低碳经济之洁净煤技术篇

低碳经济之洁净煤技术篇

内容提纲

1) 中国发展洁净煤技术的必要性：

能源是推动人类文明前进和国民经济的发展的基础

 中国能源分布的特点

 煤炭在我国能源安全方面的战略地位

 煤炭开采与环境

2) 世界洁净煤技术的发展

3) 中国洁净煤技术的内涵

 煤炭加工提质处理

 高效洁净燃烧技术

 煤炭的化学转化技术

 煤开发利用过程中的污染控制技术

1. 能源与人类文明的发展

能源点燃了人类的文明，并推动它由原始的荒蛮演化到今天的繁荣。

2. 中国能源分布特点

 富煤、贫油、少气，西多东少分布与经济发展及能源需求不平衡。

 风能、太阳能虽然有较大发展，但技术难度大。

3. 煤炭在我国能源安全方面的战略地位

1980s 中国是除OPEC之外的最大石油输出国，1990煤产量跃居世界第一； 1993年中国成为石油净进口国， 1997年中国成为能源净进口国；

2003年能源进口依赖 6%，石油进口依赖超50%，超越日本成为第二大石油消费国。 世界第一大能源消耗国家，占全球能源消耗的1/3

2005年我国石油进口已达到1.36亿吨，对外依存度达到43%。

2008年石油消费3.65亿吨，进口1.79亿吨，50%

2010年我国的石油总需求4.05亿吨，石油进口达到2亿吨，对国外石油的依存度达到50%，

 2020年，按此发展趋势，对国外石油的依存度将上升到60％以上。

战略安全

 90年代中国掘起对世界能源格局的威胁

 世界发达国家对中国能源安全的威胁

 中国能源战略储备的不足

 石油属于战略物资，关系到国家安全，而我国又是石油资源相对缺乏的国家，为了减少对进口石油的依赖，我国正在实施油气进口多通道、能源形式多元化的战略政策。

 其中多通道已基本实现，发展煤化工技术是实施国家能源多元化对策。

破解马六甲困局增辟“必油”之路

 目前中国进口原油主要来自中东地区和非洲的苏丹、安哥拉等国，无论海上运输航      

线如何布阵，马六甲海峡都是必经之地，每天从马六甲海峡穿过十艘船中就有6 艘

是中国船只。一旦马六甲出现非常事态，中国能源供应将受到严重影响。为破解“马

六甲困局”，中国已启动中缅油气管线建设，而中巴铁路将成为替代马六甲海峡的

又一能源通道。

 中石油预计到2020年，中国石油消费总量将达到6亿吨左右，天然气消费量将达

到2500至3000亿立方米。马六甲海峡的运输“瓶颈”和不稳定因素对原油依存度越

来越高的中国来说，无疑是一个很大的能源安全隐患。有鉴于此，近年来中国已把

与周边国家和油源国之间建立良好关系作为外交的重要内容，并多头并举构建六大

能源通道 .

中国能源安全布局

我国油气进口正逐步呈现出东北、西北、西南和海上四大战略通道的格局，基本实现了我国

油气的多渠道进口，煤化工的发展将进一步带动能源形式多元化的发展,对保障我国能源安

全具有重要意义。

 西北部的中哈石油管道、中亚天然气管道及西气东输二线：2006年油\气开始输入来自

哈萨克斯坦的油气资源及土库曼斯坦的天然气将通过此通道从新疆阿拉山口进入中国

东北部的中俄原油管道：

 俄罗斯的石油经俄边境加林达站穿越黑龙江省、内蒙古自治区,最终到达大庆。

 西南部的中缅石油/天然气双线管道：

 来自缅甸、中东及非洲的油气资源将通过此管道送至云南省。

 我国油气进口正逐步呈现出东北、西北、西南和海上四大战略通道的格局，这对实现我

国油气进口多元化，保障我国能源安全具有重要意义。

中国开展洁净煤技术的必要性

 中国能源结构 的特点是“煤炭丰富，贫油少气”

