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煤炭的清洁高效利用实现节能减排
发布时间: 2017-03-27 08:55:14| 作者:本站编辑| 来源: 本站原创| 浏览次数:

一段时间以来,漫天的雾霾不时肆虐我国大部分地区,在集中采暖的秋冬季节甚至会发展到PM2.5值爆表的程度。造成大范围重度雾霾的罪魁祸首之一,是数以亿吨计煤炭燃烧所释放的大量污染物。2015年,我国煤炭消费量高达39.65亿吨,相当于全世界的一半左右。我国多种大气污染物的排放量也因此稳居世界第一,远远超出了自然环境的最大承载能力,我国的空气污染形势正在日益恶化。

 

 

煤炭燃烧产生污染物(来源:邑石网)

煤炭是有着上千年利用历史的重要常规能源,曾经为人类的第一次科技革命立下汗马功劳。然而,煤炭在开采、运输、转化与燃烧过程中都会污染土壤、水和大气,其中大量燃煤造成的大气污染尤为严重,可引发雾霾、酸雨等诸多环境危害。在我国重点监测的六种大气污染物中,煤炭燃烧对其中的二氧化硫、氮氧化物和粉尘都做出了最大的“贡献”。燃煤过程会排放出大量二氧化碳,煤炭产业因此也是温室气体排放大户。

作为世界首个工业化国家的首都与经济中心,英国伦敦早年的“雾都”之名就是拜大量燃煤导致的严重大气污染所赐。发生于1952年冬季的伦敦烟雾事件夺去了上万人的生命,成为震惊世界的历史性环境污染案例。以1956年英国颁布世界上第一部《清洁空气法》为标志,饱受污染之苦的各大工业国相继开始了斩断燃煤“黑龙”的治理行动。

 

 

早年的“雾都”伦敦(来源:邑石网)

发达国家的首选煤炭污染治理策略是使用更加清洁的核能、天然气等替代煤炭能源。煤炭在英国一次能源消费中的份额一度高达84%,到了2014年已经下降到16.6%,煤炭年消费量也从约2亿吨下降到5000万吨左右。在经济规模较大的发达经济体中,一次能源消费中的煤炭占比降到20%以下。在煤炭消费逐年递减的过程中,上述国家的大气污染问题得到了明显改善。

然而,人类社会想与煤炭彻底说“再见”也并非易事。在现有技术条件下,煤炭依然是储量最丰富、成本最低廉的常规能源。通过研发、推广煤炭清洁高效利用技术,在政府监管之下实现重要污染物的达标排放,煤炭也能成为相对清洁的能源。在煤炭资源丰富的美国,燃煤电厂一直在电力供应中担当着重要角色。

经过各国科技界、产业界数十年的不懈研发实践,煤炭的清洁高效利用技术体系已经日趋成熟完备,基本涵盖了煤炭开采、运输、加工、转换与利用的整个产业链,整体工艺路线可以概括为“净化、脱硫、脱硝、除尘、封碳”。美国的煤炭清洁高效利用技术处于世界一流水平,在先进燃煤发电技术、大气污染物脱除设备、煤炭加工成洁净能源技术以及工业洁净煤应用方面都有特色,而且特别重视发展二氧化碳的排放控制技术。欧盟、日本等也发展了一些具有针对性的洁净煤技术,其中日本的燃煤电厂排放控制达到了很高的水平。

在燃烧利用之前进行适度的净化加工,是实现煤炭清洁高效利用的重要手段之一。在煤炭的开采与运输环节,可以通过推广绿色开采方式减少固体废物、污水与粉尘排放。应用原煤洗选、型煤加工技术去除煤炭中的杂质,可以提高煤炭利用效率并减少硫化物与烟尘排放。将优质低灰原煤加工成水煤浆,既可以部分替代石油,也可以提高燃烧效率并减轻污染。利用气化技术将固体煤炭转换为煤气并脱除硫化物与灰分,是实现高效洁净燃烧的重要方式。煤炭液化技术是将煤炭转化为液体燃料,也能够起到提高燃烧效率并减少污染物排放的效果。

煤炭在工业化国家主要被用于火力发电,燃煤电厂的清洁高效燃烧技术尤其受到重视,超临界发电机组(SC)与超超临界发电机组(USC)、循环流化床燃烧技术(CFBC)都实现了产业化,整体式煤气化联合循环发电技术(IGCC)已有商业应用示范。通过使用煤气化或流化床等先进燃烧技术,不仅可以控制二氧化硫与氮氧化物的排放量,还能降低燃煤发电中每千瓦时的煤炭消耗量,从而实现煤炭的高效利用并达到节能减排的效果。

 

 

煤炭工业(来源:邑石网)

