煤炭清潔利用在霧霾防治領(lǐng)域研究方向探討

徐才華

摘 要：本文分析了霧霾的成分和危害以及形成的原因，結(jié)合目前煤炭利用的研究現(xiàn)狀和問(wèn)題，探討了煤炭清潔利用在霧霾防治領(lǐng)域的研究方向，認(rèn)為可圍繞煤炭預(yù)處理、煤炭清潔轉(zhuǎn)化和污染物后處理開(kāi)展研究。

關(guān)鍵詞：煤炭清潔；霧霾防治；煤炭利用

中圖分類號(hào)：X513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）08-0015-02

Abstract：This artical analyzed the composition and harm of fog and haze and the causes of them， combined to the research status quo and problems of coal utilization， the clean coal utilization research direction in the field of prevention and control of fog and haze was discussed， pretreatment of coal， coal clean conversion and pollutants post-processing were thought to be researched.

Key words：Coal cleaning；Haze prevention；Coal utilization

工業(yè)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，帶來(lái)了一系列大氣污染問(wèn)題，特別是近年來(lái)，“霧霾”作為新的名詞走入了人們的生活。2004年，“霧霾”一詞開(kāi)始在天氣新聞中出現(xiàn)。2012年，我國(guó)發(fā)布新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，增加了細(xì)顆粒物（PM2.5）監(jiān)測(cè)指標(biāo)。2013年1月28日，中央氣象臺(tái)發(fā)布了霾藍(lán)色預(yù)警信號(hào)，這是我國(guó)首次發(fā)布單獨(dú)的霾預(yù)警。2013年9月10日，國(guó)務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（“大氣防治國(guó)十條”），提出經(jīng)過(guò)五年努力，使全國(guó)空氣質(zhì)量整體改善，力爭(zhēng)再用五年或更長(zhǎng)時(shí)間，逐步消除重污染天氣，全國(guó)空氣質(zhì)量明顯改善。2014年1月4日，國(guó)家減災(zāi)辦、民政部通報(bào)2013年自然災(zāi)情，首次將霧霾天氣納入。2015新修訂的《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》對(duì)霧霾等大氣污染治理作出了更多有針對(duì)性的規(guī)定。2016年12月15日，環(huán)境保護(hù)部發(fā)布，從12月16日起至21日，受不利氣象條件影響，京津冀及周邊地區(qū)將發(fā)生今年入秋以來(lái)最嚴(yán)重的一次重污染天氣過(guò)程。北京、天津等20多個(gè)城市發(fā)布了紅色預(yù)警，濟(jì)南等10多個(gè)城市發(fā)布了橙色預(yù)警。在2017年剛召開(kāi)的“兩會(huì)”上，把“加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)治理力度”列入2017年重點(diǎn)工作任務(wù)。可見(jiàn)，以霧霾為代表的環(huán)境污染治理工作是近年來(lái)的熱門話題，也是擺在我們面前的艱巨任務(wù)。

1 霧霾的成分和危害

霧霾，是霧和霾的組合詞。我國(guó)不少地區(qū)將霧霾作為災(zāi)害性天氣現(xiàn)象，統(tǒng)稱為“霧霾天氣”。霧是一種無(wú)害的自然現(xiàn)象，而霾是空氣中懸浮的大量微粒和氣象條件共同作用的結(jié)果。霧霾常常相伴而生，氮氧化物、硫氧化物和可吸入顆粒物是霧霾的主要成分。顆粒物是加重霧霾天氣污染的罪魁禍?zhǔn)住ｎw粒物的英文縮寫為PM，通常監(jiān)測(cè)的是PM2.5，也就是空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑在2.5微米以下的污染物顆粒。不僅這種顆粒本身是一種污染物，同時(shí)又是多環(huán)芳烴、重金屬等有毒物質(zhì)的載體。其散射波長(zhǎng)較長(zhǎng)，因而霾看起來(lái)呈橙灰色或黃色。霧霾的危害是多方面的：首先，霧霾影響人們的身體健康，霧霾天氣，可吸入顆粒物能直接進(jìn)入人體呼吸道和肺部誘發(fā)病癥，同時(shí)霧霾還可導(dǎo)致近地層紫外線輻射減弱，易使空氣中傳染性病菌活性增強(qiáng)，導(dǎo)致傳染病增多。其次，霧霾會(huì)影響大氣形成酸雨，會(huì)導(dǎo)致作物枯萎、樹(shù)木死亡，還可使湖泊、河流酸化，毒害魚類，加速建筑物和文物古跡的腐蝕和風(fēng)化過(guò)程。再次，霧霾還影響交通出行，霧霾天氣，視野能見(jiàn)度低，容易導(dǎo)致交通事故，危害社會(huì)安全[1]。

