本站原创关键词：洁净煤技术；煤化工；污染控制；资源综合利用
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近20年来，我国经济持续高速发展，对能源的需求和消费迅速增加，由此所引起的环境问题也越来越突出，在中国发展洁净煤技术已经刻不容缓，洁净煤技术是中国能源的未来。也是可持续发展战略的支柱。发展洁净煤技术，不仅有利于发展我国煤炭资源优势、提高能源效率、加强环境保护。还有利于生产洁净能源、减少和部分替代石油消费量、优化能源结构。
一、洁净煤开发利用的战略意义
1 大力推进煤炭资源清洁化利用，保障和巩固国家的能源安全体系尽管新能源近年来在世界范围内得到了长足的发展，但是在可预见的将来，化石燃料在世界一次能源中的主导地位依然不会改变，石油、煤炭和天然气仍将“三足鼎立”。根据IEA的预测[IEA，World Energy Qutlook，2009]，按目前的发展状况，从2007到2030年，世界能源需求的77％是化石燃料，其中煤炭需求增长最多，占1／3以上；即使在控制地球气温升高2℃（控制大气CO2浓度在450ppm）的前景下，化石能源的需求也将继续增长并在2020年左右达到顶峰，此后逐渐降低，但即使到2030年，其在全球能源需求中所占的比例仍达2／3以上。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，也是为数不多的以煤炭为主要一次能源的国家之一（见图1）。煤炭提供了我国76％的能源和60％以上的化工原料。由于石油、天然气及水资源等的相对贫乏，煤炭在以后数十年里仍将作为我国比较现实的和不可替代的能源基础。
根据2009年国家发改委公开的资料显示：当前我国石油对外依存度已超过50％，接近国际能源“安全警戒线”的边缘。这意味着工业化高速增长的中国面临着比其他国家更大的挑战。在全球能源性产品不断上涨的情况下，不仅要面对能源产品上涨带来的生产成本增加和商业风险，同时还要面对其中潜藏的能源安全风险、社会风险，甚至是政治风险。在经济全球化与能源资源全球范围内配置的时代背景下，还坚持利用“两个市场”和“两种资源”战略政策的风险将会逐渐升高。这也说明，如果中国寄希望于通过世界石油市场来得到工业化高速增长进程中不断增加的能源需求，势必会给中国带来一系列其他的风险。中国能源资源保障能力建设的重点应放在国内，即要充分利用国内的煤炭资源优势，大力推进煤炭资源清洁化利用，保障和巩固国家能源安全体系。
2 洁净煤开发
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利用能够改善煤炭利用效率低、缓解环境污染的压力，是低碳经济的必然选择煤炭等化石燃料的储量有限，燃烧和利用过程会对环境造成污染，因此，高效、洁净地进行煤的燃烧与利用，也即实现煤利用过程中的节能减排，是当今我国能源工业乃至国民经济可持续发展所面临的紧迫问题，而提高燃煤转换效率、控制燃煤污染则是解决问题的关键所在。洁净煤能源技术的含义是：煤炭从开发到利用全过程中，旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。当前已成为世界各国解决环境问题主导技术之
一、也是高技术国际竞争的一个重要领域。
