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产业研究

能源丨我国煤炭清洁高效利用探索

更新时间:2020-01-12 09:53 点击数:


  预计到2020年,煤制油产能为1300万吨/年、煤制天然气产能为170亿立方米/年、低阶煤分质利用产能为1500万吨/年(煤炭加工量)。

  我国富煤、贫油、少气的资源禀赋决定了煤炭在未来很长时间仍将是我国最主要的消费能源。在近年来能源转型升级的大背景下,我国对煤炭清洁高效利用有着迫切需求。

  煤炭的清洁高效利用主要包含两个要素,即提高煤炭利用质量与效率,有效降低煤炭利用过程中污染物的排放。我国通过煤炭提质加工、现代煤化工、燃煤发电超低排放等技术手段实现了煤炭清洁高效利用的长足发展。

  我国煤炭提质加工技术主要包含煤炭洗选、低阶煤提质等。煤炭提质加工是实现煤炭清洁高效利用的重要方式,国家能源局发布的《关于促进煤炭工业科学发展的指导意见》也提到煤炭工业发展“要提质增效、集约发展原则”。

  在煤炭洗选方面,据煤炭工业规划设计研究院统计的数据显示,2018年,我国煤炭开采和洗选业产能利用率为70.6%,同比增长3.52%。我国煤炭产能利用率近年来显著提升。

  在煤炭提质方面,低阶煤利用过程中经济效益、效益都不理想,可通过提高发热量、改良燃烧特征、加强气化技巧性等提高品质。我国开发的低阶煤热解技术已经处于国际领先水平。低阶煤热解技术是在空气或非氧化气氛条件下,把低阶煤升温至一定温度,发生热解反应,制得半焦、煤焦油和煤气的工艺过程。

  例如由陕西煤业化工集团和国电富通科技发展有限责任公司自主研发的“煤气热载体分段多层热解成套工业化技术(SM-GF)”已处于国际领先水平,成功开发的分段多层立式矩形热解炉单套处理能力达50万吨/年,实现炉内自除尘和均匀布料布气,有效解决了当前混煤热解工业化、单套处理规模较小、油尘气分离效率低等多项技术难题。据悉,陕煤集团在榆林规划的1500万吨/年煤炭分质清洁高效多联产项目一期工程已经启动,已于今年10月通过安全设施设计审查。

  从陕西延长中煤榆林能源化工有限公司传出消息,截至10月24日7时,榆能化公司年累计生产聚烯烃产品达100.0164万吨,顺利突破百万吨。该公司今年开发生产12个牌号聚烯烃新产品,成为中石化、中石油系统外首家能够生产三元共聚聚丙烯产品的企业。

  近年来,我国加快煤炭由单一燃料向原料和燃料并重转变。煤化工是以煤为原料,经化学加工使煤为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程,是实现煤炭资源高效利用的有力手段。我国现代煤化工技术不断成熟,合成气、大型煤制甲醇、煤直接制油、煤间接制油等技术领域实现突破,煤炭清洁高效示范工程持续推进。

  据中国石化联合会公布的数据显示,2018年,煤制油总产能不变,仍为953万吨/年。煤(甲醇)制烯烃总产能达到1302万吨/年,同比増加4.8%。2018年煤制气总产能不变,仍为51.05亿立方米/年。而2018年煤制油、煤(甲醇)制烯烃、煤制气分别同比增长24.8%、4.8%、7.5%。

  国家能源局于2017年发布的 《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》提及煤化工产业发展规模目标,预计2020年,煤制油产能为1300万吨/年、煤制天然气产能为170亿立方米/年、低阶煤分质利用产能为1500万吨/年(煤炭加工量)。“十三五”期间,重点开展煤制油、煤制天然气、低阶煤分质利用、煤制化学品、煤炭和石油综合利用等5类模式以及通用技术装备的升级示范。

  我国现代煤化工产业不断发展,但也存在煤化工高端产品短缺,低端产能过剩的问题。对于推进煤化工项目在产业结构上取得高端化、绿色化延伸,中央财经大学煤炭上市公司研究中心主任邢雷表示:“解决这一问题需多管齐下。首先是逐步淘汰污染重、能耗高、产能过剩的传统煤化工产能,国家不再新批此类项目。其次是不断发展新型煤化工技术装备,逐步实现关键技术装备国产化。技术进步是解决煤化工产业高端化、绿色化不足的关键,这需要通过高要求来倒逼。此外,现代煤化工项目投资大,风险高,且很多项目仍然存在能耗高,污染重,尤其是耗水多的问题。因此,应避免一哄而上、遍地开花,要高标准,逐步试点,谨慎发展。”

