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煤炭清潔開采高效利用的現(xiàn)實(shí)路徑

發(fā)布時間:2018-04-20

對于煤炭來說,關(guān)鍵的驅(qū)動力在于靈活性、低成本、可靠性、低碳排放。環(huán)境問題將是煤炭行業(yè)未來發(fā)展的瓶頸。突破環(huán)保瓶頸,需要建設(shè)更清潔的燃煤電廠,尋找煤化工碳減排路徑,繼續(xù)探索更加適合自身發(fā)展的國家方案。

  當(dāng)前,我國煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)量占全世界的50%左右,是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國。日前,在京召開的2018世界煤炭協(xié)會技術(shù)委員會會議透露,2017年我國原煤產(chǎn)量35.2億噸,進(jìn)口煤炭2.7億噸。

  “中國是產(chǎn)煤大國,但不是產(chǎn)煤強(qiáng)國,如何實(shí)現(xiàn)煤炭清潔開采與利用,是煤炭行業(yè)需要不斷思考的問題?!笔澜缑禾繀f(xié)會技術(shù)委員會主席梁嘉琨說。

  煤炭發(fā)展需突破環(huán)保瓶頸

  根據(jù)GE Power Marketing統(tǒng)計數(shù)據(jù),預(yù)計到2025年,在全世界工業(yè)電力的來源中,化石能源依然占60%以上,新能源不會超過50%。其中,煤炭能源占整個化石能源的57.9%。

  GE電力亞洲運(yùn)營主管帕斯卡爾·拉杜(Pascal Radue)表示,對于煤炭來說,關(guān)鍵的驅(qū)動力在于靈活性、低成本、可靠性、低碳排放。

  “在資源環(huán)境約束成為中國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展瓶頸的今天,公眾對于生活質(zhì)量的要求不斷提高,高消耗、高污染、高排放的粗放型增長方式已經(jīng)難以為繼?!眹覛夂蜃兓瘧?zhàn)略研究和國際合作中心副主任馬愛民說。

  2013年6月,國務(wù)院頒布了史上最嚴(yán)的大氣污染防治十條措施,宏觀調(diào)控部門、能源管理部門、環(huán)境保護(hù)部門形成全面控制污染的合力,環(huán)保產(chǎn)業(yè)尋找新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn),產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)污染減排的力量強(qiáng)勁。與此同時,超低排放電價政策同步實(shí)施。

  2016年,《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》勾畫了不同階段應(yīng)對氣候變化的藍(lán)圖,提出應(yīng)對氣候變化的指導(dǎo)思想、原則、目標(biāo)、行動重點(diǎn)和政策措施,并明確了能源消費(fèi)總量強(qiáng)度、二氧化碳排放強(qiáng)度、非化石能源占比等約束性指標(biāo)。

  “環(huán)境問題將是煤炭行業(yè)未來發(fā)展的瓶頸?!瘪R愛民說,“推動煤炭清潔高效利用,實(shí)施低碳發(fā)展戰(zhàn)略是當(dāng)務(wù)之急,需要依靠科技進(jìn)步來推動?!?

  “中國煤炭資源的可靠性、價格的低廉性、利用的可潔凈性,決定了中國‘煤為基礎(chǔ),多元發(fā)展’的能源戰(zhàn)略方針?!绷杭午f,“長期以來,中國推進(jìn)煤炭工業(yè)改革與轉(zhuǎn)型升級發(fā)展,取得了顯著成效。”

  目前,我國特厚煤層綜放開采、年產(chǎn)2000萬噸級大型露天和年產(chǎn)1000萬噸級的礦井建設(shè)、生態(tài)脆弱區(qū)地表生態(tài)保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)及成套裝備取得突破,煤礦智能化開采技術(shù)裝備已達(dá)到國際先進(jìn)水平。

  神華集團(tuán)(已合并重組更名為國家能源集團(tuán))百萬噸級煤炭直接液化項(xiàng)目建成,兗礦百萬噸級和神寧年產(chǎn)400萬噸煤炭間接液化項(xiàng)目相繼建成投產(chǎn),新疆伊犁、內(nèi)蒙古克旗煤制氣項(xiàng)目建成投產(chǎn),煤炭利用原料和燃料并重的格局正在形成。

  此外,我國建成了國家能源集團(tuán)國華臺山電廠、華能玉環(huán)電廠、浙江能源嘉興電廠等一批高標(biāo)準(zhǔn)的燃煤電廠超低排放示范工程。這些技術(shù)改造電廠的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放指標(biāo)均低于燃?xì)怆姀S的排放標(biāo)準(zhǔn),大幅減輕了煤炭燃燒對于大氣環(huán)境的影響。

