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http// 燃煤污染治理综述 谌天兵武建军韩甲业 中国矿业大学化工学院江苏徐州（２２１００８） 摘要我国是煤炭生产和消费大国，煤主要用作动力燃料和发电。煤中的碳、氢、氧、氮、硫等元素，在燃烧过程中生成的ＳＯ、ＮＯ、ＣＯ并产生大量粉尘，这些污染物尤其是ＳＯ污染２ｘ２２ 给自然环境和人体健康带来了很大的危害。燃前脱硫、燃中固硫、燃后净化、建立大型干法选煤坑口电站、发展煤炭转化技术及寻找无污染替代燃料等措施对提高煤炭利用率，降低污染物排放，改善环境状况有重要意义。 关键词煤炭燃烧污染治理 １引言 2003年，我国煤炭产量超过了16亿t，2004年更达到了19.56亿t。在我国，能源结构决定了我国目前重要依靠煤炭资源作为工业燃料和发电燃料。煤炭提供了75的工业燃料、76的发电燃料、80的民用商品能源、60的化工原料。在煤炭的燃烧利用过程中，几乎同时伴随着对环境的污染。煤中的部分元素在燃烧过程中氧化为有害物质，对生态环境进行了严重的破坏，潜在的威胁着人类的健康；部分物质甚至直接威胁着人类的健康。据环境公报报道，我国2004年烟尘排放量1095万t，SO2排放量2255万t。其中燃煤产生的SO2约占总量的90，CO占71，CO2占85，氮氧化物占70，灰尘微粒占61。可见我国属于典型的燃煤型污染[1,2]。为此，分析煤炭污染产生的原因，寻求有效的解决途经，减轻煤炭污染，加强环境保护，势在必行。 ２燃煤污染的现状及危害 ２．１ＳＯ２污染的状况及危害 2004年我国排放至大气中的SO2达2255万t，居世界第一。我国主要的SO2污染源可归纳为硫酸厂尾气中排放的SO2、有色金属冶炼过程排放的SO2、燃煤烟气中的SO2等三个方面，其中燃煤烟气中的SO2仍是污染的主要来源。 我国煤炭多为高硫煤（S2），其贮量约占煤炭总贮量的2025。在全国煤炭的消费中，占总量约84的煤炭被直接燃用，燃烧过程中排出大量的SO2，使我国成为三大酸雨区之首，其直接经济损失已超过上千亿元[3]。 [4]SO2对人体的危害很大。当SO2日平均浓度达到3.5mg/Nm3时，会使人们的呼吸系统、 心血管系统的发病率和死亡率显著增加。敏感的人在浓度2.5mg/Nm3的短时间作用下，就会引起呼吸道阻力增加。表1是19952004年我国SO2的年排放总量[5-14]和工业SO2排放量和煤炭总产量对照表。图1是SO2年排放总量、工业SO2排放量和煤炭总产量对照图。可见SO2的年排放量和工业SO2排放量均与煤炭的年产量成正相关的关系，三者的变化波动趋势基本一致。 -1- http// 表1不同年份SO2年排放总量、工业SO2排放量和煤炭总产量对照表年份19951996199719982000200120032004 SO2排放总量/Mt 23.723.2823.4620.919.95119.4821.58722.549 工业SO2排放量/Mt 煤炭总产量/亿t 13.6113.9713.2512.29.5111.116.0819.56 －－ 18.5215.9316.12515.6717.91418.914 图1不同年份SO2年排放总量、工业SO2排放量和煤炭总产量对照图 ２．２烟尘污染的现状及危害 在煤炭燃烧外排的烟气中，主要污染物除了SO2、CO2和NOx外，还有一项比较严重的污染物就是烟尘。烟尘是燃煤过程中排放出来的固体颗粒物。它的主要成分是二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙和未经燃烧的炭微粒等。 常见的烟尘有黑烟、红烟、黄烟和灰烟。不同颜色的烟尘，其组成和来源各不相同。黑烟含有大量焦油、碳黑，主要来自燃煤、燃油业；红烟含有大量氧化铁，主要来自钢铁厂；黄烟含有大量氮氧化物，主要来自化工厂；灰烟主要来自水泥厂和石灰厂。全世界每年约有1亿ｔ烟尘排放到空气中，其中不乏有毒烟尘，如不及时处理，不仅会毁掉蓝天，而且会毁掉人体健康甚至生命 [15] 。表2和图2分别显示了我国19952004年燃煤的烟尘年排放总量、 工业烟尘排放量和年煤炭总产量的对照关系及其相应变化趋势图。可以发现随着煤炭产量的增加，我国烟尘排放量总体呈下降趋势；2001-2004年煤炭总产量直线上升，而烟尘排放量只有小幅度增加。