化石燃料特别是煤是高含碳的燃料，在燃烧过程中将要排放大量的二氧化碳。目前化石燃料燃烧产生的CO2等温室气体导致的全球变暖和气候变化以引起高度的重视，成为影响人类社会可持续发展所面临的紧迫问题，也是世界各国所面临的共同问题。作为CO2的主要排放源，燃煤过程中CO2排放的控制越来越引起人们的关注，正逐渐成为全球洁净煤技术研究、开发和应用的主要甚至是唯一的技术推动力。控制和减少CO2等温室气体排放是目前能源乃至所有社会、经济和科学技术领域发展所必需面对的问题和挑战。我国是以煤为主要能源的大国，CO2排放量位居世界前列，如何有效利用煤炭资源并实现燃煤CO2的减排已经成为热点研究课题。由于经济水平和技术水平的限制，目前我国还不大可能直接承担大量的CO2减排任务，因此，洁净煤技术的基础研究需要继续开展高效、低污染燃烧方面的研究以支持国家目前的节能减排目标，但作为战略目标和满足我国能源和电力工业的可持续发展的战略需求，也必须将与CO2减排和控制方面的基础作为洁净煤技术基础研究的核心内容。二、我国洁净煤开发利用的现状与存在的问题
我国高度重视资源节约和环境保护，节能减排取得积极进展，但是面临的问题依然严峻，面对我国燃煤利用过程中效率低、污染严重两大难题，需要积极开展煤的高效清洁利用过程中燃烧基础理论、污染物的生成、迁移与控制，环境友好的煤基多联产资源化利用、燃煤近零排放等方面的研究。新形势下，清洁煤能源技术的主要发展趋势包括：超（超）临界压力锅炉加烟气脱硫技术（PC-FGD）、整体式煤气化联合循环发电技术（IGCC）、煤气化腋化及多联产、氧／燃料燃烧（Oxy-fuel combustion）等煤燃烧及利用技术；在保证经济增长的同时，逐步研究并应用新的CCS技术（CO2 capture and sequestration，CO2捕集和封存）及其它燃煤污染物排放及控制新技术，根本治理煤炭燃烧和利用过程中对环境的污染。实现能源与环境的可持续协调发展。1 我国洁净煤开发利用现状由于中国煤炭开采和利用的特点决定，中国洁净煤技术领域与国外洁净煤技术领域重点放在燃烧发电技术上有所不同，涵盖从煤炭开采到利用全过程，是煤炭开发和利用中旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。洁净煤能源技术按其生产和利用的过程分类，大致可分为三类：第一类是在燃烧前的煤炭加工和转化技术，如煤的物理和化学净化、配煤、型煤、水煤浆、煤炭液化、煤炭气化等。第二类是煤炭燃烧技术。主要是洁净煤发电技术，目前，国家确定的主要是循环流化床燃烧、增压流化床燃烧、整体煤气化联合循环、超临界机组加脱硫脱硝装置、低NOX燃烧技术以及未来的与燃料电池结合的联合循环系统。第三类是燃烧后的烟气净化技术。主要有烟气脱硫技术、烟气脱硝技术、颗粒物控制技术和以汞为主的痕量重金属控制技术等，同时以CO2的分离、回收和填埋为核心的污染物近零排放燃煤技术也已成为洁净煤技术的主要发展方向。
中国清洁煤技术的发展起步晚于主要欧美国家。中国清洁煤技术研发主要在20世纪50年代起步，初期主要集中于煤炭燃烧前的物理清洁技术，除尘、减硫、增加煤炭充分燃烧。到70年代，国内清洁煤技术在后发优势的作用下得到较快发展，为我国清洁煤技术的发展奠定基础。80年代是中国清洁煤技术发展跟上了国际水平，煤炭选洗达到了跳汰、重介选洗，煤转化技术获得突破，煤炭燃烧技术成为研究的重点领域
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。从上世纪末至今，中国持续开展国家科技项目攻关，开展国际合作融入了国际清洁煤技术发展的大环境，技术水平获得长足发展，部分技术进入市场化、产业化发展。如今，中国清洁煤技术已经紧跟国际水平，部门技术属于世界领先。政府积极推广大型清洁煤技术的示范项目，推动清洁煤技术的市场化、产业化，可概括如表1。我国一直重视洁净煤能源技术的研究开发和应用，在极其有限的条件下，经过努力在煤的燃烧、转化等关键技术装备及其系统方面取得了不小成果，尤其是水煤浆制备与燃烧技术、常压循环流化床锅炉技术持续的大型化和推广应用，多种形式的新型燃烧器，超临界机组的引进消化，增压流化床锅炉联合循环发电技术的中试，各种烟气脱硫装置的研究与应用，煤气化技术的引进和消化吸收，整体煤气化联合循环技术的攻关和煤炭液化关键技术的研究等。在2001年开始的新一轮863国家高新技术计划中洁净煤技术作为十四个主题之一被列入，反映了国家对这一领域的高度重视。
