張 燦,周志恩,楊三明

(重慶市環(huán)境監(jiān)測中心(院),重慶 401147)

推行潔凈煤技術(shù) 促進(jìn)重慶市節(jié)能減排

張 燦,周志恩,楊三明

(重慶市環(huán)境監(jiān)測中心(院),重慶 401147)

介紹了我國潔凈煤技術(shù)及其環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益,根據(jù)重慶市能源消耗特點,分析了推行潔凈煤技術(shù)對重慶市大氣污染物減排的貢獻(xiàn),并針對重慶市實際情況,建議從鼓勵煤炭洗選和配煤、在鄉(xiāng)鎮(zhèn)推廣型煤、開展對外能源合作等方面推進(jìn)節(jié)能減排。

潔凈煤技術(shù);節(jié)能減排;重慶

Abstract:Clean coal technology with its environmental and economic benefits are introduced in China.According to the actual characteristics of Chongqing energy consumption,the contribution of clean coal technology for reducing air pollutantsemissions in Chongqing isanalyzed.It is suggested that coalwashing,selection and blending,coal briquette p romotion in the down town,and energy cooperation with other areas are needed to promote energy-saving and emission reduction in Chongqing.

Key words:clean coal technology;energy-saving and emission reduction;Chongqing

節(jié)能減排是中國可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措,是貫徹科學(xué)發(fā)展觀,建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會的必然選擇。根據(jù)國家“十一五”期間減排要求,到2010年末,重慶市 SO2要在2005年的基礎(chǔ)上需削減10萬t以上。重慶市一次能源資源主要是煤炭、天然氣和水電為主,沒有石油資源,近10年來,煤炭在能源消費總量中仍占到65%左右[1],而世界能源消費結(jié)構(gòu)中,煤炭比重僅為30%左右。燃煤產(chǎn)生SO2是突出的環(huán)境問題,占重慶市SO2總排放總量的95%以上。“十一五”期間,重慶市將從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、煙氣脫硫工程治理和強(qiáng)化排放監(jiān)督三個主要方面著手,強(qiáng)力推進(jìn)SO2總量減排工作,但這些措施的減排量畢竟有限,重慶的發(fā)展正處于高耗能階段,能源需求猛增,而且以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)近幾年不會發(fā)生變化,我國優(yōu)質(zhì)煤炭數(shù)量相對偏小,南方煤炭硫份普遍偏高,高硫煤主要集中在西南和中南地區(qū)[2]。因此,面對新形勢下發(fā)展和減排的矛盾,重慶市未來幾年的減排形勢將更加嚴(yán)峻。

1985年,為了解決美國和加拿大邊境的酸雨問題,美國學(xué)者提出潔凈煤技術(shù)(clean coal technology,CCT)。潔凈煤技術(shù)是指在煤炭開發(fā)和利用過程中,旨在減少污染和提高效率的煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)化和污染控制等一系列新技術(shù)的總稱,是使煤作為一種能源應(yīng)達(dá)到最大限度潛能的利用而釋放的污染控制在最低水平,達(dá)到煤的高效、潔凈利用的目的的技術(shù)[3]。世界能源委員會的一份研究報告認(rèn)為,對于主要煤炭消費國來說,今后幾十年內(nèi),從煤炭中提取的合成氣體、液體和氫將是重要的長期能源供應(yīng)來源,到2030年,全球約72%的發(fā)電將使用潔凈煤技術(shù)?！吨袊鴿崈裘杭夹g(shù)“九五”計劃和2010年發(fā)展綱要》把潔凈煤技術(shù)規(guī)定為煤炭加工、高效潔凈燃燒和發(fā)電、煤轉(zhuǎn)化、污染排放控制及廢棄物處理四個領(lǐng)域,涵蓋了煤使用的全過程[4],具體見表1。

為推進(jìn)節(jié)能降耗和污染減排工作,我國在2009年1月1日起施行了《中華人民共和國循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》,其中明確規(guī)定了電力、石油加工、化工、鋼鐵、有色金屬和建材等企業(yè),必須在國家規(guī)定的范圍和期限內(nèi),以潔凈煤、石油焦、天然氣等清潔能源替代燃料油。

