煤炭高效清洁利用

煤炭能源的高效清洁利用现状和前景提纲1、煤炭在我国能源中的地位2、煤炭开发利用带来的问题3、煤炭的世界地位4、我国煤炭利用技术的进步5、我国煤炭需求预测6、煤炭的高效清洁可持续开发利用胡锦涛总书记在两院院士大会上的讲话，2010.6.7“积极发展可再生能源和新型、安全、清洁替代能源；加强煤的清洁高效综合利用、煤转天然气和煤制重要化学品的技术研发。”

煤炭是我国最丰富的化石能源煤炭是我国最丰富的化石燃料，占我国化石能源资源的96%。按同等发热量计算，煤炭、石油、天然气的储量比例为54：1.2：1。从可采储量、保障供应、经济性和技术性等方面来看，50年内煤炭仍将是不可替代的主要能源。2010我国一次能源消费结构该年我国一次能源消费24.32亿吨油当量，超过美国（23.86亿吨），首次成为第一消费大国。其构成如下--煤70.45%；石油17.62%；天然气4.03%；核能0.7%；水电6.70%；再生能源0.5%。煤炭储量比较丰富至2002年末，全国煤炭资源总量约55293亿吨，居世界第一位。保有煤炭资源量18218亿吨，已利用3485.7亿吨。尚未利用资源量中，基础储量2793.9亿吨。剩余探明可采储量约占世界的13%，位列世界第三位。煤炭资源分布煤炭品种分布褐煤和低变质程度烟煤占探明资源储量的55.1%。褐煤资源主要分布在内蒙古东部和云南省境内，其发热量低、水份高的资源特点，导致其不适合远距离运输。以褐煤为代表的低品质煤提质加工利用是实现我国煤炭可持续发展的重要战略选择。较为稀缺的中变质炼焦煤占探明资源储量的27.6%，且大多数为气煤，优质炼焦煤资源仅占探明储量的9%左右。随着钢铁工业的高速发展，优质炼焦煤的资源稀缺性凸显，加强稀缺煤资源洗选过程中的回收是实现可持续发展的最好途径。高变质的贫煤和无烟煤数量占保有资源量的17%。高硫煤占探明资源储量约14%，主要分布在四川、重庆、贵州、山西等省市。我国煤炭的贡献煤炭在我国一次能源生产和消费构成中一直占2/3以上。随着国家能源需求的快速增加，煤炭生产总量快速增长，弥补了历年能源供需缺口，为我国社会经济发展做出了巨大贡献。我国历年一次能源产量煤炭为区域经济发展起着重要支撑作用。晋陕蒙宁甘区域是我国目前主要煤炭生产区和调出区，分布了8个国家大型煤炭基地，全区GDP煤炭能源贡献率达到80.7%，为全国最高。经济发达的华东区为煤炭调入区，该区以煤炭为主要一次能源，消费强度高，全区GDP煤炭能源贡献率达到70.8%，居全国第二。