  建設(shè)更清潔的燃煤電廠

  根據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計快報,截至2017年底,全國全口徑發(fā)電裝機(jī)容量17.77億千瓦。其中,煤電發(fā)電裝機(jī)量占比55.2%。2017年,全國發(fā)電量為6.42萬億千瓦時,其中煤電發(fā)電量占比64.5%。

  中國電力聯(lián)合會常務(wù)理事長王志軒表示,我國主要發(fā)電集團(tuán)完成煤電超低排放改造的機(jī)組容量占全國的比率超過80%,是推進(jìn)煤電超低排放的主力。

  《工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)對氣候變化行動方案(2012—2020年)》提出,到2020年,單位工業(yè)增加值二氧化碳排放量比2005年下降50%左右,基本形成以低碳排放為特征的工業(yè)體系。

  如何減少燃煤電廠的二氧化碳排放量?近年來,我國一直在探索CCS與CCUS技術(shù),為減緩氣候變化、減少二氧化碳排放做出努力。

  CCS,即二氧化碳捕集與封存,其雛形是20世紀(jì)70年代在美國興起的用二氧化碳驅(qū)油以提高石油采收率的技術(shù)。CCUS,即二氧化碳的捕集、利用與封存,是中國結(jié)合本國實(shí)際提出的概念,即在CCS基礎(chǔ)上增加了二氧化碳利用的環(huán)節(jié)。

  由于電廠煙氣為低氧工業(yè)廢氣,以煤炭為燃料的火力發(fā)電廠運(yùn)行會產(chǎn)生大量含氧4.5%左右的煙氣,其惰性氣體(二氧化碳+氮?dú)?濃度高達(dá)95.5%,是很好的防滅火材料。

  據(jù)國華電力集團(tuán)總工程師陳寅彪介紹,60萬千瓦機(jī)組產(chǎn)生的煙氣量1.935×106Nm3/h ,按單個工作面注氮量3000m3/h計算,可滿足600個工作面的防滅火使用。由于二氧化碳的強(qiáng)吸附特性,將電廠煙氣注入采空區(qū),煤體能夠吸附大量二氧化碳,可抑制煤自燃的物理吸氧過程,同時還可減少二氧化碳排放量。

  “電廠煙氣氣源充足、注入量限制少、注氣成本低廉,是優(yōu)良的防火惰氣源。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明,煙氣中有害氣體成分在煤表面的吸附能力更強(qiáng)。將電廠煙氣注入采空區(qū)能夠吸附大量二氧化碳、二氧化硫等,同時抑制煤自燃的物理吸氧過程。”陳寅彪說,“電廠煙氣比氮?dú)飧m用于預(yù)防采空區(qū)遺煤自燃。將電廠煙氣注入井下用于預(yù)防采空區(qū)煤炭自燃,可減少因大量制氮造成的能源浪費(fèi),為企業(yè)節(jié)省大量資金。”

  《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》明確,加快現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放改造步伐;到2020年,全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實(shí)現(xiàn)超低排放。目前,山東、河北、上海、河南四省(直轄市)已將超低排放限值納入地方火電廠排放標(biāo)準(zhǔn)。

  國家能源集團(tuán)于2017年11月完成“基于富氧燃燒的百萬噸級碳捕集燃煤電廠技術(shù)研發(fā)和系統(tǒng)集成”項(xiàng)目驗(yàn)收;陜西國華錦界電廠15萬噸/年CCS全流程示范項(xiàng)目,2017年8月獲得科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目立項(xiàng)批復(fù)。

  世界煤炭協(xié)會會長巴菲爾表示,建設(shè)健康清潔的燃煤電廠是一項(xiàng)世界性任務(wù),不僅對于煤炭行業(yè)很重要,而且對全球的氣候環(huán)境都有重要意義。CCUS技術(shù)在未來有巨大的潛力,在中國也已經(jīng)得到較好的發(fā)展。

  尋找煤化工碳減排路徑

  煤化工作為碳排放大戶,是碳減排的重點(diǎn)對象,也是推動中國煤炭清潔高效利用的重要方式。

  在我國,現(xiàn)代煤氣化技術(shù)向大型化長周期邁進(jìn),液化技術(shù)向高效化和高端化發(fā)展,煤制烯烴、芳烴技術(shù)實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)新的突破。兗礦爐日處理煤3000噸、航天爐日處理煤2000噸、神寧爐日處理煤2200噸;國家能源集團(tuán)開發(fā)超清潔特種油品;中科合成油公司研發(fā)了煤炭分級液化工藝;“納米限域催化”創(chuàng)造性地構(gòu)建了硅化物晶格限域的單鐵中心催化劑,是一項(xiàng)“即將改變世界”的新技術(shù)。

