中國潔凈煤技術(shù)發(fā)展現狀與展望

隨著(zhù)中國工業(yè)化、城鎮化進(jìn)程日益加快，能源需求總量高速增長(cháng)。中國煤炭的基礎儲量占化石能源的96%以上。2012年，中國一次能源消費總量36.2億噸標準煤，其中煤炭約占70%，成為世界一次能源最大消費國，更是最大的煤炭消費國。未來(lái)幾十年，煤炭在中國能源生產(chǎn)和消費結構中的主體地位不會(huì )發(fā)生根本性改變。煤炭在為中國國民經(jīng)濟作出巨大貢獻的同時(shí)，也排放出大量的SO₂、NO_X和煙塵等大氣污染物，造成酸雨、懸浮顆粒物、溫室氣體等環(huán)境危害。因此，中國一直大力發(fā)展潔凈煤相關(guān)技術(shù)，最大限度降低煤炭使用對生態(tài)環(huán)境的影響。本文對中國潔凈煤技術(shù)的發(fā)展和應用情況進(jìn)行了全面綜述，并對其發(fā)展趨勢和前景進(jìn)行了展望。

一 原煤預處理技術(shù)

為了提高煤炭的質(zhì)量，必須從原煤抓起，按不同煤種的性質(zhì)和不同使用目的，對原煤進(jìn)行洗選、加工、提質(zhì)等預處理，提高煤炭的綜合利用效率，減少污染物排放。

（一）煤炭洗選技術(shù)

煤炭洗選是指根據原煤、礦物雜質(zhì)和煤矸石的物理化學(xué)性質(zhì)差別，采用人工揀矸、機械篩分、物理選煤、化學(xué)選煤等方法，清除原煤中的有害雜質(zhì)，排除矸石，降低灰分、硫分、水分，減少使用過(guò)程中的污染物排放。

目前，中國煤炭洗選加工在技術(shù)上已經(jīng)較為成熟，原煤入洗比例約為50.9%，但距離發(fā)達國家的先進(jìn)水平還有較大差距，未來(lái)應以推進(jìn)煤炭的全面洗選和提高洗選標準為發(fā)展重點(diǎn)，力爭將原煤入洗比例提高至90%以上，將原煤中的雜質(zhì)和污染物降至最低限度。

（二）型煤技術(shù)

型煤是指將一種或數種煤，或者摻混低熱值燃料或廢棄物等，與一定比例的黏結劑、添加劑等加工成一定形狀尺寸、有一定理化性能的塊狀燃料或原料。

中國民用型煤技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，民用型煤普及率為70%左右。在工業(yè)型煤方面推廣較慢。發(fā)展工業(yè)型煤技術(shù)，一方面應向規?；?、實(shí)現清潔高效燃燒方向發(fā)展；另一方面，應繼續開(kāi)發(fā)新的黏結劑及大型高壓成型設備，供氣化、煉焦等行業(yè)使用。

（三）動(dòng)力配煤技術(shù)

通過(guò)配煤可將兩種以上不同種類(lèi)、不同性質(zhì)的煤，按一定比例摻配加工成混煤，改變其化學(xué)組成、巖相構成、物理性能和燃燒性能，達到優(yōu)化產(chǎn)品結構、煤質(zhì)互補、適應設備對煤質(zhì)需求、提高燃燒效率、減少污染物排放、降低煤炭運輸成本等目的。

中國自20世紀80年代起，在坑口、港口和部分大城市及電廠(chǎng)率先采用動(dòng)力配煤技術(shù)，取得了一定效果，但與國外相比還存在一定差距，有待通過(guò)政策、資金、科研等支持，逐漸擴大規模，實(shí)現“因地制宜”“因煤制宜”。

（四）褐煤提質(zhì)技術(shù)

褐煤提質(zhì)是指通過(guò)加工改變褐煤的成分和結構，降低水分、提高發(fā)熱量，生成具有類(lèi)似煙煤性質(zhì)的提質(zhì)煤，減小自燃傾向，便于運輸和儲存，提高能量轉換效率，擴大使用范圍。