主要工业用户电力、石化、化工、有色、钢铁、建材、造纸、纺织等七大能耗行业是主要耗煤用户。2009年，这七大行业共消耗88%的工业用煤，消费量占全国煤炭消费总量的84%。我国煤炭产量和进口量2011年我国煤炭产量35亿吨，占当年世界煤炭生产的48.3%。在世界前十个产煤国中，我国煤炭年产量相当于另外9个国家的煤炭产量之和。2011年我国煤炭净进口量上升至1.68亿吨，净进口规模同比增长14.1%。超过日本成为全球最大煤炭进口国。大规模开采带来的生态环境问题1、水资源损失：中西部富煤地区多处于干旱和半干旱地带，晋陕蒙宁煤炭资源富集区探明煤炭资源保有储量占全国的60.7%，但水资源仅全国水资源的3.7%。西部甘肃、青海和新疆的水资源总量也只占全国的7.7%。开采1亿吨煤要破坏7亿吨水资源。2、地表塌陷造成的土地破坏面积已达40万公顷，每年以4万公顷速度递增；3、煤矸石堆积量累计60亿吨，占地7万公顷以上；国有煤矿共有1500余座矸石山，其中长期自燃的389座，严重影响周边环境；4、水土流失，沙漠化蔓延。开采1亿吨煤水土流失影响面积245平方千米。煤矿安全整体状况有较大转变。“十一五”期间，全国煤矿百万吨死亡率已由2.81下降到0.749。但安全生产形势依然严峻。2010年全国煤矿事故起数仍高达1403起，死亡人数为2433人，是世界其他国家总和的2-4倍。煤炭运输成为瓶颈主产地-“三西”—山西、陕西和蒙西，今后还将西移；2011铁路运煤22.7亿吨，占铁路总货运量62%，平均运距642千米；公路运煤量4.2亿吨。西部的晋陕蒙宁甘、新青区集中着我国90%的煤炭资源。该地区地质构造简单、煤层厚、埋藏浅、水及瓦斯灾害小，但区域内水资源极度短缺，生态环境十分脆弱，远离煤炭消费中心，在很大程度上制约了煤炭资源的开发和就地加工转化。2010年西部晋陕蒙宁甘区生产的煤炭已占全国煤炭产量的57.25%，还在继续增长；新青区年煤炭产量占全国煤炭产量的3.30%，随着新疆煤炭资源的开发，未来产量将有大幅度增长。能源利用效率低全国约有燃煤工业锅炉57万台，实际运行热效率在60％左右，比先进国家低15%～20%，年耗煤量5-6亿吨，约占全国年耗煤总量的20％，耗煤总量居第二位。二是以电石、合成氨等为代表的传统煤化工技术水平差、能效低，节能增效潜力大；三是电力燃煤效率有进一步提高的潜力。2010年电力耗煤约18亿吨，燃烧方式以煤粉燃烧锅炉和循环流化床锅炉为主。发电及供热平均综合利用效率为40%左右，比发达国家低10个百分点。我国大气主要污染源燃煤排放的SO2占全国总排放量的90%，排放的NOx占75%；排放的总悬浮颗粒（TSP）占60%。排放的CO2占全国总排放量的3/4。动力煤质量低下和大量煤炭低效燃烧是引起大气环境污染的主要原因。汞污染值得重视中国是世界上大气汞污染最严重的地区之一，大气中汞的年均沉降量大于70微克/平方米。据UNEP的计算，2005年我国的人为源大气汞排放量825t,居世界第一。燃煤和有色金属冶炼是两大主要排放源，分别占40%和47%。贵阳采暖期空气汞含量最高达到565.8ng/m3,降水中汞含量0.10ug/L。生活饮用水汞含量超过卫生标准1-3倍，作物可食用部分汞含量超标几十到几百倍。北京市采暖期空气中汞含量平均值216.9ng/m3，个别地点达到427.08ng/m3.目前我国大气汞污染问题已引起国际社会关注，有可能在近几年会签订汞污染防治的国际条约。苯并芘的污染2007年12月21日美国纽约时报报道，中国苯并芘污染最严重的城市是兰州、太原和邯郸，其浓度比伦敦高出100倍。它通常在PM2.5上富集，故危害很大。

个别地区砷的污染贵州一些地区发生“煤烟污染型砷中毒”地方病。据统计，有230万人通过饮用水接触到高浓度砷，2003年在卫生部调查的地区，经诊断，慢性砷中毒患者有7500人。煤炭的世界地位煤炭在世界一次能源消费中占29.63%（2010），近10年一直呈上升趋势；近10年世界能源消费总量增加26.2亿吨油当量，其中煤炭贡献率44.1%，天然气26%，石油17.4%。美国的煤炭利用10年来，美国煤炭开发和利用一直稳定在10亿吨左右，煤炭消费占能源消费总量稳定在21%-23%之间。煤炭90%以上用于燃煤发电，燃煤发电提供了美国50%左右的电力需求。考虑到经济性及国家供电安全，美国提出了保障煤炭工业长期稳定发展战略，通过大力发展清洁煤技术，提高能源效率、减少利用污染排放。洁净煤技术示范计划1985年国会通过的美国“洁净煤技术示范计划”，政府主导对38个先进煤炭利用技术进行商业化示范，投资约53亿美元，洁净煤技术示范以提高燃烧效率、减少酸雨源（减少SO2、NOx排放）、开发先进发电系统（IGCC）、煤制洁净燃料和温室气体捕集为主要示范目标。