2 霧霾的成因

關(guān)于霧霾的成因，眾說(shuō)紛紜，科研工作者也做了大量研究。孟曉艷等[2]基于2001～2013年京津冀地區(qū)的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)分析認(rèn)為形成霧霾的一個(gè)重要原因是環(huán)境空氣污染物特別是顆粒物濃度高，另一個(gè)重要原因是大氣相對(duì)濕度高、大氣層結(jié)穩(wěn)定。顧為東[3]通過(guò)數(shù)理分析和實(shí)證驗(yàn)證手段，經(jīng)研究認(rèn)為我國(guó)霧霾形成的普遍性原因是傳統(tǒng)土壤塵、燃煤、生物質(zhì)燃燒、汽車尾氣與垃圾焚燒、工業(yè)污染和二次無(wú)機(jī)氣溶膠作為凝結(jié)核生成霧霾。王祖武[4]等研究后認(rèn)為霧霾形成、發(fā)展表現(xiàn)出顯著的區(qū)域性特點(diǎn)，區(qū)域氣候變化及污染物的遷移是形成區(qū)域性霧霾的主要原因。周嶠[5]分析霧霾形成的直接原因是工業(yè)污染物排放和機(jī)動(dòng)車尾氣排放。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)工程院院士、第三世界科學(xué)院士石元春認(rèn)為我國(guó)霧霾是近幾年全國(guó)汽車增量井噴式發(fā)展和煤炭消費(fèi)的直接結(jié)果。綜合各種觀點(diǎn)，不論采取何種研究方式和分析方法，霧霾的成因都源于污染物的排放和污染物的積聚。與煤炭利用相關(guān)的污染物排放主要有硫氧化物、氮氧化物、煙塵顆粒物等。因而煤炭清潔利用在霧霾防治領(lǐng)域研究方向可圍繞減少這些污染物的排放展開(kāi)。

3 煤炭清潔利用在霧霾防治領(lǐng)域研究方向探討

“煤炭清潔高效利用”在國(guó)家“十三五”規(guī)劃綱要未來(lái)100項(xiàng)國(guó)家重大工程項(xiàng)目中，位列第8項(xiàng)，充分說(shuō)明煤炭清潔高效利用的重要性[6]。減少煤化工產(chǎn)業(yè)污染物排放可從三個(gè)方面著手進(jìn)行研究，第一是原料預(yù)處理，第二是過(guò)程控制，第三是污染物后處理。下面分別進(jìn)行探討：

3.1 原料預(yù)處理

煤化工最重要的原料是煤，本文重點(diǎn)探討煤的預(yù)處理。未經(jīng)處理的煤成分復(fù)雜，不論是作為燃料煤還是原料煤，在反應(yīng)過(guò)程中都會(huì)排放硫氧化物、氮氧化物、煙塵顆粒物等污染物。近年來(lái)，原煤的洗選新工藝、新技術(shù)、新裝備快速發(fā)展，商品煤質(zhì)量得到了大幅提高，為煤炭清潔高效利用打下了良好的基礎(chǔ)。但目前的選煤工藝仍然存在不足，比如投入大、工藝復(fù)雜、成本高、浪費(fèi)資源、產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題。因此在該領(lǐng)域的研究還有很大空間，可重點(diǎn)圍繞環(huán)境友好、資源節(jié)約、成本降低、工藝簡(jiǎn)潔高效的目標(biāo)開(kāi)展選煤工藝、選煤裝備以及浮選劑等的研發(fā)工作。另一個(gè)比較活躍的研究領(lǐng)域是型煤技術(shù)。型煤是用一種或數(shù)種煤與一定比例的固硫劑、黏合劑、助燃劑等加工成一定形狀的塊狀燃料或原料。我國(guó)型煤技術(shù)的研究和推廣正日趨成熟。民用型煤在西部等偏遠(yuǎn)地區(qū)市場(chǎng)需求仍很大。鍋爐型煤由于受小型燃煤鍋爐多樣性的限制，推廣應(yīng)用比較緩慢。化肥工業(yè)合成氨造氣型煤和建材、冶金、耐火材料、陶瓷等行業(yè)動(dòng)力燃?xì)庑兔喊l(fā)展良好，逐步從實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)展到工業(yè)試驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，但是能夠滿足魯奇加壓氣化爐的型煤還不多，需要進(jìn)一步加快研究。生物質(zhì)型煤也是我國(guó)型煤技術(shù)新的發(fā)展方向之一。來(lái)源廣、黏結(jié)性強(qiáng)、適用性好、價(jià)格低的復(fù)合黏結(jié)劑成為型煤黏結(jié)劑研究的重點(diǎn)[7]。但型煤技術(shù)科學(xué)研究與產(chǎn)業(yè)化之間還存在一定差距，對(duì)于型煤生產(chǎn)工藝、成型機(jī)械、型煤粘結(jié)劑、固硫劑、助燃劑以及適用型煤的鍋爐等方面的研究還有很大空間。

