中國潔凈煤技術發展現狀、問題及對策分析
1985年，美國和加拿大關于解決兩國邊境酸雨問題談判的特使德魯·劉易斯(Drew Lewis，美國) 和威廉姆·戴維斯(William Davis，加拿大) 率先提出了潔凈煤(Clean Coal)的概念。后來，人們將旨在減少污染和提高效率的煤炭加工、燃燒、轉化和污染控制等的新技術總稱為潔凈煤技術(Clean Coal Technology，簡稱CCT)。當前，CCT已成為世界各國解決環境問題主導技術之一，也是高技術國際競爭的一個重要領域。
1. 必要性分析
我國是世界上最大的產煤國和消費國，煤炭資源豐富，煤種齊全，查明煤炭儲量1.5萬億噸，長期以來，煤炭在一次能源生產和消費結構中占到70%，然而，相對來說，我國是一個“缺油少氣”的國家，從1993年開始，我國的石油就開始進口，近期以來，國民經濟所消耗石油中，進口石油占據了1/3多，而且進口石油的所占的權重還在不斷增大，嚴重影響到我國的能源消費安全，加上現今新能源開發的成本還較高，競爭力還不是很明顯，所以，有人估計，至少在今后20 年內，煤炭作為主要能源的煤炭在中國能源中的主導地位不會改變。煤炭資源是我國的主導性能源，但是也是一種污染性極大的資源，如果不對其進行科學利用，其開采和燃燒過程中產生的矸石、煙塵等將嚴重污染環境，威脅人們身體健康，對我國走穩定、健康的可持續發展道路構成重大威脅。可以說，今后這二十年也是我們與環境污染、資源安全作斗爭的二十年，困難是顯然的。面對困難我們必須要有突破，將煤炭資源的進行科學規劃和利用，采用潔凈煤技術，提高煤炭資源能量利用效率，豐富能源利用形態，減少污染，降低對進口資源的依賴，走中國特色的中國潔凈煤戰略道路，是很好的破除困境的辦法，也是必要性的選擇。
2. 潔凈煤技術介紹
1997年，國務院批準了《中國潔凈煤技術九五計劃和2010年發展綱要》，其中規定，我國的潔凈煤技術包括以下四個領域：煤炭加工、煤炭高效潔凈燃燒、煤炭轉化、污染排放控制和廢棄物處理。
2.1煤炭加工技術
煤炭加工技術主要包括洗選煤技術、型煤技術以及水煤漿技術等。
2.1.1 洗選煤技術
選煤是應用物理、物理化學、化學或微生物等方法將原煤脫灰、降硫并加工成質量均勻、用途不同的各品種煤的煤炭加工過程，其中選用的各種方法即為洗選煤技術，這是提高煤炭利用效率、減少污染物排放的最經濟、有效的途徑。目前，國內采用的選煤方法主要為重介、跳汰、浮選以及干法選煤。
2.1.2 型煤技術
型煤是用一種或一定比例的黏合劑或固硫劑在一定的壓力下加工形成的、具有一定的形狀和物理化學性能的煤炭產品。工業層燃鍋爐和工業窯爐燃用型煤與燃用原煤相比，能顯著提高熱效率，減少燃煤污染物的排放。型煤技術又包括三項子技術，分別是：粘結劑技術，添加技術和成型技術。型煤過程中，我們需采用廉價高效型煤粘結劑、能加快燃燒反應速度，提高熱能利用并減少有害氣體排放的添加劑以及在20～35 MPa之間的成型壓力。
2.1.3 水煤漿技術
水煤漿是70年代石油危機中發展起來的一種煤基流體燃料。它是用一系列技術將煤粉和水按照重量比7：3的比例混合再加入少量化學添加劑配合成的混合體， 約2 t或2.5 t普通水煤漿可代替1 t重油。因水煤漿具有良好的流動性和穩定性, 所以其可以象油一樣實現全密封儲運和高效率的霧化燃燒。總體上水漿煤屬于一種見效快、節能和環保型的理想代油燃料。水煤漿技術應用具有燃燒效率高，大氣污染控制效果明顯，具有較強的工藝優越性等優點。
2.2煤炭高效潔凈燃燒技術
煤炭高效潔凈燃燒包括整體煤氣化聯合循環發電技術，增壓流化床聯合循環發電技術等幾個方面。
