推行洁净煤技术促进重庆市节能减排

2010-09-13周志恩杨三明

环境影响评价 2010年3期

关键词：型煤燃煤重庆市

张灿,周志恩,杨三明

(重庆市环境监测中心(院),重庆 401147)

推行洁净煤技术促进重庆市节能减排

张灿,周志恩,杨三明

(重庆市环境监测中心(院),重庆 401147)

介绍了我国洁净煤技术及其环境、经济效益,根据重庆市能源消耗特点,分析了推行洁净煤技术对重庆市大气污染物减排的贡献,并针对重庆市实际情况,建议从鼓励煤炭洗选和配煤、在乡镇推广型煤、开展对外能源合作等方面推进节能减排。

洁净煤技术;节能减排;重庆

Abstract:Clean coal technology with its environmental and economic benefits are introduced in China.According to the actual characteristics of Chongqing energy consumption,the contribution of clean coal technology for reducing air pollutantsemissions in Chongqing isanalyzed.It is suggested that coalwashing,selection and blending,coal briquette p romotion in the down town,and energy cooperation with other areas are needed to promote energy-saving and emission reduction in Chongqing.

Key words:clean coal technology;energy-saving and emission reduction;Chongqing

节能减排是中国可持续发展的重大战略举措,是贯彻科学发展观,建设资源节约、环境友好型社会的必然选择。根据国家“十一五”期间减排要求,到2010年末,重庆市 SO2要在2005年的基础上需削减10万t以上。重庆市一次能源资源主要是煤炭、天然气和水电为主,没有石油资源,近10年来,煤炭在能源消费总量中仍占到65%左右[1],而世界能源消费结构中,煤炭比重仅为30%左右。燃煤产生SO2是突出的环境问题,占重庆市SO2总排放总量的95%以上。“十一五”期间,重庆市将从产业结构调整、烟气脱硫工程治理和强化排放监督三个主要方面着手,强力推进SO2总量减排工作,但这些措施的减排量毕竟有限,重庆的发展正处于高耗能阶段,能源需求猛增,而且以煤炭为主的能源结构近几年不会发生变化,我国优质煤炭数量相对偏小,南方煤炭硫份普遍偏高,高硫煤主要集中在西南和中南地区[2]。因此,面对新形势下发展和减排的矛盾,重庆市未来几年的减排形势将更加严峻。

1985年,为了解决美国和加拿大边境的酸雨问题,美国学者提出洁净煤技术(clean coal technology,CCT)。洁净煤技术是指在煤炭开发和利用过程中,旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等一系列新技术的总称,是使煤作为一种能源应达到最大限度潜能的利用而释放的污染控制在最低水平,达到煤的高效、洁净利用的目的的技术[3]。世界能源委员会的一份研究报告认为,对于主要煤炭消费国来说,今后几十年内,从煤炭中提取的合成气体、液体和氢将是重要的长期能源供应来源,到2030年,全球约72%的发电将使用洁净煤技术。《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展纲要》把洁净煤技术规定为煤炭加工、高效洁净燃烧和发电、煤转化、污染排放控制及废弃物处理四个领域,涵盖了煤使用的全过程[4],具体见表1。

为推进节能降耗和污染减排工作,我国在2009年1月1日起施行了《中华人民共和国循环经济促进法》,其中明确规定了电力、石油加工、化工、钢铁、有色金属和建材等企业,必须在国家规定的范围和期限内,以洁净煤、石油焦、天然气等清洁能源替代燃料油。

表1 我国的洁净煤技术领域

1 重庆市煤炭资源概况

重庆市累计查明煤炭资源储量30亿t以上,保有资源储量24.16亿t,远景预测储量近100亿t。重庆煤炭供需基本平衡,但优质煤相对短缺,需从市外调运,每年从外地调运的煤炭仅占总煤炭需求量的5%。辖区煤炭平均含硫量大于3.5%,是全国平均水平4倍以上。2009年第一季度全市电煤监督抽查(433个批次)结果表明,电煤全硫平均值为3.16%。燃煤产生了严重的大气污染问题,加上自身的气候地理条件不利于污染物扩散,因此,历史上重庆属于中国西南典型酸雨污染区,现在是国家酸雨控制区和二氧化硫控制区。