國內外褐煤提質(zhì)技術(shù)分脫水提質(zhì)、成型提質(zhì)、熱解提質(zhì)三類(lèi)。目前，中國褐煤提質(zhì)技術(shù)的應用剛剛起步，商業(yè)規模的褐煤提質(zhì)項目有十余個(gè)，但大都處于探索示范階段。

二 潔凈煤發(fā)電技術(shù)

作為中國煤炭消費的第一大戶(hù)，發(fā)電行業(yè)用煤占煤炭消費總量的50%左右。2012年年底，中國發(fā)電裝機已達11.44億千瓦，燃煤發(fā)電占比仍保持在70%左右。因此，潔凈煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展對中國至關(guān)重要。

（一）超（超）臨界發(fā)電技術(shù)

近年來(lái)，超（超）臨界燃煤發(fā)電技術(shù)在中國得到了長(cháng)足發(fā)展，中國已經(jīng)成為世界上投運超（超）臨界發(fā)電機組最多的國家，大大節約了電煤消耗總量，減少了污染物排放。截至2012年7月，中國五大發(fā)電集團已擁有超臨界發(fā)電機組155臺、超超臨界發(fā)電機組65臺，總裝機容量1.42億千瓦，占各自火電裝機的30%以上。

超（超）臨界發(fā)電技術(shù)還在向著(zhù)進(jìn)一步提高蒸汽參數、降低能耗和減少污染物排放的方向發(fā)展。中國將在“十二五”期間重點(diǎn)圍繞700℃先進(jìn)超超臨界機組進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和系統集成示范。

（二）燃煤機組高效污染物脫除技術(shù)

目前，在常規燃煤發(fā)電機組中普遍采用的污染物控制技術(shù)包括濕法脫硫（FGD）、選擇性催化還原脫硝（SCR）、靜電和布袋除塵技術(shù)，可以脫除煙氣中95%的SO₂、90%的NO_X和99%的煙塵。此外，還可以通過(guò)吸附、沉淀、氧化等方法，實(shí)現煙氣脫汞。[!--empirenews.page--]

隨著(zhù)國家政策和法規引導，常規火電廠(chǎng)污染物控制技術(shù)在中國得到了廣泛應用。目前，國內全部30萬(wàn)千瓦及以上等級燃煤發(fā)電機組均安裝了效率較高的除塵裝置，單位發(fā)電量煙塵排放量從2005年的1.33克

/千瓦·時(shí)下降至0.5克/千瓦·時(shí)以下。國內已投運煙氣脫硫機組裝機容量占燃煤發(fā)電總裝機容量的90%左右。在發(fā)電量相比2005年增長(cháng)近70%的情況下，全國發(fā)電SO₂排放量占總排放量的比例從51%下降至約40%，單位發(fā)電量SO₂排放量從6.4克/千瓦·時(shí)下降至2.5克/千瓦·時(shí)左右。中國在新發(fā)布的《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標準》（2011年版）中大幅降低了NO_X排放限值，國內已投運煙氣脫硝機組裝機容量超過(guò)1億千瓦，在建、規劃裝機容量超過(guò)1億千瓦。

中國燃煤電廠(chǎng)煙氣除塵以靜電除塵技術(shù)為主，布袋除塵、電袋復合除塵等技術(shù)也有所應用。靜電除塵技術(shù)已非常成熟，布袋除塵、電袋復合除塵技術(shù)也已實(shí)現國產(chǎn)化。在脫硫方面，廣泛采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝，部分采用干法和半干法?，F已實(shí)現煙氣脫硫的工藝優(yōu)化、技術(shù)集成和關(guān)鍵設備國產(chǎn)化，主要技術(shù)經(jīng)濟指標達到世界先進(jìn)水平。國內煙氣脫硝90%以上采用選擇性催化還原（SCR）工藝，少量采用選擇性非催化還原（SNCR）工藝或SNCR+SCR工藝。SCR工藝在發(fā)達國家是成熟技術(shù)，中國也在開(kāi)發(fā)SCR技術(shù)和催化劑。同時(shí)，通過(guò)應用空氣分級等低氮燃燒技術(shù)，可以減少NO_X生成量，有效降低脫硝成本。

