轉化成硫酸鹽,隨爐渣排出。生成的CaSO4在800～950℃時熱穩(wěn)定性好，應用成功的有LIMB爐內噴鈣技術和LIFAC煙氣脫硫工藝。LIMB技術噴入固硫劑時只要避開高溫區(qū)便能改善脫硫效果，吸收劑在爐膛出口處噴入，避免吸收劑的燒結失活。LI－FAC工藝是一種改進的爐內噴鈣工藝，除爐內噴射石灰石脫硫外，還在爐后煙道上增設一個獨立的活化反應器將爐內未反應完的CaO通過霧化水進行活化后，再次脫除煙氣中的SO2，這兩種爐內脫硫技術都已投入商業(yè)性運行。

固體顆粒處于流動化狀態(tài)下具有一系列特殊的氣固流動、熱質傳遞和化學反應特性，使得流化床鍋爐具有如下特點：燃料適應性好，可以燃用各種高灰分、高水分、低熱值、低灰熔點的劣質燃料和難于點燃和燃盡的低揮發(fā)分煤；低溫燃燒，燃燒過程中NOx大幅下降；顆粒床內停留時間較長，燃盡度高；保證蒸汽參數(shù)，實現(xiàn)低負荷穩(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)展到增壓流化床燃氣蒸汽聯(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
煙氣凈化是燃燒后潔凈煤技術，主要是脫除煙氣中的灰塵、SO2，NOx。離心分離除塵器結構簡單，運行操作方便，除塵效率在85％左右；洗滌式除塵器結構簡單，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99．99％，可捕集0．1μm以上的塵粒，處理煙氣量大，運行操作方便，可完全實現(xiàn)自動化。

煙氣脫硫（FGD）是控制燃煤SO2排放應用最廣和最有效的技術，傳統(tǒng)的FGD主要是化學法，是目前唯一實現(xiàn)工業(yè)化的方法，但它能耗大，產生廢水或廢渣，造成二次污染，應用前景一般。電子束照射含有水蒸氣的煙氣，使煙氣中分子如O2，H2O產生強氧化性的自由基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，通過除塵器達到脫硫脫硝的目的。脈沖電暈法是電子束法的改進，用高壓電源電暈放電代替加速器電子束產生等離子體，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，不經過大氣、淡水湖泊、河流和土壤，F(xiàn)－FGD不需添加任何化學物質，依靠海水的天然堿度進行脫硫。

2．4轉換技術
整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）是先將煤氣化成可燃氣體，供燃氣輪機燃用，以煤氣化設備和燃氣輪機取代鍋爐發(fā)電，排氣余熱再發(fā)生蒸汽，推動蒸汽輪機發(fā)電，其發(fā)電效率可高達47％，從而能更好地實現(xiàn)高品位煤化學能的梯級應用。IGCC是最潔凈和最有效的潔凈煤技術之一，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環(huán)境的污染，同時也保護下游燃氣輪機等設備免遭腐蝕。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、鈣系和復合金屬氧化物等。高溫煤氣脫硫反應器可以采用固定床、移動床、流化床和氣流床等，目前流化床和氣流床使用最為廣泛，主要是因為它們的傳熱傳質能力高，易于實現(xiàn)脫硫和再生的連續(xù)運轉。

煤炭氣化能克服由于煤的直接燃燒產生的燃燒效率低、燃燒穩(wěn)定性差、環(huán)境污染嚴重等問題，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條件，把氣化方法分為：移動床氣化；流動床氣化；氣流床氣化；熔融床氣化。它們都是在特定的條件下，以一定流動方式把煤完全轉化成可燃氣體，煤中的灰分以廢渣的形式排出。煤炭氣化技術開發(fā)的熱點是煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術，中國目前發(fā)展煤炭氣化技術的主要途徑是加強現(xiàn)有技術的推廣應用，改變傳統(tǒng)落后的用煤方式，達到節(jié)約利用煤炭資源，減輕用煤過程中對環(huán)境的污染。

