清洁煤技术原理及发展前景分析

　　煤炭作为主流化石燃料，燃烧会产生温室气体、酸性气体与粉尘污染物，引发全球变暖、酸雨及水土污染等环境问题，凭借储量充足、价格低廉的优势，煤炭目前仍是重要的电力生产能源，因此清洁煤技术成为兼顾煤炭利用与生态环保的关键手段。清洁煤技术涵盖燃烧前、燃烧中、燃烧后全流程净化工艺，包含原煤洗选、烟气脱硫脱硝、静电除尘、煤炭气化等核心技术，可有效去除煤炭杂质、削减各类污染物排放，提升燃料利用效率。其中碳捕获与封存是极具发展潜力的核心技术，通过烟气分离、富氧燃烧、燃烧前捕集等方式收集二氧化碳，依托地质封存、海洋封存等方式实现碳隔离，同时可通过回收副产品降低技术成本。受经济成本、技术成熟度限制，清洁煤技术规模化应用仍存在一定门槛，在新能源尚未完全替代煤炭的当下，兼具环保性与经济性的清洁煤技术，是未来煤炭产业绿色可持续发展的核心方向。

　　煤炭是所有化石燃料中最脏的。燃烧时，会产生导致全球变暖的排放物，产生酸雨和污染水。由于所有围绕核能，水力发电和生物燃料的喧嚣，您可能会认为肮脏的煤终于要出路了，这是可以原谅的。

　　但是煤炭并不是工业革命的煤烟残留物，它在美国生产一半的电力，而且只要价格便宜且数量充足，煤炭就很可能会继续这样做。[来源：能源信息管理局 ]。清洁煤技术旨在通过使用多种技术来清洁煤并控制其排放，从而减少对环境的严重影响。

　　煤炭是主要由碳和碳氢化合物组成的化石燃料。它的成分有助于制造塑料，焦油和肥料。煤的衍生物，一种叫做焦炭的固化碳，能熔化铁矿石并将其还原成钢。但是大多数煤炭(占美国供应量的92%)进入电力生产[来源：能源信息署 ]。拥有发电厂的电力公司和企业燃烧煤来制造蒸汽，这些蒸汽使涡轮旋转并发电。

　　煤燃烧时，会释放出二氧化碳和烟道气中的其他排放物，即滚滚的云层从烟囱中倾泻而出。一些清洁煤技术在燃烧之前将其净化。一种洗煤方法是洗煤，它通过将碎煤与液体混合并使杂质分离并沉降来去除不需要的矿物。

　　其他系统控制燃煤，以最大程度减少二氧化硫，氮氧化物和颗粒物的排放。湿式洗涤塔或烟道气脱硫系统可通过向烟道气中喷石灰石和水来去除二氧化硫，这是造成酸雨的主要原因。该混合物与二氧化硫反应形成合成石膏，即石膏墙的成分。

　　低氮氧化物(NOx)燃烧器通过限制氧气和控制燃烧过程，减少了产生氮氧化物的产生，氮氧化物是造成地面臭氧的原因。静电除尘器通过向颗粒带电，然后将其捕获在收集板上，从而清除加剧哮喘并导致呼吸系统疾病的颗粒。

　　气化可避免完全燃烧煤炭。借助集成气化联合循环(IGCC)系统，蒸汽和热加压空气或氧气与煤结合在一起，使碳分子彼此分开。然后将生成的合成气(一氧化碳和氢气的混合物)清洗并在燃气轮机中燃烧以发电。来自燃气轮机的热能也为蒸汽轮机提供动力。由于IGCC发电厂产生两种形式的能源，因此它们有可能达到50%的燃料效率。

　　接下来，我们将了解所有清洁煤技术中最雄心勃勃的技术，以及在清洁煤成为商业可行方案之前需要做什么。

　　排放物去哪儿了?

　　碳捕获和储存 -也许是最有前途的清洁煤技术-渔获物和螯合二氧化碳(CO2)固定污染源排放一样动力厂。由于二氧化碳会导致全球变暖，因此减少二氧化碳向大气中的排放已成为国际关注的主要问题。为了发现最有效，最经济的碳捕获方法，研究人员开发了几种技术。

　　烟气分离用溶剂除去CO2，用蒸汽汽提CO2，并将蒸汽冷凝成浓缩流。烟气分离提供了商业上可用的二氧化碳，这有助于抵消其价格。另一个过程，氧气燃料燃烧，以纯氧或富氧燃烧燃料，以产生主要由CO2和水组成的烟道气-这回避了将CO2与其他烟道气分离的高能耗过程。第三种技术是燃烧前捕集，它是在气化过程中将二氧化碳燃烧之前除去的。

　　捕获后，安全容器将收集的CO2隔离，以防止或阻止其重新进入大气。地质和海洋这两个存储选项必须包含CO2，直到峰值排放从现在开始消退数百年为止。地质存储涉及将二氧化碳注入地球。耗尽油，气田和深盐水层安全地包含二氧化碳，而无法开采的煤层吸收它。称为提高采油率的过程已经使用二氧化碳来维持压力并改善储油层的开采。

　　海洋存储技术仍处于早期阶段，涉及将液态二氧化碳注入500至3,000米深的水中，并在压力下溶解。但是，这种方法会稍微降低pH值，并可能损害海洋生境。所有形式的CO2储存都需要进行仔细的准备和监控，以免造成环境问题，而这些问题超过了CO2遏制的好处。

　　由于替代能源尚不能替代像煤炭那样便宜和大量的能源，因此清洁煤技术有望减轻煤炭排放日益严重的气候影响。但是，公用事业公司和企业并非总是单纯出于环境的考虑而接受技术，而技术首先必须具有经济意义。

　　清洁煤炭并封存其排放量大大提高了每英热单位的价格，否则原本是便宜的燃料。虽然出售副产品(如石膏或苏打水和干冰的商业二氧化碳)可以抵消清洁煤技术的价格，但对碳收费可以使减排在财务上成为现实。