在进行技术研究与开发的同时，我们也培养和造就了一批研究开发与示范基地。根据我国资源与燃煤污染的状况，我国的洁净煤技术多年来的发展，有了我国特有的构架，制定了以煤炭洗选为源头、以煤炭气化为先导、以煤炭洁净燃烧和发电为核心的技术体系。其基本内容包括：煤炭加工与净化技术（洗煤、型煤、水煤浆和优化配煤技术）、煤炭高效清洁燃烧（循环流化床燃烧、高效低污染的粉煤燃烧、超超临界发电、燃煤联合循环发电等）；煤炭转化（气化、液化、制氢燃料电池）；污染控制技术（烟气脱硫、脱硝、高效除尘与颗粒物控制）、废弃物管理（粉煤灰综合利用，矿区污染控制，煤矸石、煤层气、煤泥等）。
近几年，我国通过引进、消化和自主开发，在洁净煤技术的研究开发、示范及推广应用三个层次上，均取得了较大进展，缩小了我国在洁净煤技术领域同发达国家之间的距离。
一是在煤炭洗选和加工方面，选煤设计能力大幅度提高，由4142亿t／a提高至5102亿t／a；干法洗选、重介质旋流器、细粒煤分选等技术迅猛发展：水煤浆制浆生产能力达到200万t／a以上，工业燃烧水煤浆取得实质性进展：已建成较大规模的动力配煤生产线，配煤能力约5000万t／a；型煤技术得到大力推广。
二是在煤炭转化方面，引进和自主开发了一些新的煤炭气化技术，如多喷嘴水煤浆新型气化炉、加压粉煤流化床气化炉、灰熔聚常压流化床气化炉，并进行了放大试验，目前工业应用以引进技术、装备为主等：百万吨级煤直接液化工业示范厂，已通过可行性研究，煤炭间接液化技术开发取得进展；成功研制了kW级燃料电池堆，完成了30kW燃料电池系统与电动汽车系统联合试验和试车系统。
三是在洁净燃烧与发电方面，220t／h以下的循环流化床锅炉已实现国产化，410t／h循环流化床锅炉燃煤发电工程示范正在组织实施。整体煤气化联合循环发电（IGCC）、干煤粉气化、热煤气净化、燃气轮机和余热系统等关键技术的研究已经启动。
四是在污染物治理与资源综合利用方面，开发了一系列烟气脱硫、除尘新技术，完成了多套电站烟气脱硫工程；煤矸石和煤泥等废物再资源化，已初步实现产业化，当年废物再资源化率达50％以上。
2 我国洁净煤开发利用存在的问题
洁净煤技术在世界范围内经过40年的研究、开发和应用，已经在转化、燃烧及污染控制方面取得了巨大的成就，形成了一批从煤的洗选、燃烧、气化、液化、烟气净化到煤气化联合循环发电、燃料电池发电等先进产业化技术。然而这些并不代表着洁净煤技术已经发展到可以解决所有问题的水平，随着煤炭需求的增长和环境保护意识的深入。洁净煤技术的发展还必须解决以下三个问题。
第一，进一步提高能源转换效率和降低污染物排放问题。随着对环境保护的日益重视，各国对燃煤污染排放控制的标准日益严格，例如我国即将提出的燃煤电厂大气污染物控制标准较目前执行的国家标准要严格得多，因此为了满足达标排放和降低污染物控制的成本，电厂需要深度降低污染物的理论和技术，而在实现低污染的同时如何维持和提高效率也是燃烧理论和技术研究所必须关注的课题。
第二，CO2减排问题。煤是含碳量最高的化石燃料，在其转化和燃烧过程中不可避免地产生大量的二氧化碳，而现有的污染控制设备对二氧化碳几乎毫无办法，仅仅通过提高效率来减少二氧化碳排放，其能力非常有限，因此如何控制和减少煤在转化和燃烧过程中的CO2排放、或如何适应CO2控制和减排的需要，也是洁净煤技术在未来发展中所面临的关键问题。
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