 煤炭资源是保证我国经济高速持续发展的支柱>2/3

 能源安全性考虑

 环境污染的压力

 与发达国家相比，煤炭利用效率更低

4. 煤炭开发与环境

 中国洁净煤技术计划框架涉及四个领域，十四项技术

 煤炭加工煤炭洗选、型煤、水煤浆；

 煤炭高效洁净燃烧 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、燃料电池；

 煤炭化学转化 煤炭气化、煤炭液化、；

 污染排放控制与废弃物处理 l

 烟气净化、电厂粉煤灰综合利用、煤层甲烷的开发利用、煤矸石和煤泥水的综合利用、

工业锅炉和窑炉。

煤炭利用过程中的副效应

 煤炭在三种化石燃料中是最脏的

 硫——SOX H2S

 氮——NOX NH3

 烟气——CO2

 灰分——固体悬浮物

 煤炭资源的利用效率也是最低的（10%）

 回采率——40%

 加工率——80%

 热效率——30%

煤炭利用与生态环境恶化

 大气中的主要污染物所排放的污染物 ： 粉尘 SO2 NOX CO CO2

 在总量排放中所占份额 ： 60% 87% 67% 71% 85%

 在用于燃料燃烧总排放中所占份额 ： 99% 93% 87% 87%

我国是全球三大酸雨区之一。

 大气污染及酸沉降污染已经对我国的自然资源、生态系统、材料、能见度和公众健康构

成了威胁，在一定程度上制约了经济的发展。有关研究对我国1995年二氧化硫排放所

造成损失的估算表明：

 1995年对农作物、人体和森林影响所造成的经济损失分别为218亿元、172亿元和776

亿元，共计约为1165亿元，约占当年全国国民生产总值的2.0%；每吨二氧化硫的经济

损失约合7915元；这一估算没有考虑对水体以及对材料、建筑物腐蚀的影响。

中国酸雨控制区分布

 我国酸雨主要出现在长江以南广大地区，酸雨的面积已超过国土面积的 30%。pH

年均值低于5.6 的区域主要在长江以南、西藏以东；长江以北主要是西部四川盆地，

此外，东部沿 海地区也是酸雨区。

 南方城市中仅有14.6%的城市年均pH值在5.6以上。一次降水pH低于3.2的城市

有梧州、长沙、南宁、南昌、怀化，降水pH值低于4.0的城市有30个，占统计城

市数的41%左右。

 酸雨出现频率大于90%的城市有赣州、长沙、南充，大于80%的城市有宜宾、怀

化，大于75%的有重庆、梧州、南昌、泸州、杭州。

5. 洁净煤技术与低碳经济

洁净煤技术的构成

煤炭洗选属于煤的燃前净化技术，从源头上对煤中污染物进行控制又叫煤炭处理（coal

preparation)或煤炭精选（coal benefaction)

