第一节 洁净煤综述
一、洁净煤技术概念
洁净煤技术(CleanCoalTechnology——CCT)一词来源于美国,1980年列入了能源词汇。它是针对使用煤炭对环境造成污染所提出的技术对策,是最大限度利用煤的能源,同时将造成的污染降到最小限度的技术方案。从概念上说洁净煤技术是指煤炭从开发到利用全过程中,旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等高新技术的总称。它将经济效益、社会效益与环保效益结合为一体,成为能源工业中国际高新技术竞争的一个主要领域。洁净煤技术按其生产和利用的过程分类,大致可分为三类:
第一类是在燃烧前的煤炭加工和转化技术。包括煤炭的洗选和加工转化技术,如型煤、水煤浆、煤炭液化、煤炭气化等。
第二类是煤炭燃烧技术。主要是洁净煤发电技术,目前,国家确定的主要是循环流化床燃烧、增压流化床燃烧、整体煤气化联合循环、超临界机组加脱硫脱硝装置。
第三类是燃烧后的烟气脱硫技术。主要有湿式石灰石/石膏法、炉内喷钙法、喷雾干燥法、电子束法、氨法、尾部烟气、海水脱硫等多种。石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫是目前世界上技术最为成熟、应用最多的脱硫工艺。
二、洁净煤技术的种类
洁净煤技术:燃烧前处理;燃烧中处理;燃烧后处理;转换技术。
1、燃烧前处理;
选煤(常规选煤、高级物理选煤、微生物脱硫);
型煤(工业型煤、民用型煤、特种型煤);
水煤浆(普通水煤浆、精细水煤浆);
2、燃烧中处理:低污染燃烧、燃烧中固碳、流化床燃烧、蜗旋燃烧;
3、燃烧后处理:烟气净化、灰渣处理;
4、转换技术:煤气联合循环发电、城市煤气化、地下煤气化、煤液化、燃料电池、磁流体发电。
第二节 洁净煤技术的几个领域 分析
一、煤炭加工
煤炭加工是指在原煤投入使用之前,以物理方法为主对其进行加工,这是合理用煤的前提和减少燃煤污染的最经济的途径。主要包括煤炭洗选、型煤、水煤浆制备。常规的物理选煤可除去煤中的60%的灰分和约50%的黄铁矿硫。煤炭经洗选可大大提高燃烧效率,大大减少污染物排放,入选1亿吨原煤一般可减少燃煤排放的SO2,100~150万吨,成本仅为洗涤烟气脱硫的十分之一。
型煤是具有发展中国家特点的洁净煤技术,与烧散煤相比,可节煤20%~30%,减少黑烟排放80%~90%,颗粒物减少70%~90%,S02减少40%~60%;水煤浆是新型的煤.代油燃料,优质煤制成水煤浆其灰分小于8%,硫分小于1%,燃烧效率高,烟尘、S02、NOx等排放都低于燃油和散煤,一般1.8~2.1吨水煤浆可代替1吨重油。
二、煤炭高效、洁净燃烧与发电技术
煤炭高效、洁净燃烧与发电技术是洁净煤技术的核心。从煤炭中获取能量主要靠燃烧,目前以循环流化床锅炉(CFBC)的适应煤种广,燃烧效率高,且易于实施床内脱硫,与常规粉煤锅炉比S02、NOx,可减少50%以上,较采用粉煤锅炉加净化装置可节约投资10%~15%。CFBC(包括常压AFBC、增压PFBC)是近年来国际上竞相发展的洁净燃烧技术。
发展高效低污染粉煤燃烧(先进的燃烧器)应以稳燃、高效、低污染和防结渣作为开发燃煤技术与燃烧器的目标;燃煤联合循环发电包括煤气化联合循环发电(1GCC)和增压流化床联合循环发电(PFBC—CC等)是新—代高效、洁净燃煤发电技术。IGCC电厂供电效率可达50%~52%,脱硫率可达99%,NOx排放只有常规电厂的15%~30%、耗水只是常规电厂的1/3到1/2。
三、煤炭转化
煤炭转化是指以化学方法为主将煤炭转化为洁净的燃料或化工产品,包括煤炭气化、煤炭液化和燃料电池。煤炭转化以气化为先导,以碳一化工为重点,走燃料化工和煤深加工的技术路线。作为化工原料,煤化工在芳烃生产方面有石油化工和天然气化工所不具备的优势。煤炭气化包括完全气化、温和气化(低温热解)和地下气化是实现煤炭洁净利用的先导技术和主要途径。
