洁净煤

杜 铭 华

煤炭工业洁净煤工程技术研究中心副主任、煤科总院北京煤化所所长

摘 要：以提高燃煤效率、减少大气环境污染为目的的洁净煤技术产业化可分为装备产业、加工产业和工程服务产业，发展重点有：中、小型工业锅炉、电站烟气净化装置、动力煤洗选等。市场是产业化发展的关键。政策可分为对市场的政策体系和对加工业、装备产业的政策体系，包括有重要作用的环保法规和税收等经济政策。制定政策的科学性和执行政策的严肃性非常重要。 关键词：洁净煤技术 产业化 政策

一、洁净煤技术产业化发展是解决当前大气污染的主要途径

由燃煤引起的大气环境污染是中国当前重要的能源环境问题，在有的城市或地区已成为制约经济发展的主要因素之一。与传统的环境保护技术比较，洁净煤技术将技术进步、提高能效、环境保护作为整体发展，注重源头治理，坚持经济效益与社会效益并重、经济与环境协调发展，是二十一世纪能源技术发展的主导方向。发展洁净煤技术是实现当前大气环境治理战略目标的主要途径。

近年来经过广泛的宣传和研究开发，中国洁净煤技术取得进展，如以脱硫为主的动力煤洗选、工业型煤、CFBC、煤炭直接液化、煤层气开发、粉煤灰利用、矿井水净化等。但是，绝大部分燃煤还处于技术粗放、污染物无控制排放的状态，由此造成的大气环境恶化日趋严重，为此推进洁净煤技术产业化发展的需求也日益迫切。 二、当前需要发展的洁净煤技术产业

目前煤炭消费总量的85％左右是作为燃料烧掉的，大约每年为10亿吨，消费用户及燃烧装备有如下几类：

燃煤电站—— 粉煤锅炉

工业部门——¾ 工业锅炉或燃煤窑炉； 城乡民用——¾ 民用炉灶； 其它 ——茶浴炉、商业炉灶等。

不同用户、不同燃烧装备在技术水平、规模大小等方面有很大差异，但由于燃煤排放不加控制或治理的原因，所产生的污染都是不容忽视的。针对上述燃煤消费方式，当前急需发展的主要洁净煤技术产业可划分为以下几类：

装备产业 ——为燃煤用户或煤炭加工部门提供先进的装备、设施的产业，如机械制造业； 煤炭加工产业 ——为燃煤用户提供优质燃料的加工业，如选煤或型煤等洁净煤技术加工产业；

工程服务产业 —— 为燃煤用户提供洁净煤技术工程服务的产业，如烟气净化工程安装等。

图1是三类产业之间以及与用户的市场关系，装备产业的产品市场有二个方向，其一是向加工部门提供设备，如选煤机械；其二是向用户提供燃煤装备，如锅炉；加工和工程服务产业的产品市场方向是燃煤用户。同时图1中还列出了两类产业的主要产业技术方向。

图1 洁净煤技术产业重点与市场关系

▲中小型工业锅炉、电站烟气脱硫装备制造业是装备产业的发展重点

全国中、小型工业锅炉约有50万台，年耗煤400 Mt以上，总平均单机容量2.4 t/h，布局分散，90％以上为效率低下、污染严重的旧式层燃锅炉。开发、引进、制造效率高、环境效果好的中小型燃煤锅炉是符合中国能源结构、彻底改变提高现有锅炉技术水平、改善燃煤状况的技术途径。制造先进中小型工业锅炉是当前急需解决的有良好综合效益的重点洁净煤技术产业。 电站燃煤约占全国煤炭消费总量1/3，SO2 排放量占工业排放总量的50％以上，虽然近年来建成了一些烟气脱硫装置，但绝大部分SO2 为无控排放，即使建成的脱硫装置也由于各种原因而不能连持稳定运行。解决投资、运行、效益等相关问题的途径之一是脱硫技术和装备形成国内产业化，并结合政策、法规等措施，使该产业的产品市场得到配套发展。

▲动力煤洗选是煤炭加工产业的发展重点

目前动力煤入选率不足10％，绝大部分为原煤直接燃烧，平均含硫量约1％，其中大约有30％含硫量大于1％。动力煤洗选可以实现脱硫排矸，提高商品煤质量、减少运输浪费，是综合效益较好的煤炭加工产业。

最近由于煤炭销售不敞以及各地出于环保的要求，商品煤炭的质量越来越受到人们的重视，对发展动力煤洗选，特别是含硫较高的煤通过选煤脱硫起到了推动使用。 三、用户市场发展是洁净煤技术产业化的关键