  據(jù)世界煤炭協(xié)會技術(shù)委員會副主席劉峰介紹,目前,我國煤化工項(xiàng)目示范和升級示范發(fā)展已形成一定規(guī)模。煤制天然氣產(chǎn)能達(dá)到51億立方米/年,煤制油產(chǎn)能達(dá)到693萬噸/年,煤(甲醇)制烯烴產(chǎn)能達(dá)到1242萬噸/年,煤制乙二醇產(chǎn)能達(dá)到270萬噸/年。

  對于中國煤化工的發(fā)展,國際能源署潔凈煤中心主任明切納認(rèn)為,如果中國將CCUS提上日程,將給其他國家提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

  在劉峰看來,中國能源以煤為基礎(chǔ)的格局短期內(nèi)難以改變。為了解決碳排放問題,中國正在加快發(fā)展碳匯、碳中和、碳捕捉、碳循環(huán)利用和碳市場,“煤化工生產(chǎn)過程中的二氧化碳比較集中,純度高便于捕集”。目前,我國正在這方面加大技術(shù)研發(fā)和資金投入力度,鼓勵CCS和CCUS技術(shù)的創(chuàng)新與突破。

  除了在煤化工領(lǐng)域發(fā)展二氧化碳的捕集、利用與封存技術(shù),我國還在積極探索推進(jìn)低階煤分質(zhì)分級利用新模式。相對煤炭直接燃燒,低階煤分級分質(zhì)利用的優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)、能量的梯級利用,提高煤炭利用效率,增加煤炭附加值。對成煤時期晚、揮發(fā)分含量高、反應(yīng)活性高的低階煤,通過熱解、半焦利用、焦油加氫等技術(shù)進(jìn)行分質(zhì)分級利用,探索形成油、氣、化、電多聯(lián)產(chǎn)的新模式,提升煤炭清潔高效利用整體水平。

  劉峰建議,鼓勵使用高硫和劣質(zhì)煤進(jìn)行化工轉(zhuǎn)化。高硫煤等劣質(zhì)煤也是煤炭產(chǎn)品,高硫煤燃燒是導(dǎo)致“酸雨”的禍?zhǔn)?,但是通過現(xiàn)代煤化工技術(shù),可以很好地回收和利用其中的硫資源,創(chuàng)造出更高的價值,為高硫煤資源找到很好的利用途徑。

  “中國煤化工發(fā)展需要走出一條適合中國的化工發(fā)展之路。一方面,要加強(qiáng)現(xiàn)代煤化工與煉油產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展,利用煤制油品的特性與清潔性協(xié)助煉油產(chǎn)業(yè)成品油質(zhì)量升級,降低煉油成本。”劉峰說,“另一方面,建議設(shè)立國家油品產(chǎn)能戰(zhàn)略儲備平衡基金,將煤制油列為保障國家能源安全的戰(zhàn)略儲備產(chǎn)能?!?

  劉峰表示,在國際油價低于某一節(jié)點(diǎn)價格時,增加原油煉化產(chǎn)量,調(diào)減煤制油等非常規(guī)油品產(chǎn)量,維持基本負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)并進(jìn)行補(bǔ)貼;當(dāng)國際油價高于該節(jié)點(diǎn)價格時,對煤制油等非常規(guī)油品恢復(fù)征收燃油稅,并適當(dāng)壓減原油進(jìn)口和煉化,利用平衡基金給予一定補(bǔ)貼,這樣既保證相關(guān)企業(yè)的正常運(yùn)營,又穩(wěn)定了國家的燃油能源安全。

  仍需探索適合各自國家的方案

  在明切納眼中,沒有萬能的氣候變化解決方案?!懊總€國家都有更適合自己的探索路徑。支持使用更有效的燃煤發(fā)電技術(shù)是必要的,因?yàn)檫@是減少二氧化碳排放的唯一現(xiàn)實(shí)途徑。高效低排潔凈煤技術(shù)在商業(yè)上是可行的,正在被更多國家特別是中國、德國、日本和韓國所采用?!泵髑屑{說。

  明切納認(rèn)為,煤炭必須成為全球能源結(jié)構(gòu)的一部分,因?yàn)樗前l(fā)展中國家實(shí)現(xiàn)脫貧,確保電力、工業(yè)和化學(xué)品/未來燃料生產(chǎn)的可靠能源來源。同時,應(yīng)該通過提高效率和CCS技術(shù)盡可能減少二氧化碳排放。

  未來煤炭清潔開采與利用之路是怎樣的?