多年来针对不同用户开发了多种气化工艺。从发展趋势看应优选煤种适应广、技术先进的流化床和气流床气化技术;煤炭液化是将煤在适宜的反应条件下转化为洁净的液体燃料和化工原料。工艺上分为直接(加氢)液化和间接(先气化)液化和由直接液化派生的.煤油(废塑料等)共炼工艺。发展替代液体燃料是一项带战略意义的任务;燃料电池是直接将资料的化学能转化为电能的技术,目前国际上已经开发出数种不同类型的燃料电池,主要用于航天器的动力,使用的主要燃料为氢气和甲烷气。
四、污染排放控制与废弃物处理
工业污染防治要逐步从生产末端治理转到源头和生产全过程的控制,把分散治理与集中控制结合起来,把浓度控制与总量控制结合起来,并把燃煤所造成的污染放在突出位置。因此,对煤炭开发利用中产生的污染和废弃物进行控制和处理是实现国家环保目标使煤炭成为高效、洁净、可靠能源的重要环节。烟气净化是清除煤炭燃烧产生的烟气中的有害物质(灰尘、S02、NOx)。在我国燃煤锅炉排放的烟尘、二氧化硫、氮氧化物是空气污染的主要原因。从各个环节脱除煤中的硫是洁净煤技术的重要内容。
废弃物处理主要包括对煤炭开采和利用过程中所产生的矸石、煤层甲烷、煤泥、矿井水及燃煤电站所产生的粉煤灰等进行处理。这些污染物的大量排放既污染环境,又造成了资源的浪费。国外对煤矸石的处理有比较健全的法规和管理办法,基本实现了无害化处理。主要用途是回填采空、作为建筑工程填料、筑路造地、回收有用成份及作燃料、建筑材料和改良土壤等用。
我国矿区煤矸石每年的排放量约为1.5~2亿吨,主要利用途径是发电、生产水泥和烧砖,但利用总量较少。煤层甲烷(又称煤层瓦斯或煤层气)是与煤共生,开采煤炭时从煤体内析出。它是一种优质能源,但同时又是煤炭开采的一种主要灾害,其大量排空对全球环境变化(温室效应)有较大影响。目前世界上主要产煤国对煤层甲烷的资源化开发利用程度较高,主要方法是地面钻井开采。美国1993年煤层气的产气井有5000余口,产气量达到207亿立方米。
我国煤层气的开发利用程度还很低,主要是采取井巷抽放,但气体利用价值低,地面开采尚处于探索 研究 阶段,正在开展示范工程并与国外进行合作勘探。粉煤灰是燃煤电站排出的固体废弃物,欧美发达国家的大型电厂已将烟气净化。灰渣干排、干灰调湿等纳入电厂 规划 ,达到既清洁发电又使粉煤灰资源化,粉煤灰被大量应用于筑路、生产水泥和优质混凝土、制砖及其它建材,并将粉煤灰大量用于建筑高速公路。中国粉煤灰 研究 和利用的重点是大用量方向,如掺于混凝土中建桥、建坝、高层建筑底板、核发电站的安全壳等,正在建设中的三峡工程预计用粉煤灰量达133.8万吨。更大量的利用在于修筑高等级公路,已推广于沪宁、京深及京冀公路建设。还用于矿区回填、农业上改良土壤、墙体材料烧结砖、混凝土、粉煤灰水泥等。
我国煤矿大量矿井水外排与矿区严重缺水局面并存,如我国有约70%的矿区缺水甚至严重缺水,随着煤矿城市社会、经济的迅速发展,煤炭生产基地的战略西移,水资源的供需矛盾将日趋紧张。许多矿井水含有大量悬浮物及少量有害元素。因此,最大限度地处理和净化矿井水,使之资源化,对减少矿区环境污染、缓解干旱缺水地区用水紧张情况起到积极作用。目前,主要的矿井水处理方法有混凝沉淀法、电渗析法、反渗透法和中和法。混凝沉淀法主要用于处理含悬浮物矿井水;电渗析法和反渗透法用于处理高矿化度矿井水;中和法是处理酸性矿井水最常用的一种方法。
第三节 国外洁净煤技术发展概况
一、美国洁净煤技术发展现状
美国是最早开始发展洁净煤技术的国家。1986年3月,美国率先推出“洁净煤技术示范计划”,展开了先进的燃煤发电技术、环境保护设备、煤炭加工成洁净能源技术和工业应用等关键技术 研究 。1993年至1997年,美国政府和相关企业共投资48亿美元,先后在18个州对36个项目进行了示范。