在市场经济条件下，产业化发展的最基本推动力是市场需求，如市场不成熟或需求不旺，则任何产业都难以发展，由此用户市场的培育和成熟对洁净煤技术产业化具有关键作用。 对洁净煤技术用户市场的培育有以下几个重点：

1. 促进燃煤电站烧用经过洗选的、含硫量低的燃料煤； 2. 推动燃煤电站采用烟气脱硫技术和装备；

3. 推动中小型工业锅炉用户逐步淘汰旧式燃煤锅炉，使用先进燃煤锅炉，对暂无条件更换

新锅炉的应使用固硫型煤；

4. 推动城乡民用饮事、取暖、企事业单位的茶浴炉采用型煤和新炉具； 5. 城镇餐饮业，食品加工业等燃煤用户采用固硫型煤和新炉具。

四、政策支持是启动市场、发展产业的重要条件

洁净煤技术具有社会公益性的特征，其产业化发展或形成现实市场均需要政府提供有效的政策系统支持，针对使用者的政策决定市场的有效需求，针对生产者的政策决定向市场提供先进的装备和优良的产品。 1、针对用户市场的政策体系

针对用户市场的政策可以分为环境法规、合理的价格经济体系、税收政策等。 ▲环境法规

有效的排污罚款额接近污染控制的边际成本，应使企业如采取交纳排污费、不进行治理的方式必定蒙受“经济多付出”的损失，从而达到企业自觉地应用新技术和新产品。对燃煤电厂采用洗选后的动力煤、建设并运行烟气脱硫技术、工业部门采用先进的燃煤锅炉等，均应发挥环境法规的强制作用，如提高SO2排污收缴的费用、超标排污应额外加收罚款等。 建立并严格执行环境法规是目前需要解决的重点问题。 ▲价格经济体系

价格经济体系是保障企业在现有经济实力条件下，能够体现洁净煤技术的采用所得到效益的社会性和公益性，而不是由企业承担所有的成本。

对燃用较高硫分煤（特别是两控区）的电站采用脱硫技术的给予电价调整的政策，以使成本社会化。

征收煤炭消费税，促进用户燃烧可提高效率的优质煤和采用节能技术，如在工业锅炉中燃用型煤或动力精煤，使用先进高效的燃煤锅炉等。 ▲其它政策   

对用户采用洁净煤技术的建设项目应在投资调节税，土地使用税等方面给予优惠。同时应给予投资方面的鼓励和支持。

地方性强制措施，如限制燃用含硫高的煤，限制使用、生产低效燃煤装备等。 针对加工产业、装备产业的政策体系

▲价格经济体系  

煤炭价格制定的因素应包括煤中含污染物的多少（如含硫量），鼓励煤炭生产者采取加工手段提高煤炭质量、减少含硫量。

煤炭环境税，向生产者征收按煤中含硫确定的环境税，限制含硫高的煤进入市场。

▲投资及税收政策  

对洁净煤技术装备或加工企业的建设投资给予政策倾斜，鼓励企业采用新技术、开发生产新产品；

对企业新上洁净煤技术项目的在投资调节税、土地使用税等方面给予优惠，参照环境保护、资源综合利用、节能技术等产业的政策优惠，对洁净煤技术产品的生产给予所得税、经营税、甚至增值税等方面的优惠，从源头降低洁净煤技术产业及用户市场的成本。 五、有关政策的几个问题

洁净煤技术产业化发展是一个大的系统，其政策的设计、制定、执行等涉及问题广泛，为此应对下列问题给予关注：

1、政策设计应基于多学科、多部门的科学分析，并进行全面的可行性分析论证，建立政策设计的科学程序化。

2、应关注环境法规的强制作用和经济激励作用的相辅相成、充分发挥市场经济的配置和调节作用。

3、洁净煤技术产业的政策支持应与环保、节能政策相结合，前者应有更广泛的内容和复盖面。 4、结合地区经济、环境、能源供应特点应有分区域实施的政策差别。 5、注重政策整体性和相关性，使不同政策形成相互支持的完整体系。

6、充分关注政策的权威性和严格的执行管理，建立由独立运行的执行政策监督管理机构，保障政策的有效实施。

我国洁净煤技术现状与发展思路

成 玉 琪

煤炭工业洁净煤工程技术研究中心

摘 要：煤炭是我国主要一次能源。我国终端能源消费中煤炭比例过大是造成污染严重的主要原因，煤炭消费应转向以煤电为主。对煤炭开发利用中产生的污染应实现全过程控制。提高商品煤质量是从源头上减少燃煤污染的有效措施；提高燃烧效率是解决燃煤污染的核心；减排SO2是重点当前要解决的问题；增加煤炭就地转化的比例是从根本上减少污染和解决能源安全的途径。 一、对中国未来能源环境问题的几点看法（结论）