  對于煤炭清潔利用,明切納給出了全球范圍的時間軸——短期內(nèi),采用高效低排HELE技術(shù),而不是亞臨界機(jī)組的新應(yīng)用和改造。對所有子系統(tǒng)進(jìn)行評估并做出改進(jìn)。根據(jù)中長期的規(guī)劃,則要建立國際合作和創(chuàng)新機(jī)制,引領(lǐng)高效、低環(huán)境影響技術(shù)發(fā)展,將煤的利用過程與有發(fā)展前景和改進(jìn)的CCS技術(shù)關(guān)聯(lián)并結(jié)合起來。

  我國的CCS技術(shù)研究已取得成績,但差距尚存。美國能源部化石能源主任安杰洛斯表示,在CCS技術(shù)攻關(guān)方面,美國材料探索、合成、工藝設(shè)計同步進(jìn)行。美國國家實(shí)驗(yàn)室、學(xué)術(shù)界與行業(yè)展開合作,西北太平洋實(shí)驗(yàn)室主要負(fù)責(zé)溶劑研究,勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室主要負(fù)責(zé)材料研究,勞倫斯利弗莫實(shí)驗(yàn)室則負(fù)責(zé)制造商方面的溝通與探究。同時,美國已經(jīng)嘗試采用先進(jìn)的技術(shù)處理手段,使用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)快速合成和分析。

  在煤炭清潔開采方面,中國礦業(yè)大學(xué)校長葛世榮大膽假設(shè),未來煤炭開采將實(shí)現(xiàn)化學(xué)開采。什么是化學(xué)開采?即把煤炭燃燒的過程和二氧化碳產(chǎn)生的過程,全部留在地下,打破長期以來煤炭的開采方式。

  煤炭化學(xué)開采有三種技術(shù):地下氣化、地下熱解和生物溶解。煤炭地下氣化開采利用可控的燃燒技術(shù),將煤炭在地下直接通過燃燒轉(zhuǎn)化為合成氣。地下煤炭原位熱解開采是將熱量直接導(dǎo)入地下并加熱煤層,使煤炭的固態(tài)有機(jī)質(zhì)受熱發(fā)生裂解,產(chǎn)生液態(tài)和氣態(tài)有機(jī)質(zhì)并被抽取至地面進(jìn)行加工處理。煤炭生物開采原理是讓地下的煤發(fā)生分子氧化解聚反應(yīng),從而把固體煤還原為有機(jī)液體或氣體。

  “早在上世紀(jì)80年代初,中國礦業(yè)大學(xué)就提出了‘長通道、大斷面、兩階段’地下氣化工藝。2000年以來,我們又提出了煤炭地下導(dǎo)控氣化化學(xué)開采新技術(shù)?!备鹗罉s說,“化學(xué)開采是人類未來清潔開發(fā)利用煤炭的革命性技術(shù)。煤炭地下氣化作為化學(xué)開采技術(shù)之一,經(jīng)過100多年的研究,目前已具備規(guī)?;I(yè)生產(chǎn)水平?!?

  目前,煤炭化學(xué)開采技術(shù)已先后在重慶中梁山、甘肅華亭、貴州盤縣等地進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化示范開發(fā),省去傳統(tǒng)的開采、運(yùn)輸、洗選等工藝環(huán)節(jié),燃油和煤化工成本降低50%以上。預(yù)計今年年底,盤江煤電的煤炭地下氣化項(xiàng)目將點(diǎn)火運(yùn)行。

  當(dāng)然,煤炭清潔開采還離不開數(shù)字化與智能化。據(jù)了解,西方國家上世紀(jì)80年代開始實(shí)施井下工作面的無人采礦,目前我國不少礦山尚未實(shí)現(xiàn)100%機(jī)械化作業(yè)。但從總體上看,我國的采礦技術(shù)在許多方面已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。如兗礦集團(tuán)、黃陵礦業(yè)、同煤集團(tuán)等,依靠兩化融合轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)采礦方式,在礦山工業(yè)智能方面持續(xù)發(fā)力,已取得不小成績。

  2016年11月,國土資源部發(fā)布《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016—2020年)》,明確提出未來5年要大力推進(jìn)礦業(yè)領(lǐng)域科技創(chuàng)新,加快建設(shè)數(shù)字化、智能化、信息化、自動化礦山,采礦業(yè)的智能化建設(shè)開始進(jìn)入新階段。

  “智慧礦山是煤炭版的‘工業(yè)4.0’,是煤炭行業(yè)的‘中國制造2025’,是智能‘工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIOT)’技術(shù)在礦山領(lǐng)域的全面應(yīng)用?!比A夏天信智能低碳技術(shù)研究院院長高強(qiáng)說,“智能化生產(chǎn)正逐漸成為煤炭行業(yè)兩化融合發(fā)展核心。智能化生產(chǎn)已不僅限于傳統(tǒng)的智慧礦山建設(shè),而且已延伸到選煤廠、化工廠、煤機(jī)制造廠等領(lǐng)域?!?