2.2.1 整體煤氣化聯合循環發電技術
整體煤氣化聯合循環發電( Intergrated Gasification Combined Cycle) 技術，是一種新型的先進潔凈煤燃燒發電技術。它的系統由三部分組成，一部分是煤的氣化部分，一部分是煤氣的凈化部分(氣化爐、空分裝置、煤氣凈化設備)，另一部分是燃氣-蒸汽聯合循環發電部分(燃氣輪機發電系統、余熱鍋爐、蒸汽輪機發電系統)。操作時，將為煤氣化為中低熱值煤氣，再將煤氣凈化，除去其中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，變為清潔的氣體燃料，然后進入燃氣輪機的燃燒室燃燒，加熱氣體工質以驅動燃氣輪機作功，燃氣輪機排氣進入余熱鍋爐加熱給水，產生過熱蒸汽驅動蒸汽輪機作功，整個過程是聯合循環過程。
2.2.2增壓流化床聯合循環發電技術
增壓流化床聯合循環（又稱PFBC)是以一項以增壓的(1. 0～1. 6 MPa) 流化床燃燒室為主體，以蒸汽、燃氣聯合循環為特征的熱力發電技術。操作時，先將煤和脫硫劑制成水煤漿，用泵將其注入流化床燃燒室內(另一種方法是用壓縮空氣將破碎后的煤粒吹入流化床燃燒室內) ，然后壓縮空氣，將壓縮空氣經床底部的壓力風室和布風板吹入爐膛，使燃料流化、燃燒，在流化床燃燒室中部注入二次風使燃料燃盡。床內燃燒溫度一般為850～950 ℃。爐膛出口的高溫高壓煙氣經除塵后，驅動燃氣輪機，燃氣輪機一方面提供壓縮空氣的動力，另一方面帶動發電機發電。同時鍋爐產生的過熱蒸汽進入汽輪機，帶動發電機發電。
2.3煤炭轉化技術
煤炭轉化技術指的是煤炭氣化、液化以及與燃料電池聯合利用等。
2.3.1 煤炭氣化技術
煤炭氣化技術是指在特定的設備內，在一定溫度及壓力下使煤中有機質與氣化劑(如蒸汽/空氣或氧氣等)發生一系列化學反應，將固體煤轉化為含有CO、H2、CH4等可燃氣體和CO2、N2等非可燃氣體的一項技術。煤炭氣化技術包括完全氣化技術、溫和氣化(低溫熱解)技術和地下氣化技術。煤經氣化后可以達到無煙、無硫、無灰的燃燒效果，大大減少環境污染，是實現煤炭潔凈利用的先導技術和主要途徑。
2.3.2 煤炭液化技術
煤炭與液體燃料相比，其不便于運輸，且煤炭是一種碳含量高，氫含量只5%的固體，其中的氫含量只有石油的1/2，不能直接提供給內燃機和其他內燃設備從而成為車用燃料。如果要想使得煤炭可以用作車輛燃料，煤炭必須轉化成類似氫含量的液體物質。將煤經化學加工轉化成潔凈的便于運輸和使用的液體燃料、化學品或化工原料等的過程技術的合稱即為煤炭液化技術。
2.3.3 燃料電池聯合利用技術
燃料電池是在一定條件下使H2、天然氣或者煤炭等的催化重整氣(主要是H2)等與氧化劑(空氣中的02)發生化學反應，將化學能直接轉換為電能和熱能的一種裝置。也是一種系統技術。從理論上講，只要外部連續地供給燃料，燃料電池就可以不間斷地輸出電能[]10。由于燃料電池的發電過程不經歷燃燒過程（即燃料電池不是一種熱機），其運作過程不受卡諾循環的限制，因而具有很高的能量轉換效率（理論上可大于80%），而且發電過程不會造成環境污染。
2.4污染排放控制和廢棄物處理
煤炭的污染排放控制和廢棄物技術處理指的是煙氣凈化、煤層氣利用和煤矸石綜合利用等方面的技術綜合。
2.4.1 煙氣凈化技術
煙氣凈化是清除燃燒產生的煙氣中的有害物質如灰塵、SO2、NOx，它包括除塵、脫硝和脫硫等幾個方面的內容。除塵方面，有電氣除塵器，過濾器與濕式除塵器(包括洗滌塔與濕式電氣除塵器)等幾種技術除塵手段。脫硫方面，目前常用的技術手段分濕法、半干法和干法幾種。其中濕法有石灰/石灰石法洗滌、氨法和Wellmand-Lord 法等，干法有活性碳法和Desonox法等。脫硝方面，可以通過煙氣回流降低燃燒區的局部溫度以及采用分層供風兩段燃燒等措施來降低含氮氧化物排放，目前主要的脫硝方法為SCR(選擇性催化還原)法。