1.中国一次能源以煤为主的格局相当时期内难以改变，未来能源环境问题突出，发展洁净煤技术是现实选择。

2.我国的终端能源消费中煤炭占的比例过大，解决能源环境问题重点放在改善能源的终端消费结构，煤炭消费要实现向以煤电为主格局的转变

3.中国人均能源资源严重不足（煤炭为世界人均的1/2,石油仅为1/10）， 提高能源利用效率始终应作为解决能源和环境问题的首选方案 4.对煤炭开发利用产生的污染应实现全过程控制 二、洁净煤技术若干领域的发展动态 （一）选煤技术

发展煤炭洗选，提高商品煤质量是从源头上减少污染的有效措施。我国1997年原煤入选率25.73％。煤炭洗选的重点已由炼焦煤转为动力煤，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。小直径重介质旋流器分选工艺和设备，对细粒煤泥能同时实现降灰、脱硫，在分选0.5～0.04mm级煤泥时，无机硫脱硫率为67.90～70.30%。采用12m大型风力干法选煤机的150万吨/年选煤厂已投入生产。该厂吨煤投资4.25元，吨煤加工成本2.15元，分选效率>90％，外排尘(50mg/m)符合环境要求。解决煤炭深度降灰脱硫难题的一些新技术，如大直径三产品无压给料重介质旋流器、各种形式的微泡浮选相继研究成功、投入生产。但我国选煤技术总体上与国际先进水平比有相当大的差距，一是原煤人选比例低（我国为25.7％，发达国家在90％以上）；二是先进的选煤工艺占比例低（如重介选，我国仅为23％，发达国家在60％以上）精煤质量差；三是平均厂型小，自动化程度低，设备可靠性差，生产工效低。 （二）水煤浆技术

水煤浆代油在白杨河发电厂经过2000小时的试运行，在全烧水煤浆条件下，燃烧效率>98%，锅炉效率>89%，锅炉负荷在40－100％范围内均能稳定燃烧，与燃烧重油有相同的效果。矿区煤泥制浆燃烧取得进展。采用高灰（灰分41－43％）煤泥制浆，供10t/h链条炉燃用。累计运行2008小时，锅炉热效率由单纯层燃洗中块煤的53.99%提高到掺烧煤泥浆后的68％，燃烧效率由63.7%提高到79.01%。 （三）循环流化床（CFBC）

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国外CFBC技术在向大型化发展。目前单机容量最大的CFBC锅炉（250MW，蒸发量700吨/时）电站已在法国投入运行，锅炉效率90.5％，脱硫率93％，Nox排放低于250mg/Nm 我国现已具备设计制造75t/h循环流化床锅炉的能力；自行开发的220t/hCFB锅炉示范工程和引进410t/h循环床锅炉工程在进行。CFB的设计基础研究方面也取得了一些进展，完成了循环床专用设计软件；125MW再热炉型的工程设计研究和新型75 t/h和130 t/h循环流化床锅炉的研究设计工作。

（四）整体煤气化联合循环（IGCC）

煤气化联合循环发电（IGCC）是目前世界发达国家大力开发的一项高效、低污染清洁煤发电技术，它不仅能满足日趋严格的环保要求，而且发电效率可达45％以上，极有可能成为21世纪主要的洁净煤发电方式之一。

美国IGCC示范工程取得重大进展，Wabash River电厂煤气化电厂改造项目，系统供电能力262MW，设计供电效率38％，脱硫效率>98％。项目于1998年11月完成商业化示范运行。Tampa电力公司IGCC电厂，系统供电能力250MW，设计供电效率40％，脱硫效率>96％，预计2001年10月完成商业化示范运行。Pinon Pine IGCC发电项目，系统供电能力99MW，设计供电效率40.7％，预计2000年7月完成商业化示范运行。

我国IGCC关键技术研究已启动，包括IGCC工艺、煤气化、煤气净化、燃气轮机和余热系统方面的关键技术。拟在烟台电厂建1GW示范电站。 （五）煤炭气化

煤气化技术是重要的能源转化技术，广泛用于化工、冶金、机械、建材、民用燃气等方面，目前全国每年气化用煤量约6000万吨。

我国引进了一些先进的大型煤气化技术都在运行中。我国的中小型气化以块煤固定床气化技术为主，技术水平落后、效率低、污染重，急需技术改造。引进的一些较先进的气化技术在稳定操作运行、技术设备国产化、经济投入及运行效益方面也存在不少问题，因此需要发展具有中国知识产权、适合国情、高效洁净的现代气化技术。地下气化技术应用于煤矿残煤气化的试验取得了一定的进展。 （六）煤炭液化