重庆市通过煤矿资源和资产整合,到2008年12月底,全市总生产规模将达到8110万t/年,其中31个产煤区县生产规模达到5575万t/年,重庆煤炭集团市内生产规模达到2535万t/年。区县煤炭生产规模分布见图1,主要集中在永川、奉节和巫山等地。

图1 煤炭生产规模区县分布图

2 清洁能源行动

2001年11月,为了促进城市清洁能源技术的应用,减少燃煤大气污染,我国选定18个典型的燃煤污染城市作为试点示范城市,总投资3.19亿美元,历时5年,实施“清洁能源行动(UNDP)”,其核心就是清洁高效地利用煤炭。重庆市作为试点城市之一,从2001年开始,规划实施了烟气脱硫、清洁能源工程、可再生能源工程、天然气基础设施工程、关迁改调工程、移动污染源控制工程和其他工程共7大工程。经过4年多的不懈努力,清洁能源行动卓有成效,并被评为全国清洁能源行动优秀试点城市。

2001～2005年,重庆市环境空气质量取得了明显的改善。如表2所示,与2001年相比,2005年的燃煤量虽然增加到原来的1.62倍,但SO2排放量仅增加1.16倍,烟尘排放量增到1.14倍。由于经济社会发展,机动车保有量的增加,主城区二氧化氮(NO2)年日均值由2001年的0.044 mg/m3增加到2005年的0.048 mg/m3,但降尘量、SO2和可吸入颗粒物(PM10)年日均值均有大幅度降低,分别下降了27%、30%和39%。全年空气质量优良天数也由207天上升到266天,洁净能源行动所取得的环境效益十分显著。

表2 清洁能源行动实施前后污染物排放及浓度对比＊mg/m3

3 洁净煤技术的效益

根据重庆市经济委员会的资料统计,到2010年,重庆市煤炭消费总量预计将达到4000万t左右。其中,电力1840万t、冶金580万t、建材480万t、化工300万t、民用及其他750万t。

3.1 煤炭洗选与加工

(1)煤炭洗选

每分选1亿t原煤,可脱除其中大部分的黄铁矿,可减少 SO2排放量100～500万 t,而其成本仅为烟气脱硫的十分之一[5]。在工业发达国家,需要洗选的原煤已全部入选,选煤厂的平均洗选效率在95%以上。预计到2010年,重庆市总洗煤能力将达到930万t,占煤炭用量的23%左右,其中炼焦企业使用40%左右,剩下的60%约560万t能力可供电厂使用,占电煤用量的30%左右。以930万t洗煤量计算,在无脱硫设施的情况下,SO2产生量至少可降低9.3万t。如果电煤洗煤率能达到80%,即有1472万t电煤经过洗选,在无脱硫设施的情况下,SO2产生量至少可降低14.7万t。

只考虑燃煤成本、脱硫费用和SO2排污费缴纳等,根据测算,若煤价按洗煤比原煤高35元/t计算,则发一度电可约减少成本0.0013元。根据重庆市中长期电力保障方案(2009-2020年),2010年重庆市用电量将达到600亿度,照此计算,可减少成本0.78亿元。

(2)配煤

烧动力配煤比烧单种煤的热效率可提高5.1%～10.7%,锅炉出力可提高1.53%～37.46%,节煤5%以上,烟尘排放量降低41%,SO2排放量降低26.7%[6]。如果到2010年重庆市有10%的燃煤(以4000万t燃煤总量、平均含硫量3.16%计算)使用动力配煤,则一年可以节约燃煤20万t,在无烟气处理设施的情况下,可减少SO25.2万t,减少烟尘(按照1t煤产生0.2t烟尘计算)排放量35.2万t。

(3)水煤浆

水煤浆的燃烧效率高达96%以上,由于生产水煤浆的原料煤,灰分一般小于8%,硫分小于0.5%,因此燃烧时烟尘、SO2排放远低于烧原煤[7]。由于水煤浆火焰中心温度比烧煤和烧油低,故氮氧化物(NOx)生成量较少,可以减少氮氧化物(NOx)50%,烟尘60%。

燃用水煤浆对替代燃煤用户而言,经济性则很差。以精煤的价格220元计算,将同样的煤加工成的水煤浆即使按340元计算,水煤浆的质量分数按70%计算,则相当于所用精煤的价格为486元。因此,对于燃煤用户而言,改用水煤浆就不会有积极性。

