綠色煤炭是中國確保能源供應(yīng)和減少碳排放的必由之路，如何在能源消耗與碳排放上找到平衡，實(shí)現(xiàn)綠色煤炭有哪些路徑？

煤炭是我國的主要能源，在我國化石能源資源結(jié)構(gòu)中居主導(dǎo)地位。2010年，我國一次能源生產(chǎn)總量29.9億tce，煤炭產(chǎn)量約占77.4%；能源消費(fèi)總量32.5億tce，煤炭消費(fèi)約占68.6%。過去10年，煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)分別占我國一次能源的比例一直居高不下。

2010年，我國煤炭產(chǎn)量達(dá)32.4億t，比2009年增長8.9%。2000年我國煤炭消費(fèi)總量達(dá)14.1億t，2010年達(dá)31.2億t，10年間增長了約121.28%。

傳統(tǒng)煤炭利用方式能源效率低，污染物治理技術(shù)有待提高，造成煤炭資源巨大浪費(fèi)和生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重污染，制約煤炭能源的健康及可持續(xù)發(fā)展。

近年來，我國污染防治工作穩(wěn)步推進(jìn)，成效明顯，但污染物排放總量仍較大。2009年，我國SO2排放量總量2214.4萬t，比上年下降4.6%，NOx排放總量超過2000萬t，煙塵排放總量847.2萬t，比上年下降6.0%。這些污染物的70%～80%來自于煤炭的直接燃燒。中國CO2排放量60億t以上，約占世界排放總量的20%左右，其中，煤炭利用占82%。

煤炭作為我國未來相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)的能源主要提供者，不得不用。傳統(tǒng)煤炭利用方式能源效率低，污染物治理技術(shù)有待提高，造成煤炭資源浪費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境問題，制約煤炭能源的可持續(xù)發(fā)展。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，如果不采取積極的措施實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔高效利用，我國煤炭的需求量還將快速增長。據(jù)IEA預(yù)測，2020年我國CO2排放量將占全球29%，其它污染物排放也將持續(xù)增長，面臨巨大的能源環(huán)境壓力。

在全球共同應(yīng)對氣候變化問題的國際形勢下，碳減排成為世界矚目的焦點(diǎn)，氣候變化和低碳經(jīng)濟(jì)成為國內(nèi)外煤炭利用技術(shù)發(fā)展過程中必須考慮的重要因素，也是節(jié)能和調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的重要原因。2009年11月，中國正式對外宣布，2020年單位GDP的CO2排放量比2005年下降40%～45%。

因此，未來煤炭利用必須進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)清潔化。通過發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，提高煤炭利用效率，有效節(jié)約煤炭資源，少排放或者不排放SO2、NOx、煙塵等傳統(tǒng)污染物以及CO2等溫室氣體，達(dá)到煤炭的清潔化利用，可以緩減或解決對環(huán)境的污染和破壞，是實(shí)現(xiàn)我國節(jié)能減排目標(biāo)、改善環(huán)境、保障能源安全、積極應(yīng)對國際氣候變化的重要舉措。

“綠煤”路徑

目前，中國潔凈煤技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)主要包括煤炭提質(zhì)加工、高效潔凈發(fā)電、清潔轉(zhuǎn)化利用及工業(yè)鍋爐等方面。

通過煤炭提質(zhì)加工，為用戶提供質(zhì)量合格、穩(wěn)定的商品煤，可提高煤炭后續(xù)利用的效率、有效節(jié)約煤炭資源、減少無效運(yùn)輸、降低污染。

煤炭洗選可提高煤炭利用效率，節(jié)約能源，減少污染。研究表明，發(fā)電用煤灰分每降低1%，發(fā)熱量增加200~360J/g，發(fā)電標(biāo)煤耗下降2~5g/kWh；工業(yè)鍋爐和窯爐燃用洗選煤，熱效率可提高3%~8%。同時(shí)，由于煤炭質(zhì)量的提高，可有效降低煙塵、SO2和NOx排放量，減少運(yùn)輸能力浪費(fèi)，同時(shí)還可減少汽、柴油等發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的消耗，降低運(yùn)輸費(fèi)用和煤炭價(jià)格。