表1 我國的潔凈煤技術(shù)領(lǐng)域

1 重慶市煤炭資源概況

重慶市累計查明煤炭資源儲量30億t以上,保有資源儲量24.16億t,遠(yuǎn)景預(yù)測儲量近100億t。重慶煤炭供需基本平衡,但優(yōu)質(zhì)煤相對短缺,需從市外調(diào)運,每年從外地調(diào)運的煤炭僅占總煤炭需求量的5%。轄區(qū)煤炭平均含硫量大于3.5%,是全國平均水平4倍以上。2009年第一季度全市電煤監(jiān)督抽查(433個批次)結(jié)果表明,電煤全硫平均值為3.16%。燃煤產(chǎn)生了嚴(yán)重的大氣污染問題,加上自身的氣候地理條件不利于污染物擴(kuò)散,因此,歷史上重慶屬于中國西南典型酸雨污染區(qū),現(xiàn)在是國家酸雨控制區(qū)和二氧化硫控制區(qū)。

重慶市通過煤礦資源和資產(chǎn)整合,到2008年12月底,全市總生產(chǎn)規(guī)模將達(dá)到8110萬t/年,其中31個產(chǎn)煤區(qū)縣生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到5575萬t/年,重慶煤炭集團(tuán)市內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到2535萬t/年。區(qū)縣煤炭生產(chǎn)規(guī)模分布見圖1,主要集中在永川、奉節(jié)和巫山等地。

圖1 煤炭生產(chǎn)規(guī)模區(qū)縣分布圖

2 清潔能源行動

2001年11月,為了促進(jìn)城市清潔能源技術(shù)的應(yīng)用,減少燃煤大氣污染,我國選定18個典型的燃煤污染城市作為試點示范城市,總投資3.19億美元,歷時5年,實施“清潔能源行動(UNDP)”,其核心就是清潔高效地利用煤炭。重慶市作為試點城市之一,從2001年開始,規(guī)劃實施了煙氣脫硫、清潔能源工程、可再生能源工程、天然氣基礎(chǔ)設(shè)施工程、關(guān)遷改調(diào)工程、移動污染源控制工程和其他工程共7大工程。經(jīng)過4年多的不懈努力,清潔能源行動卓有成效,并被評為全國清潔能源行動優(yōu)秀試點城市。

2001～2005年,重慶市環(huán)境空氣質(zhì)量取得了明顯的改善。如表2所示,與2001年相比,2005年的燃煤量雖然增加到原來的1.62倍,但SO2排放量僅增加1.16倍,煙塵排放量增到1.14倍。由于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展,機(jī)動車保有量的增加,主城區(qū)二氧化氮(NO2)年日均值由2001年的0.044 mg/m3增加到2005年的0.048 mg/m3,但降塵量、SO2和可吸入顆粒物(PM10)年日均值均有大幅度降低,分別下降了27%、30%和39%。全年空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)也由207天上升到266天,潔凈能源行動所取得的環(huán)境效益十分顯著。

表2 清潔能源行動實施前后污染物排放及濃度對比＊mg/m3

3 潔凈煤技術(shù)的效益

根據(jù)重慶市經(jīng)濟(jì)委員會的資料統(tǒng)計,到2010年,重慶市煤炭消費總量預(yù)計將達(dá)到4000萬t左右。其中,電力1840萬t、冶金580萬t、建材480萬t、化工300萬t、民用及其他750萬t。

3.1 煤炭洗選與加工

(1)煤炭洗選

每分選1億t原煤,可脫除其中大部分的黃鐵礦,可減少 SO2排放量100～500萬 t,而其成本僅為煙氣脫硫的十分之一[5]。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家,需要洗選的原煤已全部入選,選煤廠的平均洗選效率在95%以上。預(yù)計到2010年,重慶市總洗煤能力將達(dá)到930萬t,占煤炭用量的23%左右,其中煉焦企業(yè)使用40%左右,剩下的60%約560萬t能力可供電廠使用,占電煤用量的30%左右。以930萬t洗煤量計算,在無脫硫設(shè)施的情況下,SO2產(chǎn)生量至少可降低9.3萬t。如果電煤洗煤率能達(dá)到80%,即有1472萬t電煤經(jīng)過洗選,在無脫硫設(shè)施的情況下,SO2產(chǎn)生量至少可降低14.7萬t。