隨著(zhù)《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標準》（2011年版）的頒布實(shí)施，提出中國自2015年開(kāi)始實(shí)行燃煤汞排放限制，而且國家也將逐步實(shí)施對PM2.5等級超細顆粒物的排放標準，開(kāi)發(fā)應用重金屬脫除技術(shù)、更高效可靠的除塵技術(shù)已迫在眉睫。中國也已啟動(dòng)SO₂、NO_X、汞等多種污染物協(xié)同控制關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，并計劃在60萬(wàn)千瓦燃煤發(fā)電機組進(jìn)行示范。

（三）循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電技術(shù)

循環(huán)流化床（CFB）鍋爐具有NO_X排放低、燃料適應性廣、脫硫成本低、負荷調節范圍大且速度快等優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)也存在廠(chǎng)用電率高、部分部件易磨損等問(wèn)題。

中國已經(jīng)成為世界上CFB鍋爐裝機臺數和容量最大的國家，以10萬(wàn)～30萬(wàn)千瓦容量為主。目前，四川白馬電廠(chǎng)正在建設世界首個(gè)60萬(wàn)千瓦超臨界CFB鍋爐燃煤發(fā)電示范工程，即將進(jìn)入調試階段?？傮w上，中國大型CFB鍋爐的整體技術(shù)研發(fā)、工程設計、工程建設已達世界先進(jìn)水平，“十二五”期間，將朝著(zhù)燃用劣質(zhì)燃料、低排放、超臨界等方向發(fā)展。

（四）整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC）是把煤氣化和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電集成的一種發(fā)電技術(shù)，被公認為最具發(fā)展前景的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一。IGCC機組環(huán)保性能好，污染物排放量約為燃煤機組的10%，整體排放水平與天然氣發(fā)電機組相當。IGCC同CCS（CO₂的捕集和封存）相結合，能夠以較低成本實(shí)現CO₂的近零排放，還可通過(guò)多聯(lián)產(chǎn)實(shí)現煤炭的綜合利用，具有很大發(fā)展潛力。IGCC的主要問(wèn)題在于系統復雜、造價(jià)較高。

中國開(kāi)展IGCC相關(guān)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)已有近三十年。2004年，華能集團公司率先提出“綠色煤電”計劃，旨在研究開(kāi)發(fā)、示范推廣基于IGCC技術(shù)的能夠大幅度提高發(fā)電效率、達到污染物和CO₂近零排放的煤基能源系統。2012年12月，“綠色煤電”計劃第一階段的華能天津IGCC示范工程成功投產(chǎn)，裝機容量26.5萬(wàn)千瓦，采用華能自主開(kāi)發(fā)的2000噸/天兩段式干煤粉加壓氣化爐、西門(mén)子E級燃氣輪機。該項目的成功投運，填補了中國潔凈煤發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域空白，標志著(zhù)中國掌握了自主開(kāi)發(fā)、設計、制造、建設、運營(yíng)IGCC電站的能力，為中國深入開(kāi)展IGCC、綠色煤電相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和驗證以及進(jìn)一步放大和示范奠定了基礎。

“十二五”期間，中國將在不斷完善現有IGCC示范電站的基礎上，適時(shí)開(kāi)展40萬(wàn)～50萬(wàn)千瓦級IGCC—多聯(lián)產(chǎn)工業(yè)示范，提高整體技術(shù)經(jīng)濟指標。同時(shí)，還將開(kāi)展CCS等相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，為建設近零排放IGCC示范電站進(jìn)行技術(shù)儲備。

三 現代煤化工技術(shù)

中國石油對外依存度已超過(guò)55%，發(fā)展煤基化學(xué)品生產(chǎn)技術(shù)，替代部分石油化工產(chǎn)品，對保障中國的能源安全具有重要的戰略意義，也是煤炭清潔利用的重要方面。目前，中國煤化工行業(yè)用煤占煤炭總消費量的20%左右，有序發(fā)展高效潔凈的煤炭轉化技術(shù)，可以逐步實(shí)現落后產(chǎn)能替代和產(chǎn)業(yè)結構調整，大大減少污染物排放。[!--empirenews.page--]