“梦幻21世纪”计划“梦幻21世纪”洁净煤技术长期计划，是以煤炭和电力系统洁净开发丰富的化石燃料资源为目标，形成煤制洁净燃料、化学品等技术，同时提出了地区和全球性环境问题。目前美国通过政府支持国内科研院所研发、国际项目示范合作等方式，在先进发电系统、现代煤化工以及温室气体捕集等方面储备了大量国际领先的技术。欧盟的煤炭利用10年来，欧盟煤炭消费总体呈下降趋势。2010年，煤炭消费较2000年降低14.3%，在能源结构中的比重降低了2.7个百分点，到15.6%，仍是欧盟第三大能源；煤炭对外依存度从2000年的31.4%提高到2010年的40.5%。欧盟煤炭生产规模的降低和对外依存度的提高主要由于煤炭生产成本上升、政府补贴降低和环保标准的提高。煤矿有步骤的关闭停产和先进洁净煤利用技术成为欧盟煤炭开发利用发展的方向。德国通过科研机构、高等院校以及煤炭公司和煤炭机械制造公司，加强先进实用型煤炭技术研究开发，在煤炭清洁高效利用方面取得了很大成绩，特别是煤炭气化、液化、合成甲醇和烯烃以及燃煤发电与污染物控制等先进洁净煤利用技术一直处于世界前列。2005年，英国启动“碳减排技术计划”替代“洁净煤技术计划”，目标是：使英国在碳减排技术的研发和商业化方面处于世界领先地位。2009年，英国政府宣布，新建燃煤电厂开始必须应用CCS捕集二氧化碳25%以上，2025年达到100%，才能批准。目前规划兴建了4座总装机达250万千瓦的新燃煤发电厂，将通过CCS技术捕集CO2后进行深海封存。日本的煤炭利用2010年，日本针对《能源政策基本法》进行第二次修订，强调能源安全、环境保护和高效供应是能源政策的三大基本目标，到2030年实现能源供应和消费结构的根本性转变保证经济增长。根据规划，到2030年，日本能源自给率达到36%，较目前提高近一倍，零排放电站比率提高到70%。2010年前，日本一直保持着世界第一煤炭进口国地位，其煤炭利用全部依赖进口。2010年，日本煤炭消费1.65亿吨标煤，占能源消费的24.7%。日本煤炭发展战略是通过开发煤炭清洁高效开发利用技术、实施海外煤炭资源联合开发，提高国内煤炭利用效率，保障煤炭的稳定供应。

在煤炭清洁利用方面，提出到2030年，通过研发多种高效利用技术，实现煤炭利用的零排放。以煤炭气化、直接回收二氧化碳、IGCC-燃料电池系统技术为主要手段，实现二氧化碳有效捕集和主要污染物零排放；发展以煤炭为核心的“能源-化工”新产业形态。南非的煤炭利用南非是煤炭生产和消费大国，由于历史原因，煤炭在一次能源生产构成中一直保持在95%以上，在一次能源消费中超过90%。南非93%以上的电力和37%的本地液化燃料来自煤炭。SASOL公司在政府支持下成立，先后建成一厂、二厂和三厂；利用高水、高灰劣质煤通过间接液化生产油品和化学品768万吨/年，油品占60%，化学品主要是烯烃和硬蜡；2001-2008该公司毛利润达到36%至43%。