  为全面实施煤电行业节能减排升级,建成世界上最大的清洁高效煤电体系,原部、国家发展委、国家能源局于2015年12月印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能工作方案》,提到具备条件的燃煤机组要实施超低排放,不具备条件的机组要实施达标排放治理,落后产能和不符合相关强制性标准要求的机组要实施淘汰,要统筹节能与超低排放。

  我国燃煤发电技术总体已经处于世界领先水平。据中国电力企业联合会公布的数据显示,截至2018年底,我国煤电总装机100835万千瓦,全国已投产百万千瓦超超临界机组达到111台。同时,2018年全国火电机组的平均供电煤耗达到307.6克/千瓦时,明显优于美国平均水平和世界平均水平,先进的百万千瓦二次再热机组的供电煤耗已经低于270克/千瓦时,引领了世界燃煤发电的发展方向。

  在我国燃煤发电领域,超超临界发电、循环流化床燃烧、IGCC与多联产等技术成绩显著。以循环流化床燃烧为例,循环流化床锅炉是一种新型洁净煤燃烧技术,近年来我国已经拥有了具有自主知识产权的15万千瓦、20万千瓦、30万千瓦、60万千瓦循环流化床锅炉系列产品。

  国家发展委、国家能源局印发的《能源发展“十三五”规划》提到,优化规划建设时序,加快淘汰落后产能,促进煤电清洁高效发展。提出煤电清洁高效发展目标,2020年煤电机组平均供电煤耗控制在每千瓦时310克以下,其中新建机组控制在300克以下,二氧化硫、氮氧化物和烟尘排放浓度分别不高于每立方米35毫克、50毫克、10毫克。

  在燃煤发电领域,存在煤炭利用方式与煤炭资源特点的适配性不足的问题。对此,中国煤炭加工利用协会副秘书长阮立军表示:“我认为煤炭企业不仅只是负责采掘和生产,将来要根据客户的使用进行选配,煤炭企业要成为煤炭的生产、选配、配送中心。煤炭作为产品也不应该是那种传统意义的大货,在某些领域也可以成为‘高端’产品,甚至要有自己的品牌和包装。对于煤炭产品要分级利用,根据煤质销售给不同的用户。很多高硫煤都不能开采,但其实完全可以用于煤化工领域,不仅不会污染,还可以把硫回收或做成含硫产品。”

  热电联产是以热电厂作为载体,通过能量梯级利用,从而同时供应热力和电力。大型燃煤热电联产项目是指单机容量大于200兆瓦的抽凝式供热机组。而以煤为燃料的大型热电联产项目供热成本相对较低,能源利用率高,污染物排放少,具有广阔的市场发展空间。通过热电联产集中供热是我国大中型城市实现散煤治理、推进煤炭清洁高效利用的有效手段。

  近年来,污染排放量大、不达标的中小型工业燃煤锅炉成为治理重点。我国通过淘汰落后锅炉、供热锅炉安装高效脱硫、除尘设施等举措推进污染治理工作,确保供暖季蓝天常在。国家发展委、原部、国家能源局于2014年9月印发的《煤电节能减排升级与行动计划 (2014~2020年)》(以下简称《计划》)提到,积极发展热电联产,“以热定电”,严格落实热负荷,科学制定热电联产规划,建设高效燃煤热电机组,同步完善配套供热管网,对集中供热范围内的分散燃煤小锅炉实施替代和限期淘汰。《计划》提到燃煤热电机组装机规模目标,到2020年,燃煤热电机组装机容量占煤电总装机容量比重力争达到28%。

  在国务院于2018年7月印发的 《打赢蓝天战三年行动计划》中,对热电联产项目技术及产能水平提出要求,要求“加大对纯凝机组和热电联产机组技术力度,加快供热管网建设,充分和提高供热能力,淘汰管网覆盖范围内的燃煤锅炉和散煤”“2020年底前,重点区域30万千瓦及以上热电联产电厂供热半径15千米范围内的燃煤锅炉和落后燃煤小热电全部关停整合”。

