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发布时间：2021-01-19 15:09所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘要:现阶段煤炭在我国仍然是极为主要的能源，其成本比较低廉，但利用率相对低下、燃烧后污染性相对偏高。因此，我国必须提升煤炭的清洁度与利用率，这是确保能源安全、完善能源结构、提升环境质量的重要措施，也是推进中国能源消费革命的重要组成部分。从煤
摘要:现阶段煤炭在我国仍然是极为主要的能源，其成本比较低廉，但利用率相对低下、燃烧后污染性相对偏高。因此，我国必须提升煤炭的清洁度与利用率，这是确保能源安全、完善能源结构、提升环境质量的重要措施，也是推进中国能源消费革命的重要组成部分。从煤炭利用引起的环境问题着手，使用科技创新的手段，通过综合分析研究的方法，从燃煤烟气净化、提高原煤洗选率、发展更高效更洁净的燃烧技术、合理选择燃烧方式、提升煤炭品质等角度，分析了实施何种策略能够将煤炭燃烧所释放的烟气污染物减到最低，从而实现对煤炭的清洁高效利用。
关键词:煤炭;清洁高效利用;燃烧技术;节能减排
我国能源资源禀赋特点决定了必须长期坚持煤炭清洁高效利用。在全国已探明的化石能源资源储量中，煤炭占94%左右，是稳定经济、自主保障能力最强的能源。尽管煤炭在一次能源消费中的比例将逐步降低，但在相当长时间内，煤炭的主体能源地位不会变化。深刻认识我国能源资源禀赋和煤炭的基础性保障作用，做好煤炭清洁高效可持续开发，是符合当前基本国情、基本能情的选择。
现阶段煤炭在我国仍然是极为主要的能源，其成本比较低廉，但利用率相对低下、燃烧后污染性相对偏高。通过研发煤化工、洗煤等技术，使煤炭资源得到更清洁更高效地应用，是中国能源界日后的发展方向。我国在经济方面的增速相对21世纪初已明显减缓，称之为新常态，也就是说这种减缓将长时间持续。而在能源方面销售量增长也随之减缓，总体而言，煤炭业开始出现供应过剩的状况。因此，这是我国正适合大力推进煤炭清洁高效利用的历史机遇。煤炭的需求应立足于我国国情来判断。首先，研究我国的能源结构发现，煤炭不但是其核心构成，还是现阶段不可或缺的能源材料。从长远发展来看，可以预见到，煤炭仍将在中国能源总消费量中占据很大比例。其次，我国煤炭消费数量巨大。在可预见的时期内，我国每年煤炭的消费量还将维持在30亿～40亿t。
煤炭的使用安全且经济，煤炭价格大约为石油的10%、为天然气价格的30%，并且我国煤炭资源对国外没有依赖性。现阶段，我国煤炭产业已经在绿色开采、清洁生产等方面有所突破，通过研发燃烧技术煤炭的利用率与清洁度均有所改善，以煤作为原材料的相关产业也在技术上达到了新的高度。随着国家全面实施能源政策改革以及煤炭清洁技术的持续升级，我国完全有能力高效运用清洁煤炭。
煤炭清洁技术实质上并非单项技术，而是多项技术所构成的一整套体系，即依托洗煤技术、煤气化、转化技术，着重运用转化、加工、洁净燃烧等方法，最大化实现煤炭的充分燃烧，并将该过程所释放的污染物降到最低。随着我国经济的发展，煤炭的生产量和使用量一直居高不下。当前就全球而言在煤炭方面我国虽然产量最高，但耗费量也最高。所以，如果能够全面应用清洁煤技术，能够显著推动我国挖掘能源优势、发展优质能源，对加强环境保护，提高能源效率、实现中国经济的可持续发展有重要的意义。
1国外清洁高效利用煤炭的经验
发达国家极为注重对煤炭资源高效燃烧技术的研发和应用。欧洲、美国、日本等均基于自身国情，专门针对该方面出台多项指导性极强的研究计划，产业界也纷纷响应，因此积累了许多经验。为尽可能地减轻对环境的伤害以及降低石油、天然气的过高使用率，使经济得以持续增长，欧洲各国积极推动洁净煤技术的研究与应用。20世纪80年代，欧洲各国共同制定了“兆卡计划”，有力地推动了欧洲煤炭清洁高效利用的发展。以德国为首的原煤洗选、型煤加工、煤转化、煤高效燃烧、烟气脱硫、煤气化联合循环发电(IGCC)等技术均获得显著突破[1]。
