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1、目 录1 目前煤炭利用的主要方式及存在的问题11.1 煤炭利用的主要方式及存在的主要问题11.1.1 我国燃煤工业锅炉目前存在的主要问题21.1.2 我国燃煤电站锅炉目前存在的主要问题31.1.3 我国煤化工用煤目前存在的主要问题51.2 煤炭利用产生的二氧化碳排放量研究52 煤炭高效洁净化利用技术发展路线62.1 煤炭高效燃烧及先进发电72.1.1 超超临界机组发电研究72.1.2 循环流化床技术研究132.2 火电厂脱硫、脱硝、减排技术利用162.2.1 烟气净化技术应用前景研究162.2.2 CCUS(CCS) 技术应用前景研究242.3 整体煤气化联合循环技术（IGCC）302.4 烟
2、气再循环O2/CO2煤粉燃烧技术322.5 煤炭洁净转化332.5.1 煤炭液化替代技术应用前景研究342.5.2 煤炭气化替代技术应用前景研究372.5.3 煤化工制甲醇燃料替代技术应用前景研究392.5.4 煤化工制二甲醚替代技术应用前景研究413 高效洁净化技术对环境贡献的评估423.1 煤炭高效燃烧及先进发电技术对环境贡献433.2 火电厂脱硫、脱硝技术对环境贡献443.3 IGCC高效洁净利用技术对环境贡献453.4 CO2减排技术对环境的贡献463.5 煤炭洁净转化技术对环境贡献484 煤炭的洁净化利用技术途径及评价指标研究484.1 煤炭的高效洁净化利用可行的技术途径、措施及预期
3、发展目标484.1.1煤炭的高效洁净化利用可行的技术途径484.1.2 煤炭的高效洁净化利用的措施564.1.3 煤炭的高效洁净化利用的预期发展目标574.2 2030、2050年煤炭利用的碳排放对比预测584.3 煤炭的高效洁净化利用评价指标研究604.3.1 国内洁净煤技术评价指标604.3.2 国外洁净煤技术评价指标624.3.3 煤炭高效洁净利用评价指标65煤炭的高效洁净化利用研究大纲（讨论稿）随着我国经济的持续快速发展，环境保护和资源的压力日益增大，且已成为我国经济发展的两大瓶颈。根据世界主要工业国家经验，煤炭利用应以发电为主（发达国家煤炭80%以上用于发电），社会对能源的需求应尽可
4、能通过电力这种二次能源形式来实现，不断提高煤炭用于发电及热电联产的比例，大幅度提高煤炭利用效率，减少原煤消耗，集中解决污染问题，做到高效、清洁利用煤炭。进入21世纪以来，中国经济继续保持稳定增长，进一步加快了对电力的需求，作为电源的燃煤发电厂逐年增加，火电装机的增长带动煤炭需求不断增长。截至到2008年底，我国共新增发电装机容量9051万千瓦，全国发电装机容量达79253万千瓦，同比增长10.34%。全国发电量增长5.18%，用电量增长5.23%。其中，火电装机为60132万千瓦，约占总容量75.87%，同比增长8.15%，全国发电生产耗用原煤13.4亿吨，同比增长4.05%，发电用煤占煤炭产
5、量的50%以上。由此可见，研究煤炭能否高效洁净用于发电是我国污染控制的主要途径。燃煤电厂的污染问题主要有：大气污染、水污染、固体废物综合利用、噪声治理、温室气体排放及其它，而大气污染控制是电力环保工作的重点。大气污染物主要是由煤燃烧后产生的，包括二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、烟尘和含有汞等的重金属等，其中NOx、SO2是形成“酸雨”的主要污染物，同时氮氧化物又能与碳氢化合物结合形成光化学烟雾，严重危及人体健康，对自然环境造成的危害很大，随着我国煤炭用量增加，CO2排放量增加，温室效应日益加重。因此，深入研究我国煤炭高效洁净化利用，开发高效、洁净的燃煤发电技术，是实现电力工业持续健康快速发展的必