(4)型煤

与直接燃烧原煤相比,可以减少烟尘50%～80%,减少SO2排放40%～60%,燃烧效率可提高20%～30%,节煤率达15%,具有节能和环保的双重效益[5]。世界上型煤加工早有成熟技术,已经开发出一百多种粘结剂,目前发达国家普遍使用型煤产品[7]。2010年,重庆市民用及其他用煤量将达到750万t,如果重庆市有50%的燃煤改烧型煤,则一年可以节煤56万t,按照平均含硫量3.16%计算,可减少SO29.3万t,减少烟尘43.1万t。

重庆市原煤价格在300元/t左右,型煤价格高出原煤30～50元/t。按全市民用及其他耗煤750万t计,如果有一半应用洁净型煤,则相应年节煤56万t,节约开支850万元。另外采用配送方式可最大限度的减少用户煤炭周转库存,大量节约用户的资金、人员和减少煤炭储存中由各种原因造成的损耗,同时可减少煤库的占地。

3.2 煤炭高效洁净燃烧及发电

(1)流化床技术

流化床有泡床(BFBC)和循环床(CFBC)两类。与采用煤粉炉和烟道气净化装置的电站相比,SO2和NOx可减少50%以上,无需烟气脱硫装置。当Ca/S为2时,泡床脱硫率为80%,循环床脱硫率为90%;NOx排放浓度小于200 m g/m3[7]。

(2)煤气化联合循环发电技术

联合循环可以提高系统热效率。燃烧高硫煤(硫分为3.5%)的煤气化联合循环发电电站,SO2排放量比煤粉炉加烟气脱硫装置少70%,比常压流化床燃烧锅炉少50%;NOx分别减少60%和25%;固体废物分别减少60%和75%[8]。先进的燃气、蒸汽联合循环发电系统可将燃煤发电效率由目前的40%提高到52%以上,排放的SO2可低于10 mg/m3[8]。

3.3 煤炭转化

煤炭气化和液化在我国仍处于开发探索和示范阶段,世界发达国家一些达到商业化水平的气化技术,如壳牌气化,其有效气体成分可达到90%以上,CO2含量只有2%,其余是N2等成分,排出的灰渣中含碳量小于1%,碳的转化率99%[9]。目前,直接液化尚未商业化。

3.4 污染排放控制

污染物排放控制包括烟气脱硫(FGO)、烟气脱氮和颗粒物控制。湿式和干式烟气脱硫都可以使SO2除去90%以上。采用SCA脱氮,NOx排放量可以减少80%以上。较为普遍的脱氮是干式氨选择性催化剂还原法(SCR)。烟气除尘,广泛采用静电除尘器。除尘效率可达99%以上[7]。

目前,重庆市95%火电机组都装有脱硫装置,但是存在脱硫设备运行不稳定的问题。如果能保证2010年电力1840万t燃煤脱硫率达到90%,且都能稳定排放,则可以减少SO2排放83.7万t。

4 与其它清洁能源的对比分析

重庆市是我国的天然气基地,天然气储量2700亿m3,2007年数据显示,重庆市天然气剩余技术可采储量为1206.57亿 m3。但对于工业锅炉“煤改气”的做法是否经济可行,有关人士也提出了异议,2700亿m3天然气仅相当于5亿t煤炭,最多30年全部消耗,天然气属于宝贵的化工原料,低价值消耗十分可惜。

对10蒸t以上的工业锅炉实施“煤改气”在经济上并不十分可行,一台10t锅炉,一年满负荷的用煤量近万t,用煤费用支出达150多万元;改用气,则将支出350万元左右。因此,在天然气太贵、油价不稳定的形势下,锅炉烧煤最好。因此,推行洁净煤技术是重庆市能源持续发展的重要途径之一。

5 总结及建议

重庆市煤炭在能源消费中将维持65%左右的比重。煤炭开发和利用造成的环境污染和生态破坏是严重的,虽然重庆天然气资源丰富,但是天然气的低价消耗十分可惜。推行洁净煤技术是最经济最有效地解决煤炭利用中低效率、高污染、节约煤炭和替代宝贵能源的有效途径。大部分的洁净煤技术在重庆是可行的,适合重庆市以煤炭为主要一次能源的市情,而且国家政策鼓励发展洁净煤技术,因此,从源头(即燃料)发掘减排潜力,控制二氧化硫排放,洁净煤技术是一条适合重庆的有效出路。清洁能源行动已取得了明显的成效,在将来节能减排中的应用前景十分广阔。