（一）煤制油技術(shù)

煤制油（Coal-to-liquids，CTL）是以煤炭為原料，通過(guò)化學(xué)加工過(guò)程生產(chǎn)油品和石油化工產(chǎn)品的一項技術(shù)，包含煤直接液化和煤間接液化兩種技術(shù)路線(xiàn)。此外，以煤制甲醇為原料，也可合成汽油產(chǎn)品（Methanol-to-gasoline，MTG）。

中國已于2008年建成世界首套大型煤直接液化工業(yè)化裝置——神華鄂爾多斯108萬(wàn)噸/年煤制油示范工程，采用神華開(kāi)發(fā)的煤直接液化工藝和催化劑。目前，中國已建成3套煤間接液化裝置，合計產(chǎn)能50萬(wàn)噸/年，均采用中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所開(kāi)發(fā)的中科合成油技術(shù)和鐵系催化劑。此外，中國建成及在建的MTG裝置有3套，合計產(chǎn)能40萬(wàn)噸/年。

總體上，中國在煤制油關(guān)鍵工藝、催化劑、裝備和系統技術(shù)、工程技術(shù)等方面達到了世界先進(jìn)水平。“十二五”期間，將以進(jìn)一步擴大工程規模、實(shí)現商業(yè)化運營(yíng)為目標。

（二）煤制烯烴技術(shù)

煤制烯烴是指將煤基甲醇通過(guò)催化劑合成烯烴產(chǎn)品。根據產(chǎn)品構成的不同，分為甲醇制烯烴（包括乙烯和丙烯）（Methanol-to-olefin，MTO）和甲醇制丙烯（Methanol-to-propylene，MTP）。

中國于2010年建成了世界首套大型煤制烯烴裝置——神華包頭煤制烯烴示范工程，并于2011年投入商業(yè)化運營(yíng)，產(chǎn)能60萬(wàn)噸/年，核心技術(shù)采用中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的DMTO工藝。同時(shí)，還采用魯奇技術(shù)相繼建成了神華寧煤52萬(wàn)噸/年MTP裝置、大唐多倫46萬(wàn)噸/年MTP裝置。

通過(guò)不同工藝路線(xiàn)示范工程的建設，中國在煤制烯烴關(guān)鍵技術(shù)和工程化方面走在世界前列，接下來(lái)將繼續驗證煤制烯烴關(guān)鍵技術(shù)可行性及運行的穩定性、經(jīng)濟性，繼續建設更多示范裝置。

（三）煤制天然氣技術(shù)

煤制天然氣是指將合成氣通過(guò)甲烷化反應合成替代天然氣（SNG）的過(guò)程。中國首個(gè)大唐克旗40億標方/年煤制氣項目于2009年開(kāi)工建設，目前已完成大負荷試驗等試車(chē)工作。中國在建的煤制氣項目還包括大唐阜新40億標方/年、內蒙古匯能16億標方/年、新疆慶華55億標方/年等項目。

根據《天然氣發(fā)展“十二五”規劃》，中國到2015年計劃實(shí)現煤制氣產(chǎn)能150億～180億標方/年，占國內天然氣供應能力的8.5%～10%。除在建項目，還將規劃建設煤制氣升級示范項目或以煤制氣為主的煤炭清潔高效綜合利用示范項目，提高資源利用效率和污染物治理水平。

目前，中國的煤制氣項目大都布局在富煤缺水地區，國家頒布的最嚴格水資源管理制度將嚴重制約此類(lèi)項目的發(fā)展，而中國天然氣的負荷中心在相對富水的東部地區。因此，作為一種新思路和新途徑，可以考慮在東南沿海等發(fā)達地區建設清潔高效的煤制氣項目，利用價(jià)位合適的進(jìn)口煤炭實(shí)現對國內天然氣供應的有益補充。

四 工業(yè)用煤技術(shù)