6、然途径。1 目前煤炭利用的主要方式及存在的问题1.1 煤炭利用的主要方式及存在的主要问题我国煤炭资源总量约5.6万亿吨，其中已探明储量为1万亿吨，占世界总储量的11%，煤炭在我国一次能源生产和消费中的比例一直保持在70%左右。今后3050年内，煤炭在我国一次能源构成的主导地位不会改变。 2006年，能源消费总量为24.6亿吨标煤，其中煤炭生产总量23.25亿吨，发电与热电联产用煤总量约12亿吨，占煤炭总产量的50%以上；预计2010年煤炭生产和发电用煤分别达到26亿和16亿吨。煤炭利用的主要方式主要有：1）工业锅炉；2）发电；3）煤化工。其中，发电用煤占煤炭总产量的50%以上。煤炭利用存在的主
7、要问题主要有两方面：一是效率太低，二是污染严重。1.1.1 我国燃煤工业锅炉目前存在的主要问题我国工业锅炉拥有量约50 万台, 年耗煤炭占煤炭总产量的三分之一左右。燃煤工业锅炉存在两个致命的弱点：首先, 工业锅炉燃烧效率偏低技术落后, 多为层燃火床炉, 一般要求燃用颗粒煤。然而, 目前煤炭以统煤、原煤形式供应，煤末占20%30%，甚至达30%40%。这样, 就更加导致工业锅炉燃烧效率普遍偏低, 一般只能达到80%85% , 小型工业锅炉, 有的低至60% 以下。其次是严重污染环境。散放的粉尘、SO2、NOx、 CO2 和灰渣等污染环境。据统计2000 年我国SO2排放总量为1995.1 万吨,
8、 其中90%为燃煤所造成, 工业锅炉的排放占1/3。华中、华南、西南和东北部分地区成为酸雨污染严重的区域。像广东酸雨频发率达38.7%，17 个城市被国务院划为酸雨控制区, 占全省国土的63%, 年经济损失超过40 亿。煤炭在今后相当长的时间内, 仍将是我国的主要能源, 控制燃煤工业锅炉对环境的污染与提高它的能源利用率, 即工业锅炉煤的洁净工程, 就成了当务之急, 成了实施可持续发展战略的必然要求。图1.1到图1.2为我国的酸雨分布情况和SO2、CO2排放水平预测。图1.1 中国的酸雨分布情况1.1.2 我国燃煤电站锅炉目前存在的主要问题我国已经形成并将持续以煤为主的电力生产格局，火力发电的原
9、煤产消耗量占我国原煤产量的百分数在2007年接近50%，某些工业化的国家的这一比例已达到85%左右。随着我国国民经济的迅速发展与人民生活水平的提高，以及不断采用先进的能源利用技术，增大发电用煤的比例是必然的趋势，预计在2010年将达到60%70%。20012020年中国电力装机容量发展趋势见表1.1。 表1.1 20012020年中国电力装机容量发展趋势年份装机容量（万千瓦）增长率200133.8496%200235.3004%200339.14011%200444.07013%200550.84115%200662.20022%200771.32914%200879.25310.34 201
10、0预8万8.5万（火电6.29万） 2020预计11万12万数据来源：国家统计局目前我国火电厂煤粉锅炉燃烧主要存在五方面的问题：锅炉燃烧不稳定、炉膛结渣、四管爆破、燃烧效率低和环境污染。燃烧效率低和污染严重已经引起社会各界的高度关注和重视。随着电力工业不断发展，燃煤发电装机容量增长迅速，大容量、高参数、高自动化机组增加，对能源的需求增加迅速，环境污染严重。据国家发改委能源局2008年统计资料，我国优质资源日渐减少和短缺，煤炭剩余储量的保证程度不足100年；石油剩余储量的保证程度不足15年；天然气剩余储量的保证程度不足30年。若按照2020年我国的能源需求预测量估算的话，煤炭、石油和天然气的资源