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煤炭清潔開采高效利用的現(xiàn)實(shí)路徑

發(fā)布時間:2018-04-20

對于煤炭來說,關(guān)鍵的驅(qū)動力在于靈活性、低成本、可靠性、低碳排放。環(huán)境問題將是煤炭行業(yè)未來發(fā)展的瓶頸。突破環(huán)保瓶頸,需要建設(shè)更清潔的燃煤電廠,尋找煤化工碳減排路徑,繼續(xù)探索更加適合自身發(fā)展的國家方案。

  當(dāng)前,我國煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)量占全世界的50%左右,是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國。日前,在京召開的2018世界煤炭協(xié)會技術(shù)委員會會議透露,2017年我國原煤產(chǎn)量35.2億噸,進(jìn)口煤炭2.7億噸。

  “中國是產(chǎn)煤大國,但不是產(chǎn)煤強(qiáng)國,如何實(shí)現(xiàn)煤炭清潔開采與利用,是煤炭行業(yè)需要不斷思考的問題?!笔澜缑禾繀f(xié)會技術(shù)委員會主席梁嘉琨說。

  煤炭發(fā)展需突破環(huán)保瓶頸

  根據(jù)GE Power Marketing統(tǒng)計數(shù)據(jù),預(yù)計到2025年,在全世界工業(yè)電力的來源中,化石能源依然占60%以上,新能源不會超過50%。其中,煤炭能源占整個化石能源的57.9%。

  GE電力亞洲運(yùn)營主管帕斯卡爾·拉杜(Pascal Radue)表示,對于煤炭來說,關(guān)鍵的驅(qū)動力在于靈活性、低成本、可靠性、低碳排放。

  “在資源環(huán)境約束成為中國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展瓶頸的今天,公眾對于生活質(zhì)量的要求不斷提高,高消耗、高污染、高排放的粗放型增長方式已經(jīng)難以為繼。”國家氣候變化戰(zhàn)略研究和國際合作中心副主任馬愛民說。

  2013年6月,國務(wù)院頒布了史上最嚴(yán)的大氣污染防治十條措施,宏觀調(diào)控部門、能源管理部門、環(huán)境保護(hù)部門形成全面控制污染的合力,環(huán)保產(chǎn)業(yè)尋找新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn),產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)污染減排的力量強(qiáng)勁。與此同時,超低排放電價政策同步實(shí)施。

  2016年,《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》勾畫了不同階段應(yīng)對氣候變化的藍(lán)圖,提出應(yīng)對氣候變化的指導(dǎo)思想、原則、目標(biāo)、行動重點(diǎn)和政策措施,并明確了能源消費(fèi)總量強(qiáng)度、二氧化碳排放強(qiáng)度、非化石能源占比等約束性指標(biāo)。

  “環(huán)境問題將是煤炭行業(yè)未來發(fā)展的瓶頸?!瘪R愛民說,“推動煤炭清潔高效利用,實(shí)施低碳發(fā)展戰(zhàn)略是當(dāng)務(wù)之急,需要依靠科技進(jìn)步來推動。”

  “中國煤炭資源的可靠性、價格的低廉性、利用的可潔凈性,決定了中國‘煤為基礎(chǔ),多元發(fā)展’的能源戰(zhàn)略方針?!绷杭午f,“長期以來,中國推進(jìn)煤炭工業(yè)改革與轉(zhuǎn)型升級發(fā)展,取得了顯著成效?!?

  目前,我國特厚煤層綜放開采、年產(chǎn)2000萬噸級大型露天和年產(chǎn)1000萬噸級的礦井建設(shè)、生態(tài)脆弱區(qū)地表生態(tài)保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)及成套裝備取得突破,煤礦智能化開采技術(shù)裝備已達(dá)到國際先進(jìn)水平。

  神華集團(tuán)(已合并重組更名為國家能源集團(tuán))百萬噸級煤炭直接液化項(xiàng)目建成,兗礦百萬噸級和神寧年產(chǎn)400萬噸煤炭間接液化項(xiàng)目相繼建成投產(chǎn),新疆伊犁、內(nèi)蒙古克旗煤制氣項(xiàng)目建成投產(chǎn),煤炭利用原料和燃料并重的格局正在形成。

  此外,我國建成了國家能源集團(tuán)國華臺山電廠、華能玉環(huán)電廠、浙江能源嘉興電廠等一批高標(biāo)準(zhǔn)的燃煤電廠超低排放示范工程。這些技術(shù)改造電廠的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放指標(biāo)均低于燃?xì)怆姀S的排放標(biāo)準(zhǔn),大幅減輕了煤炭燃燒對于大氣環(huán)境的影響。