在此基础上,美国布什总统于2002年提出了新一轮洁净煤发电计划CleanCoalPowerInitiative(CCPI),这是一项为期10年、总投资20亿美元的洁净煤创新技术示范项目,目的是促进低成本、高效、先进的洁净煤技术在美国现有和新建电厂中的商业应用,为未来近零排放能源系统提供技术支持。
2003年,美国能源部又提出了未来电厂计划,由政府部门与私营机构及国际组织共同投资10亿美元,在5年内完成设计、建造一座零排放的煤基发电厂。未来电厂将煤炭从有损环境的能源变为有益环境的能源,是朝着无污染能源迈出的重要一步。未来电厂技术可以使燃煤电厂效率提高到60%或更高,差不多是传统燃煤电厂效率的2倍。
2005年8月,布什签署了“2005年国家能源政策法案”,按照新能源法的要求,政府将继续支持煤炭清洁利用方面的技术研发,今后10年,美国政府将拿出100多亿美元加强其能源基础设施建设,其中用于煤炭清洁燃烧技术的研发就达20亿美元。
二、日本“新阳光计划”
日本资源匮乏,所需石油的99.7%,煤炭的97.7%,天然气的96.6%都依赖进口。1999年日本全年的能源消耗总量折合原油约合4亿千升,与1972年石油危机时相比,增加了1.2亿千升。这些年,日本能源战略的最大成效是能源多元化初步形成,石油比重从77%降到51%。天然气比重由2%提高到13%;煤炭占17%;核能13%;水能4%;地热、太阳能等新能源为2%。
日本于1998年制定了新的能源战略,重点是努力实现合理有效的稳定供应,将石油比重逐步降低到47%;大力发展核电;积极开发新能源,使新能源的比重提高到3%。
日本经济产业省资源能源厅的国际战略担当企划官有马纯先生说,提到新能源开发,不能不说“阳光计划”。该计划是日本为应付石油危机于1974年提出的新能源技术开发计划。此后,日本又分别于1978年和1989年提出了“节能技术开发计划”和“环境保护技术开发计划”。1993年,日本政府将上述三个计划合并成了规模庞大的“新阳光计划”。
提出“新阳光计划”的主要目的是为了在政府领导下,采取政府、企业和大学三者联合的方式,共同攻关,克服在能源开发方面遇到的各种难题。“新阳光计划”的主导思想是实现经济增长与能源供应和环境保护之间的平衡。为保证“新阳光计划”的顺利实施,政府每年要为该计划拨款570多亿日元,其中约362亿日元用于新能源技术开发。
“新阳光计划”的主要 研究 课题大致可分七大领域,即再生能源技术、化石燃料应用技术、能源输送与储存技术、系统化技术、基础性节能技术、高效与革新性能源技术、环境技术等。
三、欧盟洁净煤发展计划
欧盟也很早提出了洁净煤发展计划,其目的是促进欧洲能源利用新技术的开发,减少对石油的依赖和煤炭利用时所造成的环境污染,提高能源转换和利用效率,减少二氧化碳和其他温室气体排放,使燃煤发电更加洁净,通过提高效率减少煤炭消耗。
英国的“能源白皮书”明确提出,要把电厂的洁净煤技术作为 研究 开发的重点。德国在选煤、型煤加工、煤炭气化和液循环流化床燃烧技术、煤气化联合循环发电、烟气脱硫技术等方面取得了很大进步。
在欧盟的支持下,荷兰和西班牙分别于1994年和1997年建成了两座IGCC电站,示范电站所采用的技术也全部来自欧盟国家。2004年,欧盟在其“第六框架计划”中,启动了名为HYPOGEN的计划,其目标是开发以煤气化为基础的发电、制氢、二氧化碳分离和处理的煤基发电系统,实现煤炭发电的近零排放。
2002年,欧盟批准《京都议定书》。根据该条约,2012年排放总量要比1990年的总量减少5%。为了实现这个目标,欧盟主要依靠的是市场机制。欧盟成员国的所有公司(例如煤电厂、石油发电厂等),都将被配给一定数额的“法定限排量”。2005年1月,欧盟开始实施这一“温室气体排放交易计划”。