这与各种环保新技术的应用及国家的环境保护政策不断完善有关。 -2- http// 表2不同年份烟尘排放总量、工业烟尘排放量和煤炭总产量对照表年份19951996199719982000200120032004 烟尘排放总量/Mt 17.215.2218.3714.5211.6510.5910.4910.95 15.6511.579.538.418.468.86 工业烟尘排放量/Mt 煤炭总产量/亿t 13.6113.9713.2512.29.5111.116.0819.56 图2不同年份烟尘排放总量、工业烟尘排放量和煤炭总产量对照图 2.3CO2的污染现状及危害 煤炭的中的质量百分含量最高的元素就是碳元素，在煤炭燃烧时碳完全氧化产生CO2，不完全燃烧则生成CO。如今，CO2是造成地球温室效应的罪魁祸首已经得到公认。由于温室效应导致的地球温度上升、两极冰雪融化、海平面上升、陆地被淹没等不可估量的损失[16]。 图3是近代大气中CO2气体浓度的变化趋势图。由图3可见，在19世纪70年代以前，工业不发达，能源消耗不高，CO2的排放量只是随着人口的增值小幅上扬。19世纪70年代以后，随着全球工业化的发展，大气的中CO2浓度一路飙升，从1870年的300mL/m3升到了1990年的355mL/m3，共增加了55mL/m3。当然，这样显著的增加不全部是煤炭的燃烧的结果，其中还包括石油、天然气等能源的开发利用导致的结果，但煤炭燃烧产生的CO2在三者中是首屈一指的。 2.4NOx污染的现状及危害 NOx的生成机理[17]受燃烧过程的组织影响，在火焰区内温度超过1600℃，燃料中氮和过剩空气反应生成的氮氧化物叫做燃料NOx；在火焰二次反应区内，受辐射影响，温度在1300℃左右，由于过剩空气停留时间长，故而生成氮氧化物，这种氮氧化物称之为热力NOx。 -3- http// 这些氮氧化物由大约95的NO和5的NO2组成。 可见，燃烧的温度越高，NOx的浓度就越大。NO2是红棕色的气体，具有特殊的臭味，并有显著的毒性，直接损害人的眼、鼻、喉的粘膜，容易引起呼吸道及肺部发炎。另外，NO2又可以生成光化学烟雾，对人体危害尤甚。此外，NOx也是生产酸雨的原因之一。 图3近代大气中CO2气体浓度变化图（mL/m3 ） 3燃煤污染成因 （1）工业、民用燃煤造成的SO2和烟尘污染。根据其分布形态可划分为低架源污染，约占总排放量的49.4，这类污染源包括20t/h以下的热力设备，排放源（烟囱）高度为50m以下，以及民用燃煤炉灶、低压蒸汽锅炉、茶水炉、炊饮炉灶等。这类污染源的污染强度为高架源（烟囱50m以上）的60倍以上。工业电站锅炉其烟囱高于50m以上烟气扩散能力虽大，但燃煤量大、排出烟尘量大[18]。 （2）由于不少城市在制定城市发展规划与建设时，未能从城市可持续发展来把能源规划纳入城市总体规划中，切实解决城市能源结构与分配布局，集中供热、供气，热电联产，型煤，绿化等一系列问题。如1991年全国集中供热面积仅2.76亿m2，热电联产供热中，生活和采暖用热仅仅占15，而按国家规划要求2000年采暖地区城市集中供热面积达到54亿m2，集中供热普及率提高50[19]。 （3）工业型煤和炉前成型技术未得到推广和普及。用型煤替代原煤燃烧，可提高锅炉热效率5，节约用煤2030，烟尘排放量减少80，还可脱除80的硫和减少50的3，4-苯并芘[20]。虽然发展型煤技术优点众多，但是由于成本较高，一次性投资大，未能被大多数企业所采用，尤其是工业型煤普及率低。 （4）工业锅炉设计水平偏低。国内新开发的DZL和SZL工业锅炉当空气过剩系数a＝1.8时原始排尘浓度最高达300mg/Nm3，平均原始排尘浓度也在220mg/Nm3。目前国外层燃锅炉烟尘排放浓度为50100mg/Nm3，热效率为7085，而我国为150400mg/Nm3，平均热效率仅50.577.7。 （5）煤种供应不对路，煤炭洗选加工及动力配煤能力差，使高硫、高灰份、颗粒煤粉直接入炉造成污染。 -4- http// （6）目前除尘设备运行效率低，新开发的脱硫除尘技术尚欠成熟，静电多管除尘器没有脱硫作用。 4燃煤污染治理技术 4.1洁净煤技术 洁净煤技术[21,22]是旨在减少污染和提高效率的煤炭开采、加工、燃烧、转化和污染控制新技术的总称，是当今各国解决环境问题的主导技术之一。