煤炭液化是重要的煤转化技术。由中德、中日、中美合作的三个煤直接液化工业示范项目可行性研究在进行中，中德合作采用云南先锋褐煤在德国DMT公司的工艺开发装备上进行了的工业条件试验和最佳工艺条件运转试验，液化油收率达到53％；对中国固定床加氢催化剂进行了条件试验，结果表明该催化剂适用于德国IGOR工艺；示范厂可研报告已经完成。在日本1t/d装置进行了中国依兰煤、中国西林硫铁矿催化剂、日本合成硫化铁催化剂的直接液化条件试验，油收率为52％－57％。中美合作的中国神华煤直接液化可行性研究项目完成第一阶段工作，在美国HTI公司连续小试装置上对神华柠条塔煤进行了6个条件的试验，使用HTI的技术和GelCat催化剂，油收率达63％－68％； （七）燃料电池

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科技部在UNDP的支持下正在推动燃料电池公共汽车示范计划。 （八）烟气净化技术

目前，世界上运行着500座以上的烟气脱硫装置。而其中90％以上（按机组容量计）为湿法脱硫工艺。半干法旋转喷雾法、炉内喷吸收剂――增湿活化脱硫工艺在欧洲应用较多。流化床燃烧技术在燃烧过程中有效控制SO2、NOx的生成，日益受到重视。日本开展利用表面热处理后的活性炭纤维（ACF）对烟道气进行脱硫、脱氮的试验研究，取得了很好效果。。利用ACF净化烟道气的技术属于半干式氧化型，其优点是：脱硫、脱氮反应在常温下进行，副产的硫酸、硫酸盐及硝酸、硝酸盐等可以获得连续回收。该燃煤锅炉烟气脱硫、脱氮技术不仅具有较高的脱硫、脱氮性能，且用水量少，所需设备简单，目前正在进行实用化研究。

随着我国大气污染日益加剧，烟气净化技术进一步受到社会各方面的重视。“中日合作电子束烟气脱硫示范工程”，已累计运行2400小时，1998年5月28日通过国家竣工验收鉴定。该示范工程处理成都电厂200MW机组锅炉的30万m/h烟气，是目前世界上已投入运行的处理烟气量最大的电子束脱硫装置。其脱硫率及脱硝率均超过80％及10％的设计值，各项运行消耗指标均低于设计值。此外，引进芬兰IVO公司炉内喷钙和增湿活化联合工艺和日本日立公司的高速平流式湿法工艺正在进行。国际上已有的脱硫效率高的成熟技术，引进后对我们积累设备设计、运行和管理经验是有用的,但国外技术和设备价格昂贵，应结合我国经济能力，开发和推广适合我国国情的技术与工艺。

国内烟气净化技术基础研究和中小锅炉烟气净化技术也取得一定进展。为提高脱硫剂的脱硫效率，在Ca（OH）2中加入易潮解盐和碱或用燃烧飞灰和Ca（OH）2的水合物作吸着剂；或用活性焦或活性炭作吸附剂，在实验室研究中都取得一定成果。适合中小型锅炉的网膜塔除尘脱硫系统、双击式除尘脱硫工艺等也取得了初步成效 （九）粉煤灰综合利用

我国粉煤灰研究和利用的重点是大用量方向，例如掺于混凝土中，建桥、建坝、高层建筑底板、核发电站的安全壳等，正在建设中的三峡工程预计用粉煤灰量达133.8万吨。更大量的利用在于修筑高等级公路，该技术已成熟，推广于沪宁、京深及京冀公路建设。粉煤灰还用于矿区回填、农业上改良土壤。预计到2000年我国粉煤灰的排放量将达到1.6亿吨，在粉煤灰利用上必须加大力度、扩大利用面、增加利用量、提高利用率。 （十）煤层气的开发利用

煤层气勘探开发取得了明显进展，1998年在山西沁水盆地和东北鹤岗地区共钻煤层气井11口,在屯留-003井、屯留-006井和屯留-007井获得了日产7000m、10000m和16000m以上工业煤层气流，初步控制含气面积约550平方公里。勘探成果表明,该地区具备了形成大型煤层气田的地质条件。在晋南完成了3口井，晋试1井获得了单井日产7000m的产量。“中国煤层气资源评价项目”的研究工作正在实施之中，已初步完成了六盘水、大华北、东北三江和辽中四个区块的研究工作，项目研究总报告预计1999年完成。与美国德士古（TEXCO）、菲利普斯（PHILLIPS）和阿科（ARCO）等三家石油公司共同进行淮北、临兴、三交、三交北和石楼等五个地区煤层气勘探开发的合作项目在进行。五个合作区总面积为11216.8km，预测煤层气资源量6535亿m。现已完成9口煤层气井的钻探，取得了较好的煤层气资料。