第四节 我国洁净煤技术发展现状
一、我国发展洁净煤技术的必要性
煤炭是我国能源的主体,在今后相当长的时期内其主导地位不会有根本性的变化。按照我国能源发展“九五”计划和到2010年的 规划 ,2000年和2010年我国煤炭的生产和消费将在目前的水平上有较大增长,分别达到约14.5亿吨和18-19亿吨。因此煤炭的开发和加工利用对环境压力将越来越大,与日趋严格的环保标准的矛盾也越来越突出。为了我国经济和社会能实现可持续发展,必须发展符合我国国情的洁净煤技术。
随着我国国民经济的快速发展,“高投入、高消耗、重污染、低产出”的传统型经济增长方式越来越不适应当前的发展要求。作为占一次能源消耗70%比例的煤炭产业而言,如何做好深加工文章,推广使用高效、节能、环保的洁净煤技术,改变目前煤炭利用上的不洁净燃烧,成为推动煤炭工业可持续发展的重要一环。
我国是燃煤大国,煤炭消费量占一次能源消费总量的70%左右,二氧化硫、氮氧化物的大量排放,严重污染环境,已经成为经济和社会可持续发展的制约因素之一。
由于煤炭在世界能源消费中还占有相当比重(目前约占30%左右),而且由于煤炭资源丰富,许多国家还将其作为石油的后备替代能源进行技术开发。因此世界各主要能源生产和消费国家都将洁净煤技术作为能源和环境技术,给予了高度重视,作为实现能源、经济、环境协调发展的主导技术之一。
煤炭在我国能源消费结构中所占的比重远远超过世界平均水平,如前所述,煤炭的开发和加工利用已经成为我国环境污染物排放的主要来源。因此,发展洁净煤技术将是我国能源发展的战略选择。
二、洁净煤技术的发展现状
随着国家宏观发展战略的转变,洁净煤技术作为可持续发展和实现两个根本转变的战略措施之一,得到政府的大力支持。1995年国务院成立了“国家洁净煤技术推广 规划 领导小组”,组织制定了《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展纲要》,并于1997年6月获国务院批准。近10年来,我国围绕提高煤炭开发利用效率开展了大量的 研究 开发和推广工作,涉及煤炭加工、煤炭高效洁净燃烧、煤炭转化等领域的 研究 ,中国洁净煤技术计划框架涉及四个领域(煤炭加工、煤炭高效洁净燃烧、煤炭转化、污染排放控制与废弃物处理),大致包括十项技术,即:煤炭洗选、动力配煤、型煤、水煤浆;循环流化床发电技术、增压流化床发电技术、整体煤气化联合循环发电技术;煤炭气化、煤炭液化;工业锅炉和窑炉。
1、选煤技术
国内自行研制的设备已基本满足400万t/a以下各类选煤厂建设和改造需要,有些工艺指标已达到或接近世界先进水平。国有大中型选煤厂技术改造的主要内容,已由过去单纯的注重降灰转为降灰与脱硫并举及回收洗矸中的黄铁矿。目前(3NWX1200/850)无压重介质旋流器研制成功并投入生产使用、旋流静态微泡浮选柱研制成功、分选技术取得若干重要成果。
2、动力配煤技术
自70年代末我国分别在煤炭系统、燃料流通系统、电力系统等开展和建立了动力配煤线,取得了一定的成果。所采用的技术方法均是利用各种煤在性质上的差异,相互“取长补短”,最终使配出的动力煤在综合性能上达到“最优状态”,以满足不同用户的需要。将二种以上不同种类、不同性质的煤按一定比例掺配加工而成的混煤,是通过物理手段人为加工的一个新“煤种”。同时,可使煤的质量稳定,在工业锅炉、窑炉中燃烧时可取得一定的节煤效果。目前,煤炭系统正在开发的配煤场有杭州煤场、株州选煤厂煤场、重庆煤场、安徽蚌埠煤场、上海燃料总公司、佛山市燃料公司、无锡市燃料公司、天津市煤建总公司、北京煤炭1—4厂等均初步建立起动力配煤生产线。
3、型煤技术
