煤炭開采利用環境問題及潔凈煤技術應用

丁江林

（云南煤礦安全技術中心，云南 昆明 650205）

1 潔凈煤技術發展的必要性

生產和消費安全高效的潔凈煤是未來煤炭發展的大趨勢,中國政府在《中國21世紀議程》中,更將發展潔凈煤技術作為實施中國可持續發展戰略實施的重要組成部分，上述這些都對煤炭企業提出了挑戰,因此,發展潔凈煤技術已勢在必行。

2 中國煤炭開采利用帶來的環境問題

2.1 酸雨危害

我國大氣污染屬煤煙型污染，以煤為主的能源結構是形成以城市為中心的大氣污染的重要原因，排入大氣中的90%的SO2、70%的煙塵、85%的CO2來自于燃煤。大氣污染對人體與動植物生存危害很大。一個成年人每天要呼吸1萬升空氣，這些大氣污染物將刺激呼吸道粘膜，引起上呼吸道炎癥；刺激眼睛，引起結膜炎；刺激皮膚，引起皮炎,嚴重的還將影響人體血液中血紅蛋白輸氧機能、誘發腫瘤等。酸雨已被公認為當前全球性區域環境污染問題之一。酸雨中所含的主要成分硫酸與硝酸，正是來源于空氣中的SO2和氮氧化物與大氣中水蒸汽的反應,生成的酸液隨同雨雪降下形成酸雨。酸雨對環境、生態與生物體的影響十分嚴重。酸雨進入地表、江河，會破壞土壤，影響農作物生長，造成生物體死亡，森林大面積消亡，破壞生態平衡。酸雨對建筑物也有腐蝕作用。

2.2 溫室效應

煤層中的甲烷是一種重要的溫室效應氣體，而且其濃度增高后，使對流層中的臭氧增加，平流層中的臭氧減少。臭氧層減少，能使照射到地球上的紫外線增加，從而誘發皮膚癌、皮膚老化、眼疾、色盲等危害人類的疾病。因此，減少煤層甲烷（ 瓦斯）向大氣中排放，對穩定大氣中的甲烷濃度、緩解溫室效應的影響、保護人類健康具有十分重要的現實意義。化石燃料燃燒放出大量CO2。由于大氣中的CO2容易吸收長波輻射，所以太陽的短波輻射可以透過大氣層射入地面，而地面溫度增高所放出的長波熱輻射卻被大氣中逐年增加的CO2氣體吸收，無法散逸出高空，地球就象蓋上了一層“厚厚的毯子”，處于“ 溫室”之中，就是所謂的“ 溫室效應”，最終導致地球氣溫變暖。溫室效應將導致寒帶和地球兩極的冰川將大量融化，而使得海平面上升，淹沒地勢較低的沿海地區，同時也會使干旱地區更加干熱，形成高溫熱浪，出現更多的颶風與龍卷風等自然災害。

2.3 臭氧層破壞

包圍地球的大氣層中有一層“ 保護膜”，就是臭氧層，它位于距地面25km2～30km2大氣平流層中，這層“保護膜”極薄，雖然僅含有不到1%的臭氧，卻對地球上的生命非常重要。臭氧層能吸收陽光中的紫外線，將這些波長很短且有致命危險的輻射線轉換為熱能，使只有極少量能夠到達地面。現在這層重要的臭氧層已經受到嚴重破壞。1979-1990年全球臭氧總量大致下降了3%。南極附近臭氧量減少尤為嚴重，出現了南極“ 臭氧空洞”。破壞臭氧層的原因除了氟氯烴物質（如含氟氯烴的制冷劑等）排放以外，化石燃料燃燒過程中放出的氮氧化物也是破壞臭氧層的一個重要因素。我們只有一個地球，為了保護我們的“ 地球村”，保護人類健康，保持生態平衡，除了改進技術，盡可能地采用先進技術，實現化石燃料的潔凈燃燒，減少污染物的排放，更重要的則是必須改變現有的能源結構，減少化石燃料的使用，開發和利用新能源。

3 潔凈煤技術

3.1 整體煤氣化聯合循環（IGCC）加上多聯產，被認為是目前最具發展前景的清潔煤技術。它在燃燒前先去除煙氣中的污染物，常規污染少，效率高，有利于綜合利用煤炭資源，能同時生產甲醇、尿素等化工產品等等。多聯產更適合中國國情。倪維斗表示，雖然二氧化碳排放總量是幾十億t的數量級，但在未來，如果加強二氧化碳利用系統的科研工作，發明新型的二氧化碳化工利用體系和高附加值的產品，將會增加二氧化碳減排量。如我國現在的化肥系統40a如一日沒有變化，主要就是尿素加合成氨，導致田間的過度施肥成為我國一大污染源，同時耗費了大量能源。倪維斗指出，如果發展新的肥料體系，如草酸銨等都含大量的二氧化碳，可以更多地利用二氧化碳。

3.2 發展動力煤洗選加工，實施動力煤優質工程。我國目前已經具有很成熟的煤炭加工技術，如洗選、動力配煤、型煤及水煤漿等。煤炭通過加工可以顯著提高煤炭質量，采用加工后的煤炭產品可減少污染物排放，提高利用效率，減少設備磨損、檢修時間和煤炭運輸費用等，加工后的煤炭價格提高完全可以被產生的效益彌補，甚至還能產生一定的利潤。水煤漿替代重油具有很好的經濟效率。

3.3 研究減排SO2的合理技術經濟途徑，實施全過程減排SO2。即從限制高硫煤開采，加強煤炭洗選加工，推廣高效、潔燃燒技術及煙氣脫硫技術等，研究不同情況下各項潔凈煤技術的合理應用，尋求最經濟的減排途徑。

3.4 發展20t/h以下先進燃煤工業鍋爐技術，用較先進的鍋爐及技術替代現有鍋爐。據估計，燃煤工業鍋爐經過綜合改造，每年節煤3800萬t，減排SO2約380萬t，減排CO近3000萬t。改造工業鍋爐具有節能和減排污染物的潛力，應加大在此方面工作的力度。

3.5 煤炭轉化技術，煤炭氣化是把經過適當處理的煤，送入反應器，在一定溫度和壓力下，通過氣化劑（空氣、氧氣或蒸氣）在一定的方式（固定床、流化床、氣流床域熔融床）轉化成氣體。煤炭氣化主要產生CO和H，在燃燒前可脫除硫組分。隨著IGCC及煤化多聯產一體化技術的發展，煤的氣化技術將受到更加重視。

4 結束語

從長遠看,新能源和可再生能源要大量取代化石能源是一項十分艱巨的任務，絕非一朝一夕可以實現的，預計21世紀的上半葉煤炭仍將占有重要地位。在這段過渡時期中，將主要依靠高效節能技術、潔凈煤技術等化石能源的高效、潔凈開發利用技術，緩解化石能源的枯竭，大幅度減少環境污染及溫室氣體排放。煤炭從資源上講是可靠的能源，從經濟上講是廉價的能源，從環境上講是可以潔凈利用的能源。在今后相當長的一段時期內，煤炭對我國是不可缺少的，發展潔凈煤技術，是當前中國能源發展的現實選擇，是保護大氣環境的必然要求。