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

燃料電池是反應物燃料與空氣中的氧發(fā)生電化學反應而獲得電能和熱能的電化學裝置，將化學能直接轉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、固體氧化物電解質燃料電池和聚合物電解質膜燃料電池。燃料電池具有熱效率高、對系統(tǒng)負荷變動適應力強、燃料來源廣、環(huán)境污染小、不需要大量循環(huán)水、建設工期短等特點，燃料電池從可能性原理的提出到磷酸型燃料電池兆瓦級產品的商業(yè)化應用，都是根據(jù)實際需要而發(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合應用，其預計價格低于同規(guī)模的磷酸型燃料電池，因而有望用于主力電站。

3潔凈煤技術在廣東電力工業(yè)中的應用
廣東地處我國華南沿海，改革開放以來珠江三角洲經濟發(fā)展迅猛，能源需求急劇增長，環(huán)境污染日趨嚴重。雖然廣東已大力開發(fā)水電和核電，加大投資開發(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世紀初，廣東以燃煤為主的火力發(fā)電的電源結構不可能改變。電力是經濟建設和社會發(fā)展不可替代的二次能源，大量燃煤對沿海經濟發(fā)達港口城市的污染日趨嚴重，電力建設者將面臨解決發(fā)展與環(huán)境矛盾的重要課題。潔凈煤技術可使煤在燃燒過程中大量減少污染物的產生和排放，同時還可以提高燃燒效率，達到高效、潔凈、環(huán)保的目的。潔凈煤技術將在廣東電力工業(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，燃煤火電廠裝機總容量達12．005GW，主要電廠煤耗情況如表1。廣東通過多渠道辦電，電力增長速度較快，基本能適應經濟發(fā)展的需要。近期由于經濟復蘇，電源建設規(guī)劃滯后，經濟增長速度超過電力增長速度，迫使許多燃煤火電機組超時運行，電網處于缺電局面，部分市（縣）采取了拉閘限電措施。因而在今后的一二十年內仍要加快廣東電力工業(yè)的建設，使電力由基本適應型向同步或超前發(fā)展型轉變。燃煤火力發(fā)電廠的建設相對核電和水電來說，具有投資小、見效快的優(yōu)勢，若采用先進的潔凈煤發(fā)電技術，可減輕對環(huán)境的破壞。

3．2潔凈煤發(fā)電技術在廣東電力工業(yè)的應用前景廣東電力工業(yè)緊隨經濟發(fā)展而發(fā)展，發(fā)電燃煤量逐年增長。能源是歷史發(fā)展和社會進步的物質基礎，大量消耗能源的結果，促進工業(yè)經濟的快速發(fā)展，但同時使環(huán)境付出巨大的代價，大量燃煤燃燒給廣東地區(qū)生態(tài)環(huán)境帶來巨大壓力。廣東電力工業(yè)以燃煤火力發(fā)電為主的電源結構，短時期內不會改變，因此，為降低污染物的排放，滿足國家環(huán)保要求，應該積極采用新的潔凈燃燒技術，從而提高能源轉化效率，降低能源系統(tǒng)成本，提供優(yōu)質能源服務。

近期，廣東省的連州發(fā)電廠、沙角A電廠實施煙氣脫硫工程，茂名熱電廠進行把燃油機組改造為燃燒水煤漿機組的技改工程。廣東省正在惠州建設天然氣發(fā)電廠，深圳能源公司屬下的西部電廠已實現(xiàn)海水脫硫。這些項目的實施都已取得巨大的社會效益，并將獲取顯著的經濟效益。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、新廠建設和發(fā)展大機組時盡可能采用潔凈煤發(fā)電技術。

3．3潔凈煤技術應用保障
電力工業(yè)是關系社會經濟發(fā)展和國計民生的基礎產業(yè)，是政策上予以鼓勵和保障的先導產業(yè)。潔凈煤發(fā)電技術是當今世界先進的發(fā)電技術，是一項造福人類的重大工程項目，社會各部門應予以扶持和保障潔凈煤技術的應用。廣東電力工業(yè)應通過各種途徑采用潔凈煤技術，加強潔凈煤技術的開發(fā)與應用，組織有關科研、設計、制造與生產部門協(xié)同攻關；引進國內外較成熟的先進技術，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)在未來的市場競爭與持續(xù)發(fā)展中處于不敗之地。