只考慮燃煤成本、脫硫費用和SO2排污費繳納等,根據(jù)測算,若煤價按洗煤比原煤高35元/t計算,則發(fā)一度電可約減少成本0.0013元。根據(jù)重慶市中長期電力保障方案(2009-2020年),2010年重慶市用電量將達(dá)到600億度,照此計算,可減少成本0.78億元。

(2)配煤

燒動力配煤比燒單種煤的熱效率可提高5.1%～10.7%,鍋爐出力可提高1.53%～37.46%,節(jié)煤5%以上,煙塵排放量降低41%,SO2排放量降低26.7%[6]。如果到2010年重慶市有10%的燃煤(以4000萬t燃煤總量、平均含硫量3.16%計算)使用動力配煤,則一年可以節(jié)約燃煤20萬t,在無煙氣處理設(shè)施的情況下,可減少SO25.2萬t,減少煙塵(按照1t煤產(chǎn)生0.2t煙塵計算)排放量35.2萬t。

(3)水煤漿

水煤漿的燃燒效率高達(dá)96%以上,由于生產(chǎn)水煤漿的原料煤,灰分一般小于8%,硫分小于0.5%,因此燃燒時煙塵、SO2排放遠(yuǎn)低于燒原煤[7]。由于水煤漿火焰中心溫度比燒煤和燒油低,故氮氧化物(NOx)生成量較少,可以減少氮氧化物(NOx)50%,煙塵60%。

燃用水煤漿對替代燃煤用戶而言,經(jīng)濟(jì)性則很差。以精煤的價格220元計算,將同樣的煤加工成的水煤漿即使按340元計算,水煤漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按70%計算,則相當(dāng)于所用精煤的價格為486元。因此,對于燃煤用戶而言,改用水煤漿就不會有積極性。

(4)型煤

與直接燃燒原煤相比,可以減少煙塵50%～80%,減少SO2排放40%～60%,燃燒效率可提高20%～30%,節(jié)煤率達(dá)15%,具有節(jié)能和環(huán)保的雙重效益[5]。世界上型煤加工早有成熟技術(shù),已經(jīng)開發(fā)出一百多種粘結(jié)劑,目前發(fā)達(dá)國家普遍使用型煤產(chǎn)品[7]。2010年,重慶市民用及其他用煤量將達(dá)到750萬t,如果重慶市有50%的燃煤改燒型煤,則一年可以節(jié)煤56萬t,按照平均含硫量3.16%計算,可減少SO29.3萬t,減少煙塵43.1萬t。

重慶市原煤價格在300元/t左右,型煤價格高出原煤30～50元/t。按全市民用及其他耗煤750萬t計,如果有一半應(yīng)用潔凈型煤,則相應(yīng)年節(jié)煤56萬t,節(jié)約開支850萬元。另外采用配送方式可最大限度的減少用戶煤炭周轉(zhuǎn)庫存,大量節(jié)約用戶的資金、人員和減少煤炭儲存中由各種原因造成的損耗,同時可減少煤庫的占地。

3.2 煤炭高效潔凈燃燒及發(fā)電

(1)流化床技術(shù)

流化床有泡床(BFBC)和循環(huán)床(CFBC)兩類。與采用煤粉爐和煙道氣凈化裝置的電站相比,SO2和NOx可減少50%以上,無需煙氣脫硫裝置。當(dāng)Ca/S為2時,泡床脫硫率為80%,循環(huán)床脫硫率為90%;NOx排放濃度小于200 m g/m3[7]。

(2)煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)