近幾年我國原煤入選率提高較快。2009年全國原煤入洗量為14億t，入洗率達(dá)45.9%。選煤廠向大型化方向發(fā)展。建成千萬噸級(jí)選煤廠15座，最大規(guī)模達(dá)到35Mt/a，進(jìn)入世界先進(jìn)水平行列。模塊化選煤廠快速發(fā)展，全國已投產(chǎn)和在建模塊選煤廠110余座。高效的重介質(zhì)選煤發(fā)展很快，在選煤工藝中所占比例已上升至45%左右，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。節(jié)水型選煤技術(shù)得到完善、提高并推廣應(yīng)用，細(xì)粒煤分選和脫水技術(shù)有較大進(jìn)展。

受我國整體工業(yè)發(fā)展水平的限制，我國大型選煤設(shè)備的制造能力和可靠性有待提高；一些大型振動(dòng)篩、大型離心脫水機(jī)、大型重介質(zhì)分選機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備仍需進(jìn)口。新型干法和節(jié)水型選煤技術(shù)還需完善。

“綠煤”的另一種路徑是水煤漿。國內(nèi)水煤漿的生產(chǎn)能力發(fā)展很快，自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的水平也有了顯著提高。2005年國內(nèi)第一條年產(chǎn)50萬t水煤漿成套生產(chǎn)線在廣東建成投產(chǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2010年底，全國各類制漿廠(燃料用)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力已突破5000萬t/年，生產(chǎn)和使用量已達(dá)到3000萬t/年。隨著水煤漿應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，制漿用煤正在從價(jià)高、量少、易成漿的中等變質(zhì)程度的煙煤向較難成漿的低煤階煙煤擴(kuò)展。國家水煤漿工程技術(shù)研究中心成功開發(fā)的“低階煤高濃度制漿技術(shù)”使制漿濃度提高3%～5%。

隨著近幾年國際油價(jià)的持續(xù)上漲以及國內(nèi)環(huán)保意識(shí)的逐步加強(qiáng)，節(jié)能、環(huán)保的水煤漿在我國得到迅速的推廣應(yīng)用。由于國家政策、鍋爐效率等方面的原因，水煤漿的利用應(yīng)集中在中、小型工業(yè)鍋爐及窯爐上。

水煤漿在推廣應(yīng)用過程中存在的主要問題是缺乏適合目前市場需求的水煤漿國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《水煤漿技術(shù)條件》GB/T18855—2008為非強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行情況不佳，而且某些數(shù)值已不適應(yīng)制漿用煤及工藝技術(shù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，也無法適應(yīng)當(dāng)前環(huán)保需要。同時(shí)水煤漿鍋爐的設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行必須遵守一定的規(guī)范，才能達(dá)到較高的熱效率和較低的排放水平。

另一方面，動(dòng)力配煤可以充分利用各種煤炭資源，結(jié)合動(dòng)力煤用戶對煤質(zhì)要求確定動(dòng)力煤煤質(zhì)評價(jià)指標(biāo)。電廠鍋爐、工業(yè)鍋爐及窯爐采用動(dòng)力配煤后，實(shí)現(xiàn)了供煤質(zhì)量穩(wěn)定且符合設(shè)計(jì)要求，燃燒時(shí)可提高效率，節(jié)約燃料費(fèi)用，減少SO2和TSP排放量，有很好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。

我國已經(jīng)在棗莊、連云港等城市建成300萬t/a動(dòng)力配煤工程，提供的配煤產(chǎn)品性能穩(wěn)定，發(fā)熱量、揮發(fā)分、水分、硫分及灰分煤質(zhì)指標(biāo)等可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

另外，型煤也能夠節(jié)約能源，促使煤炭變綠。型煤主要有鍋爐型煤、氣化型煤、窯爐型煤等產(chǎn)品，型煤用量達(dá)到4000萬t/年以上。型煤技術(shù)較成熟，工藝較簡單，型煤生產(chǎn)的投資和運(yùn)行成本比較低。燃用型煤可代替散煤和塊煤，節(jié)煤在10%以上，可減少煙塵排放量，在配入脫硫劑后，還能脫除燃煤煙氣中的二氧化硫。減排、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益都很顯著。但在推廣應(yīng)用中由于缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，型煤產(chǎn)品質(zhì)量難以保障。

清潔煤發(fā)電

燃煤發(fā)電是我國煤炭的主要利用方向，從2000年以來發(fā)電用煤逐年增長，由5.58億t增長到2008年的13.4億t，發(fā)電用煤占煤炭消費(fèi)總量的比重也由2000年的42%上升到近年來的50%左右。