2.4.2 煤層氣利用技術
煤層氣俗稱“瓦斯”，是吸附在煤層中非常規天然氣。長期以來，瓦斯作為煤礦“第一殺手”不僅對煤礦的生產安全和礦工的生命安全構成了最大的威脅，而且還是一種具有強烈溫室效應的有害氣體，其大量排空對全球環境變化有較大影響。然而瓦斯的成分與常規天然氣大體相同，主要有90%以上的甲烷組成。近年來，煤層氣作為一種新型能源再度被人們認識和肯定。將其廣泛用于煤層氣發電、汽車燃料、鍋爐改造、工業用氣、煤化工項目、居民用氣等領域的技術是為煤層氣利用技術。目前主要的開采方法是地面鉆井開采。
2.4.3 煤矸石綜合利用技術
煤矸石是煤炭開采時的一種副產物，其主要礦物成分是粘土礦物和石英，另外還含有部分的碳組分。目前中國累計堆有煤矸石山1 500多座，約42億t ，占地114 萬hm2，而且每年約以1 億噸 的速度遞增，每年形成新增占地400 多hm2 。煤矸石的大量堆積廢置，給環境帶來了巨大的污染，如：侵占耕地, 自燃所產生的有毒有害氣體對大氣的污染，風蝕揚塵及淋溶水污染等。因此必須對煤矸石進行合理的綜合利用。煤研石的綜合利用包括:煤研石發電、生產建筑材料、回收有益礦產品、制取化工產品、改良土壤、生產肥料、回填(包括建筑回填、填低洼地和荒地、充填礦井采空區、煤礦塌陷區復墾)、筑路等。其中運用的一些方法和技術手段即為煤矸石綜合利用技術。
3. 我國潔凈煤技術發展和應用現狀及趨勢
經過幾十年的發展，通過引進、消化和自主開發，我國在潔凈煤技術的研究開發、示范及推廣應用三個方面上均取得了一定進展，在潔凈煤技術領域同發達國家之間的距離正在縮小。在煤炭洗選、煤炭轉化、潔凈煤燃燒和污染物資源綜合利用等方面具都作出了一些成績。
3.1在煤炭洗選和加工方面
中國的選煤技術自主設計能力近些年有大幅提高，年選煤量由上世紀90年代的4.42 億噸提高至2006年的7.86 億噸（2006年全國原煤產量為23.25億噸，入選率33.8%，其中，入選冶煉用煉焦煤 3.88 億噸，入選動力煤3.98 億噸）。其中干法洗選、重介質旋流器、細粒煤分選等技術發展迅猛；水煤漿制漿生產能力先已近300 萬噸/年，而且在工業燃燒水煤漿取得實質性進展；我國已建成較大規模的動力配煤生產線，配煤能力5000多萬噸每年；型煤技術得到大力推廣，建立起了自己的鍋爐型煤、氣化型煤、型焦及配型煤煉焦和生物質型煤生產線。
3.2在煤炭轉化方面
我國的在煤炭轉化方面進步也較大，通過引進和自主開發，目前已經掌握了多噴嘴水煤漿新型氣化爐、加壓粉煤流化床氣化爐、灰熔聚常壓流化床氣化爐等新型煤炭氣化技術，使得我國工業生產方面單位能耗降低。另外，煤炭液化也取得明顯效果，如潞安煤基合成油示范廠已具備160 kt/a的柴油、石腦油、LPG 及少量混合醇燃料的生產能力。根據第五屆中國國際煤炭大會消息，2008 年我國煤制油的產能為14.32 萬噸，而且這個能力還在不斷擴大，目前有神華集團、神華寧煤集團、內蒙古伊泰集團、兗礦集團、山西潞安礦業集團等擬建和在建的7 個煤制油項目，據估計，到2020 年中國煤制油產業將形成5 000 萬噸的產能規模。另外，我國已經成功研制了kW級燃料電池堆，煤炭氣化和燃料電池聯合的研究在開展。
3.3在潔凈煤燃燒與發電方面