国际火电新技术美国国内煤炭消费量的80%用于发电，因此美国非常重视先进发电系统的研究，从2001年开始实施760℃先进的超超临界燃煤机组计划；欧盟从1998年开始实施“AD700计划”；日本从2008年开始实施A-USC计划；这些计划的实施，预示着700℃超超临界发电机技术是未来火力发电技术的重要途径。循环流化床燃烧发电技术在近20年内迅猛发展，是煤清洁燃烧发电重要技术之一。从国外市场来分析，CFBC、PFBC及IGCC等洁净煤燃烧技术是有发展前途的，对环境保护和改造老电厂有利。国际上循环流化床燃烧发电的发展趋势是提高蒸汽参数，从亚临界向超临界参数发展。欧美一些石化企业还提出建立IGCC动力站，燃用厂内生产的廉价重质渣油、沥青、石油焦或乳化沥青油，既能为化工流程生产提供合成原料气，又能用于提供合成气生产所需的电能和蒸汽，使电能、热能的生产过程与化工过程有机地结合起来，使所生产的化工产品和电能的成本降低。这类装置在全世界已有数十套。我国煤炭利用的技术水平发电技术电站燃烧技术达到世界先进水平。我国从上世纪九十年代开始发展先进的燃煤发电技术，并将超临界发电和循环流化床等作为主要发展方向。经过10多年的发展，到2011年中期，国内已投运600℃、1000MW超超临界机组33台，平均供电煤耗293gce/(kW×h)，其发展速度、装机容量和机组数量均已跃居世界首位。目前我国循环流化床锅炉安装数量位居世界第一，已实现330MW及以下容量的亚临界燃煤循环流化床锅炉的工业应用及推广，世界上首台600MW燃煤超临界循环流化床锅炉也已经由东方锅炉厂完成自主设计并开始建设。

水煤浆锅炉水煤浆燃烧技术已自主开发，并投运了世界上最大容量的200Mwe级水煤浆电站锅炉。我国传统煤化工规模世界第一焦炭产量（2010）3.87亿吨，占世界60%以上；电石2010年产量1430万吨，世界第一。电石法PVC占PVC总量72%。合成氨产量5000万吨，近80%来自煤。现代煤化工技术的发展经过10年的发展建设，拥有了一批具有自主知识产权的煤化工核心技术。煤气化、煤直接液化、间接液化、煤制烯烃、煤制天然气、煤基乙二醇等均具备产业化条件，居国际领先或先进水平。煤基多联产系统正在示范之中。我国100万吨/年的煤直接液化已经完成工业示范；18万吨/年的煤间接液化已经完成工业放大试验；60万吨/年MTO已经示范成功，二代升级技术已进入示范阶段；煤制天然气工业示范正在进行；20万吨/年煤基乙二醇也处于工业示范阶段。

大气污染防治正在加强大气污染防治技技术得到广泛应用。我国超过82%的燃煤电厂锅炉安装了烟气脱硫设施（FGD），烟气脱硝设施正在电厂锅炉中迅速推广，以高效静电除尘器、袋式除尘器为代表的高效颗粒物去除设施已经在电厂锅炉、水泥窑得到广泛安装。电厂锅炉和水泥窑的大气污染物排放强度有了明显降低。2020中国能源预测国际能源署---44.5亿吨标煤；美国能源署---44.7亿吨标煤；发改委能源所和国务院发展研究中心---48.2亿吨标煤。2030中国煤炭需求量据中国工程院“中国能源中长期(2030，2050)发展战略研究”，未来十几年，我国能源需求增速将有所下降，但煤炭需求总量会稳定增长。到2030年，煤炭消费量将有可能突破40亿吨，达到40～45亿吨(峰值）。2020年中国能源消费结构预测—基于科学产能和用能煤炭57.9%水电7.4%石油14.4%可再生7.4%天然气9.0%核能3.9%六大战略转变一是煤炭生产由以需定产向根据资源、环境状况确定开采能力的科学开发方式转变。二是煤炭提质与配煤由低提质率、粗放式配煤向全面提质、对口消费方式转变。三是煤炭能源运输由长距离输煤输电独立发展向根据需求进行全面部署的优化输配方式转变。四是燃煤发电由低容量、低参数向高容量、高参数、分级转化多联产的先进燃煤技术方式转变。五是煤炭转化由主要生产低附加值传统产品向高附加值产品、并有效实施石油战略替代的新型煤化工方向转变。六是煤炭产业发展由资金和资源推动向以技术创新驱动为主的方式转变。加强煤炭科学开发--战略目标