2003年2月，英国贸工部发布了“能源白皮书”，明确提出了发展燃煤电厂清洁高效利用煤炭技术。2008年，英国提出“气候变化法案”，要求新的煤炭利用必须强制配套碳的捕获和存储装置[2]。1985年左右，由于美国与邻国加拿大的环保压力日益增大，美国首先在全球致力于研发煤炭清洁高效利用技术;1986年发布了“洁净煤技术示范计划(CCTDP)”;2002年起又发布了为期10年的新一轮煤炭清洁高效利用发电计划(CCPI);2015年8月，发布了“清洁电力计划”，根据该计划，2030年美国煤炭发电厂的碳排放量要比2005年降低32%以上[3]。
日本在美国公布CCTDP七年后也提出“新阳光计划”[4]，并成立“洁净煤技术中心”，其隶属于“新能源产业技术综合开发机构”，全面负责该国在清洁煤与新能源方面的统制、决策、协调与实施，着重针对煤炭研发更先进的转化与发电技术。而通产省则推出“二十一世纪煤炭计划”，计划以2030年为期限，分3步开发煤炭清洁高效利用技术，包括烟气除硫、除氮、除尘、煤液化、水煤浆、煤气化、煤化工原料等内容。通过这些计划的实施，日本已在流化床IGCC、燃烧、燃煤污染物控制和煤转化技术等方面取得了一系列的研究成果。
21世纪初，该国还推出《新国家能源纲要》，旨在促进煤气化与燃煤强化燃料电池2项联合发电技术的全面实施与升级。随着对环保问题日益严格的管控，各个发达国家在清洁高效利用方面的投入和研发始终在提升，该方面的技术能力也因此得以持续提升，NOx、SO2、烟尘等物质的排放量得以持续缩减。各国围绕装备制造、能源开发等领域展开研究，重点研究多联产、IGCC和CO2捕集储存(CCS)等装备与技术，煤炭的清洁利用及“近零排放”技术再次成为了能源领域的重要研究方向。
2我国煤炭清洁高效利用的现状
自2001年起，中国始终致力于追求煤炭的清洁高效利用，并将其列为科研方面的战略目标。在绿色安全开采、加工提质、高效转化、燃烧发电、控制污染物、有害气体减排等方面进行了持续研究，并取得了一系列的重要成果，有力地支持了我国创新和发展煤炭的清洁高效利用技术的发展。然而，就全球而言，中国在该方面的技术仍相对偏低，亟须进一步发展和完善。
3清洁高效利用煤炭的途径与措施
我国环境污染与煤炭的随意开采和低效利用密切相关，而当前我国打造环保经济和低碳社会却是国民的普遍需求。因此，针对该产业研发更科学、洁净、高效的技术，必然会成为日后我国能源战略的关键组成部分。为此，国家还专门出台文件，要求煤炭行业在“十二五”期间着重关注煤炭的清洁高效利用。所以，如何在该方面找到契合中国实际国情的发展道路并最终实现目标，是我国今后需要解决的关键问题。笔者认为，我国煤炭的清洁高效利用可从以下几点着手。
3.1提高原煤的入洗率
对煤炭原煤而言，灰分与硫分是其主要杂质，当其燃烧时，这2种物质将分解生成烟尘、NOx、SO2等污染物，并随着烟气向外排放，借助洗选加工，原煤中的杂质将被部分剔除，从而实现一定的脱硫除灰效果。检测发现，当前常用的选洗煤技术就能够使原煤的硫分与灰分分别下降30%～40%与50%～70%。
煤炭经洗选后，能大幅度减少污染物的排放。经计算，入选1×108t煤炭原煤可减少SO2排放量100×104～150×104t，其经济成本仅为烟气脱硫的10%左右[5]。当煤燃烧时，其所涵括的矿物质将因为受热而分解。对煤而言，其热值与灰分呈反比。因为煤通过燃烧释放能量时，若灰分偏高，不但需要耗费更多热量进行分解，留存在炉渣内的热量也会有所损失。煤中灰分高，也会影响煤燃烧过程中的传热效率。通过对原煤实施洗选与加工，在燃烧时不但能够使热值有所上升，还能够使其利用率有所上升。