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三、洁净煤技术优先发展领域的建议

（一）当前中国发展洁净煤技术重点要解决的三个问题

1．提高燃烧效率是解决中国煤炭利用效率低下，减少温室气体排放的关键

目前我国每年动力用煤占煤炭消费总量的85%以上。主要用户是： 电站锅炉 （1995年末，我国有电站锅炉4609台，43万蒸t，全部为蒸汽锅炉；年用煤488Mt）；工业锅炉 （1995年末中国有49.9万台工业锅炉，119.8万蒸t，平均单机容量2.4t。工业锅炉以层燃为主，年用煤约350Mt，燃烧效率比国外先进水平低15-20%）；工业窑炉（1995年我国有工业窑炉16万台，年用煤23.8Mt，设备技术普遍比较陈旧，污染严重）；民用（我国民用、商业及其他用煤165.2Mt，其中民用135.5Mt。烧散煤平均热效率仅15%，改烧型煤并采用新型高效炉具热效率可达60%以上）。

2. 全过程脱硫，减排SO2是中国洁净煤技术重点要解决的问题

每年排向大气的SO280％以上来自燃煤；酸雨分布区已占到国土面积的40％。减少SO2排放是实现高效低污染燃煤的主要目标。

中国煤炭中形态硫组成以黄铁矿硫为主，通过洗选可以清除煤中50％－70％的黄铁矿硫。初步测算，通过大力发展洗选，2000年SO2减排量2.7Mt,2010年5.4Mt,2050年8.6Mt。 燃烧中固硫主要是两种途径，一是燃烧加固硫的型煤或配煤，一般可减少SO2排放40-60%；二是采用CFB锅炉实现炉内脱硫，脱硫率可达80-90%

烟气净化脱硫关键是降低费用，国内外均围绕这个目标开展了大量的研究开发工作。 3. 洁净煤技术要为解决能源安全，改善能源的终端消费结构做贡献

总的方针是增大煤炭就地转化的比例，包括采用先进的燃烧发电技术，大力发展坑口电厂。矿区电厂应考虑消费约占原煤产量10－20%的低热值燃料(1000－3000Kcal/Kg)问题。主要是发展75－220t/h中小规模的CFBC锅炉，从技术上要针对矸石、煤泥的特点，重点解决磨损、高温下气固分离和煤泥制浆及给料方式等问题；改进煤炭气化技术，如粉煤气化(加压、常压)；水煤浆气化；CFB气化；型煤富氧气化等，逐步取代目前落后的气化技术。我国褐煤、长焰煤等年轻煤资源约占探明煤炭资源的52%，低温热解等年轻煤提质工艺在中国有很好的市场前景。 实现煤炭直接液化的商业规模示范，拟利用国外技术和资金，分两阶段实现商业化示范厂建设；中国煤与油的价格比有利于煤炭液化发展，但液化成本要大体与石油相当才有市场竞争力。水煤浆代油燃烧，我国现有170万t水煤浆生产能力，要充分发挥现有的生产能力，就地解决稳定燃烧问题；技术上要开发廉价添加剂，向水煤浆制浆-管道输送-发电一体化的方向发展；要发展高灰煤泥制浆等。 煤层气开发利用，据测算中国煤层气资源总量在35万亿m，主要赋存矿区在额尔多斯、华北、东北、吐哈、两淮、川南黔北和六盘水等处。 （二）优先发展领域的建议

1．提高商品煤质量，从源头上减少污染。包括大力发展动力煤洗选，固硫型煤，添加固硫剂的配煤等；应制定商品煤上市的标准和相应的奖惩法规。

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2．发展高效洁净燃烧技术，包括循环流化床锅炉，高效低污染的中小锅炉和燃煤系统，水煤浆制备与燃烧技术装备等；制定技术引导和淘汰落后工艺、设施的法规。

3．实用的消烟除尘技术和脱硫脱硝技术，包括消除空气中飘尘和黑烟的技术，脱除SO2和Nox的低成本的实用技术，适用于中小锅炉的烟气净化技术等。

同时对涉及能源安全和跟踪世界能源科技新发展的领域，如先进的煤炭气化技术，煤炭液化技术，IGCC，PFBC，燃料电池、煤层气，先进的煤炭洗选技术等应组织开发和示范。