我国民用型煤目前年产量约5000万t,大中城市普及率60%,以蜂窝煤、煤球为主。工业型煤分为化肥造气型煤和锅炉燃料型煤,年产量约2200万t。目前化肥造气型煤主要是石灰碳化煤球。由于技术、价格、市场等原因,锅炉燃料型煤工业化推广较慢。
4、水煤浆
水煤浆是七十年代兴起的煤基液态燃料,可作为炉窑燃料或合成气原料,具有燃烧稳定,污染排放少等优点。国家经过“六五”以来 研究 、开发,在制浆、运输和燃烧方面取得了许多成果,建成9座水煤浆厂,总生产能力176万t/a;在工业锅炉、电站锅炉、工业窑炉进行了水煤浆示范燃烧;水煤浆作气化炉原料在鲁南化肥厂应用于生产;矿区高、中灰煤泥制浆和35t/h锅炉燃烧技术通过鉴定。目前进行水煤浆技术工程化关键技术 研究 。
5、循环流化床(CFBC)
CFBC锅炉煤种适应性广,燃烧效率高,脱硫率可达到98%,NOX、CO低排放,是重要的节能和洁净燃烧技术。我国的CFBC技术开发工作始于八十年代中期,由中科院工程热物理所、清华大学、浙江大学和哈尔滨工业大学等单位组织开发研制的循环流化床锅炉分别于九十年代相继投入运行,最大容量达75t/h。主要技术类型有:百叶窗式、热旋风筒式、平面流分离器式等。目前国内已具备设计、制造75t/h及以下的小型CFBC锅炉的能力,但在工艺及辅机配套、连续运行时间、负荷、磨损、漏烟、脱硫等技术方面还有待完善。国内已基本具备设计、制造50MWCFBC锅炉的能力。
6、增压流化床(PFBC)
到“八五”末期,由东南大学等单位 研究 开发的PFBC-CC示范试验装置(15MW)在徐州贾旺电厂建设之中,容量是国外最大容量的1/25。大型商业化PFBC机组的高温烟气净化技术及设备、大功率高初温燃气轮机技术、控制技术等还处于实验室 研究 开发阶段。
7、整体煤气化联合循环(IGCC)
IGCC发电技术通过将煤气化生成燃料气,驱动燃气轮机发电,其尾气通过余热锅炉生产蒸汽驱动汽轮机发电,使燃气发电与蒸汽发电联合起来,发电效率达45%以上。我国IGCC发电技术的 研究 开发工作经历了约二十年,一些单项技术如气化炉、空分设备、煤气脱硫、余热锅炉等有一定的技术基础。“八五”期间与美国德士古(Texaco)公司等合作,完成了水煤浆加压气化200MW和400MW等级的IGCC预可行性 研究 。
8、煤炭气化
国内气化技术广泛用于冶金、化工、建材、机械等工业 行业 和民用燃气,以UGI、水煤气两段炉、发生炉两段炉等固定床气化技术为主。近年来引进国外的先进技术和装置,如山西化肥厂等引进加压鲁奇炉;鲁南化肥厂等引进德士古水煤浆气化炉技术;上海焦化厂引进U-GAS气化炉。水煤气两段炉或发生炉两段炉也有引进,用于制取工业燃气或城市民用煤气。中科院山西煤化所开发了f0.3m、f1.0m灰熔聚粉煤气化试验装置,目前100t/d工业示范项目还在进行。煤科总院北京煤化所开发了f0.3m加压粉煤流化床气化试验装置,并进行了试验。中国矿大对煤炭地下气化技术经过多年开发,1995年~1997年在唐山刘庄矿进行了工业产气试验,煤气供附近陶瓷厂燃用。该项目采用“长通道、大断面、两阶段地下气化”技术,可产出空气煤气或水煤气。
9、煤炭液化
国内煤科总院北京煤化所于80年代建立了2套0.1t/d的小型连续液化试验装置和1套液化油加氢连续试验装置,对几十种中国煤作了评价试验。中科院山西煤化所于“75”期间完成了100t/a间接液化中间试验,“85”期间进行了2000t/a的间接煤液化工业试验。1997年,中德合作云南先锋褐煤液化厂、中美合作神华煤液化厂、中日合作黑龙江依兰煤液化厂3个可行性 研究 项目分别签字。同年,在德国DMT公司的200kg/d装置上对先锋煤作了试验,油收率达53%;美国HTI公司对神木煤进行了30-50kg/d试验,粗油收率达63%;北京煤化所对依兰煤进行了100kg/d试验,50t煤样和2t催化剂样品已运至日本。