2009年，在中国原煤与动力用煤的入洗率大概分别为43%与20%，而煤炭产业比较发达的国家，例如，俄罗斯、美国大概分别为55%与40%。通过测算发现，假如我国能将洗选的动力用煤增加20%，则年均大概能够少消耗34000t标准煤。所以，我国在煤炭洗选方面还有较大的上升空间，煤炭清洁高效利用措施的首选应当为提高煤炭的入洗率。鉴于此，发改委于2007年出台煤炭产业政策，要求各地市如需要上马大中型煤矿，必须相应上马具备同等处理能力的选煤厂，假如矿区煤矿多为中小型，则倡导其上马可处理所有产能的选煤厂。“十二五”期间我国相继出台政策支持和引导煤炭洗选，而这必将推动煤炭界提升原煤洗选率。
3.2大力推广煤炭清洁高效燃烧技术
燃烧测试表明，如果窑炉能够优化燃烧方式，不但能够显著提升燃烧效率，对环境的损害也有所减轻。而新型与低NOx是现阶段2种既清洁又高效的主流燃烧技术。改善煤的燃烧方式，可减少燃煤后产生的主要污染物。因为优质的燃烧方式能够使煤炭的燃烧更合理，能够少生成氮氧化物，其排放量自然也会相应减少。因此，大力推广使用低NOx燃烧技术是有必要的。当前比较先进的主流燃烧技术涵括整体煤气化联合循环、增压式流化床、循环式流化床等。在1980年前后，中科院就开始着手研究后2项技术，因为它们具备极高的清洁度与燃烧效率，对环境的损害也相对较小。燃烧时可以经由添加脱硫剂来减少SO2的生成量，通过使原煤更为充分地燃烧，有效减少副产品NOx的产生。经过多年来的大力推广，现阶段在我国诸多大型锅炉都已经或计划将循环流化床作为自身的原煤燃烧方式。
增压流化床燃烧技术，除拥有循环流化床类似的优势外，还能通过对燃料增压燃烧，使得脱硫效率和燃烧效率获得更多的提升。整体煤气化联合循环系统指通过有效融合高效联合循环与煤气化2项技术所发展而成的。该技术系统的工作过程为:首先经由气化使固体煤炭成为低热气体，再对所生成的气体进行净化处理，能够有效剔除附着于其中的SO2、粉尘、NOx等杂质。此时煤气将变成洁净度极高的燃料气体，再利用其作原材料来发电，所释放出的杂质气体通过引导流进余热锅炉生成高热蒸汽，然后流进汽轮机进行发电。由此可见，该技术系统的优势在于煤炭的高利用率与低排放率。因此，大力推进煤炭清洁高效燃烧技术的发展，对我国节约能源、保护环境方面有重要的影响与意义。
3.3加强燃煤烟气的净化在煤炭开采、使用和生产过程中，虽然我国已经采取了许多措施来预防和控制污染，但煤在燃烧过程中仍会产生大量的污染物，对环境造成污染。所以，还必须借助脱硫、脱氮、除尘等举措来减轻烟气污染。近几年，中国通过实施除硫、除氮、除尘等有效举措，在减少煤炭燃烧所导致的SO2、粉尘、NOx等以及烟气的排放量方面已有所成效。虽然我国煤炭消费量仍然在持续升高，但烟尘排放量及氧化硫排放量却持续在降低，有效减轻了煤炭使用对环境的压力，对改善区域内大气环境的质量、控制煤烟型大气污染有着积极的作用[6]。
目前在我国部分城市因为烟气排放所引发的空气污染、酸雨等环境问题依然较为严重。此外，中国目前的能源结构使得国家难以有效抑制煤炭需求，反而不得不面对其持续增加的事实。可以预见，未来数年甚至数十年，SO2、粉尘、NOx等物质在空气中的浓度比会持续上升。因此，应针对燃煤烟气积极实施净化技术，加紧实施相关净化设施。这样能够使煤炭燃烧少生成SO2、粉尘、NOx等物质，自然有助于完成“十二五”规划中使上述物质实施减排的能源目标。
3.4改变煤炭利用的方式对煤炭而言，以往盛行的利用手段是直接进行燃烧，然而，借助相关技术使其成为液体、气体、电能等环保能源以及通过化工手段对其进行加工，是现在中国煤炭清洁高效利用的关键走向与发展潮流。中国对煤炭的利用与加工已经有所突破，但如果忽略炼焦与煤化工，我国在该方面的规模依然相对较小。因此，笔者认为，我国应该在燃煤以及煤炭气化、煤炭液化、煤炭焦化、型煤加工等领域继续予以突破。同时要不断深挖煤炭在工业原料方面的功用，进一步加快其深加工步伐，使其成为洁净高效的能源以及进入石化业替代某些产品。
3.5进一步加大煤炭的分质和提质利用
