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酸雨、光化學(xué)煙霧、粉塵污染是國(guó)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(guó)實(shí)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(guó)對(duì)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(shù)未來大有前途。

      什么是潔凈煤技術(shù)？上海交通大學(xué)熱能工程研究所的羅永浩教授告訴記者，目前這還是一個(gè)比較寬泛的概念，但總體目標(biāo)是提高燃煤使用效率，降低污染物的排放。據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤炭在我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)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(guó)發(fā)電裝機(jī)總量達(dá)到5.08億千瓦，其中，煤電機(jī)組占71%，燃煤發(fā)電量占79%。潔凈煤技術(shù)在燃煤發(fā)電企業(yè)中的應(yīng)用，對(duì)提高環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)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(guó)大氣的主要污染物，據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(shù)，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(shù)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(duì)目前兩種脫硫技術(shù)的形象描述。所謂“煮八寶粥”，其實(shí)是循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的一種通俗說法。具體來說，就是把生石灰磨成細(xì)粉，與爐膛中的煤粒按照一定比例混合，當(dāng)鍋爐工作時(shí)，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(shù)可以除去煤炭中80%左右的硫，效果十分顯著。另外，這種技術(shù)的成本也相對(duì)較低。

    而“洗衣服”其實(shí)是濕法脫硫技術(shù)。在鍋爐排放尾氣端，安裝一個(gè)特別的脫硫裝置。在這個(gè)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(yīng)達(dá)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(shù)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(duì)較低。而后者成本較大，不僅需要專門建設(shè)一個(gè)“洗滌器”，整個(gè)裝置的運(yùn)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(shù)在國(guó)內(nèi)已成功運(yùn)用。簡(jiǎn)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(huì)轉(zhuǎn)化為無(wú)害的氮?dú)猓�而不�?huì)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(yīng)用，降低了40%的氮氧化物排放。上海外高橋電廠一臺(tái)30萬(wàn)千瓦燃煤發(fā)電機(jī)組還將在空氣分段的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能化控制。

    與空氣分段燃燒技術(shù)有著異曲同工之妙的是燃料再燃技術(shù)。在爐膛上部注入天然氣、石油氣、超細(xì)煤粉甚至生物質(zhì)，也可將氮氧化物分解成無(wú)害的氮?dú)狻＿@種方法正處于實(shí)驗(yàn)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(shù)。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(yīng)，最后得到無(wú)害的氮?dú)狻＿@種技術(shù)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(yùn)用這種技術(shù)脫硝需要專門建造設(shè)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(hù)費(fèi)用也相當(dāng)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(duì)直徑小于2.5微米的顆粒就無(wú)能為力了。“濕法脫硫可以對(duì)付這些細(xì)小粉塵，對(duì)于靜電除塵來說是一個(gè)很好的補(bǔ)充。”羅教授告訴記者。

    超超臨界燃煤技術(shù)——提高煤的利用效率

    “超超臨界燃煤技術(shù)”，一個(gè)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(shù)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(duì)減少，從而達(dá)到了煤的高效潔凈利用。

    據(jù)相關(guān)專家介紹，通過對(duì)鍋爐中“鍋”的設(shè)計(jì)，使其中的壓力達(dá)到一個(gè)臨界點(diǎn)。在這個(gè)臨界點(diǎn)上，“鍋”中的水加熱到臨界溫度，將一下子全部轉(zhuǎn)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(shù)產(chǎn)生的水蒸氣溫度可以達(dá)到600度，在這種溫度和壓力下的水蒸氣通過蒸氣輪機(jī)，可以顯著提高轉(zhuǎn)換效率。

    亞臨界煤電轉(zhuǎn)換效率一般達(dá)到36%至38%，超臨界可提高近10%。專家預(yù)期，未來的10至15年內(nèi)，通過更優(yōu)化的設(shè)計(jì)和新材料的運(yùn)用，轉(zhuǎn)換效率將達(dá)到近58%。只需對(duì)“鍋”加以改造，“爐子”卻不需要進(jìn)行大手術(shù)，是超超臨界燃煤技術(shù)改造的重要優(yōu)勢(shì)。然而，目前國(guó)內(nèi)的技術(shù)瓶頸在于耐高溫高壓的合金鋼制造還未達(dá)到超超臨界燃煤技術(shù)的要求。

    “加大對(duì)超超臨界燃煤技術(shù)研究的投入，特別是對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)、材料科學(xué)的長(zhǎng)期投入，是發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)的核心所在。”羅教授說。在這方面，上海走在了全國(guó)前列。據(jù)了解，在上海科委的支持下，外高橋電廠去年引進(jìn)了2臺(tái)90萬(wàn)千瓦的超超臨界發(fā)電機(jī)組，上海電氣集團(tuán)明年還將建造2臺(tái)100萬(wàn)千瓦的機(jī)組。據(jù)測(cè)算，按照目前火電機(jī)組裝機(jī)容量，如果全國(guó)燃煤電廠都采用該技術(shù)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(duì)于傳統(tǒng)的潔凈煤技術(shù)，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(duì)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(zhì)氣體的煤化氣。然后通過對(duì)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(jìn)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(shí)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(guó)內(nèi)外的研究表明，這項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)對(duì)今后的二氧化碳減排問題時(shí)，比傳統(tǒng)的燃燒發(fā)電技術(shù)具有更多的優(yōu)勢(shì)。許多國(guó)家都對(duì)此給予了高度重視。在美國(guó)，政府耗資10億美元，計(jì)劃投資一個(gè)37.6萬(wàn)千瓦的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站。英國(guó)政府也計(jì)劃投資12億英鎊建設(shè)80萬(wàn)千瓦的同類電站。

    而我國(guó)有些企業(yè)也已開始進(jìn)行這方面的工作，2005年華能集團(tuán)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(guó)神華集團(tuán)公司、中煤能源集團(tuán)公司等5大電力公司，其目標(biāo)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(jìn)行二氧化碳分離和處理的煤基能源系統(tǒng)。