煤炭燃烧后的烟气是各种大气污染物的“集中营”,需要采用一系列净化处理技术将其“捉拿归案”,以期实现二氧化硫、氮氧化物、粉尘等重要污染物的达标排放。例如,采用湿法、干法等烟气脱硫技术(FDG)除去二氧化硫,利用低氮燃烧、选择性催化还原法脱除氮氧化物,采用静电除尘等技术消烟除尘,利用二氧化碳捕集、利用与封存技术(CCUS)减少二氧化碳的排放。在采用先进的清洁高效利用技术武装起来的燃煤电厂里,煤炭可以神奇地变为一种清洁能源。

我国多年保持着世界煤炭消费第一大国的地位,加之煤炭生产与消费管理粗放、环保监管与污染治理不力,煤炭消费长期成为我国大气污染物的最大来源。根据2012 年的数据,我国煤炭消费带来的一次PM2.5颗粒物、二氧化硫和氮氧化物排放量分别占该类污染物排放总量的62%93%70%。煤炭消费对我国PM2.5年均浓度做出了超过一半的“贡献”,我国煤炭消费量的增长与雾霾天气的增加呈现出明显的正向相关。作为世界碳排放第一大国,煤炭消费在我国的二氧化碳排放总量中占据了约3/4的份额,控制燃煤二氧化碳排放是实现我国碳排放控制目标的要点与难点。

面对严峻的大气污染形势与巨大的节能减排压力,中央与地方先后颁布并修订了《大气污染防治法》《火电厂大气污染物排放标准》等一系列相关法规、标准,制定了《重点区域大气污染防治“十二五”规划》等相关行动规划。煤炭产业作为并不光彩的污染“冠军”,其节能减排、绿色发展在我国受到格外重视。近年来,我国不断加大对煤炭产业特别是燃煤大气污染的监管与防治力度,出台和修订了一系列与煤炭生产、储存、运输以及转换、利用相关的政策法规,大力发展洁净煤技术的研发与产业应用。

由于电力用煤消耗了我国近一半的煤炭,我国尤其重视燃煤电厂的煤炭清洁高效利用。经过多年不懈的努力,我国煤电机组技术水平不断提高,大容量、高参数机组成为绝对主流。大型超超临界发电机组(USC)、循环流化床燃烧技术(CFBC)的应用处于世界先进水平。201212月,我国自主研发、设计、建设和运营的华能天津 IGCC 示范电站投入运行,使得我国成为世界上完全掌握 IGCC 技术的少数国家之一。2013年,我国自主研发的世界首台单机容量高达60万千瓦的超临界 CFBC 锅炉在四川白马电厂投入运行。2014年,我国燃煤电厂的平均净效率提高到38.6%,在世界同行中处于较为先进的水平。

随着技术与装备的长足进步,我国燃煤电厂的污染物排放控制同样进展喜人。在 2014年火电发电量比1980年增长16倍的前提下,我国电力行业实现了75.4%的烟尘减排,电力二氧化硫排放量减少了54.1%,氮氧化物排放量比2011年的峰值下降了38.2%,燃煤电厂的单位发电量污染物排放处于世界先进水平。当前,我国正在进一步推进燃煤电厂的设备改造与排放标准升级,即:实现主要污染物超低排放;稳步推进二氧化碳捕集、利用与封存技术的研发与示范。可以毫不夸张地说,我国煤电产业已开始逐步实现从“肮脏”到“洁净”的华丽转身,为我国的节能减排事业做出了重要贡献。

与此同时,占据我国煤炭消费近一半份额的其他动力煤及民用煤等的高效洁净利用态势却不容乐观。例如,每年有多达8亿吨左右的所谓“散用煤”未经清洁处理就被直接燃烧排放,致使大量污染物直接排放到大气中,堪称造成大气污染与雾霾的元凶首恶。“十三五”时期,我国将致力于重点推进居民采暖、工农业生产、交通运输、电力供应与消费四个领域的电能替代,使用清洁的电能替代低效、分散、高污染的煤炭直接燃烧利用。同时继续提高燃煤电厂的节能减排技术与装备水平,提高电煤在我国煤炭消费中的比重。

近年来,我国还择机通过在国际市场上获取更多石油、天然气,大力发展风电、光伏发电等手段,将煤炭在我国能源消费结构中的占比降至64%左右。通过不懈的去产能与消费控制,我国的煤炭产量与消费量从2014年起连续两年实现了负增长。预期在“十三五”时期还会保持适度下降趋势。

然而,在我国实施大规模的“去煤化”并不现实。中国的能源禀赋可以概括为“富煤贫油少气” ,煤炭资源占我国化石能源储量的90%以上。在核聚变等革命性新能源技术没有取得突破之前,煤炭依然是我国能源供应中不可替代的龙头老大。既要保证能源供应的充足与安全,又要尽快解决严重的污染问题,实现煤炭资源的清洁高效利用既能破解煤炭产业的困局,也是我国经济社会可持续发展的战略需要。


(来源:科协改革进行时微信公众号)

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