洁净煤技术_中国洁净煤技术

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洁净煤技术介绍

煤炭对于国民经济的重要作用

改革开放二十多年来，我国经济得到了快速发展。这是以能源消费的增长作为支撑的，2003年全国一次能源消费总量达到16.78亿吨标准煤，比1980年翻了一番多。煤炭在2003年我国一次能源消费结构中仍然占67.1%，是我国的主要一次能源。

煤炭还是我国工业的主要食粮。2003年电力、冶金、建材和化工等4个行业共消费煤炭12.8亿吨，占全国煤炭消费总量的80.5%。我国电力的80%以上来自于煤炭，发电与供热用煤已占到国内煤炭消费总量的54.7%。

煤炭消费引起的污染

与此同时，大量煤炭消费也引起严重的环境问题。据统计2002年全国二氧化硫排放总量为1927万吨，2003年由于煤炭消费总量的增加，又上升至2158.7万吨。这来源于燃煤。2002年全国烟尘总排放量1013万吨，有63.2%的城市颗粒物超过国家空气质量二级标准，2003年又上升至1048.7万吨。燃煤是微颗粒的主要来源之一。目前酸雨覆盖区在我国已扩大到约占国土总面积的30%。2003年有265个城市中出现酸雨，污染情况较2002年严重。据中国环境科学院研究，燃煤电厂排放的二氧化硫是造成酸雨的主要原因。全国每年因二氧化硫和酸雨造成经济损失上亿元。

分析引起燃煤污染的原因，主要有以下几个：

一是煤炭本身污染物排放量高。煤炭的硫和灰分含量远高于天然气和轻油，原始排放量就高。

二是燃煤技术落后。我国涉及煤炭利用的相关传统产业工艺与技术普遍落后，有大量低效的燃煤锅炉、窑炉、小型气化炉等存在，能源效率低下，污染严重。如我国单位GDP能耗是世界平均水平的3.4倍，为美国的3.5倍，日本的9.7倍。民用直接燃煤有的效率还不到20%。美国的煤炭消费总量一直与中国相差不大，但由于大量使用洁净煤技术，并没有引起严重的环境污染。

三是大量燃煤锅炉没有脱硫措施。至2003年年底，我国燃煤电站(包括已建和在建)安装脱硫装置的机组仅占总装机容量6.9%；燃煤工业锅炉和窑炉绝大部分没有脱硫措施，有的甚至没有良好的除尘装置。

四是终端能源结构比例成问题。2000年我国终端能源消费结构中煤炭占36.2%，与世界终端能源消费结构差别很大。

发展洁净煤技术是主攻方向

我国许多城市已在解决燃煤污染方面做了许多尝试。

其一是清洁能源替代。过去的几年，我国不少大中城市在清洁能源替代方面做了很多工作，如设置无燃煤区、淘汰小型燃煤锅炉、大力推广天然气和燃油锅炉等，但推进过程中也遇到石油短缺、天然气供应受地域限制、清洁能源的价格高等问题。

其二是采用节能技术减少能源消费总量。这几年我国节能工作取得显著效果，年均节能率为4.6%。在此前提下能源消费仍以每年4.3%的速度增长。靠节能只能缓解、但不能解决各地能源供应紧张问题。

其三是发展洁净煤技术。洁净煤技术是从煤炭开采到利用全过程中旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。清洁能源行动18个试点城市的经验表明，发展洁净煤技术，可起到以下作用：

——可有效减少污染。各地电厂普遍采用烟气净化技术后，脱硫率达90%以上。多数城市推广应用低硫煤或洗选煤。煤炭洗选一般可降低灰分50%～80%，脱硫35%～40%。

——可有效提高能源效率。采用超临界发电机组效率可达42%以上；循环流化床燃烧劣质煤，效率可达95%以上。

——可经济有效地保证能源安全、促进可持续发展。按同等发热量计算，我国煤炭资源是石油和天然气总和的12倍。发展洁净煤技术，可在相当程度上缓和石油、天然气供应不足的问题，且运行成本大大低于石油和天然气。

18个城市的经验表明，发展洁净煤技术，不仅可获得良好的环境效益和社会效益，还可获得相当宏观经济效益。

中国采用的洁净煤技术

我国洁净煤技术立足于本国能源资源特点，贯穿于煤炭开发、加工、转化、终端利用全过程。根据1997年国家计委发文印发经国务院批准的《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展纲要》，现阶段中国洁净煤技术包括煤炭加工、高效燃烧及先进发电技术、煤炭转化、污染物资源化再利用等方面的十八项技术。