  今年,全国各省、市、自治区相继出台燃煤锅炉治理方案和锅炉大气污染物排放标准。例如山西太原市继续空气质量改善优先原则,以大幅减少 重污染天气为主攻方向,持续开展大气污染防治行动,推进燃煤锅炉深度治理,要实现35蒸吨以下燃煤锅炉“清零”。山东济南市要求莱芜区、钢城区、莱芜高新区等高看齐,打好大气污染防治攻坚战。今年底前,莱芜区、钢城区、莱芜高新区将基本完成35蒸吨以下燃煤锅炉淘汰或替代任务,2020年10月底前全部完成35蒸吨及以下燃煤锅炉淘汰或替代任务。

  当前火电企业面临的形势严峻,对于经营燃煤热电项目的企业未来如何实现良性发展,华电国际邹县发电厂党委、执行董事张永密认为,电力市场化进入“深水区”,火电行业迎来“寒流”,如何安全“度冬”值得深入思考。要内涵提升和优质增长双向发力,最大限度强基础、降成本、拓空间,一方面加快推进机组节能优化,提速“一揽子”节能项目步伐,持续降低机组能耗指标;一方面大力拓展供热项目,注重供热前沿技术的应用,在更大范围内拓展供热、供汽市场。总之,既要增强紧迫感和危机感,也要保持战略定力,想方设法在提升企业可持续发展能力上下功夫,用新思走出高质量发展新子。

  近年来,我国逐步构建节约高效、清洁低碳的社会用能模式,散煤治理是推进秋冬季大气污染防 治与实现清洁供暖的重要抓手。在暂时无条件采取集中供热的地区,散煤利用方式更清洁化是可行之举。近年来,随着技术的不断进步,洁净煤制品与节能环保炉具深入大众视野。

  在煤炭开发利用全过程中,通过洗选、加工、等手段可以减少污染物排放并提高利用效率。一般来说,洁净煤包括经过洗选的优质无烟煤、兰炭(半焦)、民用洁净焦、洁净型煤等。煤控研究项目核心组、自然资源协会(NRDC)高级顾问杨富强表示,在散煤治理“宜煤则煤”原则中,首先应考虑减少煤炭硫分、灰分等含量。在区域性配煤中心,煤质灰分低于12%。在空气污染严重的地区和特大型城市硫分低于0.8%,灰分低于10%。型煤有工业和民用型煤,以民用蜂窝煤为例,燃烧效率达28%,远高于散煤的10%左右。型煤中的添加剂的使用有助于减少污染物,特别是硫化物的排放。

  好煤需要配好炉,散煤治理需走“炉煤一体化”之。一批大型煤炭企业不断创新思,深入洁净煤领域进行研究及示范应用。例如兖矿集团推出“洁净型煤+解耦环保炉具”,陕煤集团推出“型煤产品+型煤气化炉具”。但也需要看到民用洁净型煤为季节性需求产品,由于资金周转压力、价格和补贴的不确定性,许多中小型企业生产发展难以为继。

  对此问题,由自然资源协会与包括智库、科研院所和行业协会等20多家机构合作成立的煤控研究项目散煤治理课题组发布的《中国散煤综合治理调研报告2019》(以下简称《调研报告》)提出了解决思,在替代条件较差的地区推行清洁型煤和适配炉具,并制定过渡性兜底政策,如清洁型煤、清洁燃烧、排放标准、限时替代、限定用煤方式等做法。实行洁净型煤供应特许经营,建立点对点供货平台和全覆盖的供应网络。

  《调研报告》公布的数据表明,2018年我国散煤削减量约6100万吨。其中,工业领域的散煤削减贡献了72%,民用领域贡献了28%。2018年,我国散煤治理工作持续深入推进。在2017年的基础上,民用散煤治理政策趋向,冬季供气紧张的局面得到大幅缓解,可再生能源供热进一步发展,清洁煤和节能环保炉具作为过渡性方案开始受到重视,因地制宜和多能互补迎来了更多的模式创新和地方实践,清洁取暖规模超额完成国家目标;工业散煤治理仍以淘汰落后、整治“散乱污”企业为重点。在此基础上,“工业窑炉治理专项行动”的开展,使得2018年工业小窑炉的淘汰关停力度加大。

  对于推进散煤治理工作,杨富强认为,应确保政策的认真贯彻落实,并及时总结经验。散煤治理的补贴退坡,需预判补贴退坡带来的影响和采用其他措以弥补。散煤治理工作应明确两个目的,一是治理工作基本出发点为健康;二是每个都有清洁能源供给的可获得性。



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