我国总体煤炭资源中大概有40%为低质煤，该类煤炭的缺陷在于极高的水分、硫分、灰分，它也是导致煤炭利用率低下、排放严重超标的关键因素。因此，应进一步加强低品质煤的提质工作，严格控制高硫高灰煤的利用和生产。对其他的煤种也应该实行分质利用，将煤炭中低热值的轻组分、碳氢化合物和高热值的炭分离开来，物尽其用，最大限度地提高煤炭的利用率并降低污染。同时还可按照用户特性来供煤，例如:民用对硫、灰含量有要求，优先供给低硫低灰分的煤炭;化工业需要块煤;冶金业对热值有要求，供给精煤;发电产业对品质有要求，供给粉煤、次煤。除此以外，在配煤方面引入先进技术，并结合燃煤设备的特性，能够针对每种煤最大化地扬长避短。之所以要采取上述措施，旨在最大化地挖掘燃烧效率，从而达到少排放、少用煤之目标。
3.6热力、电力相关企业加大煤炭的清洁高效利用
我国曾经针对大气污染物做过全国普查，首次普查的结果表明，目前氮氧化物、SO2、烟尘等为主要污染物，而这3种物质分别有61.7%、50.4%、32.0%来自发电或供暖企业[7]。由于我国经济的急剧增长，所耗费的电力随之持续上升。但是现阶段的能源结构使得我国难以在短时间内淘汰火力发电，反而需要在该方面持续推出新项目，也必将释放更多的烟尘、SO2、氮氧化物，加重环保压力。因此，发电企业及供暖企业应该针对煤炭燃烧加速研发有关技术，淘汰相关落后产能，加强节能减排，优化火电发展，从而真正减少火电厂由于煤炭燃烧不充分所释放的污染物，进一步加快我国空气品质的提升，促进我国火电产业更长远健康地发展。
能源论文投稿刊物：《山西能源学院学报》坚持为社会主义服务，为山西煤炭经济发展服务的方向，坚持以马克思主义、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，传播文化科学知识与技术，促进校内外学术交流，具有以煤炭经济管理和煤矿实用技术为主而兼及其他、文理兼容的办刊特色。
4结语
煤炭既是极为关键的基础能源，也是能源结构的核心构成，同时可以预见未来这种状况必将长时间持续。高速发展的煤炭产业为我国的社会进步、经济进步均作出了重要的贡献，但随之而来的环境、生态等问题尚未完全得到有效解决，解决这些问题的主要方法就是对煤炭进行清洁高效开发利用。推广煤炭的清洁高效利用技术，不仅可以显著增加其利用率、减排CO2等污染物，而且还可以改变能源消费的总体局面。
煤炭的清洁高效利用，有助于我国立足自身的资源储量规划今后的能源消耗，对确保能源的足量供应有着重要的意义。中国应该通过研发与创新，推动自身在煤炭的开采与消耗方面取得突破，持续提升在清洁煤炭开发利用方面的技术能力，减轻资源和环境的压力，这对于煤炭行业实现长远发展也具有特别重要的战略意义。清洁高效利用煤炭既有助于提升能源开发与利用方面的技术能力，还有助于经济的快速成长与运行，使能源、环境与经济得到和谐发展，带动周边产业成长，促进区域经济的持续增长。
参考文献(References):
[1]任相坤.烧煤可以挺干净[N].人民日报，2011-05-25(23).
[2]任敏.与新能源互补传统能源“绿色革命”渐成潮流[N].中国高新技术产业导报，2011-06-06(8).
[3]陆小泉.我国煤炭清洁开发利用现状及发展建议[J].煤炭工程，2016，48(3):8-10，14.LuXiaoquan.PresentsituationandsuggestionforcleancoaldevelopmentandutilizationinChina[J].CoalEngineering，2016，48(3):8-10，14.
[4]何季民.日本的新阳光计划简介[J].华北电力技术，2002(1):52-54.HeJimin.BriefintroductiononnewsunplanofJapan[J].NorthChinaElectricPower，2002(1):52-54.
作者：童健活
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《煤炭清洁高效利用的探索与发现》