煤電是我國電力供應(yīng)的主導(dǎo)，在我國電力結(jié)構(gòu)中的比重一直占80%左右，2009年，我國電力裝機(jī)總?cè)萘繛?.74億kW，年發(fā)電總量為3.68萬億kWh。其中，火電發(fā)電量為3.01萬億kWh，占80.3%。

近年，我國燃煤發(fā)電的效率逐年增加，但仍比國際先進(jìn)水平低，NOx和CO2排放造成的環(huán)境問題依然比較突出。因此，提高能效，減少污染物排放，特別是減少CO2的排放是煤炭高效潔凈發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主要方向。

煤炭高效清潔發(fā)電主要通過提高發(fā)電效率，減少煤炭消耗，減少污染物排放和溫室氣體排放，也包括減少污染物排放的脫硫和脫氮等后處理技術(shù)。[page]

超臨界火電技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入推廣應(yīng)用階段，具有機(jī)組容量大、發(fā)電效率高和環(huán)保性能好等特點(diǎn)。我國已擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的60萬kW超臨界機(jī)組。2008年，60萬kW級(jí)超臨界濕冷機(jī)組的供電煤耗為315.14gce/kWh，最低可達(dá)299.77gce/kWh。2008年華能上安電廠的60萬kW超臨界直接空冷機(jī)組投產(chǎn)，節(jié)水率達(dá)75%～85%。截至2009年底，全國已投運(yùn)的100萬kW超臨界機(jī)組達(dá)21臺(tái)。

超超臨界發(fā)電技術(shù)是在超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高主蒸汽的溫度和(或)壓力等級(jí)來不斷提高發(fā)電效率。以2006年華能玉環(huán)電廠100萬kW等級(jí)超超臨界機(jī)組投產(chǎn)為代表，我國開始擁有100萬kW超超臨界機(jī)組。截至2009年底，全國已投產(chǎn)運(yùn)行的100萬kW機(jī)組達(dá)到16臺(tái)，還有14臺(tái)百萬千瓦超超臨界機(jī)組新開工或續(xù)建。60萬kW級(jí)超超臨界機(jī)組的供電煤耗為300.18gce/kWh(統(tǒng)計(jì)9臺(tái)機(jī)組的平均值)，最低可達(dá)到293.10gce/kWh。

目前，超(超)臨界機(jī)組目前存在材料及裝備研制不足、大型機(jī)組工程化經(jīng)驗(yàn)不足等問題。

循環(huán)硫化床鍋爐(CFB)技術(shù)適于劣質(zhì)煤和其它低熱值燃料燃燒，并可進(jìn)行爐內(nèi)脫硫，在國內(nèi)外得到推廣應(yīng)用。CFB燃燒效率一般可達(dá)97%~98%，鍋爐效率與煤粉鍋爐的相當(dāng)，脫硫效率可達(dá)90%以上。

我國是世界上亞臨界循環(huán)流化床鍋爐裝機(jī)容量最多的國家，哈爾濱鍋爐有限公司和東方鍋爐有限公司已能自主開發(fā)300MW級(jí)電廠。600MW以上大型超臨界循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)處于研發(fā)階段。

我國循環(huán)硫化床鍋爐存在可用率較低、供電效率低、國產(chǎn)大型化裝備研發(fā)制造不足、部分企業(yè)并未發(fā)揮循環(huán)流化床機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn)等問題。

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電技術(shù)處于工業(yè)示范階段，具有熱效率高、環(huán)保性能好、原料適應(yīng)性廣、節(jié)水和調(diào)峰能力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，全世界約有18座IGCC電站運(yùn)行，包括在建項(xiàng)目共有近30座IGCC示范電站，總裝機(jī)容量約8000MW。目前，我國也在籌建多座IGCC示范電站。

煙氣脫硫技術(shù)也是清潔煤發(fā)電的重要技術(shù)之一，該技術(shù)成熟，分為濕法、半干法和干法。濕法技術(shù)最為成熟，脫硫率最高可達(dá)90%以上，但投資較高、占地面積大，其中石灰石-石膏法(脫硫率>95%)應(yīng)用最為廣泛，占世界市場份額的90%。半干法技術(shù)脫硫率80%以上，我國也引進(jìn)了多套裝置。干法技術(shù)在我國已完成工業(yè)示范，進(jìn)入推廣階段。2009年我國脫硫機(jī)組容量占火電裝機(jī)容量的71%~72%(美國僅為47%)，其中91%安裝的是世界上應(yīng)用最為廣泛的石灰石-石膏法。

