2.9.4 煤炭利用过程中环境问题的对策
煤炭利用包括煤炭的直接利用（采用燃烧的方式，将煤炭的化学能转化为热能，进一步转化为电力）、煤炭的转化利用（煤炭气化与煤炭液化），其中应用最为广泛的是煤炭燃烧技术。
无论是直接利用的煤炭燃烧，还是转化利用的煤炭气化与煤炭液化，其生产过程中都会产生严重的环境问题。因此，应针对各种环境问题的产生原因，采取相应的对策，以减轻煤炭利用过程对环境的影响。
2.9.4.1 煤炭燃烧过程中环境问题的对策
煤炭在燃烧过程中提供了人类所需的热能，同时也向大气中排出了大量的污染物，给工农业生产及人类的生存都带来了很大的危害。根据表2-14可知，煤炭燃烧过程产生的环境问题主要是大气污染、土壤污染和水体污染，根据各自的形成原因，可分别采取如下的应对措施。
（1）大气污染的对策
煤炭燃烧导致大气污染的原因是煤炭在燃烧过程中向大气排放出大量的烟尘、硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳、重金属元素、多环有机化合物等。针对各种污染物的产生原因，可分别采取以下应对措施。
1）烟气除尘
烟尘是煤炭燃烧过程中与废气同时排出的烟和尘的总称。为了减少煤炭在燃烧过程中向大气排放的烟尘量，可对排放的烟气进行除尘处理。采用的设备可分为干式除尘器和湿式除尘器。
干式除尘器是指不对含尘气体或分离的尘粒进行润湿的除尘设备。干式除尘器根据烟尘从烟气中分离出来的作用原理，可分为机械力除尘器、过滤除尘器和电除尘器三种。湿式除尘器是利用含尘气流与水或某种液体表面接触，使尘粒从气流中分离出来的装置，包括冲击式、泡沫式、文丘里式等除尘器。湿式除尘器可分为储水式、加压式和旋转式三种。
事实上，大气中对人类最有害的粉尘是粒径小于3μm的微粉，它们长期飘浮在大气中，能通过人的呼吸道进入肺部，特别是当富集有毒的重金属元素和一些致癌物质时，危害更大。因此，从保护大气环境的角度来说，重点是控制3μm以下的飘尘。对于3μm以下的微尘，只能采用洗涤式、袋式过滤和静电式除尘器，对于容量较大的工业锅炉应选用除尘效率高的湿法除尘器或静电除尘器。
2）烟气脱硫
煤炭中含有硫，在煤炭燃烧过程中，煤中所含的硫会与空气中的氧气发生反应而生成硫氧化物，产生的硫氧化物主要有二氧化硫、三氧化硫、硫酸雾和酸性尘等。为了降低煤炭燃烧过程中硫氧化物的排放量，可对排放的烟气进行脱硫处理。
根据脱硫产物的状态（固态或液态）可分为干法和湿法。干法脱硫有喷雾干燥法、循环流化床干法烟气脱硫法等，湿法脱硫有石灰石/石灰法、双碱法等。根据含硫产物是否回收可分为抛弃法和回收法两大类，前者把含硫产物作为固体废弃物而抛弃，后者则把含硫产物作为副产品予以回收。当烟气中SO2浓度较高时，可考虑采用回收法。抛弃法中应用较多的有石灰石/石灰浆液洗涤法、石灰浆喷雾干燥法、碱性浆液洗涤法、双碱法等，其中石灰石/石灰浆液洗涤法应用最多。回收法中应用较多的有石灰石（石灰）/石膏法、亚硫酸钠循环洗涤法、氧化镁浆液洗涤法、氨溶液洗涤法、碱性硫酸铝溶液洗涤法。此外还有活性炭法、柠檬酸钠溶液洗涤法等。
3）烟气脱硝
煤中含有的氮元素及空气中所含的氮气在高温燃烧条件下与氧气发生化学反应而生成氮氧化物（NOx）。NOx控制技术可分为燃料脱氮技术、烟气脱硝技术、低NOx燃烧技术三大类。燃料脱氮很困难，成本也很高。目前工业上广泛应用并已取得很好效果的主要是烟气脱硝和低NOx燃烧技术。
烟气脱硝技术主要有选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）、湿式氧化吸收脱硝法、电子束辐射法和脉冲电晕法等。SCR技术是最早实现工业化应用的脱硝技术，技术相对较为成熟，几乎所有的烟气脱硝装置都采用SCR技术。
低NOx燃烧方法有低氧燃烧法、二段燃烧法、排烟再循环法、乳化燃烧法、沸腾燃烧法等，此外还有形形色色的低NOx燃烧器。在实际使用中，这些低NOx燃烧方法及燃烧器一般采用二、三种方法联合使用，所有这些方法，其效果都不能认为是满意的，NO的最大降低率还不超过50%。因此，为了使烟气中的NO控制在排放标准下，必须进行排烟脱硝工作。
4）二氧化碳捕集与利用