除用于發(fā)電和煤化工外，中國還有大量的工業(yè)鍋爐、窯爐等以煤炭為燃料，它們使用的煤炭超過(guò)煤炭消費總量的20%。多年來(lái)，中國通過(guò)研究應用高溫空氣燃燒、純氧或富氧燃燒、余熱余能利用、過(guò)程優(yōu)化節能等技術(shù)，有效改善了工業(yè)用煤的消耗水平，但同國際先進(jìn)水平還有一定差距。“十二五”期間，中國將重點(diǎn)圍繞高效率、大容量工業(yè)鍋爐島成套技術(shù)及示范，工業(yè)窯爐余熱余能高效回收利用新技術(shù)，冶金過(guò)程重點(diǎn)節能技術(shù)研發(fā)示范等領(lǐng)域開(kāi)展工業(yè)用煤節能技術(shù)研發(fā)。

五 CCS和CCUS技術(shù)

近年來(lái)，全球氣候變化引起了國際社會(huì )的普遍關(guān)注，有效控制以CO₂為主的溫室氣體排放，給發(fā)展潔凈煤技術(shù)賦予了新的目標和要求。研發(fā)儲備CO₂捕集與封存（CCS）以及CO₂捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)對中國未來(lái)應對氣候變化、大幅降低碳排放強度具有重要意義。

CO₂捕集是指將燃煤發(fā)電、煤化工等排放的CO₂分離，形成高濃度的CO₂中間產(chǎn)品，便于資源化利用或封存至地下。CO₂捕集的主要問(wèn)題在于CO₂分離提純或制氧的裝置投資和能耗較高，影響了整體經(jīng)濟性和能量轉化效率。2009年，華能上海石洞口二廠(chǎng)建成了世界最大的12萬(wàn)噸/年燃煤電廠(chǎng)燃燒后CO₂捕集裝置。2010年年底，神華鄂爾多斯煤制油項目10萬(wàn)噸/年燃燒前碳捕集裝置建成投運。

CO₂封存就是把捕集的CO₂注入事先考察好的地點(diǎn)封存，使其與大氣長(cháng)期隔絕，難點(diǎn)在于安全性和可靠性，需通過(guò)長(cháng)期的示范監測和環(huán)境評估進(jìn)行驗證。2011年，神華在鄂爾多斯建成了亞洲首套10萬(wàn)噸/年咸水層CO[!--empirenews.page--]₂封存示范裝置。下一步，中國將開(kāi)展CO₂封存地質(zhì)潛力的評價(jià)工作，并結合示范工程驗證CO₂封存的安全性和可靠性。

六 展望

綜上所述，中國在潔凈煤各項技術(shù)上已取得長(cháng)足進(jìn)步，在多個(gè)領(lǐng)域達到世界先進(jìn)水平，在利用煤炭為中國經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展提供了充足動(dòng)力的同時(shí)，有效抑制了環(huán)境污染問(wèn)題。面對中國以煤為主的能源結構，資源、環(huán)境的壓力依然巨大，潔凈煤技術(shù)將朝著(zhù)“全面開(kāi)花、重點(diǎn)突破”的方向發(fā)展。所有用煤行業(yè)要繼續推廣原煤預處理技術(shù)和高效工業(yè)節能技術(shù)的應用規模；發(fā)電行業(yè)要大力提高潔凈煤發(fā)電技術(shù)，重點(diǎn)提高煤炭發(fā)電過(guò)程污染物控制水平，更廣泛地應用超（超）臨界發(fā)電技術(shù)、循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電技術(shù)，進(jìn)一步研發(fā)適用的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)；煤化工行業(yè)要加大現代煤化工、煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣等技術(shù)示范力度；各相關(guān)行業(yè)要積極探索面向未來(lái)的CCS、CCUS等前沿技術(shù)。全社會(huì )要共同努力，讓潔凈煤技術(shù)成為實(shí)現中國能源、經(jīng)濟、社會(huì )、環(huán)境協(xié)調可持續發(fā)展的必然選擇。為此，必須進(jìn)一步加大研發(fā)和應用力度，讓潔凈煤技術(shù)為全面建成小康社會(huì )、建設美麗中國作出更多貢獻。