  建設(shè)更清潔的燃煤電廠

  根據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計快報,截至2017年底,全國全口徑發(fā)電裝機(jī)容量17.77億千瓦。其中,煤電發(fā)電裝機(jī)量占比55.2%。2017年,全國發(fā)電量為6.42萬億千瓦時,其中煤電發(fā)電量占比64.5%。

  中國電力聯(lián)合會常務(wù)理事長王志軒表示,我國主要發(fā)電集團(tuán)完成煤電超低排放改造的機(jī)組容量占全國的比率超過80%,是推進(jìn)煤電超低排放的主力。

  《工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)對氣候變化行動方案(2012—2020年)》提出,到2020年,單位工業(yè)增加值二氧化碳排放量比2005年下降50%左右,基本形成以低碳排放為特征的工業(yè)體系。

  如何減少燃煤電廠的二氧化碳排放量?近年來,我國一直在探索CCS與CCUS技術(shù),為減緩氣候變化、減少二氧化碳排放做出努力。

  CCS,即二氧化碳捕集與封存,其雛形是20世紀(jì)70年代在美國興起的用二氧化碳驅(qū)油以提高石油采收率的技術(shù)。CCUS,即二氧化碳的捕集、利用與封存,是中國結(jié)合本國實(shí)際提出的概念,即在CCS基礎(chǔ)上增加了二氧化碳利用的環(huán)節(jié)。

  由于電廠煙氣為低氧工業(yè)廢氣,以煤炭為燃料的火力發(fā)電廠運(yùn)行會產(chǎn)生大量含氧4.5%左右的煙氣,其惰性氣體(二氧化碳+氮?dú)?濃度高達(dá)95.5%,是很好的防滅火材料。

  據(jù)國華電力集團(tuán)總工程師陳寅彪介紹,60萬千瓦機(jī)組產(chǎn)生的煙氣量1.935×106Nm3/h ,按單個工作面注氮量3000m3/h計算,可滿足600個工作面的防滅火使用。由于二氧化碳的強(qiáng)吸附特性,將電廠煙氣注入采空區(qū),煤體能夠吸附大量二氧化碳,可抑制煤自燃的物理吸氧過程,同時還可減少二氧化碳排放量。

  “電廠煙氣氣源充足、注入量限制少、注氣成本低廉,是優(yōu)良的防火惰氣源。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明,煙氣中有害氣體成分在煤表面的吸附能力更強(qiáng)。將電廠煙氣注入采空區(qū)能夠吸附大量二氧化碳、二氧化硫等,同時抑制煤自燃的物理吸氧過程。”陳寅彪說,“電廠煙氣比氮?dú)飧m用于預(yù)防采空區(qū)遺煤自燃。將電廠煙氣注入井下用于預(yù)防采空區(qū)煤炭自燃,可減少因大量制氮造成的能源浪費(fèi),為企業(yè)節(jié)省大量資金。”

  《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》明確,加快現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放改造步伐;到2020年,全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實(shí)現(xiàn)超低排放。目前,山東、河北、上海、河南四省(直轄市)已將超低排放限值納入地方火電廠排放標(biāo)準(zhǔn)。

  國家能源集團(tuán)于2017年11月完成“基于富氧燃燒的百萬噸級碳捕集燃煤電廠技術(shù)研發(fā)和系統(tǒng)集成”項(xiàng)目驗(yàn)收;陜西國華錦界電廠15萬噸/年CCS全流程示范項(xiàng)目,2017年8月獲得科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目立項(xiàng)批復(fù)。

  世界煤炭協(xié)會會長巴菲爾表示,建設(shè)健康清潔的燃煤電廠是一項(xiàng)世界性任務(wù),不僅對于煤炭行業(yè)很重要,而且對全球的氣候環(huán)境都有重要意義。CCUS技術(shù)在未來有巨大的潛力,在中國也已經(jīng)得到較好的發(fā)展。

  尋找煤化工碳減排路徑

  煤化工作為碳排放大戶,是碳減排的重點(diǎn)對象,也是推動中國煤炭清潔高效利用的重要方式。

  在我國,現(xiàn)代煤氣化技術(shù)向大型化長周期邁進(jìn),液化技術(shù)向高效化和高端化發(fā)展,煤制烯烴、芳烴技術(shù)實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)新的突破。兗礦爐日處理煤3000噸、航天爐日處理煤2000噸、神寧爐日處理煤2200噸;國家能源集團(tuán)開發(fā)超清潔特種油品;中科合成油公司研發(fā)了煤炭分級液化工藝;“納米限域催化”創(chuàng)造性地構(gòu)建了硅化物晶格限域的單鐵中心催化劑,是一項(xiàng)“即將改變世界”的新技術(shù)。