2010年2020年2030年科学产能的比重33%60%75%采掘机械化程度60%75%90%百万吨死亡率0.50.1土地复垦率30%50%80%回采率45%50%55%发展提质加工2020年：我国商品煤洁配度分别提升为52%，动力煤入洗率达到70%；动力配煤基本实现精细化配煤，生产符合设备要求的燃料型煤消费量达到6000万t；水煤浆锅炉水煤浆用量超过1.5亿t；褐煤提质规模达到1000万t。高效低污染发电2020年我国火电装机容量为11亿千瓦，占同期全国发电机组装机总容量的65%，超(超)临界燃煤火电机组占火电装机的比重达到40%，实现燃煤火电机组供电煤耗320g/kWh；重点地区粉尘排放浓度控制20mg/Nm3,S02排放浓度控制在50mg/Nm3,NOX排放浓度控制100mg/Nm3,非重点地区粉尘排放浓度控制30mg/Nm3,S02排放浓度控制在100mg/Nm3，NOX排放浓度控制100mg/Nm3。

一台600MW700℃先进超超临界机组效率可达48%～50%。按年利用5500小时、供电煤耗252克/千瓦时计算，每年可比600℃超超临界机组（供电煤耗按288克/千瓦时计算）节约标准煤12万吨左右，可以直接减排CO2约26万吨左右。

超超临界燃煤发电技术投资少，技术成熟度高，但对环境的影响较大。IGCC技术具有十分清洁、高效的特点，但投资成本高。分级转化发电技术，结合超超临界发电技术可发展以发电为主的分级转化多联产技术，实现提高能量转换效率的同时实现多联产、污染物排放与资源化利用。加强污染治理实施“高效清洁燃烧-污染物协同控制-废物资源化”一体化的火电行业污染控制技术路线。发展超超临界、循环流化床、热电联产、空冷等高效火电机组；提高机组的发电效率，持续降低供电煤耗。积极开发专用的多污染物协同控制技术，如采用低温SCR的联合脱硫脱硝脱汞技术、活性焦脱硫脱硝脱汞技术等，以及超细粉尘、汞、CO2专用控制技术。富氧燃烧技术采用纯氧代替空气进行助燃的O2/CO2循环燃烧方式，是一种既能直接获得高浓度CO2，又能综合控制燃煤污染排放的新一代技术，也是煤燃烧与气化过程碳捕获、利用与封存（CCUS）领域重要技术之一。常压富氧燃烧与加压富氧燃烧为其主要技术方向，其重点是针对煤粉锅炉，其次是循环流化床，而工业锅炉和工业窑炉的富氧燃烧技术的目前重点在于高效节能。燃煤工业锅炉的污染排放应该主要走清洁能源替代，至少是清洁煤燃烧的前端控制，以及依靠大型化、提高热效率、采用先进工艺的过程控制为主的技术路线。末端控制技术应采用多种污染物协同控制而不是一体化的同时控制技术。副产品回收利用技术主要针对脱硫副产品。燃煤工业锅炉及炉窑量大面广，大部分单台污染物排放量少、排放高度低、烟气排放温度低，存在污染物末端控制装置效率低、成本高的问题，尤其是目前国内外尚未成功开发低温SCR脱硝装置，氮氧化物去除效率不高。

污染控制重点地区今后较长的一段历史时期内，应对污染负荷大，环境脆弱的“三区九群”（京津冀区域、长三角区域和珠三角区域，辽宁中部、山东半岛、武汉及其周边、长株潭、成渝、海峡西岸、陕西关中、山西中北部、新疆乌鲁木齐城市群）地区实施煤炭总量控制和多污染物联防联控。

有序发展煤化工从能源安全和石油替代战略以及煤炭工业可持续发展的角度，大力推动