10、工业锅炉和窑炉
随着省煤器和锅炉分层装置改进,国内工业蒸汽锅炉的结构趋向合理,热效率有了显著的提高。工业炉窑方面,出现并开始进行高温空气燃烧技术(HTAC技术)、纯氧或富氧燃烧节能技术、高固气比悬浮预热预分解水泥生产技术、余热(废气)资源综合利用技术的 研究 和局部应用。
三、煤炭 行业 洁净煤技术发展的方向
煤炭是我国的主要能源,煤炭工业是关系国计民生的基础性产业。建国以来,煤炭在一次能源生产和消费结构中的比例一直占63%—70%之间。从我国富煤贫油的资源结构、现实国力和战时经济安全保障来看,在新世纪的相当长时间内,主要能源仍将是煤炭。我国的石油、天然气等资源赋存有限,水能和核能的发展存在许多制约因素,新能源的开发尚需时日。在最近完成的中国可持续能源发展战略中,20多位中科院和工程院院士一致认为,到2010年煤炭在一次性能源生产和消费中占60%左右;到2050年,煤炭所占比重不会低于50%。
中国是能源生产和消费大国,朱镕基总理在《关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划建议的说明》中指出:“国内石油开发和生产不能适应经济和社会发展的需要,供需矛盾日益突出。一年要花大量外汇进口石油,这是难以为继的。必须下大力气调整能源结构,从各方面采取措施节约石油消耗,大力发展洁净煤技术,进一步发展水电和坑口大机组火电。”随着能源科技和中国经济的快速发展,对优质能源的需求将不断增加。所以,发展洁净煤技术,推进洁净煤技术产业化是我国的长期任务。
以煤炭为主要能源的格局,以及洁净煤技术产业化进程滞后,导致了我国以煤烟型为主的大气污染相当严重,成为制约许多地区经济与社会发展的重要因素。当前,我国已解决了煤炭的供应问题,并连续几年出现了煤炭供大于求的状况,煤炭工业正处于结构调整的有利时期。我们要认真学习《建议》,以此为指导,切实转变工业增长方式,增强技术创新能力,积极采用高新技术和先进适用技术,加快传统产业技术改造,努力使煤炭工业发展成为社会效益与煤炭工业健康发展相统一、环保要求与煤炭企业经济效益相一致的新型煤炭工业。从一定意义上讲,今后煤炭工业的发展、煤炭产品的市场参与程度将取决于我国洁净煤技术开发、推广、应用的速度。因此,推进洁净煤技术产业化,促进煤炭深度加工、洁净燃烧、提高效率、减少污染,既是我国经济和社会可持续发展的需要,也是煤炭工业结构调整、促进煤炭工业健康发展的重要内容。这需要国家从战略高度予以考虑,在我国现有洁净煤技术的基础上,瞄准国际洁净煤高技术发展趋势和技术前沿,重点突破在我国涪净煤技术领域中具有全局意义的战略性高技术。
四、中国洁净煤技术的特点
1、选煤技术发展缓慢,煤炭实际入洗比例低。
煤炭经冼选后可显著降低灰分和疏分的含量,减少烟尘、SO2等污染物的排放,促进煤炭燃烧效率的提高。目前发达国家原煤洗选率为50%~90%,选煤技术已广泛应用。我国己建选煤厂人选能力约5亿t,但是煤炭实际入冼比例仍比较低(20%~30%)。平均厂型小、设备可靠性差等导致选煤成本偏高,这是制约我国选煤技术发展的主要原因。
2、当前的煤炭高效洁净燃烧技术涉及的应用范围小,直接燃烧仍比例大。
中国是世界上少数几个一次能源以煤为主的国家之一,每年仅以燃烧方式消耗的煤就达11亿t,占煤炭年总产量的80%左右。在一次能源消费构成中,煤约占75%,而其中全国的工业锅炉(约46万台)、工业窑炉(16万座)年耗煤量就达4亿t,占直接燃烧方式耗煤量的1/3还多。尽管我们很多洁净煤技术实际上解决的核心问题都是煤炭散烧问题,但是煤炭高效洁净燃烧技术的开发和应用主要在发电领域,全国的46多万台工业锅炉、16万座工业窑炉煤炭、还有较大比例的发电厂链条锅炉还是采用煤炭散烧的方式在运行,国家原煤直接燃烧的比例一直没有明显改变,其关键原因是没有开发出适合于中国特点的、易于推广普及的关键性的高效节能技术。在配煤和型煤应用推广中,缺少工艺简单、成本低廉、节能显著的技术支撑,动力配煤和型煤的推广一直举步维坚。