近几年，通过引进和自主知识产权开发，一些可有效提高能源效率、减少污染的大型先进技术(如超临界机组、大型烟气脱硫技术FGD、循环流化床锅炉、煤炭气化等)得到了推广应用，420吨/小时以下循环流化床锅炉、石灰石-石膏法湿式烟气脱硫技术等实现了国产化。煤炭洗选、配煤、先进工业锅炉技术、实用脱硫技术、煤矸石发电及其他综合利用技术等得到广泛应用。但洁净煤技术的总体发展不能满足经济发展及环境的需求。主要的技术项目有：

(1)煤炭加工技术包括选煤、型煤、水煤浆、动力配煤等。在煤炭利用前进行煤的洗选和加工，可有效降低煤中灰分、硫分，提高煤炭质量，达到减少煤炭利用过程中污染物排放的目的。

煤炭洗选 采用物理选煤和化学选煤技术，可有效脱除煤中矿物质，脱除50-80%的灰分和30-40%的硫分。截止2002年，我国原煤入洗比例已达33%。

动力配煤 将不同的单种煤按不同比例、配入添加剂后混合，形成化学组成、物理性质和燃烧特性完全不同的“新煤种”，可保证燃煤特性与用煤设备设计参数相匹配、提高设备热效率，还可充分利用低质煤或当地煤炭资源。

型煤 民用型煤已得到广泛使用。气化用工业型煤提供了全国化肥工业约60%的造气原料。最近两年，一些城市由于环境的原因又开始推广应用锅炉用动力型煤。

水煤浆 将一定比例的煤炭(约67-70%)、水(约30%)、部分添加剂(约1-2%)磨碎混合后，形成一种可以流动的煤基流体燃料，具有易燃、污染低的特点，在中国的主要用途是替代燃料油，用作燃油锅炉的替代燃料。

(2)煤炭高效燃烧及先进发电技术主要有循环流化床燃烧、增压流化床燃烧以及整体煤气化联合循环和超临界机组等，可显著提高发电效率。

循环流化床燃烧技术(CFBC)由于其适于劣质煤燃烧、可炉内脱硫的特点，在中国快速推广应用，是发展最快的先进燃烧技术。容量在240吨/小时以下的CFBC已在中国实现商业化。

增压流化床燃烧联合循环技术(PFBC-CC)采用与常压流化床锅炉相似的技术原理，在增压下工作。增压流化床燃烧联合循环发电能较大幅度地提高发电效率，减少环境污染。2000年末，中国自行研制开发的徐州贾汪15兆瓦中试电站投入综合试运行。

超临界机组 是世界上唯一先进、成熟和达到商业化规模应用的洁净煤发电技术。由于具有发电效率高、投资相对较低的特点，被中国电力行业列为重点发展技术，近两年新电厂建设大部分采用超临界机组，全部为进口。

整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统，是将煤气化技术与高效联合循环相结合，既能提高发电效率，又有很好的环保性能。中国第一座IGCC示范电站(等级为300～400兆瓦)已开始招标。

(3)煤炭转化技术主要包括煤炭气化、煤炭液化等。从石油安全考虑，国家鼓励发展大型煤炭气化，煤炭液化正在进行商业化示范。

煤炭气化 煤炭气化技术在中国主要用于生产化工合成原料气、工业燃气、民用煤气、冶金还原气，它还可用于联合循环发电燃气、制氢、以及作为燃料油合成原料气和煤炭液化的气源。目前中国应用的先进加压固定床气化(鲁奇炉)、气流床气化(Texaco 气化炉)和干粉煤加料Shell技术均为引进技术。煤炭液化煤炭液化技术是将固体煤炭转化为液体燃料、化工原料和产品，它以发动机用燃料油为主要目标产品，同时生产大量化工产品。分直接液化和间接液化两种。煤直接液化即用煤直接加氢制油，生产的产品有优质汽油、柴油和航空燃料，还有芳烃化合物等化工产品。煤间接液化即先将煤气化、用煤气化合成油，生产的产品中有油品，还有蜡、乙烯、丙烯、聚合物、醛、醇、酮等化工产品。

燃料电池技术 燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置，是公认的高效绿色能源。中国在质子交换膜燃料电池PEMFC方面，单项技术有了自己的知识产权，已具备电池关键材料制备、部件试制，组装千瓦级电池组和进行应用系统开发的能力。总体水平与先进国家仍有较大差距。