聯(lián)合循環(huán)可以提高系統(tǒng)熱效率。燃燒高硫煤(硫分為3.5%)的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電電站,SO2排放量比煤粉爐加煙氣脫硫裝置少70%,比常壓流化床燃燒鍋爐少50%;NOx分別減少60%和25%;固體廢物分別減少60%和75%[8]。先進(jìn)的燃?xì)?、蒸汽?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)可將燃煤發(fā)電效率由目前的40%提高到52%以上,排放的SO2可低于10 mg/m3[8]。

3.3 煤炭轉(zhuǎn)化

煤炭氣化和液化在我國仍處于開發(fā)探索和示范階段,世界發(fā)達(dá)國家一些達(dá)到商業(yè)化水平的氣化技術(shù),如殼牌氣化,其有效氣體成分可達(dá)到90%以上,CO2含量只有2%,其余是N2等成分,排出的灰渣中含碳量小于1%,碳的轉(zhuǎn)化率99%[9]。目前,直接液化尚未商業(yè)化。

3.4 污染排放控制

污染物排放控制包括煙氣脫硫(FGO)、煙氣脫氮和顆粒物控制。濕式和干式煙氣脫硫都可以使SO2除去90%以上。采用SCA脫氮,NOx排放量可以減少80%以上。較為普遍的脫氮是干式氨選擇性催化劑還原法(SCR)。煙氣除塵,廣泛采用靜電除塵器。除塵效率可達(dá)99%以上[7]。

目前,重慶市95%火電機(jī)組都裝有脫硫裝置,但是存在脫硫設(shè)備運行不穩(wěn)定的問題。如果能保證2010年電力1840萬t燃煤脫硫率達(dá)到90%,且都能穩(wěn)定排放,則可以減少SO2排放83.7萬t。

4 與其它清潔能源的對比分析

重慶市是我國的天然氣基地,天然氣儲量2700億m3,2007年數(shù)據(jù)顯示,重慶市天然氣剩余技術(shù)可采儲量為1206.57億 m3。但對于工業(yè)鍋爐“煤改氣”的做法是否經(jīng)濟(jì)可行,有關(guān)人士也提出了異議,2700億m3天然氣僅相當(dāng)于5億t煤炭,最多30年全部消耗,天然氣屬于寶貴的化工原料,低價值消耗十分可惜。

對10蒸t以上的工業(yè)鍋爐實施“煤改氣”在經(jīng)濟(jì)上并不十分可行,一臺10t鍋爐,一年滿負(fù)荷的用煤量近萬t,用煤費用支出達(dá)150多萬元;改用氣,則將支出350萬元左右。因此,在天然氣太貴、油價不穩(wěn)定的形勢下,鍋爐燒煤最好。因此,推行潔凈煤技術(shù)是重慶市能源持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。

5 總結(jié)及建議

重慶市煤炭在能源消費中將維持65%左右的比重。煤炭開發(fā)和利用造成的環(huán)境污染和生態(tài)破壞是嚴(yán)重的,雖然重慶天然氣資源豐富,但是天然氣的低價消耗十分可惜。推行潔凈煤技術(shù)是最經(jīng)濟(jì)最有效地解決煤炭利用中低效率、高污染、節(jié)約煤炭和替代寶貴能源的有效途徑。大部分的潔凈煤技術(shù)在重慶是可行的,適合重慶市以煤炭為主要一次能源的市情,而且國家政策鼓勵發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù),因此,從源頭(即燃料)發(fā)掘減排潛力,控制二氧化硫排放,潔凈煤技術(shù)是一條適合重慶的有效出路。清潔能源行動已取得了明顯的成效,在將來節(jié)能減排中的應(yīng)用前景十分廣闊。

從社會作用來看,潔凈煤技術(shù)的健康發(fā)展,能促進(jìn)我國耗能型工業(yè)企業(yè)向節(jié)能型企業(yè)轉(zhuǎn)變,從源頭上規(guī)范煤炭市場。同時在支持一些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級發(fā)展、發(fā)揮優(yōu)良資產(chǎn)優(yōu)勢、穩(wěn)定自身礦區(qū)人民生活方面也起著不可替代的作用。