我國正處于選擇性催化還原法(SCR)煙氣脫銷項(xiàng)目示范階段，新建脫硝裝置中SCR工藝占70%以上。選擇性非催化還原法(SNCR)在國內(nèi)處于工業(yè)示范階段，規(guī)模可配600MW級(jí)機(jī)組。

未來求解

以綠色煤炭為導(dǎo)向的高效潔凈利用在中國有非常好的發(fā)展前景，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能和保護(hù)環(huán)境，而且未來市場潛力巨大，其途徑主要有以下幾個(gè)方面。

首先，發(fā)展煤炭提質(zhì)加工，提高用煤質(zhì)量。通過煤炭提質(zhì)加工，為用戶提供質(zhì)量合格、穩(wěn)定的商品煤，可提高煤炭后續(xù)利用的效率、有效節(jié)約煤炭資源、減少無效運(yùn)輸、降低污染。

今后將逐步提高煤炭洗選加工比例，2020年將達(dá)到70%，使低質(zhì)煤及褐煤提質(zhì)加工技術(shù)得到規(guī)模化應(yīng)用，長遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)是煤炭提質(zhì)加工比例達(dá)到90%以上，大幅度提高煤炭質(zhì)量。

其次，推進(jìn)燃煤發(fā)電和工業(yè)鍋爐清潔化發(fā)展。在燃煤發(fā)電方面，積極發(fā)展超(超)臨界發(fā)電技術(shù)和先進(jìn)的煙氣脫硫脫氮技術(shù)。今后新增裝機(jī)容量中均為超(超)臨界發(fā)電技術(shù)；現(xiàn)有落后的燃煤發(fā)電技術(shù)由先進(jìn)的超臨界技術(shù)和煙氣凈化技術(shù)替代。到2020年末，超(超)臨界機(jī)組占燃煤發(fā)電機(jī)組的40%以上，循環(huán)流化床占8%左右。

在燃煤工業(yè)鍋爐方面，小型燃煤鍋爐可采用清潔燃料替代，積極推行熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱，同時(shí)要加強(qiáng)先進(jìn)燃煤工業(yè)鍋爐技術(shù)的應(yīng)用和鍋爐改造工作。到2020年，鍋爐總體熱效率提高到70%以上。

再次，科學(xué)有序、多元化發(fā)展煤制清潔燃料及化工。煤炭化工轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中要以資源合理利用、技術(shù)進(jìn)步、環(huán)境保護(hù)為原則；同時(shí)注重下游產(chǎn)品的開發(fā)和示范。

對于煤制醇醚等成熟煤化工技術(shù)，繼續(xù)加大結(jié)構(gòu)調(diào)整，淘汰落后裝置，在路線、技術(shù)方面提升改造力度，加強(qiáng)市場協(xié)調(diào)和監(jiān)管，促進(jìn)能源綜合利用效率和污染物治理水平有較大提高。煤制烯烴、煤制油、煤制天然氣等現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目處于產(chǎn)業(yè)化示范工程建設(shè)和試運(yùn)行階段，由于投資高，風(fēng)險(xiǎn)大，需要在示范工程投產(chǎn)后，穩(wěn)定運(yùn)行一個(gè)時(shí)期，進(jìn)行全面總結(jié)，評價(jià)技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性、確定資源消耗指標(biāo)、考核經(jīng)濟(jì)效益。綜合來看，由于市場需求的多元化、技術(shù)成熟程度不同、能源效率不同、替代油氣效果不同，煤制清潔燃料和化工品應(yīng)多元化、階段化發(fā)展。

最后，加強(qiáng)IGCC、CCS和煤基多聯(lián)產(chǎn)的研發(fā)、示范和應(yīng)用。IGCC、CCS和煤基多聯(lián)產(chǎn)是未來解決我國能源、環(huán)境、液體燃料短缺等問題的重點(diǎn)戰(zhàn)略方向，能使煤炭利用過程對環(huán)境更加友好，將對環(huán)境的不良影響降到最低，有效應(yīng)對日益嚴(yán)格的碳減排壓力和環(huán)境保護(hù)壓力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。但目前技術(shù)還處于研究和示范階段，應(yīng)積極加強(qiáng)相關(guān)研發(fā)、示范和推廣應(yīng)用工作，做好技術(shù)和市場培育。