多联产 多联产系统是指利用“合成气”进行的跨行业、跨部门生产，它通常以整体煤气化联合循环(IGCC)为源头，与其他煤化工技术结合，得到多种具有高附加值的化工产品、液体燃料、电和热等。中国的多联产技术仅处于从概念性探索到基础性研究的阶段。

(4)污染物控制与资源再利用燃煤污染物控制技术主要包括煤层气开发利用、烟气净化、电厂粉煤灰综合利用、煤矸石的综合利用和矿井水资源化。

未来应该大力发展的技术

未来煤炭的主要用户仍为电力、工业锅炉和工业窑炉、炼焦与喷吹、化工生产替代燃料油、民用。要满足我国环境质量不断改善的要求，各煤炭主要用户均应加快洁净煤技术的发展。我们建议发展如下技术：

一是先进、高效、低污染的洁净发电技术，应将国际上商业化成熟技术超临界和超超临界燃煤发电机组作为新发展主力机组(全部配套烟气脱硫装置FGD)，以循环流化床CFBC发电机组为补充，推广应用低氮氧化物燃烧器和烟气脱硫脱氮一体化技术。

对于现有燃煤机组加以改造，有条件的加装烟气脱硫装置FGD，不适宜加装FGD的老电厂，必须燃用低硫煤(或洗选煤，硫分

二是减少燃煤工业锅炉污染的技术，比如循环流化床(加炉内脱硫)、采用除尘脱硫技术、燃用不同燃料(洗选煤、固硫型煤、水煤浆、天然气、电)、节能技术+洗选煤等。考虑环境的影响因素后，工业锅炉烧散煤、洗选煤、固硫型煤、水煤浆、重油和天然气的运行成本之比为1誜1.1誜1.2誜1.45誜2.3誜3.1。

三是发展以先进煤气化为气源的化工生产。加速淘汰落后的煤气化技术和小化肥企业。

从长远来讲，煤气化技术不仅是化工生产的原料气，还是多联产技术的源头，是生产氢能和燃料电池的气源，必须加快发展。

四是发展替代燃料油。水煤浆作为锅炉燃料技术已成熟，近期应在中国推广应用。

从长远讲，应将煤炭液化作为战略储备技术，直接由煤生产油品和化工产品，部分弥补石油不足。神华集团年产100万吨煤炭直接液化示范厂已开工建设，同时应该考虑发展煤制甲醇和二甲醚技术，作为替代燃料或能源载体。

五是改善民用燃料的使用情况。从环境上考虑，城市家庭生活用能应进一步增大天然气、LPG、LNG、电力等的比例；冬季供暖推广燃煤热电联供和集中供热，加后续脱硫处理，逐步替代或取消分散的小型燃煤锅炉；农村用能应进一步加大小水电、沼气和省柴灶等的比例。

煤炭工业洁净煤技术研究中心的研究表明，若全国全面采用洁净煤技术，在2000-2020年期间，可减排二氧化硫1.23亿吨，减少硫造成的经济损失约6080亿元。

洁净煤技术需要国家政策支持

洁净煤技术的发展几乎涉及全社会各个方面，如管理、政策、实施、技术开发、设备制造、商业化应用、煤炭生产与供应、环境保护、所有煤炭及能源用户等等，不仅仅是技术问题，更是系统问题，必须有国家政策和机制的强劲推动作为保障，因此我们建议：

——要加强洁净煤技术发展的统一规划和统一管理，有全国发展计划、有发展重点和优先次序，有统一布局和管理，允许各地发展适宜本地区的技术，避免搞全国一刀切。

——形成国家统一的洁净煤技术政策体系，使洁净煤技术与环保、节能、高新技术开发应用等有机地结合起来。

——国家对大型商业化洁净煤技术项目给予必要的激励政策。

——进一步加强关键技术的开发研究和工业示范，激励先进技术的采用与发展。

——加强环境驱动和对燃煤用户的环境监管。

——国家煤炭供应体系上予以改革，逐步实现将低硫、低灰优质煤优先供应中小型工业锅炉及其他中小用户，将质量较差的煤炭供电站锅炉集中处理的煤炭供应体系。

——建立和形成企业作为洁净煤技术发展主体的机制，发展现代煤炭加工及转化基地，建设大型洁净煤技术项目。

——加强关于洁净煤技术的宣传，提高公众环境意识和对环境的监督能力。