从社会作用来看,洁净煤技术的健康发展,能促进我国耗能型工业企业向节能型企业转变,从源头上规范煤炭市场。同时在支持一些传统产业的升级发展、发挥优良资产优势、稳定自身矿区人民生活方面也起着不可替代的作用。

虽然从环境效益突出,但是经济效益并不十分明显,比如运输不便、成本高昂、小煤窑抢占市场份额等诸多问题,没有政府的政策调节和强有力的法律约束及推动,洁净煤市场很难真正打开局面。针对以上分析和重庆市自身的特点,提出以下建议:

(1)鼓励煤炭洗选和配煤

着重提高电煤洗选比例,改造和建设选煤厂,采用先进的洗选技术和设备改造现有选煤厂。大中型煤矿要有配套的选煤厂,小型煤矿要依托大矿的选煤厂或建设群矿集中选煤厂。

形成产、配、销、送及售后服务一条龙体系。在煤炭中转港口和主要集散地建设配煤厂,为用户提供质量稳定、价格稳定、环保性动力煤。制定配煤质量标准和相应的政策,由耗煤集中的大用户到分散的小用户,逐步推广使用动力配煤。

(2)在乡镇推广型煤

重庆市主城区的气化率已经达到90%,全市平均气化率为70%,因此,在区县乡镇推广型煤具有较大的潜力。

可采取由型煤厂生产型煤原料、在棚户区附近压制型煤的办法,这样既节省了运费和运输时间,又可以避免型煤因破碎而造成的损耗。根据棚户区的居民户数、位置、道路交通等状况,建立型煤配送站。还应鼓励型煤生产、加工和炉具制造企业研制开发和生产安全、节能、实用、高效、价格适中的型煤炉具,由于型煤的价格比原煤高,因此,为了鼓励乡镇发展型煤、鼓励企业研制开发型煤炉具,需要政府从经济上给与补助和扶持。

(3)综合利用煤矸石

非燃烧矸石,主要是作为建材利用,变废为宝,减少矸石山堆放用地,改善矿区环境;低热值矸石主要作为低热值煤燃烧发电,充分利用煤质特点,将不同煤炭产品的功能分别加以利用,达到最佳的燃烧效率。比如用于沸腾炉燃烧来供热、发电;用于生产矸石砖;把煤矸石作为生产水泥的原料;从煤矸石中回收硫,生产硫酸等化工产品;利用煤矸石生产石棉及其制品;利用煤矸石充填塌陷区、修路等。

(4)开展对外能源合作

由于重庆市本地煤炭禀赋差,因此要积极加强与陕西省、贵州省、甘肃省、新疆自治区等地的能源合作。推动“输煤输电”并举,在点对网输电的同时向重庆市输煤,增强网内火电机组电煤保障能力。支持市能投集团在贵州省、陕西省、新疆自治区等周边省区参与煤炭开采,主要向重庆供给,提高外来煤炭供给的比重。

[1] 重庆市统计局,国家统计局重庆调查总队.重庆市统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2008.

[2] 何平,詹存卫.中国能源利用的环境安全及其评价研究[J].中国人口·资源与环境,2005,15(2):32-37.

[3] 陈清如.中国洁净煤战略思考[J].黑龙江科技学院学报,2004,14(5):261-264.

[4] 孙小勇.生态建设、环境保护与洁净煤技术[J].技术经济与管理研究,2004,(3):110-111.

[5] 吕向前,孙林兵,张敏,等.洁净煤技术在防治燃煤污染中的应用[J].煤炭技术,2003,22(8):2-4.

[6] 戴财胜,张德威.发展洁净煤技术是减轻大气环境污染的有效途径[J].洁净煤技术,2001,(7):26-28

[7] 张明慧.煤炭清洁生产和利用的经济分析及对策研究[D].山西:太原理工大学,2002.

[8] 郑嘉惠.替代石油燃料和原料的可行技术及经济性分析[J].化工技术经济,2004,22(5):25-30.

[9] 汪寿建.洁净煤气化工艺浅析[J].化肥设计,2004,42(3):15-17.

Implementation of Clean Coal Technology for Energy-saving and Emission Reduction in Chongqing