3、煤炭转化技术领域,水平相对较低。
我国的煤炭气化技术水乎还较低,目前采用的工艺主要是固定床常压气化工艺,采用的炉型多为混合煤气发生炉、水煤气发生炉等,效率不高。近年来,通过引进和消化吸收国外的技术,已有一些企业采用新的气化炉技术。在水煤浆气化领域,我国积累了较多 研究 开发经验,特别是在“新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉”方面取得了突破性进展。我国从20世纪70年代末开始 研究 煤炭直接液化技术,已建成具有国际先进水平的煤炭直接液化、液化油提质加工和 分析 检验实验室,开展了基础 研究 和工艺开发,取得了一批科研成果。目前,从煤一直到合格产品的全流程已经打通,为建设工业化生产奠定基础。但这些领域还是处于起步阶段,真正产业化还有距离。
同时,应当看到,我国在洁净煤技术 研究 和产业化方面还存在其他许多问题,主要是我国洁净煤技术层次不高,还没有形成推进洁净煤技术产业化的有效机制,推进洁净煤技术产业化的法规不健全,政策不配套,措施不具体,力量不集中,资金筹集渠道不畅。洁净煤技术是从煤炭开采到利用全过程中旨在提高效率和减少污染的总称,是一个集煤炭加工技术、煤炭燃烧技术、煤炭转化技术以及污染控制技术为一体的技术体系。洁净煤技术产业化是将洁净煤技术应用到煤炭加工、使用、转化的实践中,通过法规、政策、税收、信贷等措施,促使形成市场利益推动机制,推进洁净煤技术迅速转化为现实生产力,实现高效利用煤炭、减少环境污染的系统工程。没有洁净煤技术产业化,洁净煤技术难以迅速推开,甚至会夭折。洁净煤技术产业化是洁净煤技术发展的关键。
五、中国洁净煤技术的基本框架
洁净煤技术涉及多 行业 、多领域、多学科,是一项庞大的系统工程。中国发展洁净煤技术的目标:一是减少环境污染,如SO2、NOX、煤矸石、粉尘、煤泥水等;二是提高煤炭利用效率,减少煤炭消费;三是通过加大转化,改善终端能源结构。目前,中国已成了世界上最大的洁净煤市场。
中国已将发展洁净煤技术列入《中国21世纪议程》,并根据中国煤炭消费呈现多元化格局的特点,本着环境与发展的协调统一环境效益与经济效益并重以及发展洁净煤技术要覆盖煤炭开发利用的全过程等原则,提出了符合中国国情,具有中国特色的洁净煤技术框架体系。中国洁净煤技术计划框架涉及四个领域(煤炭加工、煤炭高效洁净燃烧、煤炭转化、污染排放控制与废弃物处理),包括十四项技术。
1、煤炭加工领域
包括选煤、型煤、配煤、水煤浆技术。
2、煤炭的高效洁净燃烧技术领域
先进的燃烧器、流化床燃烧(FBC)技术、整体煤气化联合循环发电技术。
3、煤炭转化领域
包括煤炭气化、煤炭液化、燃料电池。
4、污染排放控制与废弃物处理领域
包括烟气净化、煤层气的开发利用、煤矸石、粉煤灰和煤泥的综合利用、工业锅炉和窑炉等技术。
重点针对电厂、工业炉窑和民用3个领域,注重经济与环境协调发展,重点开发社会效益、环境效益与经济效益明显、实用而可靠的先进技术。在组织实施上采取优先推广一批技术成熟、在近期能够显著减少烟煤污染的技术,如选煤、型煤、配煤、烟气脱硫等;示范一批能在21世纪初实现商业化的技术,如增压循环流化床发电、大型循环流化床、工业型煤等; 研究 开发一批起点高、对长远发展有影响的技术,如煤炭液化、燃料电池等。
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