我國從20世紀80 年代開始跟蹤IGCC 技術的發展，有一批科研機構和企業在從事這方面的研究。西安熱工研究院研是國內對IGCC技術掌握較好的單位，其以干煤粉加壓氣化技術為核心的“綠色煤電”第一階段IGCC 發電示范工程(250MW) 會在2009年內建成投運。另外國家對IGCC技術的運用比較重視，2007 年，東莞市，杭州市和天津市等三個自主開發技術的IGCC 電站示范項目并列入“十一五”國家863“以煤氣化為基礎的多聯產示范工程”重大項目。在增壓流化床聯合循環發電技術，我國也有一定研究進展，如東南大學熱能工程研究所構建了2MWt的加壓噴動流化床部分氣化爐，形成了較完整的PFBC-CC系統，氣化爐產生的煤氣熱值在4.2MJ/Nm3以上, 系統碳利用效率在99%以上。目前，220t/h 以下的循環流化床鍋爐我國已實現國產化，410t/h 循環流化床鍋爐燃煤發電工程示范正在組織實施。
3.4 在污染物治理與資源綜合利用方面
我國開發了一系列煙氣脫硫、除塵新技術，完成了多套電站煙氣脫硫工程，煤矸石和煤泥等廢物再資源化已初步實現產業化。國內現有煤矸石電站110多座, 裝機容量超過1300兆瓦。近年來通過治理, 現有國有重點煤礦的礦井水外排達標率達到85%以上，同時國有重點煤礦選煤廠通過對生產系統進行改造，提高了煤泥回收率，洗水基本實現了洗水閉路循環。脫硫方面，我國煙氣脫硫技術發展的重點方向是濕法脫硫。目前已竣工的濕法脫硫系統有珞磺電廠2×360MW全容量濕法脫硫裝置、山東黃島電廠100MW旋轉噴霧干法脫硫裝置、太原第一熱電廠200MW高速平流式濕法脫硫裝置等。
4. 問題與障礙
我國潔凈煤技術的研究和利用有較大的成果，但是也存在許多的問題，這些問題嚴重限制了潔凈煤技術的推廣運用。
4.1缺乏對潔凈煤技術發展總體布局的政策和延續規劃
《中國潔凈煤技術“九五”計劃和2010年發展規劃》在1997年已被國務院批準，但除此之外，相關的配套細則規劃卻仍未出臺，全國潔凈煤技術的推進工作整體上還是顯得比較緩慢。
4. 2缺乏鼓勵企業發展潔凈煤技術產業的激勵機制
潔凈煤技術的推廣一方面靠國家政府的強制性推廣，另一方面也需要企業自律和自動。目前，企業不愿采用或者采用潔凈煤技術不積極，原因之一國家相關產業激勵機制尚缺乏，沒有明顯的鼓勵政策和金融、稅收優惠政策。對于企業來說，費力而沒有利潤的事情是不愿意去做的。
4. 3缺乏統一領導機構
國家煤炭工業部撤銷以后，相關職能并入了多個部門。這樣造成潔凈煤技術推廣利用缺乏一個統一的領導機構和核心。各自為政的局面容易造成一些潔凈煤技術項目重復建設、引進技術消化吸收差、一些需合作的技術或項目又不能很好發展等問題。
4. 4企業對發展潔凈煤技術的重大戰略意義認識不夠，自律不足
潔凈煤技術相對投資高、回收期長，不少企業尤其是中小企業難以接受。而一些有能力的企業，在高層對潔凈煤技術推廣和應用卻還未形成一種共識，同期，國家相關職能部門和相關研究機構的宣傳推廣也沒有到位，這些一定程度上影響了潔凈煤技術的推廣發展。
4.5潔凈煤技術的市場還不規范，統一的標準體系有待完善
目前，潔凈煤技術涉及到多個方面，多項技術，每種技術都應該有相關的標準體系和市場準入規范，然而，遺憾的是，目前，由于資金和人員的問題，這一部分工作還沒有完全開展起來，缺乏統一的標準和規范，同時，國家在立法監督和評價體系建設方面也遠未完善，造成潔凈煤市場管理紊亂，競爭力不強。
4 .6一些先進技術吸收和自主化未完成
一些急需的技術，如先進的煙氣脫硫技術、大型循環流化床技術、PFBC、IGCC、大型氣化、煤炭液化等，目前還是處于引進和部分吸收狀態，技術的完整吸收和自主化創新設計還未做起來，某些核心技術受制于發達國家。
4. 7凈煤技術的資金融資渠道不是很通暢