所有炭基燃料燃烧的主要产物就是CO2，煤炭也不另外。煤炭燃烧排放烟道气中的CO2达15%～20%。CO2不是有毒气体，但放任其排入大气，会导致温室效应加剧。可对燃煤烟气中的CO2进行捕集、纯化后实现资源化利用，既减少了CO2的排放量，减轻了温室效应，又可得到廉价的CO2资源并制得多种产品，实现环境效益与经济效益的双丰收。
5）重金属污染控制
煤中有多种重金属元素，如As、Cr、Cd、Pb、Hg、P、F、Cl、Se、Be、Mn、Ni、Ra、U、Th等，根据其熔点的高低，这些元素在燃烧过程中会分别迁移至灰渣、大气和粉尘。
为了控制煤炭燃烧过程中的重金属排放，可分别采取开采低浓度痕量元素的煤、在燃烧前除去有害重金属元素、在燃烧后的排放物中除去这些元素等措施。具体的工艺方法有洗选分离法、控制燃烧工况法、除尘净化法、吸附法等。
6）多环有机化合物控制
煤燃烧不完全时，会产生大量的烃类化合物，危害最大的是多环有机化合物。绝大部分烃类化合物属于温室气体，大量排入大气会加剧温室效应；部分多环有机化合物具有强致癌效应，即使只有很少量，也会对人类造成巨大的危害。
为控制多环有机化合物对大气造成污染，应分别从两个方面入手：采用先进燃烧技术，实现煤炭的完全燃烧，避免多环有机化合物的产生；对排放烟气进行洗涤等处理，去除多环有机化合物。
（2）土壤污染和水体污染
煤是由有机质和无机质两大部分构成的，因此煤在加工利用后必然留下矿物质—灰渣。煤炭燃烧过程中产生的土壤污染和水体污染都是由灰渣导致的。大量灰渣堆放，必将占用大量的土地，而且灰渣中的杂质在雨水的冲蚀下流入土壤和地表水，然后通过渗流进入地下水，从而导致土壤污染和水体污染。对于燃烧产生的灰渣，可采取以下应对措施：
1）禁止露天堆放
由于灰渣的密度较小，露天堆放易产生扬尘；露天堆放的灰渣易在雨水的冲蚀下导致土壤污染和水体污染。因此应禁止露天堆放，而应堆积在专用的堆场内，并且堆场的地面应固化处理。
2）资源化利用
经燃烧后，灰渣中的有机成分都被分解了，只剩下无机成分。因此，可对其实现资源化利用，例如用作生产水泥的原料，用于制砖等。既减少了灰渣量，减少了灰渣占用土地量，又可减轻水泥和砖生产中原料取用对自然环境的破坏。
综上所述，煤炭燃烧过程中环境问题的形成原因及对策如表2-19所示。
表2-19 煤炭燃烧过程中环境问题的形成原因及对策
续表
2.9.4.2 煤炭气化过程中环境问题的对策
采用煤炭气化工艺生产洁净煤气代替直接烧煤是提高能源质量、减少环境污染的有效途径，但煤气化过程中也会产生污染。煤气化过程中产生的污染物主要包括废气、废水和灰渣三类，这些污染物分别导致大气污染、水体污染和土壤污染。另外，煤气化是一个高耗水过程，会对当地的水资源造成严重影响。因此，可根据各类环境问题的形成原因，采取相应的控制对策。
（1）大气污染控制
煤中含有的氧、硫、氮等杂原子在气化过程中会产生包括氧、硫、氮原子的有机和无机化合物，它们成为污染物的概率比一般的烃类化合物要高得多。如果这些污染物不经处理而直接排向大气，就会导致大气污染。例如，固定床气化炉生产水煤气或半水煤气时，在吹风阶段有相当多的废水和烟尘排放大气，从而对局地大气环境造成严重的污染。
由于大气污染是由废气排放引起的，因此，可通过对排放废气进行达标处理而减弱甚至消除大气污染。
（2）水体污染控制
煤气化过程产生的废水主要来自发生炉煤气的洗涤和冷却过程，产生的废水量和组成随原料煤种、操作条件和废水系统的不同而变化。在用烟煤和褐煤作原料时，废水的水质相当恶劣，含有大量的酚、焦油和氨等。气化工艺不同，产生的废水中杂质的浓度也大不相同。与固定床相比，流化床和气流床工艺的废水水质比较好。
水体污染的主要原因是废水。气化废水直接排入水体，会导致地表水被污染，然后通过渗流、雨水漫溢等途径，进而污染地下水。因此，对于气化过程产生的废水，需根据废水中的特征污染因子，选取合适的处理技术对其进行达标处理后排放。
（3）土壤污染控制
土壤污染主要由气化灰渣的随意堆积而导致的。随意堆积的灰渣，其中部分活性较高的有害成分会逐渐转移至土壤中，从而导致土地被污染。另外，随意堆积的气化渣在雨水的淋蚀作用下，其中部分可溶性有害成分会随雨水直接转移至土壤中，并不断扩散至地表水和地下水，不仅造成土壤污染，还会造成水体污染。因此，对于气化过程产生的灰渣，不能随意堆积，而应堆积在专用的堆场内，并且堆场的地面应固化处理。