3.2 過(guò)程控制

過(guò)程控制即煤炭的轉(zhuǎn)化過(guò)程控制。煤炭清潔轉(zhuǎn)化比較有代表性的有煤炭發(fā)電和清潔煤化工。目前我國(guó)燃煤發(fā)電的清潔化程度可以媲美天然氣發(fā)電的清潔化程度，而比天然氣發(fā)電成本低很多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)消費(fèi)的煤炭一半用來(lái)發(fā)電，通過(guò)超低排放技術(shù)，可使燃煤發(fā)電實(shí)現(xiàn)清潔高效轉(zhuǎn)化。清潔煤化工方面，煤制烯烴、煤制氣、煤制油、煤制甲醇二甲醚、煤制乙二醇等清潔燃料和化工品，為煤炭集中轉(zhuǎn)化和清潔高效利用開(kāi)辟了新的發(fā)展道路。但目前清潔煤化工示項(xiàng)目中也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，其工藝技術(shù)和裝備研究還有廣闊的空間，以達(dá)到能效更高、水耗更少、排放更低的目標(biāo)。另外，對(duì)煤炭分質(zhì)梯級(jí)深加工高效利用，也是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。國(guó)家能源局頒布的《煤炭清潔高效行動(dòng)計(jì)劃2015—2020年）》中，提出到2020 年建設(shè)一批百萬(wàn)噸級(jí)的低階煤分質(zhì)分級(jí)利用示范項(xiàng)目。目前已研究出數(shù)十種低階煤分級(jí)提質(zhì)技術(shù)工藝，但成功產(chǎn)業(yè)化的很少，因此低階煤分級(jí)提質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)還有待更深入地研究。

3.3 污染物后處理

污染物后處理即對(duì)生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染物進(jìn)行處理，簡(jiǎn)單講即對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫脫硝除塵，除塵技術(shù)已比較成熟或者在脫硫脫硝的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)除塵，本文重點(diǎn)探討脫硫脫硝技術(shù)研究。隨著環(huán)境問(wèn)題的日益加劇，煙氣脫硫脫硝技術(shù)研究也成為許多科研工作者的研究熱點(diǎn)。過(guò)去一般是采用分別進(jìn)行脫硫脫銷的技術(shù)，一些脫硫脫硝新技術(shù)取得了實(shí)驗(yàn)成功，部分技術(shù)已經(jīng)成功地工業(yè)化。但由于分別處理存在設(shè)備復(fù)雜、占地面積大、裝置投資和運(yùn)行成本高、副產(chǎn)品不易利用、同時(shí)造成二次污染等問(wèn)題，因而很多研究人員把研究方向轉(zhuǎn)向發(fā)展經(jīng)濟(jì)有效的脫硫脫硝一體化技術(shù)，這樣既可簡(jiǎn)化流程和設(shè)備，且副產(chǎn)物少、建設(shè)投資和運(yùn)行成本低。但目前的煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)尚不成熟，在經(jīng)濟(jì)性上還不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。例如固相吸附/再生法雙脫設(shè)備簡(jiǎn)單，效率高，不造成二次水污染，但是吸收劑不易再生。氣/固催化工藝的脫硫脫硝率也很高，但技術(shù)還不成熟，該類工藝研究較少。液相脫除工藝的脫硫率高，但脫硝率不高，工業(yè)化應(yīng)用尚有難度[8]。因此，對(duì)脫硫、脫硝一體化工藝技術(shù)機(jī)理、脫硫脫硝裝置的研究還有很大的空間。因此，可重點(diǎn)圍繞脫硫脫硝工藝、設(shè)備以及催化劑展開(kāi)研究，對(duì)脫硫脫硝分別處理和一體化技術(shù)的優(yōu)劣、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性開(kāi)展深入比較，選擇合適的工藝，并根據(jù)不同的工藝開(kāi)發(fā)合適的催化劑，以達(dá)到氣體超低排放、創(chuàng)建環(huán)境友好型企業(yè)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著工業(yè)的發(fā)展，以霧霾為代表的環(huán)境問(wèn)題已嚴(yán)重影響到每個(gè)人的生活，霧霾防治刻不容緩，國(guó)家的環(huán)境保護(hù)政策會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格，煤炭清潔利用勢(shì)在必行。相關(guān)課題研究方向可圍繞煤炭預(yù)處理、煤炭清潔轉(zhuǎn)化和污染物后處理進(jìn)行展開(kāi)，相信通過(guò)廣大科研工作者的共同努力，伴隨著新的科研成果的推廣應(yīng)用，一定會(huì)為霧霾防治工作做出積極的貢獻(xiàn)。

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