一般工業化技術的推廣應用都要經過研究開發、工業示范和推廣應用3個階段。潔凈煤技術投入高、回收期長、重在環境效益。目前國家對這一塊市場的融資需求還沒有重視起來，多種形式的資金還未進入，籌集資金，促進潔凈煤技術產業化成為困擾企業發展的大難題。
5. 對策分析
針對上述問題，我個人認為可以從以下幾方面入手去進行解決。第一，國家加大對潔凈煤技術利用和推廣的支持力度，最好能在近期出臺一些相關的產業政策和規劃細則，增強可操作性，畢竟1997年出臺的《中國潔凈煤技術“九五”計劃和2010年發展規劃》已時至日久，國家和產業的大形勢很多方面發生了變化，國家的規劃應該做相應的調整和補充。第二，國家在財稅政策方面對采用潔凈煤技術的企業應給與一定的優惠，還可以參照新能源產業某些補貼標準制定相應的補貼標準，幫助企業建設和運行相應的設施，另外，對于那些積極采用潔凈煤技術的企業，且作出明顯環保和能效成果的，可以給與獎勵。第三，由于在煤炭工
煤炭工業部撤消后，潔凈煤技術的推廣利用涉及到多個主管單位，多龍治水的狀態使得下屬有些企業有些無所適從，個人認為，國家可以在相關職能部門抽調人員組成一個統一的技術推廣和督導委員會，形成一個潔凈煤技術利用和推廣的領導核心。第四，新聞媒體、研究單位和主管部門做好潔凈煤技術的宣傳和推介工作，同時相關行業組織還可以組織一些研討會、交流會等形式的交流平臺，可以組織相關企業和政府的領導參觀學習，做好思想扭轉和視野開闊方面的工作。當然，在企業內部，也要組織類似的宣傳活動，使得潔凈煤概念深入人心。條件可以的話，相關的社會相關團體也可以做好在社會大眾中的宣傳和思想發動工作，形成采用潔凈煤技術的社會共識。第五，國家相關職能部門應該聯合起來，組織人員制定統一的技術和市場準入標準，同時，各級人大也應開展相關監督法案的制定工作，適時出臺相關的管理法案，使得行業發展做到有法可依，有規可循。第六，高校和研究機構做好相關研究人才的培養工作，集合優勢研究人力資源，做好重點、關鍵技術的科研攻關，加快國外先進技術的引進和吸收工作，同時盡量開展自主化設計，提高自身的技術參與能力，為我國潔凈煤技術推廣運用做好人力資源和技術資源的儲備和支撐。第七，各金融機構，特別是國有的幾大銀行，應該對企業在潔凈煤技術利用和推廣方面的借貸給與支持，同時做好引導和資金去向的監管工作。在證券市場，可以允許一部企業發行技術股，把企業融資渠道多面化，廣泛化和持久化。同時還可以把潔凈煤技術的利用建設和CDM項目的申報結合起來，獲取西方減排資金的支持。
6. 展望
中國是世界上最大的煤炭資源消費國家，煤炭資源在國民經濟發展中占得比重很大，當然我們也是煤炭燃燒污染和浪費的大國，所以在中國發展潔凈煤技術是很必要的，也是很緊迫的。目前，我們國家在潔凈煤技術利用和推廣方面已經取得了一定的進展和突破，對改變能源利用方式和保護環境作出了接觸貢獻。然而，與一些發達國家相比，我國的潔凈煤技術大范圍推廣運用還有較長的路要走。當然，目前，我們國家僅是一個發展中大國，我們不能照搬西方國家潔凈煤技術的利用模式。根據我國國情，我們未來應該走一條高效潔凈、簡單可靠、條件溫和、投資節省、易于國產化的能源利用方式。綜合而言，我國潔凈煤技術研究開發的重點應集中在以下幾個方面：能在較短時間內顯著提高煤炭利用效率，有效控制污染物排放的技術，能對當前和未來優化能源結構發揮作用，有利于解決石油供需矛盾，保障能源安全并有產業化發展前景。相信我們在認識自身的同時，做好在政策、組織、標準、人員、資金和技術等幾個方面的工作，我國的潔凈煤技術推廣道路會越走越寬。
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