由于燃煤对大气的主要污染物为SO2，根据脱硫阶段不同，洁净煤技术又分为燃前脱硫、燃中固硫、燃后净化技术，此外煤炭转换由于提高了煤炭的能源品质，改善了能源结构，也成为洁净煤技术的一个重要方面，这四方面技术形成了目前燃煤污染控制技术的主体[23]。 4.1.1分段脱硫技术 燃前脱硫技术主要对原煤进行脱硫、固硫处理，以削减污染源头的硫含量。脱硫处理采用煤炭洗选加工工艺，通过物理法、化学法或微生物法等方法，除去原煤中所含的灰分和黄铁矿硫。另一种方法是采用固硫型煤，通过加入固硫添加剂后，使硫转化为无机硫化物残留灰渣中。 燃中固硫技术主要是采用固硫和高效、低污染燃烧技术，以减少煤在燃烧中产生的污染物。在固硫方面，通过向锅炉内喷入石灰石，煅烧成具有多孔、高表面活性的氧化钙，其与二氧化硫反应后生成硫酸钙固体，从而将硫除去。此方法适用于中低硫煤。对于高硫煤，用石灰石做固硫剂时，脱硫率可达8090，由于是在较低的温度759900℃下工作，还可有效去除氮氧化物，该技术适用于大容量高效低污染的发电设备的发展趋势，已被列入我国电力工业的战略计划。 燃后净化技术也称烟气净化技术，主要是使用化学吸收剂（如碱性物质）与烟气中的二氧化硫反应，从而脱除硫。根据吸收剂的状态又分为干法脱硫和湿法脱硫，在干法脱硫中将化学吸收剂（如石灰石等）直接喷入烟气中，适用较小燃烧设备；湿法脱硫中通过调整气/液比，可提高二氧化硫的吸收量，只是用水量比较大。 4.1.2煤炭转化技术 煤炭转化是将低燃烧品质的原煤转化为燃气、燃油等具有低污染性质的高品质能源。我国是富煤、贫油、少气的国家，开展煤炭转化工作，对改善我国的能源结构具有重要的意义。目前国内的煤气化、液化技术已经成熟，可显著降低有害物质排放。煤液化又是利用丰富的煤炭资源缓解石油紧张的一条有效途径。 除了煤气化、液化以外，水煤浆技术也日益受到人们关注。水煤浆是以煤代油的一种新型技术，把灰分很低而挥发分很高的煤研磨成细微煤粉，按煤水比例，添加分散剂和稳定剂后制成的流体燃料。水煤浆的灰分少、硫分少，燃烧效率高，燃烧温度低，可明显降低二氧化硫和氮氧化物排放。[24] 4.2建立大型干法选煤坑口电站 根据我国煤炭储量丰富地区缺水的特点，建设大型坑口电站采用高效、经济的多级干法选煤工艺，可以获得优质清洁的精煤用于发电或热电联产。第一级干法选煤采用空气重介流 -5- http// 化床选煤，可除去煤中60的灰分和1/31/2的黄铁矿硫。第二级干法选煤为摩擦电选。选后精煤灰分8，硫分0.5[25]。 燃烧低灰、低硫、高热值的煤粉，可获得可观的经济及社会效益。第一，减少燃料消耗。燃煤灰分每增加1，燃料消耗亦增加1。第二，降低烟气中的飞灰浓度，提高锅炉运行的经济和安全性。第三，减少SO2的排放量。第四，可减少有毒痕量元素的排放。第五，减少制粉系统的磨煤电耗。 4.3大力发展无污染替代燃料 我国是一个水能资源丰富的国家，水能是可再生的清洁能源，因此，根据我国国情，应该大力研究与开发水能。此外，对新能源中的可再生能源如太阳能、生物质能、风能、地热能和海洋能以及不可再生的能源如核燃料等都应该逐步地进行研究开发。 5结语 在相当长的时期内我国以煤为主要能源的生产和消费结构不会改变，我国在开发高效率低污染燃烧技术和发展低费用的燃煤污染防治技术方面已经做了很大努力；国家的环境保护政策不断完善，对污染严重的企业加大了惩处力度；对具有符合我国国情的特色的低费用少耗水的燃煤烟气脱硫技术、低费用低NOx的燃煤技术、低费用的减少排放可吸入颗粒物的技术、利用烟气脱硫副产物的技术[26]以及建设大型坑口干法选煤电站、采取城市集中供暖等工程给予了大量的政策优惠和资金支持。只有这样，高效率低污染的环保技术才能在我国大规模推广和应用，从而推动国民经济和环境保护的协调发展。 参考文献 [1]周桂铨.重视煤炭环境污染发展洁净煤技术[J].矿业安全与环保,2003,30110-13. 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KeywordsCoalburningPollutionSolution221008） 作者简介谌天兵（1980-），男，四川眉山人。中国矿业大学化工学院硕士研究生。研究方向无烟煤生产铸造型焦的研究。E -7-