11、保证程度，则分别下降到30年、5年和10年。这样的需求总量，将使中国的能源安全和保障能源资源供应面临严峻的挑战，发展洁净、高效的燃煤发电技术，节约能源，降低能耗已迫在眉睫。根据国家环保总局的测算，我国环境容量限制为二氧化硫 1620万t，氮氧化物 1880万t，（是否是每年的量？）如不采取有效措施，预计到2020年，两者的排放量将分别达到4000万t和3500万t，大大超出环境容量。2005年电力工业SO2排放量为1328万t，占全国SO2排放总量的52%，比2000年增加58%；投运脱硫设备机组53000MW，占火电装机13.8%；2005年烟气脱硫机组仅占煤电装机14%，超标SO2排放机组
12、多，脱硝刚刚起步，CO2、重金属、可吸入颗粒物等问题需要解决。1.1.3 我国煤化工用煤目前存在的主要问题煤化工是指以煤为原料经化学加工转化成气体、液体和固体并进一步加工成一系列化工产品的工业过程。传统的煤化工泛指煤的气化、液化、焦化及焦油加工、电石乙炔化工等, 也包括利用煤的性质通过氧化、溶剂处理制化学品以及以煤为原料制取碳素材料和煤基高分子材料等。煤化工中各单项技术与多联产技术相比，整体效率不高、建设投资较高、生产成本较高、环境污染不能得到综合治理。1.2 煤炭利用产生的二氧化碳排放量研究表1.2显示能源增长速度和20022030年期间CO2排放情况及预测。全球每年能源消费增长的速度约2%
13、，我国能源消费和燃煤CO2排放量的增长速度每年约为4.2%，是全球能源消费和CO2排放总量增长速度的2倍。在本世纪早期，燃煤捐献的CO2量约占总量的37%，到2030年，这一比例会超过40%。Table 1.2 Average Annual Percentage Growth 20022030注：OECD是指比较富裕的国家和地区，主要包括美国、加拿大、墨西哥、英国、韩国、日本、澳大利亚和新西兰。NON-OECD包括俄罗斯、欧洲和亚洲（中国和印度等）的NON-OECD的国家、中东、非洲及美国中部和南部。图1.3 二氧化碳排放趋势CO2的排放量增多是导致温室效应加重的主要原因，我国人均CO2排放量
14、接近世界平均水平，但是排放量占世界总排放量的七分之一，是世界第二大CO2排放国，而且增速居全球第一。IEA预测：由于中国强劲的经济增长，发电行业以及工业对煤炭的依赖，中国CO2排放总量在20042030年期间会增加一倍多，由图1.3可知，可能在2010年之前超过美国，成为世界上最大的CO2排放国。到2050年煤炭消费和有CCS和没有CCS的二氧化碳排放预测趋势见表1.3。Table1.3 Coal Consumption(EJ) and Global Emissions(Gt/yr) in 2000 and 2050 with and without Carbon Capture and St
15、orage由表1.3预测可知，到2050年，全球CO2排放量是2000年的2.6倍，由燃煤引起的CO2排放量占总量的51.6%。如果到2050年，大力发展核电并采用CCS技术，CO2排放量明显减少，比2050年不采用任何洁净煤技术排放量减少约60%。2 煤炭高效洁净化利用技术发展路线在过去的30年，我国洁净煤发电技术在能源转换效率、减排常规污染物方面取得了显著的成就。但是，适合当前能源资源与环境约束条件的洁净煤发电技术，在未来的资源与环境制约下未必就是最优的选择。由于矿物燃料燃烧而排放的大量CO2，已经并将持续对全球的气候环境造成前所未有的影响，使人类社会面临着巨大的生存环境恶化的威胁。预测到2050年，全球煤炭消费量将达到450EJ（什么单位？），如果没有环境制约政策且CCS技术使用得较少，那么会导致每年CO2排放量增加到62Gt，环境污染治理费用进一步增加。因此，在未来的洁净煤发电技术的发展中，既要提高能源的转换效率、减排常规污染物，也必须整合CO2的减排、捕集与封存，需要考虑减排污染物、汞与CO2的经济性协调配合，有望形成以控制CO2排放为基本出