  據(jù)世界煤炭協(xié)會技術(shù)委員會副主席劉峰介紹,目前,我國煤化工項(xiàng)目示范和升級示范發(fā)展已形成一定規(guī)模。煤制天然氣產(chǎn)能達(dá)到51億立方米/年,煤制油產(chǎn)能達(dá)到693萬噸/年,煤(甲醇)制烯烴產(chǎn)能達(dá)到1242萬噸/年,煤制乙二醇產(chǎn)能達(dá)到270萬噸/年。

  對于中國煤化工的發(fā)展,國際能源署潔凈煤中心主任明切納認(rèn)為,如果中國將CCUS提上日程,將給其他國家提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

  在劉峰看來,中國能源以煤為基礎(chǔ)的格局短期內(nèi)難以改變。為了解決碳排放問題,中國正在加快發(fā)展碳匯、碳中和、碳捕捉、碳循環(huán)利用和碳市場,“煤化工生產(chǎn)過程中的二氧化碳比較集中,純度高便于捕集”。目前,我國正在這方面加大技術(shù)研發(fā)和資金投入力度,鼓勵CCS和CCUS技術(shù)的創(chuàng)新與突破。

  除了在煤化工領(lǐng)域發(fā)展二氧化碳的捕集、利用與封存技術(shù),我國還在積極探索推進(jìn)低階煤分質(zhì)分級利用新模式。相對煤炭直接燃燒,低階煤分級分質(zhì)利用的優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)、能量的梯級利用,提高煤炭利用效率,增加煤炭附加值。對成煤時期晚、揮發(fā)分含量高、反應(yīng)活性高的低階煤,通過熱解、半焦利用、焦油加氫等技術(shù)進(jìn)行分質(zhì)分級利用,探索形成油、氣、化、電多聯(lián)產(chǎn)的新模式,提升煤炭清潔高效利用整體水平。

  劉峰建議,鼓勵使用高硫和劣質(zhì)煤進(jìn)行化工轉(zhuǎn)化。高硫煤等劣質(zhì)煤也是煤炭產(chǎn)品,高硫煤燃燒是導(dǎo)致“酸雨”的禍?zhǔn)?,但是通過現(xiàn)代煤化工技術(shù),可以很好地回收和利用其中的硫資源,創(chuàng)造出更高的價值,為高硫煤資源找到很好的利用途徑。

  “中國煤化工發(fā)展需要走出一條適合中國的化工發(fā)展之路。一方面,要加強(qiáng)現(xiàn)代煤化工與煉油產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展,利用煤制油品的特性與清潔性協(xié)助煉油產(chǎn)業(yè)成品油質(zhì)量升級,降低煉油成本。”劉峰說,“另一方面,建議設(shè)立國家油品產(chǎn)能戰(zhàn)略儲備平衡基金,將煤制油列為保障國家能源安全的戰(zhàn)略儲備產(chǎn)能?!?

  劉峰表示,在國際油價低于某一節(jié)點(diǎn)價格時,增加原油煉化產(chǎn)量,調(diào)減煤制油等非常規(guī)油品產(chǎn)量,維持基本負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)并進(jìn)行補(bǔ)貼;當(dāng)國際油價高于該節(jié)點(diǎn)價格時,對煤制油等非常規(guī)油品恢復(fù)征收燃油稅,并適當(dāng)壓減原油進(jìn)口和煉化,利用平衡基金給予一定補(bǔ)貼,這樣既保證相關(guān)企業(yè)的正常運(yùn)營,又穩(wěn)定了國家的燃油能源安全。

  仍需探索適合各自國家的方案

  在明切納眼中,沒有萬能的氣候變化解決方案?!懊總€國家都有更適合自己的探索路徑。支持使用更有效的燃煤發(fā)電技術(shù)是必要的,因?yàn)檫@是減少二氧化碳排放的唯一現(xiàn)實(shí)途徑。高效低排潔凈煤技術(shù)在商業(yè)上是可行的,正在被更多國家特別是中國、德國、日本和韓國所采用。”明切納說。

  明切納認(rèn)為,煤炭必須成為全球能源結(jié)構(gòu)的一部分,因?yàn)樗前l(fā)展中國家實(shí)現(xiàn)脫貧,確保電力、工業(yè)和化學(xué)品/未來燃料生產(chǎn)的可靠能源來源。同時,應(yīng)該通過提高效率和CCS技術(shù)盡可能減少二氧化碳排放。

  未來煤炭清潔開采與利用之路是怎樣的?