目前，随着循环经济意识的增强和相关科技水平的提高，气化灰渣的资源化利用技术也不断取得新的进展。如果能根据气化灰渣的组成、性质而实现资源化利用，那么，由于灰渣而引起的土壤污染、水体污染问题将不复存在。因此，灰渣资源化利用是解决灰渣所带来环境问题的根本出路。
（4）水资源控制
煤炭气化是一个耗水量非常高的过程，而煤炭资源丰富的地区往往水资源短缺，因此，煤气化工程的大量上马必将导致当地水资源供需矛盾更加突出，从而引起水资源纠纷，增加社会不稳定因素。因此，需对气化过程的所有用水节点进行仔细分析，采用水夹点法对各用水节点对水质水量的要求进行科学计算，采用先进的节水技术和设备，实现水资源利用率的最大化。
综上所述，煤炭气化过程中环境问题的形成原因及对策如表2-20所示。
表2-20 煤炭气化过程中环境问题的形成原因及对策
2.9.4.3 煤炭液化过程中环境问题的对策
煤炭液化包括煤炭间接液化和煤炭直接液化两种工艺。
（1）煤炭间接液化的污染物
煤炭间接液化主要包括煤气化和气体合成两大部分，气化部分的污染与前述的煤炭气化制气过程相同；合成部分的主要污染物是产品分离系统产生的废水，其中含有醇、酸、酮、醛、酯等有机氧化物。
（2）煤炭直接液化的污染物
煤直接液化产生大量包括煤中矿物质及催化剂在内的灰渣；废水和废气数量不多，而且都进行处理，主要环境问题是气体和液体的偶尔泄漏以及放空气体仍含有一定量的污染物等。
无论是煤炭间接液化还是直接液化，其环境问题的对策可参考煤炭气化过程环境问题的对策，对由废气和废水引起的环境问题，可通过对废气和废水分别进行达标处理而控制；对于灰渣导致的环境题，可通过对灰渣实现资源化利用而消除。
2.9.4.4 应对煤炭利用过程中环境问题的政府定位
无论是煤炭的直接燃烧利用，还是间接转化利用，其利用过程都会产生严重的环境问题。为打赢“蓝天保卫战”，还老百姓一片绿水青山，政府应充分发挥其主导作用，引导企业进行如下工作。
（1）推广煤炭清洁利用技术
普及煤炭绿色利用技术，可实现能源损耗和污染降低的目的。目前相关煤炭专项利用产业的资源利用效率低，清洁煤生产利用工艺应用并不普遍，大中小企业基础加工设备水平参差不齐，对环境污染监测难度较大且效率不高，源头降污对于煤炭加工产业转型迫在眉睫。对此，可由政府主导，推广煤炭清洁利用技术，大力推广燃烧煤炭过程中的洁净技术，从煤炭洗选、型煤加工和水煤浆等燃烧前净化加工技术，到流化床净化燃烧，再到脱硫、脱硝等燃烧后净化处理技术，将燃烧前、燃烧中、燃烧后三个环节产生的污染降到最低限度；进一步发展战略性新型产业煤制油工艺，对传统煤化工产业进行技术升级改造，使其成为高端煤化工产业，实现煤炭高效集约化、多元化、绿色化利用。
建议政府对煤炭利用效率低、高污染的企业出台相关的政策，通过税收、环境规划或市场竞争手段，督促企业创新研发和进行相关技术引入，将煤炭化工产业由资源消耗型向创新驱动型转变，提升煤炭资源清洁生产的利用效率，缓解产业污染强度较大的现状，提高煤炭产业整体生态效率。另外，对清洁煤炭利用产业，政府可通过减免燃油税等税收优惠，缓解企业因一次性投入过大而造成的暂时亏损现象，保障产业健康发展。
（2）优化煤炭产业结构
煤炭行业作为供给侧改革的重点产业领域，长期内规模溢出效率正逐渐下降，要解决产能过剩的问题，需要对煤炭产业进行兼并重组，“关停并转”高污染、低效率的不合格企业，并以股份制形式建设大型煤炭集团，在提高煤炭产业集中度的同时，使整体的技术水平和资产基础均有一定的提升，先进的产能得到进一步的释放。
（3）优化产业结构
在优化产业结构的过程中，需要对进入煤炭市场的企业设置低碳准入门槛，建立公开、透明的市场进入条件，规定相关企业的最低规模标准和技术水平要求，并制定煤炭行业市场准入负面清单，以限制效率低、技术差的企业，通过市场调控调动行业内竞争的积极性，监督企业生产和生活行为，减少“批小建大，未批先建”的违规行为；对退出煤炭行业的企业，应逐步完善市场退出机制，政策上支持退出市场的煤炭企业职工的安置和分流问题，逐步解决冗余劳动力的权益保障问题，减少遗留问题和后续投入，减轻国家长期负担。同时，政府需要健全产权交易机制，解决市场退出壁垒较高的现状，并对不同类型的企业，提出差异性的退出政策，逐渐地有计划地解决煤炭产业转型问题。