两个目的：

脱灰 将煤中灰分 物质分离出来

 降低煤在燃烧或转化过程中灰分含量，提高煤炭质量

 提高转化效率，减少固体颗粒物的污染；

 增加运装效率，降低单位能量的运输费用

K 煤炭运输占我国铁路运力40%，公路货运量的

25%，水路贷运量的20%

脱硫

 降低煤中硫分含量，从而减少SO2的排放；

 虽不能达到硫排放完全控制，但为燃后脱硫达标减轻负担

煤炭洗选技术的分类

物理净化技术

 重选

K 跳汰、摇床、重介质

 磁选

 电选

化学净化技术

 浮游选煤

 化学脱脱、脱灰——超精煤制备

微生物净化技术

 细菌脱硫

按分选条件不同，重介质选煤可分为2大类：

在重力场中分选：重力场分选主要用于选块煤（大于是13mm）

，在介

质分选机内实现分选。

在离心力场中分选：离心场分选多采用重介质旋流器实现末煤分选

根据分散介质相的不同又可分为：

干法 ： 分散介质；空气

湿法：分散介质；水或溶液

炼焦工业洁净煤技术：

当前，中国炼焦工业技术已进入世界先进行列，新建的大部分是技术先进、配套设施完善的

大型焦炉，炭化室高6米的大容积焦炉已实现国产化，2004年机械化焦炉生产的焦炭约占

焦炭总产量的70%；干熄焦、地面除尘站等环保技术已进入实用化阶段；化学产品回收能

力加强；改造装备简陋、落后的小型焦炉，淘汰土焦及改良焦炉的进展加快。注重煤焦油化

学产品，集中深加工和增强焦炉煤气的有效利用，是焦化工业综合发展、提升竞争能力的重

要方向。对布局较为集中的大型炼焦企业，应在焦油深加工、剩余煤气的利用方面统筹规划，

以实现规模化生产和高效、经济生产。

中国焦炭产量：

1.77亿吨/年，占世界产量46％；

焦炭市场：冶金－75％，机械、化工等，出口1470万吨（2003年），占世界贸易量

57%

炼焦技术：世界先进行列，大型化，环保，产品质量，化工产品，

机械化技术

技术发展：原料分析、质量控制、化工产品、 产量、生产能力快速增长。

气化是煤炭最洁净最灵活的高效利用方式

高效 ： 与煤直接燃烧相比，煤气的能量转化效率要高很多

洁净 ： 灰渣及大气污染也得到了有效控制

灵活 ： 在电力生产、城市供暖、燃料电池、液体燃料和化工原料合成等方面有着广泛的

应用

安全 ： 合成液体燃料，替代石油 ，保障国家能源安全

6. 中国洁净煤技术的发展概况

选煤技术

 选煤是提高商品煤质量的主要手段，煤炭经洗选后可提高燃烧效率减少污染物排

放。

 国外简况 跳汰、重介、浮选等传统的选煤方法经过研究改进，向着大型、高

效、自动化发展。近几年，美国、日本、德国及澳大利亚等国对煤炭的深度降灰脱硫开展了大量工作，如微细磁铁矿重介旋流器、静电选、高梯度磁选、浮选柱、油团选、选择性絮凝等。美国在微泡浮选柱和油团选方面已投入工业应用。在化学选煤和微生物脱硫方面，美国、澳大利亚、日本也取得进展，但大多处于研究开发阶段。

 国内概况 1998年末在籍选煤厂1581座，选煤能力494.33Mt,入选量327.63Mt,

入选率25.66％。最大炼焦煤选厂设计能力400万t/a，最大动力煤选厂设计能力1900万t/a。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。

 无压重介质旋流器（3NWX1200/850）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

型煤

 国外简况 国外型煤产量六十年代达到高峰，随着发达国家逐渐利用油、气、电

作为能源，型煤耗量不断减少。蒙古、韩国等重视蜂窝煤的发展，目前韩国年产民用蜂窝煤近2000万t。工业型煤国外有许多成熟技术，如德、英、日、韩、俄等国。目前发展趋势为：设备大型化，开发新粘结剂（改质沥青、高分子聚合物、工业废弃物、无机物等）与高压成型设备。

 国内概况 我国民用型煤技术处于国际领先水平，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。

 开发防水、免烘干粘结剂取得了进展，煤炭行业组织的“晋城无烟粉煤制气化用工

业型煤技术的研究”正在进行中。

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。

 国外简况 欧美等发达国家水煤浆技术已进入商业化阶段。美国建成440km、运量

约5Mt/a的输煤管线，供2×750MW机组；意大利50万t/a制浆厂供电站燃烧；日本50万t/a水煤浆厂经11km管道运输供600MW机组；俄罗斯建成5Mt/a的制浆厂，经250km管道运输供6×200MW瓦的电站使用。

 国内概况 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；燕山石化拟以水煤浆代油作为电站锅炉

燃料，97年进行可行性研究，拟于99年建成200t/h水煤浆厂。

循环流化床

 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，

是重要的洁净燃烧技术。

 国外简况 CFBC技术在发达国家得到大力开发，技术成熟，正向大型化发展。

按技术特点分为以下几个技术流派：以Lurgi公司为代表的带有外置换热床采用热旋风分离器的循环床；以德国B&W公司为代表的塔式布置中温旋风分离循环床技术；美国福斯特惠勒公司发展的汽冷旋风筒分离器带有INTREX副床的循环床技术等。