雖然從環(huán)境效益突出,但是經(jīng)濟(jì)效益并不十分明顯,比如運輸不便、成本高昂、小煤窯搶占市場份額等諸多問題,沒有政府的政策調(diào)節(jié)和強(qiáng)有力的法律約束及推動,潔凈煤市場很難真正打開局面。針對以上分析和重慶市自身的特點,提出以下建議:

(1)鼓勵煤炭洗選和配煤

著重提高電煤洗選比例,改造和建設(shè)選煤廠,采用先進(jìn)的洗選技術(shù)和設(shè)備改造現(xiàn)有選煤廠。大中型煤礦要有配套的選煤廠,小型煤礦要依托大礦的選煤廠或建設(shè)群礦集中選煤廠。

形成產(chǎn)、配、銷、送及售后服務(wù)一條龍體系。在煤炭中轉(zhuǎn)港口和主要集散地建設(shè)配煤廠,為用戶提供質(zhì)量穩(wěn)定、價格穩(wěn)定、環(huán)保性動力煤。制定配煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的政策,由耗煤集中的大用戶到分散的小用戶,逐步推廣使用動力配煤。

(2)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)推廣型煤

重慶市主城區(qū)的氣化率已經(jīng)達(dá)到90%,全市平均氣化率為70%,因此,在區(qū)縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)推廣型煤具有較大的潛力。

可采取由型煤廠生產(chǎn)型煤原料、在棚戶區(qū)附近壓制型煤的辦法,這樣既節(jié)省了運費和運輸時間,又可以避免型煤因破碎而造成的損耗。根據(jù)棚戶區(qū)的居民戶數(shù)、位置、道路交通等狀況,建立型煤配送站。還應(yīng)鼓勵型煤生產(chǎn)、加工和爐具制造企業(yè)研制開發(fā)和生產(chǎn)安全、節(jié)能、實用、高效、價格適中的型煤爐具,由于型煤的價格比原煤高,因此,為了鼓勵鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展型煤、鼓勵企業(yè)研制開發(fā)型煤爐具,需要政府從經(jīng)濟(jì)上給與補(bǔ)助和扶持。

(3)綜合利用煤矸石

非燃燒矸石,主要是作為建材利用,變廢為寶,減少矸石山堆放用地,改善礦區(qū)環(huán)境;低熱值矸石主要作為低熱值煤燃燒發(fā)電,充分利用煤質(zhì)特點,將不同煤炭產(chǎn)品的功能分別加以利用,達(dá)到最佳的燃燒效率。比如用于沸騰爐燃燒來供熱、發(fā)電;用于生產(chǎn)矸石磚;把煤矸石作為生產(chǎn)水泥的原料;從煤矸石中回收硫,生產(chǎn)硫酸等化工產(chǎn)品;利用煤矸石生產(chǎn)石棉及其制品;利用煤矸石充填塌陷區(qū)、修路等。

(4)開展對外能源合作

由于重慶市本地煤炭稟賦差,因此要積極加強(qiáng)與陜西省、貴州省、甘肅省、新疆自治區(qū)等地的能源合作。推動“輸煤輸電”并舉,在點對網(wǎng)輸電的同時向重慶市輸煤,增強(qiáng)網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組電煤保障能力。支持市能投集團(tuán)在貴州省、陜西省、新疆自治區(qū)等周邊省區(qū)參與煤炭開采,主要向重慶供給,提高外來煤炭供給的比重。

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Implementation of Clean Coal Technology for Energy-saving and Emission Reduction in Chongqing

ZHANG Can,ZHOU Zhi-en,YANG San-ming

(Chongqing Environmental Monito ring Center,Chongqing 401147,China)

X382

A

1674-2842(2010)03-0052-05

2010-01-20

潔凈煤技術(shù)在重慶市節(jié)能減排形勢下的發(fā)展前景研究,重慶市科委軟科學(xué)項目(2008CE9111)

張 燦(1982-),女,山東濟(jì)寧人,碩士,工程師,從事大氣環(huán)境監(jiān)測與科研工作。