  對于煤炭清潔利用,明切納給出了全球范圍的時間軸——短期內(nèi),采用高效低排HELE技術(shù),而不是亞臨界機(jī)組的新應(yīng)用和改造。對所有子系統(tǒng)進(jìn)行評估并做出改進(jìn)。根據(jù)中長期的規(guī)劃,則要建立國際合作和創(chuàng)新機(jī)制,引領(lǐng)高效、低環(huán)境影響技術(shù)發(fā)展,將煤的利用過程與有發(fā)展前景和改進(jìn)的CCS技術(shù)關(guān)聯(lián)并結(jié)合起來。

  我國的CCS技術(shù)研究已取得成績,但差距尚存。美國能源部化石能源主任安杰洛斯表示,在CCS技術(shù)攻關(guān)方面,美國材料探索、合成、工藝設(shè)計同步進(jìn)行。美國國家實(shí)驗(yàn)室、學(xué)術(shù)界與行業(yè)展開合作,西北太平洋實(shí)驗(yàn)室主要負(fù)責(zé)溶劑研究,勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室主要負(fù)責(zé)材料研究,勞倫斯利弗莫實(shí)驗(yàn)室則負(fù)責(zé)制造商方面的溝通與探究。同時,美國已經(jīng)嘗試采用先進(jìn)的技術(shù)處理手段,使用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)快速合成和分析。

  在煤炭清潔開采方面,中國礦業(yè)大學(xué)校長葛世榮大膽假設(shè),未來煤炭開采將實(shí)現(xiàn)化學(xué)開采。什么是化學(xué)開采?即把煤炭燃燒的過程和二氧化碳產(chǎn)生的過程,全部留在地下,打破長期以來煤炭的開采方式。

  煤炭化學(xué)開采有三種技術(shù):地下氣化、地下熱解和生物溶解。煤炭地下氣化開采利用可控的燃燒技術(shù),將煤炭在地下直接通過燃燒轉(zhuǎn)化為合成氣。地下煤炭原位熱解開采是將熱量直接導(dǎo)入地下并加熱煤層,使煤炭的固態(tài)有機(jī)質(zhì)受熱發(fā)生裂解,產(chǎn)生液態(tài)和氣態(tài)有機(jī)質(zhì)并被抽取至地面進(jìn)行加工處理。煤炭生物開采原理是讓地下的煤發(fā)生分子氧化解聚反應(yīng),從而把固體煤還原為有機(jī)液體或氣體。

  “早在上世紀(jì)80年代初,中國礦業(yè)大學(xué)就提出了‘長通道、大斷面、兩階段’地下氣化工藝。2000年以來,我們又提出了煤炭地下導(dǎo)控氣化化學(xué)開采新技術(shù)?!备鹗罉s說,“化學(xué)開采是人類未來清潔開發(fā)利用煤炭的革命性技術(shù)。煤炭地下氣化作為化學(xué)開采技術(shù)之一,經(jīng)過100多年的研究,目前已具備規(guī)?;I(yè)生產(chǎn)水平?!?

  目前,煤炭化學(xué)開采技術(shù)已先后在重慶中梁山、甘肅華亭、貴州盤縣等地進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化示范開發(fā),省去傳統(tǒng)的開采、運(yùn)輸、洗選等工藝環(huán)節(jié),燃油和煤化工成本降低50%以上。預(yù)計今年年底,盤江煤電的煤炭地下氣化項(xiàng)目將點(diǎn)火運(yùn)行。

  當(dāng)然,煤炭清潔開采還離不開數(shù)字化與智能化。據(jù)了解,西方國家上世紀(jì)80年代開始實(shí)施井下工作面的無人采礦,目前我國不少礦山尚未實(shí)現(xiàn)100%機(jī)械化作業(yè)。但從總體上看,我國的采礦技術(shù)在許多方面已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。如兗礦集團(tuán)、黃陵礦業(yè)、同煤集團(tuán)等,依靠兩化融合轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)采礦方式,在礦山工業(yè)智能方面持續(xù)發(fā)力,已取得不小成績。

  2016年11月,國土資源部發(fā)布《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016—2020年)》,明確提出未來5年要大力推進(jìn)礦業(yè)領(lǐng)域科技創(chuàng)新,加快建設(shè)數(shù)字化、智能化、信息化、自動化礦山,采礦業(yè)的智能化建設(shè)開始進(jìn)入新階段。

  “智慧礦山是煤炭版的‘工業(yè)4.0’,是煤炭行業(yè)的‘中國制造2025’,是智能‘工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIOT)’技術(shù)在礦山領(lǐng)域的全面應(yīng)用?!比A夏天信智能低碳技術(shù)研究院院長高強(qiáng)說,“智能化生產(chǎn)正逐漸成為煤炭行業(yè)兩化融合發(fā)展核心。智能化生產(chǎn)已不僅限于傳統(tǒng)的智慧礦山建設(shè),而且已延伸到選煤廠、化工廠、煤機(jī)制造廠等領(lǐng)域。”



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