 国内情况 我国于九十年代引进消化，目前在坑口电站及新建的大型电站中已

广泛应用

 1997年，通过鉴定或工程验收的有：清华大学、四川锅炉厂承担的四川湔江水泥

厂75t/h循环流化床锅炉完善化工程；中科院工程热物理所分别与杭州锅炉厂、济南锅炉厂、无锡锅炉厂联合承担的75t/h循环流化床锅炉完善化或研究制造。 增压流化床

 国外简况 增压流化床发电技术由于实现了联合循环，发电效率高于CFBC发电技

术。目前瑞典、日本、美国、西班牙等国家都运行着ABB公司生产的单机容量最大的增压流化床联合循环（PFBC－CC）发电机组P200型（80MW）；P800型（350MW）PFBC－CC发电机组正在日本安装之中，发电效率可望达到42％左右。美国BABCOCK－WILCOX公司、日本三菱重工业公司、日立公司等亦具有设计及制造100MW级PFBC电站的能力。

 国内概况 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。

整体煤气化联合循环

 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。

 国外简况 目前IGCC发电技术正处于第二代技术的成熟阶段，燃气轮机初温达到

1288℃，单机容量可望超过400MW。世界在建、拟建的IGCC电站24座，总容量8400MW，最大单机300MW。

 国内概况 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。

煤炭气化

 国外简况 近年来，国外煤炭气化发展是以流化床、气流床为主的新一代技术。在

美国的IGCC发电项目中配套有6种（德士古、CE、Destec、KRW、U-GAS、BG/L）煤气化技术。德士古技术目前运行的单炉容量是1000～1100t/d，美国建设的示范电站单炉容量已达2660t/d；谢尔气化炉在1994年荷兰投入运行的IGCC示范电厂规模达2000t/d（253MW）；高温温克勒技术用于配合建设300MW IGCC电站。  国内概况 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

 中国矿大对煤炭地下气化技术经过多年开发，目前国内已有11个矿区开展了煤地

下气化的示范性工业实验。

煤炭液化

 国外简况 70年代以来，美、欧、日等进行了大量煤炭直接液化研究开发出多种工

艺，规模从实验室小试到每天数百吨级的中试。1996年7月在日本鹿岛建成并投入运行150t/d NEDOL工艺中试厂，80年代美国建设了600t/d H-COAL工艺装置等。南非于90年代前利用F-T合成工艺建成的煤间接液化工厂总能力达到耗煤4200万t/a，生产汽油、柴油及其它化工产品，总量达1700万t/a。

 国内概况 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。

燃料电池

 燃料电池是一种不经过燃烧而以电化学反应方式将燃料的化学能直接变为电

能的发电装置，可以用天然气、石油液化气、煤气等作为燃料，能量转化效率高、环境效果好。按电解质种类分为磷酸型、熔融碳酸盐型、固体聚合物型、固体氧化物型、碱性型5种类型。

 国外简况 美、日、加、欧洲等注重投入发展燃料电池，在国防、航天、汽车、

医院、工厂、居民区等方面已进入商业化。

 国内概况 我国燃料电池的研究主要是配合航天技术的发展，以碱性型为主。

天津电源研究所、中科院大连化物所、武汉大学等研制的有航天用、水下用燃料电池。国内研究大多处于实验室阶段。

烟气净化技术

 烟气净化技术可分为除尘、脱硫、脱硝3类。

 国外简况 欧洲、美国、日本电站锅炉均配有静电除尘器和布袋除尘器，除尘效

率在99.9％以上；烟气脱硫技术在这些国家及泰国、韩国等大量实现工业应用，主要技术分为湿法、半干法、干法，湿法占80％左右，脱硫效率达80％以上。  近期日本新开发出组合烟囱型简易湿式脱硫装置、卧式小型脱硫装置、简易石

灰石--石膏脱硫装置(可同时脱硫、除尘) ；美国研制成功高效烟气脱硫洗涤器及高利用率新型吸附剂；美国ALANCO环境公司开发研制了荷电干式喷射脱硫法；ABB公司开发了近海燃煤电厂海水烟气脱硫技术。

 烟气脱硝技术有选择催化还原法、非催化还原法及吸附法等，商业应用较少。